專利名稱：熔絲元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括多個(gè)電容器子單元的功率電容器器件，由此，每個(gè)電容器子單元受到與電容器子單元串聯(lián)連接的內(nèi)部熔絲元件的電保護(hù)。本發(fā)明還涉及組裝在電容器組中并由公共外殼中的多個(gè)電容器子單元構(gòu)成的高功率電容器，由此，電容器子單元被與電路并聯(lián)地和串聯(lián)地電連接。此類電容器組能夠例如用于中壓或高壓電網(wǎng)中的功率因數(shù)修正系統(tǒng)?！?br> 背景技術(shù)：
中壓和高壓電網(wǎng)中的功率因數(shù)修正系統(tǒng)需要在大電容器組中組裝的高功率電容器。單獨(dú)電容器通常由單個(gè)外殼中的多個(gè)較小電容器子單元構(gòu)成。較小的電容器子單元被以串聯(lián)和并聯(lián)電路的不同變化連接以便滿足特定應(yīng)用的要求。然而，如果單個(gè)電容器子單元出現(xiàn)故障，則整個(gè)電容器組件通過此子單元放電，導(dǎo)致甚至可能導(dǎo)致電容器外殼的故障、所謂的殼體爆裂的強(qiáng)弧。此故障模式然后能夠?qū)е驴傠娙萜鹘M的完全故障。作為增加此類電容器組中的安全性的手段，可以從電容器器件的外部用單獨(dú)串聯(lián)熔絲來保護(hù)單獨(dú)電容器器件。然而，這種解決方案是昂貴的，并且始終導(dǎo)致單個(gè)電容器器件的完全損失，其必須被盡快地交換。為了避免電容器器件的完全損失，可以用電容器器件內(nèi)部的單獨(dú)熔絲來保護(hù)單獨(dú)電容器子單元。這種解決方案具有優(yōu)點(diǎn)，即在故障的情況下僅損失單個(gè)電容器子單元，并且整個(gè)電容器組未被破壞并繼續(xù)幾乎無(wú)阻礙地工作。此問題的一般技術(shù)解決方案是與單獨(dú)電容器子單元串聯(lián)連接的單導(dǎo)線熔絲元件。然而，由于涉及每個(gè)子單元幾千伏的高壓，所以熔絲需要相當(dāng)長(zhǎng)，例如通常在長(zhǎng)度上為IOOmm及以上，同時(shí)通常是銅導(dǎo)線的導(dǎo)線的直徑通常在0. 3至0. 5mm之間。在某些應(yīng)用中，將多個(gè)這些熔絲安裝在單個(gè)卡片紙板上以便容易搬運(yùn)(handling)。還可以用紙、聚合物或陶瓷殼將單獨(dú)的熔絲導(dǎo)線相互分離，以避免單個(gè)電容器外殼中的響應(yīng)和非響應(yīng)熔絲之間的非故意交互。在某些產(chǎn)品中，將熔絲單獨(dú)地安裝在每個(gè)電容器子單元而不是公共板上。在本領(lǐng)域中還已知通過將熔絲的兩端處的導(dǎo)線與附加導(dǎo)線扭絞來減小熔絲電阻和因此的附加功率損失的一部分。另一已知設(shè)計(jì)并行地使用兩個(gè)導(dǎo)線，以便減小熔絲電阻并增加作用積分/ I2dt，其必須被實(shí)現(xiàn)以用于使用響應(yīng)，因此減少被放電至故障電容器元件中的能量。一般地在集成到電容器中之前將兩個(gè)導(dǎo)線焊接到銅條。關(guān)于單個(gè)導(dǎo)線，這種技術(shù)的缺點(diǎn)是導(dǎo)線R直徑的熔絲響應(yīng)I2t值的相關(guān)性與R4成比例，并且因此是非常陡的。因此，在熔絲生產(chǎn)和搬運(yùn)期間源自于頸縮、強(qiáng)彎曲、拉伸等的與標(biāo)稱直徑的甚至輕微的局部偏差導(dǎo)致熔絲響應(yīng)值的大的偏差。并且，具有很好地限定的直徑的銅導(dǎo)線的可用性是有限的，由此，在陡峭的熔絲響應(yīng)特性曲線上只能選擇熔絲響應(yīng)值的粗步幅。另外，單導(dǎo)線熔絲產(chǎn)生由標(biāo)稱電流下的歐姆損失而引起的顯著量的熱。熔絲的兩端處的扭絞的多股電流引線的使用能夠部分地減少這些損失。并行地使用兩個(gè)導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)是相比于單導(dǎo)線解決方案而言顯著地減少熱損失，并且還降低了對(duì)導(dǎo)線直徑偏差的敏感度。然而，該制造更加復(fù)雜，使得更多的焊接連接必須，這增加成本和故障風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)US 2010/0224955 Al公開了包括由能夠在半導(dǎo)體襯底上形成張力的材料制成的電介質(zhì)中間層的器件和方法。此外，在第一電介質(zhì)中間層上形成具有比第一電介質(zhì)中間層更強(qiáng)的張力的熔絲金屬。因此，能夠防止熔絲熔斷時(shí)的熔絲殘余物的形成。此外，能夠減小在熔絲熔斷時(shí)施加的激光的能量和光斑尺寸。此外，能夠防止對(duì)相鄰熔絲的損壞，并且能夠切割由難以使熔絲熔斷的材料制成的熔絲。此外，由于使用聚合物系列材料作為電介質(zhì)中間層，所以能夠相當(dāng)大地減少配線線路之間的耦合效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是與現(xiàn)有技術(shù)相比增加此類功率電容器或電容器組中的安全性。應(yīng)改善可制造性和搬運(yùn)。應(yīng)減小熔絲生產(chǎn)期間的公差以及初始故障。應(yīng)容易地形成要求的熔絲形狀。由根據(jù)主權(quán)利要求的功率電容器器件和根據(jù)輔助方法權(quán)利要求的制造其的方法 來解決該目的。根據(jù)一方面，由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條內(nèi)的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑來提供包括由至少兩個(gè)平行金屬子條形成的有源熔絲響應(yīng)部分的熔絲元件。根據(jù)另一方面，用以下步驟來執(zhí)行用于制造熔絲元件的方法，即提供包括通過在自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑形成的至少兩個(gè)平行金屬子條的有源熔絲響應(yīng)部分。