具有锆钛酸铅镧电介质的陶瓷卷绕电容器制造技术

技术编号:16477622 阅读:31 留言:0更新日期:2017-10-31 07:26
一种陶瓷卷绕电容器(10)包括第一导电层(20)、电介质层(30)、第二导电层(40)以及保护涂层(50)。一种用于制造陶瓷卷绕电容器(10)的方法(200)包括以下步骤:给送(75)承载带(80);沉积(90)牺牲层(95)、沉积(100)第一导电层(20)、沉积(110)电介质层(30)并且沉积(120)第二导电层(40),以形成通过牺牲层(95)耦合至承载带(80)上的安排(140);将安排(140)与承载带(80)和牺牲层(95)分开(130)以创建第一导电层(20)的暴露表面(25);向第一导电层(20)的暴露表面(25)施加(150)保护涂层(50);用保护涂层(50)来卷绕(170)安排(140)以形成陶瓷卷绕电容器(10)。

Ceramic wound capacitor with lead zirconate titanate dielectric

A ceramic winding capacitor (10) includes a first conductive layer (20), a dielectric layer (30), a second conductive layer (40), and a protective coating (50). A method for manufacturing a ceramic capacitor winding (10) method (200) comprises the following steps: send (75) bearing belt (80); (90) depositing sacrificial layer (95), (100) deposition of a first conductive layer (20), (110) deposition of dielectric layer (30) and deposition (120) the second conductive layer (40), to be formed by sacrificial layer (95) coupled to the bearing belt (80) on the arrangement (140); the arrangement (140) and the bearing belt (80) and sacrificial layer (95) from (130) to create the first conductive layer (20) of the exposed surface (25); (20) to the first conductive layer of the exposed surface (25) applied (150) protective coating (50); with a protective coating (50) to (170) winding arrangement (140) to form a ceramic capacitor winding (10).

