无感薄膜电容器及制造方法与流程

1.本发明示例性实施例涉及电力技术领域，尤其涉及一种无感薄膜电容器及制造方法。


背景技术：

2.薄膜电容器可在电路中起到滤波和支撑的作用，是功率模块中不可或缺的一部分，广泛应用于电力电子行业、变流器功率器件中，然而在实际应用中，回路杂散电感会造成过高的电压尖峰，对器件造成损坏。
3.目前的薄膜电容器，其各个薄膜电容电容芯子相互堆叠，相邻两个薄膜电容电容芯子通过中间金属散热板串联，中间金属散热板伸出薄膜电容电容芯子外周，且每一极板的电容芯子在同一极板上的极性相同，这样的薄膜电容的电感较大。
4.因此薄膜电容器电感设计有较大的改善空间。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明示例性实施例的目的在于提出一种无感薄膜电容器及制造方法，以解决目前的薄膜电容器在应用时电感较大的问题。
6.基于上述目的，本发明示例性实施例提供了一种无感薄膜电容器，包括第一叠层母排、第二叠层母排以及在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排之间设置的若干电容芯子，所述第一叠层母排及所述第二叠层母排之间设置绝缘层，所述第一叠层母排和所述第二叠层母排均预设置连接端，所述连接端用于连接所述电容芯子，所述电容芯子的两极分别连接所述第一叠层母排及所述第二叠层母排，且使相临一个单位的电容芯子同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排及所述第二叠层母排。
7.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，所述电容芯子的正负极均包括两个引出端，所述电容芯子正负极的两个引出端分别与所述第一叠层母排和所述第二叠层母排预设置的一组连接端连接。
8.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，所述第一叠层母排的每一组连接端连接的电容芯子与所述第二叠层母排的每一组连接端连接的电容芯子交替设置。
9.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，各所述电容芯子设置电容绝缘层，所述电容绝缘层用于各所述电容芯子的芯体与所述第一叠层母排和/或所述第二叠层母排之间的绝缘，以及各所述电容芯子之间的绝缘。
10.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，所述电容芯子为绝缘介质薄膜表面进行金属蒸镀后形成金属化薄膜，以金属面不重合的方式进行错边卷绕形成，所述电容芯子的正负极采用金属热喷涂的方法形成金属喷镀电极。
11.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，所述第一叠层母排与所述第二叠层母排为以铜排制作的u型结构的两个平行的端面。
12.结合上述说明，在本发明实施例另一种可能的实施方式中，一个所述电容芯子的其中一极与所述第一叠层母排预设置的第一连接端连接后，一个所述电容芯子的另一极与所述第二叠层母排预设置的第二连接端连接，所述第一连接端与所述第二连接端的预设置位置适配性设置，以使所述第一连接端与所述第二连接端之间的空间容纳一个所述电容芯子。
13.第二方面，本发明示例性实施例还提供了一种无感薄膜电容器的制作方法，所述方法包括：
14.对铜排进行柔性加工形成第一叠层母排和第二叠层母排，在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的预设位置设置连接端；
15.在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排设置第一绝缘层，所述第一绝缘层用于所述第一叠层母排和所述第二叠层母排与连接端连接的电容芯子间的绝缘；
16.将包覆第二绝缘层的电容芯子交替焊接于所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的连接端，且使相临一个单位的电容芯子同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排及所述第二叠层母排；
17.对由所述第一叠层母排、所述第二叠层母排及各所述电容芯子形成的电容器进行灌封后安装外壳，并将所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的引出端引出，以形成一个电容单元。
18.上述的方法，所述方法还包括：
19.将若干个所述电容单元之间采用绝缘材料隔离，并组装入整合壳体，所述整合壳体与各所述电容单元间设置有绝缘材料，以形成一个组装电容。
20.上述的方法，所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的预设位置设置连接端，包括：
21.所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的各连接端的位置适配性设置，以使各组连接端连接电容芯子后形成的电容芯子排列中，且使相临一个单位的电容芯子同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排及所述第二叠层母排。