該解決方案通過使用包括薄聚合物基層的復(fù)合材料作為薄金屬箔的加強(qiáng)來得到低電阻、低成本、容易制造且可靠的具有小公差的熔絲。根據(jù)另一方面，熔絲元件被用于對(duì)由多個(gè)電容器子單元制成的功率電容器器件進(jìn)行電保護(hù)，由此，由在內(nèi)部與電容器子單元進(jìn)行串聯(lián)連接的此類熔絲元件中的一個(gè)對(duì)每個(gè)電容器子單元進(jìn)行電保護(hù)。連續(xù)的寬條復(fù)合材料由適當(dāng)?shù)牡统杀揪酆衔锊捅〗饘俨膴A層制成。通常，作為聚合物，可以選擇顯示出與此類電容器子單元的環(huán)境的已證明相容性的材料，特別是在與在現(xiàn)代電容器器件中使用的絕緣液體相交互中。特別地，類似于聚丙烯(其為作為電容器電介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)材料)、聚乙烯等的廉價(jià)聚合物僅不顯著地增加材料成本，但是顯著地降低由搬運(yùn)要求和拒絕率引起的成本。此外,適當(dāng)?shù)幕撞牧习ㄅc電容器內(nèi)部環(huán)境相兼容的聚酰亞胺和類似材料。在其中選擇了在搬運(yùn)期間可抵抗材料應(yīng)力的足夠厚的金屬箔的特殊情況下，可以忽略聚合物基底材料，并且熔絲元件由純金屬構(gòu)造組成。用于由金屬制成的熔絲的適當(dāng)金屬是高導(dǎo)電性銅、銀和這些材料的合金。以下是相比于常規(guī)熔絲設(shè)計(jì)而言的附加優(yōu)點(diǎn)。更快地達(dá)到當(dāng)前限制范圍，導(dǎo)致熔絲工作期間釋放較少的能量。實(shí)現(xiàn)了熔絲的更穩(wěn)定的I2t響應(yīng)值，導(dǎo)致電容器組的更高可靠性。放電能量限制更好，導(dǎo)致較少的放電能量，對(duì)電容器內(nèi)部元件的較少損壞，并防止殼體破裂?？梢杂须娙萜髟g的更好的外殼?？梢栽诠收匣∨c殼體之間沒有交互且在單獨(dú)熔絲之間沒有交互。總電容器損失被減少了多達(dá)25%。熔絲制造和集成的材料和勞動(dòng)成本被降低了多達(dá)50%。降低了電容器噪聲。有源熔絲引線之間的相互吸引由于熔絲的在其厚度方面的小橫截面而并不導(dǎo)致音響噪聲產(chǎn)生。通過增加單獨(dú)電容器元件之間的壓力，能夠更有效地抑制垂直于熔絲表面的橫向運(yùn)動(dòng)。通過相比于常規(guī)設(shè)計(jì)相當(dāng)大地減小熔絲厚度，能量密度被增加多達(dá)10%。減小了電容器尺寸。通過使用兩個(gè)或更多有源平行熔絲引線來實(shí)現(xiàn)更可靠的熔絲工作。這將導(dǎo)致來自故障電流的不對(duì)稱加熱，其將導(dǎo)致相應(yīng)引線電阻的增加，這改善了單獨(dú)引線之間的電流共享。此外，減少了由電容器和熔絲元件的過強(qiáng)烈按壓而引起的內(nèi)部電容器損壞的危險(xiǎn)。根據(jù)另一方面，可以將根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件用于低、中或高壓電平上的電氣器件的電保護(hù)。由從屬權(quán)利要求來要求保護(hù)附加有利實(shí)施例。根據(jù)實(shí)施例，可以由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔來提供自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條。
根據(jù)另一實(shí)施例，可以由第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔來提供自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條，其被電介質(zhì)材料加強(qiáng)，從而形成自支撐復(fù)合材料。根據(jù)另一實(shí)施例，電介質(zhì)材料可以是聚合物層。根據(jù)另一實(shí)施例，聚合物層可以是自支撐聚合物箔。根據(jù)另一實(shí)施例，可以在與第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔相對(duì)的聚合物層的表面上沉積第二細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔。根據(jù)另一實(shí)施例，可以將多個(gè)電容器子單兀集成在外殼中并浸沒在外殼內(nèi)的冷卻和絕緣液體中。根據(jù)另一實(shí)施例，可以將功率電容器器件組裝在電容器組中，并且可以將所述多個(gè)電容器子單元以并聯(lián)和/或串聯(lián)電路進(jìn)行電連接。根據(jù)另一實(shí)施例，可以使自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條在熔絲元件的有源響應(yīng)部分的一個(gè)縱向側(cè)成角度以提供橫向電連接部分并在響應(yīng)期間向熔絲元件的有源響應(yīng)部分的另一縱向側(cè)提供驅(qū)動(dòng)弧的電流環(huán)路。根據(jù)另一實(shí)施例，可以用針對(duì)由冷卻和絕緣液體引起的金屬溶解進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)層來覆蓋細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條。保護(hù)層可以由聚合物材料制成。如果使用單個(gè)銅層，則必須保護(hù)銅箔的僅一側(cè)，例如分別地通過使用錫(Sn)的約5Mm薄層或者甚至更薄的銀或金層。這針對(duì)例如電容器箔提供保護(hù)，其趨向于隨著時(shí)間推移而充分地將銅溶解而變得比可允許的更有損失。并且，該設(shè)計(jì)沿著一個(gè)方向針對(duì)機(jī)械振動(dòng)將熔絲條機(jī)械地固定。