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年4月18日提交的美国临时专利申请号62/323,893的权益,所述申请的全部公开内容通过引用并入本文。政府许可权声明这是由阿贡国家实验室(ArgonneNationalLab)和德尔福汽车系统有限公司(DelphiAutomotiveSystem,LLC)共同开发的一项专利技术。美国政府根据美国政府与代表阿贡国家实验室的UChicagoArgonne,LLC之间的合同号DE-AC02-06CH11357并且根据美国政府/能源部(阿贡国家实验室)与德尔福汽车系统有限公司之间的子合同号4F-31041对本专利技术拥有一些权利。
本公开总体上涉及一种陶瓷卷绕电容器、并且更具体地涉及一种具有锆钛酸铅镧(PLZT)电介质材料的陶瓷卷绕电容器。
技术介绍
众所周知,目前在电动汽车逆变器中使用的这类高压、薄膜卷绕电容器需要较大的封装体积。驱动薄膜卷绕电容器的物理尺寸的主要特征是,在其上施加电容性元件并随后卷绕的薄膜的厚度。在所述卷绕电容器的制造期间,所述薄膜还起到衬底或承载带的作用。典型的承载带是具有大于50微米(50μm)的厚度的聚合物材料、并且比构成或形成这些电容性元件的层厚许多倍。当卷绕时,厚的承载带成为成品电容器的直径的最大贡献者。不利的是,由于较薄的材料的成本增大,并且由于在制造过程中更容易发生薄膜破裂而导致设备的停用时间增加,所以使用较薄的承载带来制造薄膜卷绕电容器更昂贵。当今的薄膜电容器的另一个缺点是,服务温度受到薄膜材料的限制,所述温度可以低至85摄氏度(85℃)。
技术实现思路
在此描述了一种高压陶瓷卷绕电容器,所述高压陶瓷卷绕电容器可以在最终组装中不包括承载带的情况下被卷绕、并且使用薄膜电容器制造方法来制造。根据一个实施例,提供了一种陶瓷卷绕电容器。所述陶瓷卷绕电容器包括限定了暴露表面的第一导电层。所述陶瓷卷绕电容器还包括电介质层,所述电介质层由锆钛酸铅镧(PLZT)形成,与所述第一导电层以同所述暴露表面相反地直接接触。所述陶瓷卷绕电容器还包括第二导电层,所述第二导电层与所述电介质层以同所述第一导电层相反地直接接触。所述陶瓷卷绕电容器还包括与所述暴露表面直接接触的保护涂层。所述保护涂层的特征为小于10微米的厚度,其中,所述第一导电层、电介质层、第二导电层、以及保护涂层形成电容性元件,并且所述电容性元件被卷绕以形成陶瓷卷绕电容器。在另一个实施例中,提供了一种用于制造所述陶瓷卷绕电容器的方法。所述方法包括给送承载带的步骤。所述方法还包括沉积牺牲层的步骤。所述方法还包括沉积第一导电层的步骤。所述方法还包括沉积电介质层的步骤。所述方法还包括沉积第二导电层以便形成由所述第一导电层、所述电介质层、以及所述第二导电层形成的安排的步骤,其中,所述安排通过所述牺牲层耦合至所述承载带上。所述方法还包括将所述安排与所述承载带和牺牲层分开从而创建所述第一导电层的暴露表面的步骤。所述方法还包括向所述第一导电层的暴露表面施加保护涂层的步骤。所述方法还包括用所述保护涂层来卷绕所述安排以形成陶瓷卷绕电容器的步骤,其中,所述保护涂层与所述陶瓷卷绕电容器的第一导电层和第二导电层直接接触。在阅读以下仅通过非限制性示例的方式并参照附图给出的优选实施例的详细描述之后,可以清楚地了解另外的特征和优点。附图说明现在将通过举例并且参考以下附图来描述本专利技术,在附图中:图1是根据一个实施例的陶瓷卷绕电容器的截面端视图;图1A是图1中的虚线圆圈1A所指示的部分的放大视图;图2是根据一个实施例的用于制造图1的陶瓷卷绕电容器的设备的展示;并且图2A是图2中的虚线圆圈2A所指示的部分的详细视图;图2B是图2中的虚线圆圈2B所指示的部分的详细视图;图2C是图2中的虚线圆圈2C所指示的部分的详细视图;图2D是图2中的虚线圆圈2D所指示的部分的详细视图;图2E是图2中的虚线圆圈2E所指示的部分的详细视图;并且图3是根据一个实施例的用于制造图1的陶瓷卷绕电容器的方法的流程图。具体实施方式图1展示了陶瓷卷绕电容器10的非限制性实例。所展示的这些层的相对厚度不旨在推断与用于形成陶瓷卷绕电容器10的材料的实际层的相对厚度有关的任何内容、而是仅用于使以下给出的描述更容易地可视。所考虑到的但未展示出的陶瓷卷绕电容器10的其他特征、例如将陶瓷卷绕电容器10电连接到其他电路的触点、导线或端子,是电容器制造领域的技术人员将了解的。所述陶瓷卷绕电容器10包括第一导电层20。通过举例且非限制的方式,所述第一导电层20可以通过已知的电子束蒸发工艺来沉积。优选地,所述第一导电层20是铝,其厚度为100纳米(nm)至200nm、并且优选地为120nm。替代地,所述第一导电层20可以由铂、铜或镍形成。所述第一导电层20优选地允许氧分子透过其截面。第一导电层20的第一侧限定了暴露表面25。所述第一导电层20的、与所述暴露表面25相反的相反侧26与电介质层30直接接触。有利的是,所述电介质层30是由锆钛酸铅镧(PLZT)形成的。PLZT是具有高介电常数并且能够在高达150℃的温度下工作的陶瓷材料。PLZT一般被认为具有跨电压、频率和温度的平坦的电容分布。经验测试表明,8μm的PLZT层厚度在介电击穿与可靠性之间提供了良好的平衡。第二导电层40在与所述第一导电层20相反的这侧上与所述电介质层30直接接触。具有100纳米(nm)至200nm、并且优选地200nm的厚度的铝可以形成所述第二导电层40。替代地,所述第二导电层40可以由铂、铜或镍形成。小于10μm的保护涂层50与所述第一导电层20的暴露表面25直接接触。所述保护涂层50可以由聚对二甲苯形成,例如来自由美国新泽西州萨默维尔市(Somerville,NewJersey,USA)的SpecialtyCoatingSystems制造的系列涂层中的一种。所述保护涂层50的厚度理想地小于十微米(10μm),以便将所述陶瓷卷绕电容器10的直径最小化。所述保护涂层50优选地允许氧分子透过其截面。所述保护涂层50的最小厚度取决于所述陶瓷卷绕电容器10上的设计最大施加电压以及所述保护涂层材料的介电特性、并且可以由电容器设计领域的技术人员进行计算。所述第一导电层20、电介质层30、第二导电层40、以及保护涂层50形成了电容性元件60,并且将所述电容性元件60被卷绕形成陶瓷卷绕电容器10。在卷绕所述电容性元件60时,所述保护涂层50与所述第二导电层40被放置成直接接触。通过举例,700微法(700μF)陶瓷卷绕电容器10的一个非限制性实施例将对保护涂层50使用2.4μm厚的聚对二甲苯。与用50μm厚的承载带80(留在原地的)制成的等效电容器的11.5cm直径相比,所得的电容器将具有6.0厘米(cm)的直径。这导致所述电容器的直径减小了48%,这意味着陶瓷卷绕电容器10的体积减少了73%、并且在所述部件的封装方面将具有显着的益处。另一个非限制性实施例将利用PLZT层作为保护涂层50。与之前描述的聚对二甲苯涂层材料一样,用于保护涂层50的PLZT的最小厚度取决于陶瓷卷绕电容器10上的设计最大施加电压以及PLZT的介电特性。图2展示了用于制造所述陶瓷卷绕电容器10的设备70的非限制性实例本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种陶瓷卷绕电容器(10),包括:第一导电层(20),所述第一导电层限定了暴露表面(25);电介质层(30),所述电介质层由锆钛酸铅镧(PLZT)形成,与所述第一导电层(20)以同所述暴露表面(25)相反地直接接触;第二导电层(40),所述第二导电层与所述电介质层(30)以同所述第一导电层(20)相反地直接接触;以及保护涂层(50),所述保护涂层与所述暴露表面(25)直接接触,所述保护涂层(50)的特征为小于10微米的厚度,其中所述第一导电层(20)、所述电介质层(30)、所述第二导电层(40)以及所述保护涂层(50)形成电容性元件(60),并且所述电容性元件(60)被卷绕以形成陶瓷卷绕电容器(10)。

