[發明專利]聚四氟乙烯薄膜電容器

有效

• 申請號: 201280026975.0
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN103797552B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: M·N·唐霍韋;J·M·勞勒
• 申請（專利權）人: W.L.戈爾及同仁股份有限公司
• 主分類號: H01G4/015
• 分類號: H01G4/015;H01G4/18;H01G4/32
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 毛力

相關申請

本申請要求享有共有且未決的2011年6月3日提交的美國臨時申請61/492,991的利益。

技術領域

本發明涉及聚合物薄膜電容器，尤其帶有可以在高至約250℃的溫度下應用的聚四氟乙烯(PTFE)聚合物薄膜的金屬化薄膜電容器和金屬箔薄膜電容器。

技術背景

通常，聚合物薄膜電容器包括兩個由一層介電薄膜所隔開的金屬電極。為了建立箔膜電容器，這兩個電極的相對厚度大概在3到100微米之間?；蛘呓饘匐姌O可以直接放置在聚合物薄膜上，厚度小于1um，從而建立金屬化薄膜電容器。本領域技術人員也將這些電極方式相互結合，創造了混合薄膜電容器。

阻礙薄膜電容器更廣泛應用的問題之一是其有限的溫度范圍。大多數聚合物薄膜電容器使用具有玻璃軟化溫度小于150℃的聚合物樹脂。這使得連續使用操作溫度一般被限制在120℃以下。具有較高玻璃軟化溫度的聚合物的電容器包括：PPS(聚苯硫醚)，PI(聚酰亞胺，例如，Kapton)，PC(聚碳酸酯)以及PTFE。然而，這些聚合物以及其他一些聚合物都缺乏制作薄膜電容器所需的其他性能。這些額外所需的性能中的部分是：低介電損耗、自愈的能力、高介電強度、以及高機械強度。

發明內容

本發明提供了一種具有高工作溫度的薄膜電容器，這種電容器具有PTFE聚合物薄膜，克服了薄膜電容器的已知薄膜的局限性。

具體地，本發明提供一種電容器，具有第一電極，第二電極，被置于第一電極和第二電極之間的聚四氟乙烯薄膜介電層，聚四氟乙烯薄膜介電層的介電強度大于約500V/um，拉伸強度大于約10,000psi(或者，可選的，拉伸屈服強度大于約2,000psi)，其厚度小于約20微米。優選地，聚四氟乙烯薄膜是強化膨體聚四氟乙烯薄膜，并且上述的第一電極和第二電極中的至少一個的厚度是小于約100納米的，其通過諸如蒸發或濺射之類的真空沉積過程的沉積而成。這樣的電容器可以進行自愈?；蛘撸鲜龅谝浑姌O和第二電極中至少一個是金屬箔，其厚度大于約2微米。優選的，電介質膜的厚度小于約15微米，更優選的是小于約10微米，最優選的是約6微米。當溫度從室溫提高到250攝氏度時，本發明的電容器驚人地具有小于10％的電容量變化。這種出人意料的穩定的高溫可操作性在電容器工藝上是一個巨大的進步。

附圖說明

圖1A和圖1B示出了根據本發明的示例性實施例的電容器內部的介電層和電極的側截面視圖。

圖1C示出了根據本發明的示例性實施例的電容器內金屬化薄膜的俯視圖。

圖2是某發明和對比例子的損耗因數和溫度曲線圖。

圖3是某些發明和對比例子的標準化電容量和溫度曲線圖。

圖4是某些發明和對比例子的損耗因數和溫度曲線圖。

圖5是某些發明和對比例子的標準化的電容量和溫度曲線圖。

圖6是根據本發明的示例性實施例的一個金屬化薄膜電容器中的自愈事件的俯視圖。

圖7是發明和對比例子中使用的薄膜的應力-應變曲線圖。

圖8是發明和對比例子中使用的薄膜的對比擊穿強度圖。

具體實施方式

本發明所包括的PTFE聚合物薄膜電容器可以是薄膜-箔式電容器，或是金屬化的薄膜電容器，再或者是兩者的混合體。PTFE薄膜是Knox等人在美國專利5,374,473(“Knox‘473”)以及Kennedy等人美國專利7,521,010的專利(“Kennedy‘010”)中所描述的一種新穎的工藝技術的產物。這種獨特的聚四氟乙烯薄膜是通過Knox‘473和Kennedy‘010中所詳述的過程來制作的，在克服其他聚合物在高操作溫度薄膜電容器生產的局限性上，展現出了其進步的特性。

由于金屬具有自愈能力，金屬化薄膜電容器是高可靠性應用的首選。自愈是在電場擊穿事件發生時，由薄金屬電極氣化引起的一個過程，這個過程導致電極的一個很不重要的區域丟失，但是電容器仍然能夠繼續發揮其作用。不管是對于關鍵任務型應用，還是對于諸如驅動電機的開關調節電壓這樣的必須承受瞬間電壓升高的應用，這種現象通常都被稱為“適度的失敗”，也是一個理想的屬性。不是所有的介電聚合物都能有效地自愈。