如果通過機(jī)械地按壓電介質(zhì)材料的層之間的熔絲(在許多電容器設(shè)計(jì)中情況常常如此)還阻礙了沿垂直方向的機(jī)械振動(dòng)，則由熔絲的磁場(chǎng)弓I起的機(jī)械振動(dòng)被強(qiáng)有力地抑制，這導(dǎo)致在標(biāo)稱電流期間特別是在較高次諧波頻率下由熔絲產(chǎn)生的噪聲分量的相當(dāng)大的減小。根據(jù)另一實(shí)施例，自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條的金屬可以由鋁(Al)、銀(Ag)或銅(Cu)或這些金屬的高導(dǎo)電性合金制成。根據(jù)另一實(shí)施例，該保護(hù)層可以由聚合物材料制成。根據(jù)另一實(shí)施例，所述保護(hù)層可以由在電容器的絕緣液體中不可溶解的金屬制成。根據(jù)另一實(shí)施例，所述保護(hù)層可以由金屬氧化物或二氧化硅SiO2層制成。根據(jù)另一實(shí)施例，所述至少兩個(gè)并行金屬子條中的每一個(gè)可以沿著其長(zhǎng)度包括至少一個(gè)彎曲細(xì)長(zhǎng)邊緣以便在其形成的同時(shí)在兩個(gè)邊緣上具有類似的應(yīng)變速率。根據(jù)另一實(shí)施例，可以在具有相互之間的橫向偏移的情況下來對(duì)不同細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的平行金屬子條進(jìn)行定位。根據(jù)另一實(shí)施例，可以由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條的中間區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑來形成兩個(gè)平行金屬子條。根據(jù)另一實(shí)施例，可以由每個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的邊緣區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑來形成兩個(gè)平行金屬子條。


結(jié)合附圖，基于實(shí)施例來描述本發(fā)明。所述附圖示出
圖1根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的第一實(shí)施例；
圖2根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的第二實(shí)施例；
圖3根據(jù)圖1和2的熔絲元件的橫截面 圖4根據(jù)圖1和2的熔絲元件的另一橫截面 圖5根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖6根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖7根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖8根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖9根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖10根據(jù)本發(fā)明的電容器子單元的實(shí)施例；
圖11根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)電容器子單元的實(shí)施例；
圖12根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件的另一實(shí)施例；
圖13根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件10的實(shí)施例。圖1示出形成筆直熔絲條的兩個(gè)平行金屬子條(sub-strip) 9的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑7。在由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層上形成由兩個(gè)平行金屬子條9產(chǎn)生的有源響應(yīng)部分。細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬層被沉積在電介質(zhì)基層的一側(cè)上，并且在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬層內(nèi)形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑7或開口。本發(fā)明的特征克服了常規(guī)雙導(dǎo)線解決方案的在先所述缺點(diǎn)。細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬層的金屬可以是銅Cu。替換地，可以使用鋁(Al)、銀(Ag)或其合金作為金屬熔絲材料，這導(dǎo)致多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。鋁比銅價(jià)格低廉得多。其針對(duì)電容器油進(jìn)行的溶解不需要保護(hù)層。在熔絲響應(yīng)之后，其比銅更少地在電容器油中溶解，導(dǎo)致液體電介質(zhì)的較少污染。然而，缺點(diǎn)是這樣的事實(shí)，由于其氧化層，其不那么適合于作為用于產(chǎn)生電連接的手段的焊接。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的最簡(jiǎn)單熔絲結(jié)構(gòu)。圖1示出在有源熔絲元件部分中具有兩個(gè)平行熔絲金屬子條9的具有中心切口的直條設(shè)計(jì)。還可以將切口表示為開口或凹坑7。還可以將有源熔絲部分表示為熔絲元件10的有源響應(yīng)部分。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種切割金屬-聚合物復(fù)合材料。