22.从上面所述可以看出，本发明示例性实施例提供的无感薄膜电容器，在保证电容器较小体积的同时，能够使在同等体积下的电容器的电感达到最小，尤其适用于大容量电容器，且在薄膜电容中采用了叠层母排结构，使电容芯子的分布更加合理，采用本发明结构的薄膜直流电容器可比常规电容电感降低50％以上，降感效果明显。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明示例性实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明示例性实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的极板示意图；
25.图2为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的成品示意图；
26.图3为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的正极性示意图；
27.图4为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的负极板示意图；
28.图5为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的u型结构示意图；
29.图6为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的制造方法流程示意图；
30.图7为本发明示例性实施例无感薄膜电容器的组装时的结构示意图；
31.图8为本发明示例性实施例无感薄膜电容器组装带壳体的结构示意图。
具体实施方式
32.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
33.需要说明的是，除非另外定义，本发明示例性实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明示例性实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
34.本发明涉及一种无感薄膜电容器及其制造方法，其主要运用于需要对降低电容器电感的场景中，其基本思想是：对薄膜电容器的第一叠层母排、第二叠层母排以及在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排之间的若干电容芯子分别进行设计，使所述第一叠层母排以及所述第二叠层母排的板面预设置若干组连接端，该连接端用于连接电容芯子，且使相临一个单位的电容芯子同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排及所述第二叠层母排，在保证电容器较小体积的同时，能够使在同等体积下的电容器的电感达到最小，根据实验数据，采用本发明实施例结构的薄膜直流电容器在应用于实际场景时的电容电感能够降低50％以上。
35.图1为本发明示例性实施例提供的薄膜直流电容器的极板结构示意图，图2为本发明示例性实施例提供的薄膜直流电容器的极板结构示意图，结合图1及图2所示，本发明的无感薄膜电容器，包括第一叠层母排1、第二叠层母排2以及在所述第一叠层母排1和所述第二叠层母排2之间设置的若干电容芯子3，在所述第一叠层母排1以及所述第二叠层母排2的板面预设置若干组连接端4，每一组所述连接端4用于连接所述电容芯子3，所述第一叠层母排1与第二叠层母排2之间设置绝缘层5，该绝缘层5用于第一叠层母排1与第二叠层母排2之间的绝缘，即当一个电容芯子3的一极连接于所述第一叠层母排1的连接端4时，该电容芯子3的另一极与所述第二叠层母排2对应位置上的连接端4连接。
36.具体地，本发明示例性实施例一种可行的实施方式中，若干电容芯子在所述第一叠层母排1和所述第二叠层母排2之间根据预设的连接端按照一定排列分布进行设置，以各所述电容芯子的中线形成的面进行剖析，在其中一个剖面中，所述第一叠层母排1为第一层，绝缘层为第二层，所述第二叠层母排2为第三层；对应地，在另一个对应的剖面中，所述第二叠层母排2为第一层，所述绝缘层为第二层，所述第一叠层母排1为第三层。
37.本发明示例性实施例中的无感薄膜电容器可分为三部分，第一叠层母排1、第二叠层母排2以及若干电容芯子3，本发明示例性实施例一种可行的实施方式中，所述第一叠层
母排1、第二叠层母排2为铜板、铜排或其它满足要求的导体材料，所述电容芯子3为包括双引脚的电容芯子，所述电容芯子为柱形电容器电容芯子，所述连接端4为在所述第一叠层母排1及所述第二叠层母排2通过打凸包或铆接端子形成电容芯子3的连接位置，并通过焊接的方式使电容芯子连接于对应的连接端4。一般地，为加强强度，每个电容芯子3用于焊接的点的引出脚为两个。
38.结合上述，一般地，为使相临一个单位的电容芯子3同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排1及所述第二叠层母排2，可采用以下方式进行：所述第一叠层母排1的各连接端4在连接电容芯子3一极的两个引出脚时，所述第二叠层母排2的对应位置的各连接端4按照其应有的排列分布连接电容芯子3的另一极的两个引出脚，且在一个方向上(如横向或竖向)的相临一个单位的电容芯子的两极在连接所述第一叠层母排1和所述第二叠层母排2时交替设置，即横向包括第一电容芯子、第二电容芯子、第三电容芯子、第四电容芯子