【技术特征摘要】
2016.04.18 US 62/323,8931.一种陶瓷卷绕电容器(10),包括:第一导电层(20),所述第一导电层限定了暴露表面(25);电介质层(30),所述电介质层由锆钛酸铅镧(PLZT)形成,与所述第一导电层(20)以同所述暴露表面(25)相反地直接接触;第二导电层(40),所述第二导电层与所述电介质层(30)以同所述第一导电层(20)相反地直接接触;以及保护涂层(50),所述保护涂层与所述暴露表面(25)直接接触,所述保护涂层(50)的特征为小于10微米的厚度,其中所述第一导电层(20)、所述电介质层(30)、所述第二导电层(40)以及所述保护涂层(50)形成电容性元件(60),并且所述电容性元件(60)被卷绕以形成陶瓷卷绕电容器(10)。2.根据权利要求1所述的陶瓷卷绕电容器(10),其中,所述保护涂层(50)在卷绕之后与所述第二导电层(40)直接接触。3.根据权利要求1所述的陶瓷卷绕电容器(10),其中,所述第一导电层(20)由铂、镍、铜和铝之一形成。4.根据权利要求1所述的陶瓷卷绕电容器(10),其中,所述第二导电层(40)由铂、镍、铜和铝之一形成。5.根据权利要求1所述的陶瓷卷绕电容器(10),其中,所述保护涂层(50)是聚对二甲苯。6.根据权利要求1所述的陶瓷卷绕电容器(10),其中,所述保护涂层(50)是PLZT。7.一种用于制造陶瓷卷绕电容器(10)的方法(200),所述方法(200)包括:提供设备(70),所述设备被配置成用于通过沉积工艺来给送(75)承载带(80),其中,所述沉积工艺包括:在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·R·费尔柴尔德R·S·泰勒D·W·伊翰斯C·W·王
申请(专利权)人:德尔福技术有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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