不需要在細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬層的凹坑7的區(qū)域內(nèi)切割由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層。這改善了熔絲元件10的電介質(zhì)性質(zhì)。根據(jù)另一替換，在熔絲金屬層的凹坑7內(nèi)還將電介質(zhì)基層切開，導(dǎo)致類似于沖壓的簡(jiǎn)化制造過程。在本發(fā)明的特殊實(shí)現(xiàn)中，如果金屬箔厚且強(qiáng)到足以耐受熔絲元件的制造、處理和搬運(yùn)，并且熔絲元件單獨(dú)地由金屬箔組成，則省略聚合物基層。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件10的第二實(shí)施例。如圖2所示，熔絲元件10 還可以包含三個(gè)或更多有源熔絲引線或子條9。
雖然熔絲元件10也可以由裸露的細(xì)銅條沖壓而成，但分別地由于機(jī)械強(qiáng)度和可制造性的增加和改善的搬運(yùn)性質(zhì)，優(yōu)選的是使用聚合物膜-銅箔復(fù)合材料。具有兩個(gè)平行熔絲子條9的銅箔相比于雙導(dǎo)線解決方案而言已經(jīng)是顯著的改進(jìn)，顯示出其優(yōu)點(diǎn)并降低了制造成本和風(fēng)險(xiǎn)。然而，在制造和搬運(yùn)期間，出現(xiàn)由此類熔絲設(shè)計(jì)的易碎結(jié)構(gòu)引起的附加風(fēng)險(xiǎn)。通常，在厚度上通常為35ΜΠ1至IOOMffl的銅箔是適當(dāng)?shù)?，熔絲條寬度通常為一至兩毫米左右。尤其是在熔絲搬運(yùn)、到電容器子單元中的集成和電容器子單元到外殼中的集成期間， 熔絲條的強(qiáng)彎曲、皺縮和部分撕裂的危險(xiǎn)是高的。對(duì)熔絲的任何此類損壞將導(dǎo)致熔絲的過早故障，導(dǎo)致單個(gè)電容器子單元的損失并因此導(dǎo)致相應(yīng)電容器器件的電容和能量密度的損失。并且，由于可以是高導(dǎo)電性銅箔(其是非常薄且軟的)的金屬熔絲材料的易碎性，這種熔絲的制造是相當(dāng)困難的。特別地，由于這些材料性質(zhì)而沖壓是需要的，常常導(dǎo)致最關(guān)鍵熔絲區(qū)域中的皺縮和撕裂，因此增加高拒絕率。根據(jù)圖3和4的發(fā)明加強(qiáng)導(dǎo)致可制造性和搬運(yùn)兩者的改善，減小了熔絲生產(chǎn)期間的公差以及初始故障。
圖3示出根據(jù)圖1或2的熔絲元件10的橫截面圖。在頂側(cè)上，存在由包括例如 Cu、Al或替換金屬的金屬箔形成的細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬層I。數(shù)字3表示由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層，所述聚合物材料可以是PP、PE或其它替換聚合物材料。
圖4示出根據(jù)圖1或2的熔絲元件的替換橫截面圖。附圖標(biāo)記I表示由Cu或Al 或其它可比較的金屬制成的金屬箔。附圖標(biāo)記3表示聚合物基層且數(shù)字5表示在熔絲金屬條I的頂部上形成的保護(hù)聚合物層。根據(jù)本替換設(shè)計(jì)，使用在熔絲金屬條I的頂部上的第二聚合物層5作為附加保護(hù)、加強(qiáng)并作為針對(duì)電容器油的溶解阻擋層而不是例如銅箔上的錫的金屬保護(hù)層。熔絲元件10的典型總長(zhǎng)度是200. . . 400mm,有源響應(yīng)部分或切口部或凹坑7 的典型長(zhǎng)度是50. . . 120mm。金屬和聚合物層的典型厚度取決于應(yīng)用且約為25Mm至lOOMm。 典型的總寬度為約5至25mm, 最優(yōu)選地在IOmm范圍內(nèi)。熔絲金屬條I的寬度取決于應(yīng)用、 平行子條9的數(shù)目、金屬條I的厚度和金屬層的材料。金屬條I寬度的典型值在O. 5mm至 5mm范圍內(nèi)，優(yōu)選地在O. 8至2. 5mm范圍內(nèi)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部熔絲元件10的另一實(shí)施例。為了集成到電容器器件 I中，可以使用具有在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層、尤其是細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)聚合物層3上形成的細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I的筆直熔絲設(shè)計(jì)，其在一個(gè)熔絲引線側(cè)被折疊，以便提供引線中的一個(gè)的橫向電連接，并在熔絲響應(yīng)的情況下向優(yōu)選側(cè)提供驅(qū)動(dòng)弧的電流環(huán)路。根據(jù)本實(shí)施例的熔絲響應(yīng)情況下的優(yōu)選側(cè)是與熔絲元件在其上面被折疊的一個(gè)熔絲引線側(cè)相對(duì)的一側(cè)。這用圖5內(nèi)的箭頭來描述。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部熔絲元件10的另一實(shí)施例。在這里，根據(jù)圖5的替換， 有角度的熔絲元件可以是由復(fù)合箔直接地切割或沖壓而成。此設(shè)計(jì)也可以稱為彎曲熔絲設(shè)計(jì)。根據(jù)本實(shí)施例，示出了其中能夠由聚合物膜提供的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)聚合物層3例如出于絕緣目的在金屬部分(其為金屬條I)上橫向地延伸的型式。根據(jù)更多成本效益的解決方案， 不使用此類聚合物膜延伸。