CN110648844A - 一种金属化薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提高一种金属化薄膜的制备方法，涉及电容器技术领域。一种金属化薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽；（2）将基材放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥；（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合粉体熔炼，铸造成金属块，粉碎、研磨，得到金属粉；（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀，使基材上覆有金属化膜。本发明中的金属化膜的抗氧化性高，同时可以提高金属薄膜于基材之间的粘性，同时耐压强度高、介质损耗小。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，具体涉及一种金属化薄膜的制备方法。
背景技术
电容器作为基础电子元件，使用范围非常广泛，几乎存在于所有的电子产品中，是不可取代的电子元件。目前，电容器产量约占电子元件总产量的40%以上。电容器以介质材料分类，有电解电容器、陶瓷电容器、薄膜电容器、纸介电容器、云母电容器等，其中电解电容器、陶瓷电容器和薄膜电容器这三类电容器约占电容器市场总量的90%以上。薄膜电容器具有无极性，绝缘阻抗高，频率特性好，介质损失小等优良特性，因而被广泛应用于节能灯、家电、通讯、电力、电气化铁路、混合动力汽车、风力发电、太阳能发电等多个行业。薄膜电容器凭借其良好的电气性能和高可靠性，成为推动上述行业不可或缺的电子元件。
金属化薄膜电容器是在箔式薄膜电容器的基础上发展起来的新型电容器，其突出优点是击穿场强高、绝缘强度大、介质损耗低、具有自愈功能,、运行安全可靠、可加工特性好、产品寿命长、体积小、重量轻，因而金属化薄膜电容器很快得到了推广应用。
金属化薄膜是金属化薄膜电容器的主要介质和电极材料。金属化是指采用真空镀膜方法，在有机薄膜上蒸镀一层金属作为电极，有机薄膜作为介质，从而组成电容器。其突出优点是具有自愈功能，这使薄膜电容器的可靠性得到极大的提高。金属化薄膜以镀膜方式不同又可分为边缘加厚金属化薄膜、安全网状金属化薄膜等。其中铝金属化聚酯膜、铝金属化聚丙烯膜主要用于生产直流电容器，锌铝（银锌铝）边缘加厚、安全网状金属化聚丙烯膜主要用于制造交流电力电容器。
现有技术中的金属化薄膜使用的往往是铝的，铝质的电容器在应用时会发生电迁移、应力迁移，在长久使用后会出现孔洞，造成短路。现有技术中的金属与有机物介质之间由于存在巨大的物理和力学性能上的差异，容易导致沉积的金属层呈岛状生长或混合型生长。生长方式不可控，这样会是金属膜的平整度无法得到保证，使得金属膜导电能力的下降及抗击穿能力下降，而且在工作中容易引起粘合不良甚至起皮等现象。金属膜与介质（基材）的粘结不牢靠，容易在使用过程中因温度升高而导致起皮、脱落现象，另外现有技术中的铝的金属化薄膜容易被氧化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种金属化薄膜的制备方法，金属化膜的抗氧化性高，同时可以提高金属薄膜于基材之间的粘性，提高金属化薄膜电容器的使用寿命，同时耐压强度高、介质损耗小、耐高温、可靠性好。
本发明为一种金属化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽；
基材可以为聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜中的一种。沟槽是非常细小的划痕，这样做有利于提高镀钛层与基材之间的粘结。
（2）将经过步骤（1）的基材依次放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥；经酸性溶液、碱性溶液将基材表面的脏污清理掉。酸性溶液可以为稀盐酸，碱性溶液可以为浓度较低的氢氧化钠。
（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；
在基材的上直接蒸镀金属镀层，金属镀层与基材之间存在结合性差，粘结力弱，在沉积过程中可能会因温度升高而导致起皮、脱落现象，预先在基材上蒸镀一层极薄的与其粘结性能良好的金属钛，作为连接层，能够提高金属膜与基材之间的粘结性能，从而进一步提高电容器的稳定性和可靠性。
（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合后进行研磨，过筛后得到混合金属粉体，将所述混合金属粉体熔炼，铸造成金属块，将金属块粉碎、研磨，得到金属粉，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉60-78份、钛粉4-6份、锌粉12-15份、硅粉7-9份、金属镁0.8-1.3份；
（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀使合金沉积，使基材上覆有金属化膜，所述金属化膜的厚度为1.2-3μm。
较优的，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉75份、钛粉5份、锌粉13份、硅粉8份。
在真空蒸镀的时候，金属化层的形成过程：金属原子到达薄膜表面后，与薄膜表面结合，同时与后续的金属原子直接碰撞，只是它们相互结合，成为不同大小的原子团，这些原子团可以在表面扩散，媳妇其他原子进行生长，在政法过程中，金属原子不断地到达覆有一层金属钛的基材表面，原子团逐渐长大，然后原子团形成晶核，然后随着金属原子的堆积逐渐相互结合，最终形成金属化层。但是单金属的堆积会出现岛状生长，合金沉积的过程中，不同的金属成成不同的晶核，相互之间存在空间位阻，从而出现晶核的水平排布，（因为不同晶核之间竖直排列需要的键能更大，不同金属的晶核更倾向于水平排布），引导后来的金属原子的堆叠生长，形成厚度均匀的金属化层。
以铜为主体，掺杂锌、钛，作为合金的主要成分，实现合金沉积，合金沉积能够在蒸镀的时候不同的金属形成不同的成核位点，不同的金属成核生长能够抑制岛状生长，使得金属薄膜成平滑的二维生长，获得厚度一致性高，表面起伏小，导电性能好、击穿极限高的合金金属薄膜。
金属化膜的厚度越厚，其通过电流的能力越强，但是金属化膜越厚，电容器的自愈能力会降低，所以金属化膜的厚度对电容器的性能有很大的影响，本发明中厚度为1.2-2μm。
