专利名称：改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子元件，特别是金属化安全膜电容器在提高其高频特性 方面的电极结构改进。
背景技术：
金属化安全膜电容器，由两层表面具有金属化电极镀层的介质薄膜叠层巻 绕构成电容器。表面金属电极镀层具有安全结构即用网格状的分隔"空隙条" 把金属电极镀层分割开，形成许许多多小单元电极块，每个电极单元构成独立 的单元小电容，小电容四周的空隙条的端部或中部有一导电桥与相邻小单元之 间相互通电连接，使成千上万个单元电极块构成的小电容相互连接成整个电容 器，而单元之间的导电连接桥又起到熔断丝的作用。当单元块小电容内的介质 中存在电弱点击穿时，该极板四周的的连接桥一起被突然增大的击穿电流熔断， 使击穿的单元小电容与整体电容器隔离，最多只使母体电容器的电容量有极微 小的损失，但不影响整个电容器的正常工作，从而达到安全保护的目的。
现有技术的安全膜电极结构的网格形状有棱形、三角形、多边形，空隙条 为宽度非常狭的直线段，连接桥在空隙条的端部或中部，端部被倒园角，以减 小尖端场强不均放电，也有把连接桥加长的设计。基本形式如图7、图8所示，
见美国专利5136462，和阻容专业情报网99年技术交流会论文"金属化安全膜 防爆电容器"。过去已经发现，图7所示的电极结构连接桥设在空隙条端部的缺点，因它 使通向多个单元电极块的各连接桥紧靠在一起，故当某一连接桥熔断作用时与 其他三个相互影响，使它降低了对电弱点单元击穿电流的控制灵敏度。因此目 前的安全膜大多使用图8所示的结构，连接桥设在空隙条中部。
但图8所示的电极结构也存在着附加电阻大，影响电容器的高频特性的负 面作用。在电容器充放电时，单元块小电极上的电荷需要集中通过连接桥才能 流向电容器的外电源输入电极，由于图8所示网格的结构和取向使汇流过程中 单元电极上有很大一部份电荷需要回流或绕道，增长了电流路径，如图9、图 IO所示，而电极镀层和连接桥镀层都是有电阻的，电流方向的路程越长，电阻 越大，流道越狭电阻也越大。所以，安全膜上电流的回流绕道和狭窄的连接桥， 使它大大增加了电容器的等效串联电阻，这不但增加了电容器的损耗和发热， 也影响了电容器的高频特性，使"电压初始上升速率"的高频特性指标下降。 同时，由于外电源对电容器的充放电工作电流是从安全膜的镀层加厚边横向流 过来的，与图中所示网格结构的隔离空隙条的方向不垂直而成45°角，使通过 导电桥时的通道宽度减小1/VT，约41%，因此也增加了导电桥对充放电工作电 流的电阻值。但单元块一旦击穿，瞵时产生的使导电桥熔断的附加大击穿电流， 因来自于周围相邻单元的存贮电能，从垂直的方向流过来的，如图10虚线箭头 所示，故流道宽度不会减小。
在安全膜电容器直流应用的初级阶段，可以不考虑上述问题，因为直流电 容器只在开始工作，或作能量交换时才有充放电，正常储能期间的电容器无流 动电流，只要能耐受工作电压就行，在直流电容器应用下的安全膜是"电压工 作型"。而目前，安全膜电容器在交流和高频条件下广泛使用时，它要经受频繁的、高速的充放电，安全膜是"电流工作型"，因而需克服上述问题，提高其高 频特性，即提高电容器的"电压初始上升速率"和降低电容器的高频发热功率。
电容器C在具有串联电阻R时充放电工作电压随时间t按指数规律变化， 电压变化速率为
dv v。 e - t/Rc
dtR C
当t=0时为电压起始上升速率，等于V。/RC， RC为时间常数。V。是外电源 电压，C是电容器本身所需，故如要提高电容器的电压起始上升速率这一高频持 性，唯有减小电容器的髙频等效串联电阻R才能达到。
而且，电容器在高频工作下的发热功率P = I2R ，
丄为高频工作电流，由外电源决定，所以降低电容器的高频发热功率的要求， 也需减小电容器的高频等效串联电阻R才能达到。
总之，在安全膜电容器的结构设计时，为了提高安全膜电容器的高频特性， 必须对其电极结构中流经单元块电极的充放电流的回流绕道电阻和连接桥电阻 方面作改进。
发明内容