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，由此，使用可以是聚合物基底材料的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)聚合物層3，其在兩側(cè)上具有金屬層。因此，即使使用僅兩個(gè)熔絲子條9(其在聚合物層3的每側(cè)上形成一個(gè))，也減少了總電阻和損失。另外這意味著為了進(jìn)一步減少熔絲損失，使用雙面箔是適合的，例如在每側(cè)使用至少一個(gè)子條9的包銅聚合物箔，子條9相互平行。圖 7示出所謂的雙面熔絲設(shè)計(jì)，由此，細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I中的兩個(gè)在電介質(zhì)基層的相對(duì)側(cè)上被相互地沉積，所述電介質(zhì)基層可以是電介質(zhì)聚合物層3。圖7示出由在金屬化區(qū)域上橫向地延伸的聚合物膜或箔提供的聚合物層3。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的熔絲元件10的另一實(shí)施例。本實(shí)施例類似于根據(jù)圖7的實(shí)施例，差別是未提供根據(jù)圖7的聚合物箔的延伸部分。這更具有成本效益。此外，圖8示出了在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I內(nèi)的凹坑7內(nèi)沒有切割細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)箔。根據(jù)圖8的實(shí)施例， 兩個(gè)平行子條9在電介質(zhì)箔的相對(duì)側(cè)上被相互地沉積。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部熔絲元件的另一實(shí)施例。本實(shí)施例類似于圖7的實(shí)施例，但不同之處在于這樣的事實(shí)，即細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I內(nèi)的兩個(gè)平行子條9被沉積在電介質(zhì)聚合物層3的相對(duì)側(cè)上，其特別地是聚合物箔，但包括相對(duì)于彼此的橫向偏移。因此，由每個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I的相對(duì)邊緣區(qū)域內(nèi)的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑7形成每個(gè)子條9。這意味著熔絲子條9可以彼此面對(duì)，如根據(jù)圖7和8所示，或者可以如圖9所示地相對(duì)彼此偏移。圖9示出了具有相互偏移的熔絲子條9的雙面熔絲設(shè)計(jì)。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的被內(nèi)部熔絲元件電保護(hù)的電容器子單元的實(shí)施例。數(shù)字10表示被與包括頂部金屬化端子30的電容器子單元20串聯(lián)地電連接的根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部熔絲元件。如可以看到的，內(nèi)部熔絲元件10是包括有角度實(shí)施例的扁平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠容易地 被與電容器子單元20電氣地和機(jī)械地相連。優(yōu)選地可以將電容器子單元20提供為包括頂部金屬化端子30和底部端子金屬化40的套筒式電容器。圖10示出了將根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部熔絲元件10串聯(lián)電連接到其分配的電容器子單元20的有利方式。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的功率電容器器件I的實(shí)施例。功率電容器器件I包括多個(gè)電容器子單元20，每個(gè)受到與要保護(hù)的電容器子單元20串聯(lián)連接的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)內(nèi)部熔絲元件10的電保護(hù)。根據(jù)本實(shí)施例，通過到四個(gè)內(nèi)部熔絲元件10中的每一個(gè)的公共端子 50和底部公共端子40來將四個(gè)電容器子單元20相互并聯(lián)地電連接?？梢詫⒋斯β孰娙萜髌骷蘒組裝在電容器組內(nèi)。圖11示出功率電容器器件I內(nèi)的內(nèi)部熔絲元件10的集成和另外的功率電容器器件I內(nèi)的電容器子單元20堆棧的三維組成，由此，在此類堆棧內(nèi)，多個(gè)單獨(dú)電容器(condenser )子單元20被并聯(lián)地電連接，并且多個(gè)諸如此類的堆棧被串聯(lián)地電連接以達(dá)到必要的電壓水平。
圖12示出了在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層上包括細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條I的內(nèi)部熔絲元件10的另一實(shí)施例，包括形成兩個(gè)子條9的一個(gè)凹坑7，由此，使用從窄復(fù)合材料條進(jìn)行的機(jī)械沖壓或切割作為成熟的制造步驟，由此，修整內(nèi)部熔絲元件10的中心有源部分，以便在由圖11 內(nèi)的兩個(gè)狹窄部分描述的沖壓的同時(shí)在條的兩側(cè)具有類似的應(yīng)變速率這增加精度并減少故障和拒絕率。因此，至少兩個(gè)平行子條9中的每一個(gè)沿著子條9的長(zhǎng)度包括至少一個(gè)彎曲細(xì)長(zhǎng)邊緣，以便在特別地通過機(jī)械沖壓形成凹坑7的同時(shí)在每個(gè)子條9的兩個(gè)邊緣上具有類似的應(yīng)變速率。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例。