專利名稱：一種聚合物疊片式電容器及其制備方法
技術領域：
本發明屬于電子元器件技術領域，涉及聚合物疊片式電容器及其制造技術。
背景技術：
片式電容器是現代電子設備上不可或缺的元件，可用作電路整流的濾波元件、直流電源的推耦元件以及音頻電路中的旁路、耦合元件等。所以片式電容器在各類電子電力器件，航天航空以及軍事武器領域中得到廣泛運用。隨著21世紀科學技術的進步，電子設備小型化的發展，大容量化、小型化、寬頻、寬電壓、寬溫、環保節能是片式電容器發展的主要方向。傳統的金屬化聚合物薄膜電容器通常采用的是卷繞式工藝，要求有機聚合物電介質具有較好的的力學性及延展性，以便于卷繞加工，而一般高介電常數的聚合物往往不具備這個性能，甚至是以粉末態存在，所以金屬化薄膜電容器一般采用的是具有10 i! m左右厚度、介電常數較低的聚乙烯、聚丙烯、聚亞苯基硫醚等材料(相對介電常數為f 3 );同時金屬化電極的有效面積較小；以上幾點均不利于片式電容器向小型化大容量化的發展。
發明內容
本發明提供一種聚合物疊片式電容器，具有疊層片式結構，介質材料采用介電常數相對較高(10左右)的有機聚合物，內電極材料采用導電聚合物。本發明同時提供一種工藝簡單的聚合物疊層片式電容器的制備方法。本發明技術方案如下—種聚合物疊片式電容器，如圖I所示，包括由多層有機聚合物介質薄膜3和多層導電聚合物電極薄膜4交替層疊的方塊狀疊片結構的電容器芯子。所述方塊狀疊片結構的電容器芯子中，位于每一層有機聚合物介質薄膜3兩面的兩層導電聚合物電極薄膜4性成交錯分布即其中一層導電聚合物電極薄膜4覆蓋有機聚合物介質薄膜3上表面的左側，另一層導電聚合物電極薄膜4覆蓋有機聚合物介質薄膜3下表面的右側；一層有機聚合物介質薄膜3中被上下兩層導電聚合物電極薄膜4交錯覆蓋的部分構成一個微電容器單元的介質層，上下交錯分布的兩層導電聚合物電極薄膜4構成一個微電容器單元的上下電極。所述方塊狀疊片結構的電容器芯子頂面和底面各有一層襯底材料I ;所述方塊狀疊片結構的電容器芯子的左右兩端各具有一個金屬端電極6，兩個金屬端電極6將電容器芯子內層疊的所有微電容器單元并聯在一起。上述聚合物疊片式電容器，所述聚合物疊片式電容器除金屬端電極6之外的部分采用環氧樹脂粉末噴涂封裝。上述聚合物疊片式電容器中，所述有機聚合物介質薄膜3是聚偏氟乙烯/石墨烯復合薄膜(PVDF/Graphene)、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復合薄膜(BT/PVDF)、鈦菁銅薄膜(Cu(ttb)Pc)、聚丙烯/聚偏氟乙烯復合薄膜(PP/PVDF)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜(EVA)或多省并醌薄膜(PAQR)。
上述聚合物疊片式電容器中，所述導電聚合物電極薄膜4是聚苯胺導電薄膜(Pani )、聚噻吩導電薄膜(PT)、聚吡咯導電薄膜(PPY)或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復合導電薄膜(PEDOT/PSS)。一種聚合物疊片式電容器的制備方法，包括以下步驟步驟I :在襯底材料I表面沉積一層有機聚合物介質薄膜3 ；步驟2 :在有機聚合物介質薄膜3表面沉積一層導電聚合物電極薄膜4 ；步驟3 :在導電聚合物電極薄膜4表面沉積一層有機聚合物介質薄膜3 ；步驟4 :反復執行步驟2與步驟3，直到得到的方塊狀疊片結構的電容器芯子達到需要的厚度為止；在沉積導電聚合物電極薄膜4時應保證位于每一層有機聚合物介質薄膜3兩面的兩層導電聚合物電極薄膜4形成交錯分布即其中一層導電聚合物電極薄膜4覆 蓋有機聚合物介質薄膜3上表面的左側，另一層導電聚合物電極薄膜4覆蓋有機聚合物介質薄膜3下表面的右側；一層有機聚合物介質薄膜3中被上下兩層導電聚合物電極薄膜4交錯覆蓋的部分構成一個微電容器單元的介質層，上下交錯分布的兩層導電聚合物電極薄膜4構成一個微電容器單兀的上下電極；步驟5 :在步驟4所得方塊狀疊片結構的電容器芯子頂面增加一個襯底材料1，得到最終的方塊狀疊片結構的電容器芯子；步驟6 :在步驟5所得最終的方塊狀疊片結構的電容器芯子兩端浸潰銀漿；步驟7 :銀漿封端，制作金屬端電極6，并用粉末環氧樹脂將除金屬端電極6之外的部分進行噴涂封裝。通過上述步驟，即可制備出本發明所述聚合物疊片式電容器。需要說明的是，上述制備聚合物疊片式電容器的方法中，所述有機聚合物介質薄膜3和導電聚合物電極薄膜4的沉積工藝可采用自組裝鍍膜技術或Langmuir-Blodgettfilm技術。由于介電常數較高的有機聚合物加工性能較差，不能采用卷繞方式制作電容器，本發明采用層疊方式制作的聚合物疊片式電容器，可精確控制每層有機聚合物介質薄膜的尺寸、厚度；同時本發明采用的是有機聚合物電極材料，可以大大提電極的有效面積；同體積下本發明的聚合物疊片式電容器可以達到傳統的金屬化薄膜電容器容量的i(Tioo倍，推進了片式電容器的小型化大容量化進展。此外本發明采用的疊片方塊狀結構，可以增強產品端面耐電流沖擊的能力，減小電感，提高產品穩定性和可靠性；同時本發明的聚合物疊片式電容器采用的材料是聚合物，可減少對資源性原材料的使用，達到環保節能的目的。
圖I為本發明提供的聚合物疊片式電容器芯子結構示意圖。其中1為襯底材料，3為有機聚合物介質薄膜，4為導電聚合物電極薄膜,6為金屬端電極。
具體實施例方式實施例一(a)自組裝鍍膜機上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入8%的PVDF/Graphene復合溶液中，往返2次,可形成PVDF/Graphene復合高介電薄膜。