本发明的目的是.克服现有技术存在的缺陷，提供一种改善高频特性的电 容器金属化安全膜电极结构。 本发明的技术方案为
改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结构，介质薄膜上镀覆金属电极 镀层构成复合膜，其特征在于金属电极镀层被纵向的正弦状曲线空隙条和横向 的直线段空隙条分隔成许多小电极单元块，呈基本上的蜂窝网格形布置；每个
6小电极单元块由上下两条直线段空隙条和左右两条间断的曲线空隙条围绕而
成，将其与周围的6个小电极单元块分隔，左右两条曲线空隙条上间断处各构 成4个"熔断丝"作用的导电连接桥，使电极块单元的镀层分别与左、右的侧 上方和侧下方4个相邻单元的镀层连接，每对相邻单元有2个导电连接桥；每 个小电极单元块的上下两条直线段空隙条不设导电桥，使纵向相邻电极单元块
间不能直接通电。
相邻的纵向正弦状曲线空隙条之间纵向上相位差180°设制，间断处位于正 弦状曲线空隙条的波峰与波谷处，相邻曲线的波峰与波谷相对，在峰、谷相对 处横向线间距离为最大值、或最小值，横向直线段空隙条的两端位于线间距最 小值的峰、谷处，单元电极块的横向头尾两端位于线间距最大值的峰、谷处。
在每个单元电极块的左右两条正弦状曲线空隙条上位于波峰和波谷间断处 各有4个导电桥，其中2个分置在线间距最大值与相邻横向空隙条交汇处的两 侧，另2个分别分置在线间距最小值与横向空隙条交汇处，每个导电桥的开口 方向基本上与复合膜的横向一致。
所述直线段空隙条的纵向间距为正弦状曲线空隙条的波形周期长度，导电 桥的宽度为O. 15 0. 5腿。
所述直线段空隙条的长度是正弦状曲线空隙条波峰到波谷波动幅度的1 3 倍。波形周期长度是正弦状曲线波峰到波谷波动幅度的1. 6 1. 8倍。
所述复合膜网格形金属电极镀层的外侧边缘留有宽度L2的无镀层的纵向空 白留边，留边的宽度根据工作电压而定为L5 3咖；在网格形金属电极镀层的 另一边外侧边缘宽度为Ll窄带镀层加厚边，与外部喷金连接。
所述加厚边与上述单元电极块之间布置有一列单元电极块，该列单元电极块与加厚边之间被间断的直线形空隙条相隔，该空隙条的间断处构成上、中、
下3个导电桥。
由于本发明上述金属化安全膜电容器电极结构特点，相对于从外电源进入
的充放电电流方向(即安全膜的横向)来说，每个单元电极块有8个导电桥，比 较均匀地分布在它的前后和左中右，如图11所示，因而基本上避免了充放电电 流的前后往返绕道，比传统结构縮短了流道距离，也即减小了电容器的高频串 联电阻，提高了高频特性。同时，由于本发明的上述电极结构，作横向分割隔 离的是正弦波型曲线空隙条，连接桥的位置处于曲线的峰谷点，该处空隙条隔 离线的法线方向几乎和安全膜的横向相一致，也即导电桥的开口方向和工作电 流的充放电方向相一致，因而充放电电流经过导电连接桥时，电流通道的宽度 等于连接桥宽度，不会因角度倾斜而减小，与传统结构相比减小了41%电阻值。 同时，本发明结构设计每个相邻电极单元块之间导电连接桥，从原来1个增加 为2个，相邻单元之间的导电桥的总宽度增加了一倍。这样的设计把已经由上 述减小41%后余下的导电桥电阻进一步成倍减小，即只剩下30%，对高频特性 有更大的改善。
而且，由于本发明上述金属化安全膜电容器电极结构特点，避免了因高频 工作电流在电极中往返绕道而产生的附加电阻，并把起微型熔断丝作用的导电 桥的电阻降到原有的30%，使高频电压的起始上升速率成倍提高，並且同比例降 低安全膜电容器的高频发热功率。
另外本发明电极结构，在纵向分割作用的直线段间隙条上不设导电桥，这 对横向的充放电工作电流没有影响，但对纵向电流有阻挡作用；且如上述，位 于纵向正弦曲线峰谷附近的连接桥所取的方向，有利于减小横向电流的电阻；而对纵向电流则起相反的作用，使流道变狭，'增大电阻，这些特点都有利于高 频交流型电容器须抑止"纵向窜流"的要求。
图丄为本发明金属化安全膜电极实施例结构主视图2为图1中A-A截面放大示意图3为图1中争元电极块D的局部放大图4为图1中单元电极块D的形状和面积随分隔空隙条长度和比例而改变 例图； .