因此，這種方法用于制造由多個(gè)電容器子單元制成的功率電容器器件，由此，由與電容器子單元串聯(lián)連接的內(nèi)部熔絲元件來對(duì)每個(gè)電容器子單元進(jìn)行電保護(hù)，由此，可以用以下步驟來制造每個(gè)熔絲元件。根據(jù)第一步驟Si，提供了由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基底箔。根據(jù)第二步驟S2，在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基底箔上提供由至少兩個(gè)平行子條形成的有源響應(yīng)部分。存在用于提供子條的兩個(gè)替換。根據(jù)由步驟S3實(shí)現(xiàn)的第一替換，通過在僅一個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條內(nèi)提供至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑來形成子條，由此，在電介質(zhì)基底聚合物箔的一側(cè)上沉積金屬條。根據(jù)由步驟S4實(shí)現(xiàn)的第二替換，通過在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條內(nèi)提供至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑來形成子條，由此，在電介質(zhì)基底聚合物箔的相對(duì)側(cè)上相互地沉積諸如此類的細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條中的兩個(gè)。該加強(qiáng)導(dǎo)致改善的可制造性和搬運(yùn)兩者，減少了熔絲生產(chǎn)期間的公差以及初始故障。使用自支撐熔絲金屬條或加強(qiáng)熔絲金屬條允許通過壓印、沖壓、激光切割、噴水切割、銑削或其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)從可以是復(fù)合材料的熔絲材料的連續(xù)片材容易地切割要求的熔絲形狀。并且，可以在化學(xué)上、例如在液體或等離子體化學(xué)上蝕刻要求的熔絲形狀并在對(duì)金屬熔絲元件進(jìn)行成形之前或之后簡(jiǎn)單地切割熔絲的周界。結(jié)果得到的熔絲幾何結(jié)構(gòu)可以類似于已知沖壓銅箔類型，但是可以對(duì)其進(jìn)行改善以使用如在圖中所指示的不同數(shù)目的單獨(dú)熔絲條。由此類復(fù)合材料制成的熔絲與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的任何其它熔絲設(shè)計(jì)相比在在制造、搬運(yùn)和集成期間被損壞方面遠(yuǎn)不那么敏感。與在使用裸露銅條的最簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)中相比能夠更具有成本效益地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的機(jī)械沖壓過程。本發(fā)明的設(shè)計(jì)相比于常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)而言能夠顯著地將總體的制造和搬運(yùn)成本降低通常為50%。此外，適合于制造根據(jù)本發(fā)明的這種新種類的熔絲的技術(shù)包括但不限于從一堆未加工的條銑削熔絲輪廓、印刷、用導(dǎo)電漆對(duì)熔絲輪廓進(jìn)行上漆、銅箔的化學(xué)蝕刻、聚合物膜上的導(dǎo)電層的化學(xué)和/或等離子體輔助沉積。適當(dāng)?shù)闹圃旆椒ㄟ€可以包括使用壓具從窄條材料進(jìn)行沖壓；在一堆未制造的預(yù)切割條中同時(shí)地銑削凹坑；在第一子步驟中從寬條材料沖壓切口或凹坑，在第二子步驟中縱向地切割；激光切割；一堆未切割條或未加工部分的噴水切割；切割/沖壓未加工部分，蝕刻，例如僅金屬層中的切口的濕法化學(xué)、電流、等離子體化學(xué)蝕刻；在將金屬箔粘貼至一個(gè)或多個(gè)聚合物層之前從輥?zhàn)硬牧显诮饘俨星懈?沖壓切口 ；以及被用于細(xì)精度部分的批量生產(chǎn)的類似方法。
提供了功率電容器器件(I)及制造其的方法，由此，功率電容器器件(I)由受到內(nèi)部熔絲元件(10)的保護(hù)的多個(gè)電容器子單元(20)制成，每個(gè)熔絲元件包括由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層(3)，由此，由例如有利地在細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層(3)的頂部上形成的至少兩個(gè)平行金屬條(9)形成有源響應(yīng)部分。因此，能夠增加此類功率電容器器件(I)的性能并能夠降低制造成本。本發(fā)明尤其能夠應(yīng)用于被集成在外殼中并被浸沒在外殼內(nèi)的冷卻和絕緣液體中的多個(gè)電容器子單元。
提供一種功率電容器器件(I)及制造其的方法，由此，功率電容器器件(I)由受到內(nèi)部熔絲元件(10)的保護(hù)的多個(gè)電容器子單元(20)制成，每個(gè)熔絲元件由有源響應(yīng)部分組成，該有源響應(yīng)部分有利地由細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的至少兩個(gè)平行金屬子條(9)形成，所述細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔包括用于每個(gè)熔絲元件(10)的電連接的前導(dǎo)(leading)和拖尾(trailing) 部分，該細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔被由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)聚合物層(3)加強(qiáng)。因此，能夠增加此類功率電容器器件(I)的性能并能夠降低制造成本。本發(fā)明尤其能夠應(yīng)用于被集成在外殼中并被浸沒在外殼內(nèi)的冷卻和絕緣液體中的多個(gè)電容器子單兀。