(b)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(a)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PED0T/PSS溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成PED0T/PSS電極。(c)自組裝鍍 膜機上，用夾子夾住經步驟(b)處理后襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min,向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入8%的PVDF/Graphene復合溶液中，往返2次,可形成PVDF/Graphene復合高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(C)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PED0T/PSS溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成PED0T/PSS電極。(e)重復上述(a) Cd)過程多次，可以形成由多個微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結構的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結構的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環氧樹脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物疊片式電容器。實施例二(a)自組裝鍍膜機上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底15%的PP/PVDF復合溶液中，往返2次，可形成PP/PVDF復合高介電薄膜。(b)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(a)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PPY溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成PPY電極。(c)自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(b)處理后襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入15%的PP/PVDF復合溶液中，往返2次，可形成PP/PVDF復合高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(C)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min，向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入10%的PPY溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成PPY電極。(e)重復上述(a) Cd)過程多次，可以形成由多個微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結構的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結構的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環氧樹脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物疊片式電容器。實施例三(a)自組裝鍍膜機上，用夾子夾住清潔襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min，向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入6%的PAQR溶液中，往返2次，可形成PAQR高介電薄膜。(b)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(a)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min,向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入8%的Pani溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成Pani電極。
(c)自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(b)處理后襯底的一端，設置向上提拉速度為5mm/min,向下提拉速度為20mm/min。襯底浸入6%的PAQR溶液中，往返2次,可形成PAQR高介電薄膜。(d)在自組裝鍍膜機上，用夾子夾住經步驟(C)處理后襯底的另一端，設置向上提拉速度為10mm/min,向下提拉速度為30mm/min。襯底浸入8%的Pani溶液中，深度不超過襯底長度的90%，往返5次，可形成Pani電極。(e)重復上述(a) Cd)過程多次，可以形成由多個微電容器單元層疊而成的方塊狀疊片結構的電容器芯子。(f)分別在方塊狀疊片結構的電容器芯子兩端浸潰銀漿。(g)將電容器芯子粘在引線框上，采用環氧樹脂粉末噴涂封裝，得到最終的聚合物 疊片式電容器。