图5为利用本发明金属化安全膜电极上下膜层叠制作电容器实施示意图6为图5中A-A截面示意图7为现有安全膜电极结构例1示意图8为现有安全膜电极结构例2不意图。
图9为图8安全膜电极结构的工作电流绕道和流道变狭示意图； 图10为图9中K处的局部放大图；图中实线箭头为充放电流方向，虚线 箭头为击穿电流方向；
图11为本发明电极结构的充放电流的流向和流道示意图。
图中标记说明金属电极镀层1，介质基膜(或称介质薄膜)2，基膜宽度 W，镀层加厚边1.21，镀层加厚边宽度L1，留边2.2，留边宽度L2，上层膜S， 下层膜X，网格形安全膜的单元电极块l.l，正弦曲线形分隔空隙条2. 11，直线 段空隙条2. 12，位于正弦空隙条波峰波谷两侧的导电桥1. 31、 1. 32、 1. 33、 1. 34， 与镀层加厚边相邻的空隙条2. 13，与镀层加厚边相邻的单元电极块l. 10,单元 电极块与镀层加厚边之间的导电桥1. 30。
具体实施例方式
如图l、图2、图3所示，在宽度为W的条状聚丙烯基膜2上真空蒸镀锌/ 铝复合的金属镀层1构成复合膜，金属镀层构成电容器的电极。复合膜由纵向 的、间断的正弦曲线形空隙条2. 11和横向直线段空隙条2. 12分割为蜂窝状网 格安全膜电极结构，间断处Jl和分别位于正弦状曲线空隙条2. 11的波峰与 波谷处。正弦曲线形空隙分隔条2. 11的分布为相邻曲线间纵向相移180° ， 峰谷相对，在线间距离最小的峰谷点之间设制横向直线段空隙分隔条2. 12，用 这两种分隔空隙条把电极金属镀层分割为网格安全膜电极结构，分割出的众多 电极块单元1.1。从纵向看，每个小电极单元块1.1由上下两条直线段空隙条 2. 12和左右两条间断的曲线空隙条2. 11围绕而成，将其与周围的6个小电极单 元块分隔，左右两条曲线空隙条2. 11上间断处各构成4个起"熔断丝"作用的 导电桥1.31、 1.32、 1.33、 1.34，使电极块单元的镀层分别与左、右的侧上方 和侧下方4个相邻单元的镀层连接，每对相邻单元有2个导电桥；每个小电极 单元块1. 1的上下两条直线段空隙条2. 12不设导电桥，使纵向相邻电极单元块 间不能直接通电。
空隙条2. 11、 2. 12的宽度由工作电压高低决定，优选为0. 2 0. 3nrn;直线 段空隙条2. 12的纵向间距即正弦曲线空隙条2. 11的波形周期长度，该长度的 大小、它与曲线间距波动幅度的比例、以及它与直线段空隙条2. 12长度的比例 决定了单元电极块的面积、形状和整个宽度范围内排列单元电极块的个数，可 根据每次自愈容许损失的电容量和膜宽大小来选择。直线段空隙条2. 12的长度 一般可取为正弦状曲线波峰到波谷波动幅度的1 3倍，波形周期长度是曲线波 峰到波谷波动幅度的1.6 1.8倍。图4所示另一实施例，金属电极镀层的网格可设计成直线段空隙条2. 12的长度是正弦状曲线空隙条波峰和波谷间直线长度 的2倍。
相邻小单元之间导电桥1. 31 1. 34的宽度由电容器安全自愈允许的最大熔 断能量决定， 一般宽度可为0. 15 0. 5mm。
复合膜网格形金属电极镀层的外侧边缘留有宽度为L2的无镀层的纵向空白 边(简称留边)2.2，留边2. 1的宽度L2根据工作电压而定，为1.5 3咖。；而 在网格形金属电极镀层的另一边外侧边缘宽度为Ll窄带镀层为加厚边1. 21，与 外部喷金连接，两端的喷金分别与电容器的引线相连，加厚边金属镀层厚度为 工作区电极镀层厚度的2倍以上，使加厚边方阻为1 4Q/口。与加厚边相邻的 最外侧电极单元块的外侧曲线形空隙条被直线形空隙条2. 13替代，其间形成一 列单元电极块1. 10，直线形空隙条2. 13宽度大于或等于直线段空隙条2. 12宽 度，可为1到3倍之间。在每个电极单元块1. 10和加厚边之间的空隙条2. 13 上，有上、中、下3个导电桥1.30。
参照图5、图6所示，利用上述电极结构制作的电容器，两层基膜2上真空 蒸镀锌/铝复合的金属镀层1构成电极，上复合膜S、下复合膜X密贴层叠巻绕 构成电容器。上下层的安全网格电极结构相同，但层叠时上下层的留边2.2的 位置不同，若这层的留边在左侧，则另一层在右侧，反之亦然。而且留边2.2 最外缘相对于邻层的加厚边1.21向内作微量缩入，差边量L3为0.6 1.8mm。 用此两层相迭巻制的电容器与现有技术产品相比，高频电压起始上升速率成倍 提高，高频发热量同比例减小，且有利于高频交流型电容器内部"纵向窜流" 的抑制，使电容器的高频特性大大改善。