權(quán)利要求
1.一種熔絲元件(10),包括；有源熔絲響應(yīng)部分，其由由以下各項(xiàng)提供的至少兩個(gè)平行金屬子條(9)形成自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)內(nèi)的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔絲元件(10)，其特征在于由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔來提供自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔絲元件(10)，其特征在于所述自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)是由第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔提供的，其被電介質(zhì)材料加強(qiáng)，從而形成自支撐復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的熔絲元件(10)，其特征在于所述電介質(zhì)材料是聚合物層(3 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔絲元件(10)，其特征在于所述聚合物層是自支撐聚合物箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔絲元件(10)，其特征在于在與第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔相對(duì)的聚合物層(3)的表面上沉積的第二細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔絲元件(10)，其特征在于在具有相互之間的橫向偏移的情況下沉積不同細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的平行金屬子條(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的熔絲元件(10)，其特征在于兩個(gè)平行金屬子條(9)是由每個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的邊緣區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熔絲元件(10)，其特征在于自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)在熔絲元件的有源響應(yīng)部分的一個(gè)縱向側(cè)成角度以提供橫向電連接部分并在響應(yīng)期間向熔絲元件的有源響應(yīng)部分的另一縱向側(cè)提供驅(qū)動(dòng)弧的電流環(huán)路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熔絲元件(10)，其特征在于自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)被保護(hù)層(5)覆蓋。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熔絲元件(10)，其特征在于自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)的金屬由鋁(Al )、銀(Ag)或銅(Cu)制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熔絲元件(10)，其特征在于所述保護(hù)層(5)由聚合物材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熔絲元件(10)，其特征在于保護(hù)層(5)由金屬氧化物或二氧化硅SiO2層制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熔絲元件(10)，其特征在于所述至少兩個(gè)并行金屬子條(9)中的每一個(gè)沿著其長(zhǎng)度包括至少一個(gè)彎曲細(xì)長(zhǎng)邊緣， 以便在其形成的同時(shí)在兩個(gè)邊緣上具有類似的應(yīng)變速率。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熔絲元件(10)，其特征在于兩個(gè)平行金屬子條(9)是由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)的中間區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑(7) 形成的。
16.一種用于制作由以下步驟制造的熔絲元件(10)的方法提供有源熔絲響應(yīng)部分，其包括通過在自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)凹坑(7)形成的至少兩個(gè)平行金屬子條(9)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法其特征在于由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔來提供自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于由被電介質(zhì)材料加強(qiáng)、從而形成自支撐復(fù)合材料的第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔來提供自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于所述電介質(zhì)材料是聚合物層(3 )。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述聚合物層(3 )是自支撐聚合物箔。