權利要求
1.一種聚合物疊片式電容器，包括由多層有機聚合物介質薄膜(3)和多層導電聚合物電極薄膜(4)交替層疊的方塊狀疊片結構的電容器芯子； 所述方塊狀疊片結構的電容器芯子中，位于每一層有機聚合物介質薄膜(3)兩面的兩層導電聚合物電極薄膜(4)形成交錯分布即其中一層導電聚合物電極薄膜(4)覆蓋有機聚合物介質薄膜(3)上表面的左側，另一層導電聚合物電極薄膜(4)覆蓋有機聚合物介質薄膜(3)下表面的右側；一層有機聚合物介質薄膜(3)中被上下兩層導電聚合物電極薄膜(4)交錯覆蓋的部分構成一個微電容器單元的介質層，上下交錯分布的兩層導電聚合物電極薄膜(4)構成一個微電容器單兀的上下電極； 所述方塊狀疊片結構的電容器芯子頂面和底面各有一層襯底材料(I); 所述方塊狀疊片結構的電容器芯子的左右兩端各具有一個金屬端電極(6)，兩個金屬端電極(6)將電容器芯子內層疊的所有微電容器單元并聯在一起。
2.根據權利要求I所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述聚合物疊片式電容器除金屬端電極(6)之外的部分采用環氧樹脂粉末噴涂封裝。
3.根據權利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述有機聚合物介質薄膜(3)是聚偏氟乙烯/石墨烯復合薄膜、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復合薄膜、鈦菁銅薄膜、聚丙烯/聚偏氟乙烯復合薄膜、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜或多省并醌薄膜。
4.根據權利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述導電聚合物電極薄膜(4)是聚苯胺導電薄膜、聚噻吩導電薄膜、聚吡咯導電薄膜或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復合導電薄膜。
5.根據權利要求I或2所述的聚合物疊片式電容器，其特征在于，所述金屬端電極(6)為銀電極。
6.一種聚合物疊片式電容器的制備方法，包括以下步驟 步驟I :在襯底材料(I)表面沉積一層有機聚合物介質薄膜(3)； 步驟2 :在有機聚合物介質薄膜(3)表面沉積一層導電聚合物電極薄膜(4)； 步驟3 :在導電聚合物電極薄膜(4)表面沉積一層有機聚合物介質薄膜(3)； 步驟4 :反復執行步驟2與步驟3，直到得到的方塊狀疊片結構的電容器芯子達到需要的厚度為止；在沉積導電聚合物電極薄膜(4)時應保證位于每一層有機聚合物介質薄膜(3)兩面的兩層導電聚合物電極薄膜(4)形成交錯分布即其中一層導電聚合物電極薄膜(4 )覆蓋有機聚合物介質薄膜(3 )上表面的左側，另一層導電聚合物電極薄膜(4 )覆蓋有機聚合物介質薄膜(3)下表面的右側；一層有機聚合物介質薄膜(3)中被上下兩層導電聚合物電極薄膜(4)交錯覆蓋的部分構成一個微電容器單元的介質層，上下交錯分布的兩層導電聚合物電極薄膜(4)構成一個微電容器單兀的上下電極； 步驟5 :在步驟4所得方塊狀疊片結構的電容器芯子頂面增加一個襯底材料(1)，得到最終的方塊狀疊片結構的電容器芯子； 步驟6 :在步驟5所得最終的方塊狀疊片結構的電容器芯子兩端浸潰銀漿； 步驟7 :銀漿封端，制作金屬端電極(6)，并用粉末環氧樹脂將除金屬端電極(6)之外的部分進行噴涂封裝。
7.根據權利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述有機聚合物介質薄膜(3)是聚偏氟乙烯/石墨烯復合薄膜、納米鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復合薄膜、鈦菁銅薄膜、聚丙烯/聚偏氟乙烯復合薄膜、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物薄膜或多省并醌薄膜。
8.根據權利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述導電聚合物電極薄膜(4)是聚苯胺導電薄膜、聚噻吩導電薄膜、聚吡咯導電薄膜或聚噻吩/聚苯乙烯磺酸鈉復合導電薄膜。
9.根據權利要求6所述的聚合物疊片式電容器的制備方法，其特征在于，所述有機聚合物介質薄膜(3)和導電聚合物電極薄膜(4)的沉積工藝采用自組裝鍍膜技術或Langmuir-Blodgett film 技術。
全文摘要
一種聚合物疊片式電容器及其制備方法，屬于電子元器件技術領域。由于介電常數較高的有機聚合物加工性能較差，不能采用卷繞方式制作電容器，本發明采用層疊方式制作的聚合物疊片式電容器，可精確控制每層有機聚合物介質薄膜的尺寸、厚度；同時本發明采用的是有機聚合物電極材料，可以大大提電極的有效面積；同體積下本發明的聚合物疊片式電容器可以達到傳統的金屬化薄膜電容器容量的10~100倍，推進了片式電容器的小型化大容量化進展。此外本發明采用的疊片方塊狀結構，可以增強產品端面耐電流沖擊的能力，減小電感，提高產品穩定性和可靠性；同時本發明的聚合物疊片式電容器采用的材料是聚合物，可減少對資源性原材料的使用，達到環保節能的目的。
文檔編號H01G4/008GK102709053SQ201210179909
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者徐建華, 楊亞杰, 楊文耀, 王偲宇, 陳燕 申請人:電子科技大學