新型双面金属化膜箔式电容器的研究

【摘要】本文主要研究以铝箔做外电极，双面金属化聚酯薄膜做内电极，聚丙烯薄膜做介质的薄膜电容器，此电容器是由环氧树脂填充，塑料外壳封装，径向双引线引出。经过严格的工艺控制，实验论证，此款电容器具有大电流、高dV/dt、低损耗、高可靠性、抗脉冲能力强等特点。可应用于电子整流器、电力电子、显示器、电视机、电源单元、汽车电子等领域。

【关键词】双面金属化；膜箔结构；大电流；高dV/dt

1.引言

薄膜电容器是电子整机和电器、电力设备必不可少的基础元件，广泛应用于音像设备、家用电器、汽车电子、电器设备等领域。随着电子工业和信息技术的高速发展，薄膜电容器的市场需求越来越大，对电容器的结构、技术性能、可靠性水平，以及耐压、耐流、高频损耗等性能指标提出了越来越高的要求。以铝箔为电极的电容器，具有端面接触好，流通电流大的特点，铝箔和单面金属化薄膜为结构的电容器在市场上使用多年，应用广泛，性能稳定，但随着镀膜工艺的发展，近年来，开发了薄膜上双面蒸镀金属的工艺，双面镀金属的薄膜与单面镀薄膜相比，具有流通电流更大的特点。笔者根据铝箔和双面镀金属的薄膜具有的上述特点，开发出一款可以承受大电流，高dV/dt、低损耗的电容器。

2.电容器的构造及原理

2.1 双面镀金属化薄膜

金属化薄膜，是在真空条件及高温下，将金属蒸发为气体沉积在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种工艺。根据电容器的设计参数要求，如耐电压，耐电流值，调整金属层厚度，薄膜上的金属层厚度一般是几十纳米。如图1所示，在薄膜的双面上蒸镀金属，比单面镀薄膜增加了电流流过的横截面积，因此在单位时间内流过的电流更大[1]。

2.2 电容器的结构

从图2可以看出：

1）为电容器芯子是由金属化薄膜，铝箔，或者薄膜根据电容器的设计由机器卷绕而成。

2）为引出线，是由焊接机焊接在喷金层面上，安装在电路板上。

3）为环氧树脂，包封电容器芯子，避免空气湿气进入电容器芯子内部，也有阻燃作用。

4）为喷金层即金属颗粒层，经过特殊的工艺，粘附在芯子端面，介于芯子端面和引线之间，起连接二者，导通电流的作用。

5）为塑料外壳，固定电容器外形尺寸，有阻燃作用。

2.3 内部芯子结构

图3中，铝箔做为外电极，双面金属化薄膜是内电极，聚丙烯薄膜做介质。此设计的优点在于，铝箔做外电极，与端面接触好，耐大电流，抗脉冲能力强；双面金属化做内电极，增加了电流的横截面积，流通大电流，并且金属化薄膜具有自愈性，可恢复性，不易电晕，耐高交流电压的特点。结构上，内部芯子设计为内串式，即两个电容串联在芯子内部，此设计可以承受更高的直流和交流电压。

2.4 工艺制造过程

工艺制造过程简图如图4。

薄膜和铝箔为原材料在机器上卷绕成圆柱体，在一定的温度、压力、时间的条件下热压成扁形的芯子，然后用纸胶带包住电容器芯子，只露出芯子端面，在露出的端面上喷金属，利于引线焊接在端面上，喷金完的电容器芯子在一定的温度和时间下，进行热处理，除去电容器内部的湿气，然后在机器上焊接引线，装上塑料外壳，灌封环氧树脂，填充整个外壳，在组装机内进行预烘，保证环氧料干燥，再进行外观检查，检查出歪脚，毛刺，外观环氧，脚距不符合的产品，外观合格的产品进行后固化，使环氧树脂固化，电容器性能更加稳定，然后在电容器侧面打印标志，再进行电参数测试，检验，最后包装、发货。

3.相关实验

额定电流是由击穿模式决定的脉冲电流（峰值电流，即由dV/dt所限制的）和连续电流（以峰峰值或有效值表示）组成，当使用时，需确认这两个电流都在允许范围之内。

3.1 连续电流

由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热，使电容器的温度升高。通过监测电容器表面温度的变化，来测试流经电容器的电流。电容器表面温升的测试方法如图5。

在环境温度是常温下，测试典型频率下典型容量的电流值发（如表1）。

3.2 dV/dt值

通过电容器的脉冲（或交流）电流等于电容量C与电压上升速率的乘积，即I[2]=C×dV/dt，从此公式可以看出dV/dt是描述瞬间脉冲电流的参数，dV/dt值大，说明承受瞬间脉冲电流的能力比较强。

根据公式：放电电阻值[2]设定放电电阻值，得出dV/dt数值。一般情况下，Vp=UR，若工作电压（Vp）低于额定电压（UR），电容器可以工作在更高的dV/dt场合。试验中对电容器进行一定数量的充放电，然后测试电容器的性能，得出如表2所示数值。从表2数据可以看出，相比于其他类型的薄膜电容器，此结构的电容，dV/dt值比较高。

4.产品参数

经过一系列的实验验证，此款电容器不仅有良好的电流，抗脉冲特性，还满足以下性能参数，如表3所示。

5.结语

此款电容不仅具有箔式电容耐大电流以及端面接触好，抗脉冲能力强，高dV/dt值的特点，也具有金属化膜的可自愈性，不容易电晕，耐高电压，耐大电流的特点，可以应用在不同交流电压，高频大脉冲，大电流的场合，目前已经在市场上投入使用，性能良好，可以满足客户端的要求。

参考文献

[1]包兴，胡明.电子器件导论[M].北京理工大学出版， 2001.

[2]陈季丹，刘子玉.电介质物理学[M].机械工业出版社， 1982.

[3]GB/T 2693-2001电子设备用固定电容器（第1部分）：总规范[S].

作者简介：潘启平（1981―），女，湖北随州人，2004年毕业于福州大学，学士，厦门法拉电子股份有限公司高级工艺工程师，主要从事薄膜电容器研发工作。