1权利要求
1、改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结构，介质基膜(2)上镀覆金属电极镀层构成复合膜，其特征在于金属电极镀层被纵向的正弦状曲线空隙条(2.11)和横向的直线段空隙条(2.12)分隔成许多小电极单元块(1.1)，呈基本上的蜂窝网格形布置；每个小电极单元块(1.1)由上下两条直线段空隙条(2.12)和左右两条间断的曲线空隙条(2.11)围绕而成，将其与周围的6个小电极单元块分隔，左右两条曲线空隙条(2.11)上间断处各构成4个“熔断丝”作用的导电连接桥(1.31、1.32、1.33、1.34)，使电极块单元的镀层分别与左、右的侧上方和侧下方4个相邻单元的镀层连接，每对相邻单元有2个导电连接桥；每个小电极单元块(1.1)的上下两条直线段空隙条(2.12)不设导电桥，使纵向相邻电极单元块间不能直接通电。
2、 根据权利要求1所述的改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结 构，其特征在于相邻的纵向正弦状曲线空隙条(2. 11)之间纵向上相位差180 °设制，间断处(Jl)和(J2)分别位于正弦状曲线空隙条(2.11)的波峰 与波谷处，相邻曲线的波峰与波谷相对，在峰、谷相对处横向线间距离为最 大值、或最小值，横向直线段空隙条(2. 12)的两端位于线间距最小值的峰、 谷处，单元电极块(1.1)的横向头尾两端位于线间距最大值的峰、谷处。
3、 根据权利要求1或2所述的改善高频特性的电容器金属化安全膜电极 结构，其特征在于每个单元电极块(l. 1)的左右两条正弦状曲线空隙条(2. 11) 上位于波峰和波谷间断处各有4个导电桥，其中2个分置在线间距最大值与 相邻横向空隙条(2.12)交汇处的两侧，另2个分别分置在线间距最小值与 横向空隙条(2.12)交汇处，每个导电桥的开口方向基本上与复合膜的横向一致。
4、 根据权利要求1或2所述的改善高频特性的电容器金属化安全膜电极 结构，其特征在于直线段空隙条(2.12)的纵向间距为正弦状曲线空隙条(2.11)的波形周期长度，该波形周期长度是正弦状曲线波峰到波谷波幅的 1.6 1.8倍，直线段空隙条(2.12)的长度是正弦状曲线波峰到波谷波幅的 1 3倍,导电桥(1.31、 1.32、 1.33、 1.34)的宽度为0. 15 0. 5mm。
5、 根据权利要求1所述的改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结 构，其特征在于复合膜网格形金属电极镀层的外侧边缘留有宽度(L2)的无 镀层的纵向空白留边(2.2)，留边(2.1)的宽度L2为1.5 3mrn;在网格形 金属电极镀层的另一边外侧边缘宽度为L1用以与外部喷金连接的窄带镀层加 厚边(1.21)。
6、 根据权利要求5所述的改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结 构，其特征在于加厚边(1.21)与单元电极块l.l之间布置有一列单元电极 块(1.10)，单元电极块(1.10)与加厚边(1.21)之间被间断的纵向直线 形空隙条(2. 13)相隔，空隙条(2. 13)上的间断处构成每个电极单元块(1. 10) 与加厚边(1.21)之间的上、中、下3个导电桥(1.30)。
全文摘要
本发明涉及改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结构，介质基膜上镀覆金属电极镀层构成复合膜，金属电极镀层被纵向的正弦状曲线空隙条和横向的直线段空隙条分隔成许多小电极单元块，每个小电极单元块由上下两条直线段空隙条和左右两条间断的曲线空隙条围绕而成，左右两条曲线空隙条上间断处各构成熔断丝作用的导电连接桥，每个小电极单元块的上下两条直线段空隙条不设导电桥。本发明电极结构特点，可避免因高频工作电流在电极中往反绕道而产生的附加电阻，并把起微型熔断丝作用的导电桥的电阻降到原有的30％，使高频电压的起始上升速率成倍提高，利用本发明制作的金属化安全膜电容器，可降低高频发热功率，使安全膜电容器的高频特性大大改善。
文档编号H01G4/005GK101447334SQ20081016370
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者吴克明 申请人:浙江南洋科技股份有限公司