21.權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于在與第一細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔相對(duì)的聚合物層(3)的表面上疊加第二細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于在具有相互之間的橫向偏移的情況下沉積不同細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的平行金屬子條(9)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于兩個(gè)平行金屬子條(9)是由每個(gè)細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的邊緣區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑形成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)在熔絲元件的有源響應(yīng)部分的一個(gè)縱向側(cè)成角度以提供橫向電連接部分并在響應(yīng)期間向熔絲元件的有源響應(yīng)部分的另一縱向側(cè)提供驅(qū)動(dòng)弧的電流環(huán)路。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法其特征在于用保護(hù)層(5 )來覆蓋自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)的金屬由鋁(Al)、銀(Ag)或銅(Cu)制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述保護(hù)層(5)由聚合物材料制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于保護(hù)層(5)由金屬氧化物或二氧化硅SiO2層制成。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述至少兩個(gè)并行金屬子條(9)中的每一個(gè)沿著其長(zhǎng)度包括至少一個(gè)彎曲細(xì)長(zhǎng)邊緣， 以便在其形成的同時(shí)在兩個(gè)邊緣上具有類似的應(yīng)變速率。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于兩個(gè)平行金屬子條(9)是由自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)的中間區(qū)域內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)凹坑(7) 形成的。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的熔絲元件(10)的用途，其特征在于對(duì)由多個(gè)電容器子單元(20)制成的功率電容器器件(I)進(jìn)行電保護(hù)，由此，由在內(nèi)部與電容器子單元串聯(lián)地連接的諸如此類的熔絲元件(10)中的一個(gè)來對(duì)每個(gè)電容器子單元進(jìn)行電保護(hù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用途，其特征在于所述多個(gè)電容器子單兀被集成在外殼中并浸沒在外殼內(nèi)的冷卻和絕緣液體中。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的用途，其特征在于所述功率電容器器件被組裝在電容器組中并且所述多個(gè)電容器子單元被以并聯(lián)和/ 或串聯(lián)電路電連接。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的用途，其特征在于所述自支撐細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬條(I)被針對(duì)由冷卻和絕緣液體引起的金屬的溶解進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)層(5)覆蓋。
35.根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的熔絲元件(10)的用途，其特征在于對(duì)低、中或高壓電平上的電氣器件進(jìn)行電保護(hù)。
全文摘要
提供了一種熔絲元件(10)及其制造方法，由此，熔絲元件(10)由有源響應(yīng)部分形成，其有利地由細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔的至少兩個(gè)平行金屬小條(9)形成，所述細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔包括用于每個(gè)熔絲元件(10)的電連接的前導(dǎo)和拖尾部分，可以用由聚合物材料制成的細(xì)長(zhǎng)電介質(zhì)基層來加強(qiáng)所述細(xì)長(zhǎng)熔絲金屬箔。因此，能夠增加此類熔絲元件(10)的性能并能夠降低制造成本。本發(fā)明尤其能夠應(yīng)用于被集成在外殼中并被浸沒在外殼內(nèi)的冷卻和絕緣液體中的多個(gè)電容器子單元。
文檔編號(hào)H01L23/525GK103022001SQ20121036260
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者J.M.克里斯特曼, W.哈特曼, B.帕爾, S.亞馬扎基, R.澤內(nèi)里 申請(qǐng)人:西門子公司