從自修復薄膜電容器中去除故障的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理電容器特別是自修復(self-healing)薄膜電容器以便使故障修復的方法和裝置，其中電容器特別地將被用在海底應用中。
【背景技術】
[0002]可能已知在海水底或海底操作電網(wǎng)。電網(wǎng)可以包括具有可以讓DC鏈電容器作為部件的一個或多個供電單元(power cell)的可調(diào)速驅動器(ASD)。每個供電單元可以包含大DC鏈電容器。在典型的海底應用中，更小的電容器可以被用于電源和電路板。在典型的海底應用或海底電網(wǎng)中，部件(包括海底ASD中的供電單元)可以位于壓力補償油體積中，特別地包含在容器或外殼中。壓力補償意味著容器內(nèi)部的壓力對于環(huán)境壓力而言是平衡的。從而，環(huán)境壓力(在容器或外殼外部)可能是非常高的(例如50巴至400巴)，但是壓差(在容器或外殼內(nèi)部與外部之間)可能是相對低的(例如0.1巴至2.0巴，或大約I巴)。因此，ASD的部件或海底應用的其他部件可能被暴露于與圍繞海底電網(wǎng)的水壓力相同的環(huán)境壓力。典型的海底應用可以在海平面以下大約3000 m的深度發(fā)生。因此，在這個深度，近似300巴的壓力普遍存在。因此，待用在海底應用中的部件必須經(jīng)得起這個壓力并且必須在這個壓力下正常地操作。
[0003]自修復薄膜電容器是已知的并且例如因為它們的低耗散因素而被用在電路板上。這使得它們適合于高電流脈沖。當電容器被用在用于半導體應用的緩沖電路中時，可能例如發(fā)生這樣的高電流脈沖。
[0004]薄膜電容器然而可以包括可能妨礙它們的操作的故障。因此，根據(jù)用于自修復薄膜電容器的標準制造過程，執(zhí)行了自修復步驟。特別地，制造階段可以被粗略地分類為:金屬化、薄膜縱切、繞線、修平(針對扁平繞組)或切割(針對層疊繞組)以及然后接觸層施加(“噴鍍(shoopage)”)。在上面提到的過程步驟之后，所制造的電容器可能已在介質(zhì)薄膜或金屬化中產(chǎn)生了缺陷，諸如缺陷、弱點、小孔以及裂縫。還可能存在捕獲在薄膜層中間的外來的或不希望有的微?；蚪橘|(zhì)薄膜或金屬化層方面的生產(chǎn)不準確。照慣例，修復過程被執(zhí)行，以便清除制造故障。
[0005]已觀察到用于使電容器特別是自修復薄膜電容器修復的常規(guī)修復過程在所有條件下特別是對于為海底應用制備電容器來說不具有足夠的準確性或可靠性。
[0006]因此，可能存在對于用于處理電容器以便使故障修復特別地處理自修復薄膜電容器以便為在高壓力下(諸如在海底應用中)操作制備相應的電容器的方法和裝置的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]該需要可以由根據(jù)獨立權利要求的主題來滿足。本發(fā)明的有利實施例由從屬權利要求來描述。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于處理電容器以便使故障修復的方法，所述方法包括:在電容器的兩個電極之間施加電壓以在起始壓力下對電容器進行充電；以及以后在電壓被施加的同時使圍繞電容器的非導電流體(即不傳導電流的流體，即電絕緣流體，例如介質(zhì)流體)加壓至目標壓力。
[0009]所述方法還可以被用于包含自修復薄膜電容器的任何電路或電路板。
[0010]電容器可以在它被組裝到子組件中之前或在它被組裝之后(諸如當它被安裝在供電單元或電路板中時)使用所述方法來處理。
