[发明专利]制品及包含制品的电容器

说明书

技术领域

本发明涉及具有高击穿强度并包含具有高介电常数的复合物层的制品及包含所述制品的电容器。

背景技术

在诸如电容器等的电子器件中，具有高电阻率、高电容率、低耗散因子和高电场击穿强度的聚合物作为电介质有着重要的应用。电子业由成本和性能所驱动，且对降低材料的成本和提高材料的可靠性和性能有着日益增长的持续需求。长久以来，基于聚合物的器件是令人感兴趣的，这是因为可容易地将有关聚合物膜的挤出或溶液流延的制造技术与薄膜金属化技术相结合，从而产生灵活多样且经济实惠的器件，该器件可制造成非常大的电子器件。

诸如聚碳酸酯、聚丙烯和聚酯等聚合物膜已经成为制造千伏范围内工作的薄膜静电电容器首选的绝缘介质。因其固有的低介电损耗、优异的高频响应、低耗散因子、低等效串联电阻和高压容量，基于聚合物的电容器已经成为多种功率电子学和脉冲功率应用首选的电容器。基于聚合物的电容器对于外加电压几乎没有电容系数，并且不发生如在基于陶瓷的电容器的情形中所观察到的金属迁移或机械破裂。

过去十年，通过先进制造技术与新材料的结合已经实现了电容器可靠性的显著提高。此外，基于聚合物的电子器件如电容器等可提供小型电容器结构，自净化能力，更长的寿命，以及更高的能量密度。前述优点以及尺寸减小、简单和制造成本低等优点使得基于聚合物的电容器在功率电子业中得到广泛应用。

通过使用大量填料，聚合物复合物已经用于在各种器件中来获得高介电常数。然而，美中不足的是这些器件中的某些器件可能表现出击穿强度以及诸如抗冲强度和延展性之类机械性质的不被期望的降低。此外，添加填料增加了复合材料的脆性，从而带来了加工制造问题。

基于聚合物的电容器轻质且小巧，因而对于各种陆地应用和太空应用具有吸引力。然而，大多数介电聚合物的特征在于能量密度低(＜5J/cc)，和/或击穿强度低(＜450kV/mm)，这可能限制电容器的工作电压。这些类型的电容器有时还伴随着其它缺点，例如热稳定性差和寿命低。为了获得高能量密度，可能期望同时具有高介电常数和高击穿强度。这两种性质不能兼得可能是不利的。呈现高击穿强度的大多数介电聚合物具有较低的介电常数。例如，对于介电常数为约2.2的高品质聚丙烯薄膜，观察到的最高击穿强度是约800kV/mm。

用于高能量密度功率转化应用的储能器件，例如电容器，需要耐受高电压和高温环境。此外，该储能器件还需要显示高的击穿电压以及高介电常数，以满足将电容器结合到印刷电路板中时对于电气、可靠性和加工的要求。

因此，发明一种具有相当高的介电常数和较高的击穿强度的制品很重要。其需要是能解决前述问题并满足目前的电子工业应用要求的制品。此外，还需要较简单并通用的方法，来制备用于各种电子器件(例如，使用电容器的那些电子器件)中的基于聚合物的高品质制品。

发明内容

本发明的目的是提供一种制品及包含制品的电容器，其能解决前述问题并满足目前的电子工业应用要求。

一方面，本发明涉及一种制品，其包括聚合物层以及位于所述聚合物层上的复合物层。所述复合物层包含热塑性聚合物，并且该复合物层含有至少一种具有选定尺寸的无机组分；其中所述无机组分的最大尺寸小于约1微米。所述复合物层的介电常数比聚合物层的介电常数大至少约30％。所述制品的击穿强度至少为约150kV/mm。

另一方面，本发明涉及一种制品，其包括聚合物层和复合物层，所述聚合物层包含至少一种聚合物，所述聚合物选自聚酰亚胺(例如，聚醚酰亚胺、氰基改性的聚醚酰亚胺等)、氰乙基纤维素、三乙酸纤维素、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯和聚碳酸酯；所述复合物层包含热塑性聚合物和无机组分。该制品的击穿强度至少为约150kV/mm。

另一方面，本发明涉及一种包含制品的电容器，其包括被所述制品隔开的两个导体，其中所述制品包括聚合物层和位于所述聚合物层上的复合物层。所述复合物层包含热塑性聚合物，并且该复合物层含有至少一种具有选定尺寸的无机组分；其中所述无机组分的最大尺寸小于约1微米。所述复合物层的介电常数比聚合物层的介电常数大至少约30％；并且所述制品的击穿强度至少为约150kV/mm。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明一种实施方式的制品的示意图。

图2为本发明另一种实施方式的制品的示意图。

图3是不同材料击穿强度的示意图。

具体实施方式