……
时，第一电容芯子的一极连接上方第一叠层母排1，第一电容芯子的另一极连接下方的第二叠层母排2，第二电容芯子的一极连接上方第二叠层母排2，第二电容芯子的另一极连接下方的第一叠层母排1，第三电容芯子的一极连接上方第一叠层母排1，第三电容芯子的另一极连接下方的第二叠层母排2，第四电容芯子的一极连接上方第二叠层母排2，第四电容芯子的另一极连接下方的第一叠层母排1
……
依此类推，所述第一叠层母排1的每一组连接端4连接的电容芯子3与所述第二叠层母排2的每一组连接端4连接的电容芯子3实现交替设置。
39.本发明示例性实施例中，可根据电容芯子数量对所述第一叠层母排1以及所述第二叠层母排2进行定制，结合图1和图2显示的电容电容芯子为阵列，本发明示例性实施例的另一种实施方式中，电容电容芯子也可采用方形阵列，设计的第一叠层母排1及第二叠层母排2的连接端4与电容芯子结构相匹配即可，其中的匹配包括所述第一叠层母排1以及所述第二叠层母排2的间距、各电容芯子3的高度、电容芯子3的两引脚与每一组连接端4的位置匹配等。
40.本发明的无感薄膜电容器作出的结构改进主要针对于直流支撑电容，其它类型的电容可参照本发明的结构作出同样的改进，并且应当处于本发明的保护要求保护范围之内。
41.本发明示例性实施例的一种可行的实施方式中，所述第一叠层母排1的每一组连接端4连接的电容芯子3与所述第二叠层母排2的每一组连接端4连接的电容芯子3交替设置，包括：
42.所述第一叠层母排1的若干组连接端4的位置与所述第二叠层母排2的若干组连接端3的位置相同，即可设置第一叠层母排1及第二叠层母排2的相关参数属性包括极板厚度、极板长度和宽度以及极板的连接端的位置、每一组连接端的两凸包或铆接端子之间的距离等完全相同，这种情况下可以节约制造成本，相应地，在对各电容芯子进行焊接时，需要注意焊接点与对应母排的连接情况，以避免在电容芯子在连接第一叠层母排1时透过绝缘层同时连接至第二叠层母排2。
43.本发明示例性实施例可行的实施方式中，可根据需要对第一叠层母排1、绝缘层5、第二叠层母排2的预设的连接端的孔径大小进行设置，如用于正极连接的第一叠层母排1的孔径较大，第二叠层母排2的预设的连接端的孔径较小，绝缘层5可根据需求不设置通孔，在
焊接时由电容芯子的引出脚穿透连接到对应的叠层母排即可。
44.本发明示例性实施例一种可行的实施方式中，所述第一叠层母排1的每一组连接端连接4的电容芯子3与所述第二极2板的每一组连接端4连接的电容芯子3交替设置，包括：
45.所述第一叠层母排1的各组连接端4的位置与所述第二叠层母排2的各组连接端4的位置适配性设置，在所述第一叠层母排1及所述第二叠层母排2的制作过程中，根据生产要求对所述第一叠层母排1的第一行的第一组连接端4设置正极电容芯子后，则所述第一叠层母排1的第一行的第二组连接端4的位置处为空白，与此对应的，在所述第二叠层母排2的第一行的第一组连接端4与所述第一叠层母排1的第一处空白为对应的适配性设置，并焊接负极电容芯子，进而在所述第一叠层母排1的第一空白位置后的第二组连接端4焊接正极电容芯子，在所述第二叠层母排2的对应的下一处为负极电容芯子，且所述第一叠层母排1及所述第二叠层母排2的以下各行的每一组连接端4均按照每一电容芯子的极性与临近的电容芯子的极性不同的原则进行焊接。
46.本发明示例性实施例一种实施方式中，结合图3所示的绝缘层的示意图，本发明的无感薄膜电容器还包括绝缘层5，所述第一叠层母排1、第二叠层母排2间设置的绝缘材料即所述第一绝缘层5，其可为任何满足电容耐温、绝缘性能要求的材料，如pet胶膜、pc板(聚碳酸酯板)、环氧绝缘板等，所述绝缘层5用于各所述电容芯子3与所述第一叠层母排1及或第二叠层母排2之间的绝缘，所述第一叠层母排1、第二叠层母排2及绝缘层5，通过机械方式连接或通过压合粘胶或组装粘胶方式连接。
47.本发明示例性实施例的各所述电容芯子3为pet胶膜、pc板(聚碳酸酯板)、环氧绝缘板等绝缘介质薄膜表面进行金属蒸镀后形成金属化薄膜，采用卷等绕机以金属面不重合的方式进行错边卷绕形成，所述电容芯子3的正负极采用金属热喷涂的方法形成金属喷镀电极。
48.本发明示例性实施例一种实施方式中，结合图3所示的引出端子的示意图，结合图4所示的与图3对应的负极性的第二叠层母排的示意图，所述第一叠层母排1的一端包括第一引出端子6，所述第二叠层母排2的一端包括第二引出端子7，所述第一引出端子6及所述第二引出端子7位于所述第一叠层母排1及所述第二叠层母排2的同一侧，有助于进一步减小电容器的整体体积。
49.本发明示例性实施例的一种实施方式中，结合图5所示，为u型结构的薄膜直流电容器结构示意图，所述第一叠层母排1与所述第二叠层母排2为以铜排制作的u型结构的两个平行的端面，所述u型结构的内侧整体包覆绝缘层5，以实现二叠层母排之间的绝缘，所述u型结构的铜排引出端子6和7可直接作为电容外部连接端子，在电容芯子按照要求做好正负极的排列后，直接根据上述方式在所述u型结构内安装若干电容芯子，能够简化极板的制造过程，且能够应用于更丰富的场景。
50.本发明示例性实施例的实施场景中，每一所述电容芯子3包括电容绝缘层8，所述电容绝缘层8包覆每一所述电容芯子3，且包覆后的各所述电容芯子3包括两个引脚301，通过焊接的方式使各所述电容芯子3连接于所述第一叠层母排1或所述第二叠层母排2的其中一组连接端4，两个引脚301有助于加强电容整体的稳固性。