本发明中以铜为金属化膜的主体材质，铜的抗电迁移能力较高。添加金属镁提高铜的抗氧化性，镁生成氧化性物质氧化镁的自由能较小，并且氧化镁的致密性较高，能够阻隔氧气。添加的镁、钛用于防止在镀膜的过程中铜薄膜凝聚，退火过程中出现不连续的现象，因为掺杂镁、钛能够在铜膜晶界处形成，起到钉扎的作用，控制铜原子的移动。同时降低金属化膜的电阻率。
另外，金属化膜中含有钛，与作为粘结层的镀钛层中均有钛原子，相似相溶性的原理，可以提高金属化膜与镀钛层之间的粘附能力，从而提高金属化膜与基材的良好粘结，提高其稳定性。
硅粉的添加一方面可以提高金属化膜的耐磨性，另一方面可以改善其导电性。
本发明中的金属化膜的抗氧化性高，同时可以提高金属薄膜于基材之间的粘性，提高金属化薄膜电容器的使用寿命，同时耐压强度高、介质损耗小、耐高温、可靠性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
本发明为一种金属化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽，基材可以为聚丙烯薄膜；
（2）将经过步骤（1）的基材依次放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥，经酸性溶液、碱性溶液将基材表面的脏污清理掉。酸性溶液可以为稀盐酸，碱性溶液可以为浓度较低的氢氧化钠；
（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；
（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合后进行研磨，过筛后得到混合金属粉体，将所述混合金属粉体熔炼，铸造成金属块，将金属块粉碎、研磨，得到金属粉，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉60份、钛粉4份、锌粉12份、硅粉7份、金属镁0.8份；
（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀使合金沉积，使基材上覆有金属化膜，所述金属化膜的厚度为1.2μm。
本实施例中的金属化薄膜方阻为1.9Ω/□。
实施例2
本发明为一种金属化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽，聚酯薄膜；
（2）将经过步骤（1）的基材依次放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥；
（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；
（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合后进行研磨，过筛后得到混合金属粉体，将所述混合金属粉体熔炼，铸造成金属块，将金属块粉碎、研磨，得到金属粉，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉78份、钛粉6份、锌粉15份、硅粉9份、金属镁1.3份；
（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀使合金沉积，使基材上覆有金属化膜，所述金属化膜的厚度为2μm。
本实施例中的金属化薄膜方阻为2.4Ω/□。
实施例3
本发明为一种金属化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽，聚乙烯薄膜；
（2）将经过步骤（1）的基材依次放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥；
（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；
（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合后进行研磨，过筛后得到混合金属粉体，将所述混合金属粉体熔炼，铸造成金属块，将金属块粉碎、研磨，得到金属粉，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉75份、钛粉5份、锌粉13份、硅粉8份、金属镁1.0份；
（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀使合金沉积，使基材上覆有金属化膜，所述金属化膜的厚度为1.5μm。
本实施例中的金属化薄膜方阻为2.2Ω/□。
本发明中的金属化膜的抗氧化性高，同时可以提高金属薄膜于基材之间的粘性，提高金属化薄膜电容器的使用寿命，同时耐压强度高、介质损耗小、耐高温、可靠性好。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将基材在进行化学研磨，使基材表面有沟槽；
（2）将经过步骤（1）的基材依次放入酸性溶液、碱性溶液中，然后进行清洁、干燥；
（3）将金属钛蒸镀到经步骤（2）处理的基材表面；
（4）将铜粉、钛粉、锌粉、硅粉混合后进行研磨，过筛后得到混合金属粉体，将所述混合金属粉体熔炼，铸造成金属块，将金属块粉碎、研磨，得到金属粉，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉60-78份、钛粉4-6份、锌粉12-15份、硅粉7-9份；
（5）将金属粉、经步骤（3）处理的基材放入真空蒸镀机中，进行真空蒸镀，使基材上覆有金属化膜。
2.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属化膜的厚度为1.2-2μm。
3.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，所述混合金属粉体按重量份计包括以下组分铜粉75份、钛粉5份、锌粉13份、硅粉8份。
4.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，所述基材为聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，所述混合金属粉体还包括金属镁。
6.根据权利要求5所述的一种金属化薄膜的制备方法，其特征在于，按重量份计包括金属镁0.8-1.3份。
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