[0011]可以在制造設施中或在地球上特別是高于海平面的另一位置處執(zhí)行所述方法，以便使得環(huán)境空氣壓力基本上是大氣空氣壓力。電容器可以特別是自修復薄膜電容器。特別地，電容器可以包括具有厚度在0.5 Mm與20 Mm之間特別地在2 Mm與10 Mm之間的薄膜(例如包括或者由聚丙烯和/或聚酯(PET)和/或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和/或聚苯硫醚(PPS))制成)，其中在一面上，金屬層被沉積(特別地真空沉積，特別地噴涂)到薄膜上?？赡芤淹ㄟ^使用金屬化薄膜(或金屬噴涂薄膜)(特別是兩個這樣的薄膜)并且將(一個或多個)薄膜纏繞在大輪上或在大圓柱體上制造了電容器。進一步地，可以(或者可能不)從薄膜的經(jīng)纏繞的多個層切割這些部分，并且可以或者可能不使這些部分變平坦或變直以便獲得彼此平行的層的疊層。在采用金屬(例如合金或純金屬元素)涂覆薄膜特別是鋁沉積期間，可能發(fā)生薄膜被金屬部分局部貫穿。因此，原始制造的電容器可能包括故障，這可以導致薄膜上的通常將被薄膜彼此絕緣的兩個金屬層之間的電連接。
[0012]為了去除電容器內(nèi)的故障，在電容器的兩個電極之間施加了電壓。從而，要么在空氣中要么在圍繞電容器的非導電流體中在起始壓力下執(zhí)行電壓的施加。從而，啟動了修復過程，其包括使電容器通電以便使得自修復事件可以發(fā)生。從而，通電(牽涉電壓的施加)可以(以任何順序)采用AC電壓或DC電壓或這二者。生產(chǎn)故障或缺陷可能導致電容器的層之間的小短路。從而，短路可以通過所謂的自修復事件來清除或者去除這些缺陷，這可以從而減少故障或缺陷的數(shù)目。
[0013]在起始壓力下施加電壓之后，圍繞電容器的非導電流體在電壓被不斷地施加的同時被加壓至目標壓力。
[0014]從而，彼此鄰近的金屬層被壓縮以便使得它們的相對距離減少。因此，可能出現(xiàn)并且可以清除附加的故障(其在起始壓力下未被示出)，因為可能發(fā)生小短路。所述方法然而避免了在修復過程一開始發(fā)生太多的故障或缺陷，因為起初，電壓是在比目標壓力低得多的起始壓力下施加的。一個人例如能夠想象到原始聚丙烯薄膜被以不規(guī)則方式用(真空)沉積的金屬(諸如沉積的鋁(Al)覆蓋，以便使得鋁微粒在薄膜內(nèi)達到不同的水平(或者透入薄膜)。取決于對薄膜金屬層結構施加的壓力，可能存在在厚度方向上穿通或幾乎穿通薄膜的壓力相關數(shù)目的鋁微粒。壓力越高，薄膜上可以穿通薄膜從而引起與相鄰金屬層短路的金屬層的微粒越多。當在非導電流體的加壓期間增加壓力時，另外的缺陷可以以壓力相關方式并且取決于壓力而發(fā)展，可以通過相應的短路來清除經(jīng)發(fā)展的缺陷或故障，因為電壓被連續(xù)地施加。從而，在電容器由于所施加的電壓而被充電時，缺陷(其可能最后在目標壓力下存在)可以逐漸地通過增加非導電流體的壓力來以逐漸方式或連續(xù)方式去除。
[0015]通過在電容器處于起始壓力時施加電壓，能夠避免發(fā)生由于太多數(shù)目的故障而導致的太多短路，這將使自修復變得不可實行，或者這將甚至抑制電容器的自修復。
[0016]特別地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在自修復過程中照慣例處理的照慣例處理的自修復電容器在它們已在高環(huán)境壓力下被通電時具有非常高的故障率。從而，故障率可以隨著電容器的漸增容量而增加(因為它們基本上由并聯(lián)連接的更小電容器構建)。對于和20 mF—樣大(并且具有多達1000 V的額定電壓)的電容器，當以牽涉在高環(huán)境壓力下使電容器通電的常規(guī)方式來處理電容器時80 - 100%的故障率被預期到。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，電容器然而被制備以便使得它將在加壓環(huán)境中不出故障，即以便使得電容器被制備成在加壓環(huán)境中特別是在海底應用中操作。
[0018]電容器在它們在高環(huán)境壓力下被通電時的高故障率的原因可能是即使在根據(jù)常規(guī)過程完成修復過程之后生產(chǎn)缺陷也仍然存在于電容器中。然而，當電容器在大氣壓力下操作時這