51.图6为本发明实施例提供的一种无感薄膜电容器的制作方法的流程示意图，所述方法包括：
52.在步骤610中，对铜排进行柔性加工形成第一叠层母排和第二叠层母排，在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的预设位置设置连接端；
53.所述预设位置根据制造方式及具体应用场景的不同，其可根据需求定制，本发明示例性实施例中，结合上述，所述预设位置可按照进行排列，且所述第一叠层母排及所述第二叠层母排上的连接端用于焊接电容芯子。
54.在步骤620中，在所述第一叠层母排和所述第二叠层母排设置第一绝缘层，所述第一绝缘层用于所述第一叠层母排和所述第二叠层母排与连接端连接的电容芯子间的绝缘；
55.在步骤630中，将包覆第二绝缘层的电容芯子交替焊接于所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的连接端，且使相临一个单位的电容芯子同方向的电极交替连接于所述第一叠层母排及所述第二叠层母排；
56.在步骤640中，对由所述第一叠层母排、所述第二叠层母排及各所述电容芯子形成的电容器进行灌封后安装外壳，并将所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的引出端引出，以形成一个电容单元。
57.本发明生成的一个电容单元，为前述的一个完整的远无感薄膜电容器，具体封装时根据端子引出要求进行极板焊接，可采用环氧或聚氨酯等灌封胶对电容器进行真空灌封，此时采用导热系数≥0.6w/m
·
k的灌封材料，以达到更利用散热的目的，且灌封应分多次进行；或采用绝缘油灌注方式进行绝缘灌装，最后将上盖板或壳体安装后将电极引出装好，即得电容成品。
58.本发明示例性实施例一种实施方式中，所述方法还包括：
59.将若干个所述电容单元之间采用绝缘材料隔离，并组装入整合壳体，所述整合壳体与各所述电容单元间设置有绝缘材料，以形成一个组装电容。
60.本发明示例性实施例一种实施方式中，所述第一叠层母排和所述第二叠层母排的预设位置设置连接端，包括：
61.结合上述，一般地，所述第一叠层母排1的各连接端4在连接电容芯子3一极的两个引出脚时，所述第二叠层母排2的对应位置的各连接端4按照其应有的排列分布连接电容芯子3的另一极的两个引出脚，且在一个方向上(如横向或竖向)的相临一个单位的电容芯子的两极在连接所述第一叠层母排1和所述第二叠层母排2时交替设置，即横向包括第一电容芯子、第二电容芯子、第三电容芯子、第四电容芯子
……
时，第一电容芯子的一极连接上方第一叠层母排1，第一电容芯子的另一极连接下方的第二叠层母排2，第二电容芯子的一极连接上方第二叠层母排2，第二电容芯子的另一极连接下方的第一叠层母排1，第三电容芯子的一极连接上方第一叠层母排1，第三电容芯子的另一极连接下方的第二叠层母排2，第四电容芯子的一极连接上方第二叠层母排2，第四电容芯子的另一极连接下方的第一叠层母排1
……
依此类推，所述第一叠层母排1的每一组连接端4连接的电容芯子3与所述第二叠层母排2的每一组连接端4连接的电容芯子3实现交替设置。
62.结合图7及图8所示，为多个电容单元易组装后的电容结构示意图，其中的每一个电容单元在同一侧的极性相同，各电容单元之间采用绝缘层进行隔离，本发明的方法更容易进行组装并适应更大容易的电容器应用场景中，且组装后的大电容降感效果明显。
63.本发明实施例中的无感薄膜电容器及其制造方法，临近一个单位的电容芯子在所
述第一叠层母排与所述第二叠层母排之间的电流所形成的磁场重合部分能够相互抵消，使得由磁场引起的整体电感较小；而传统的单铜板/铜条之间电感则无抵消效果，整体电感为累积电感，电感过大。
64.在实际使用的过程中，采用该结构的电容器可比常规电容电感降低50％以上，降感效果明显，在一种更具体的实施场景中，当电容电容芯子4*4(16只)仿真频率3mhz时原传统方案仿真电感76nh，采用本发明的改进方案后电感降低至18nh，降感幅度高达76％。
65.上述实施例中提供的方法用于执行本发明中任意实施例中所提供的电容器，未在上述实施例中详细描述的技术细节，可参见本发明任意实施例中所提供的无感薄膜电容器。
66.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明示例性实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明示例性实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明示例性实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明示例性实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
67.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
68.本发明示例性实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明示例性实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。