适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器的制作方法

本发明涉及电容器及电磁兼容，具体涉及一种适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器。

背景技术：

1、随着电力电子技术的高速发展，开关电源的工作频率不断提升，功率密度持续增加，电磁兼容（emc）问题日益突出。电容器作为电路中最基础的无源元件，在滤波、去耦、瞬态抑制等方面发挥着关键作用。传统平板电容器采用完整金属极板结构，其高频等效串联电感（esl）显著，导致高频滤波性能急剧下降。对于y电容（线地电容）等安规应用场景，电容值受到漏电流的严格限制——电容值越大，工频漏电流越大，对人员的触电风险越高，从而限制了滤波器的安规等级。

2、为改善电容器的高频特性，现有技术中已有通过在电极上蚀刻图案来引入分布式电感和电容的尝试。例如，通过在电极上引入分形结构或缺陷地结构（dgs），可以在有限面积内增大有效边界长度，调控传输线的频率响应。分形电容器通过在平面叉指电极中引入分形边界，在同等面积下获得更高电容密度。然而，这些技术仍存在以下不足：

3、第一，现有分形电容器多聚焦于提升单位面积电容密度，通过最大化电极边缘长度来增强储能能力，其设计目标在于低频或直流应用场景下的能量存储。对于高频滤波应用，增大电容值往往伴随着漏电流的增大，在y电容应用中受到安规限制。

4、第二，现有交指电容结构通常将交指电极直接作为电容的两极，交指之间的耦合电容构成器件的等效电容。这种结构中，交指电极同时承担直流隔离和高频耦合的双重功能，设计自由度受限，难以独立优化直流特性和高频特性。

5、第三，现有悬置微带线或悬置基片技术多应用于滤波器设计，将整个电路悬置于腔体中以降低损耗，但尚未见将悬置贴片概念引入电容器极板结构、通过极板分割与空间耦合实现高频滤波功能优化的报道。

6、第四，现有三维绕制膜电容一般采用分形蚀刻缝隙与三维卷绕结构相结合的方式，通过分形缝隙引入分布式电感和电容。该类方案依赖于分形结构的自相似性和空间填充特性，结构复杂、加工难度高，且分形缝隙的设计参数（迭代阶数、线宽/间距等）对性能的影响呈现强非线性，设计和调试周期长。

7、因此，如何在保持电容器直流特性（如小容值、低漏电流）的前提下有效提升其高频滤波性能，同时简化电极图案结构以降低加工难度和设计周期，成为目前电容器及电磁兼容技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器，以在不增大直流漏电流的前提下提升电容器的高频滤波性能，同时同时简化电极图案结构以降低加工难度和设计周期。

2、为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、本技术实施例提供一种适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器，包括：

4、介质层；

5、顶层导体电极，设置于所述介质层的上表面；

6、底层导体电极，设置于所述介质层的下表面；

7、所述顶层导体电极上设置有交指缝隙结构，所述交指缝隙结构将所述顶层导体电极分割为相互直流隔离的顶层主极板和顶层悬置极板；

8、所述顶层主极板与所述底层导体电极作为电容的两极，均用于连接外电路。

9、进一步地，在本技术一些实施例中，所述交指缝隙结构为一条连续缝隙，包括沿第一方向延伸的多条第一缝隙段和沿第二方向延伸的第二缝隙段；

10、所述多条第一缝隙段沿第二方向间隔排列，且相邻两条第一缝隙段之间只通过一条第二缝隙段连接，以及相邻两条第二缝隙段连接在同一第一缝隙段的不同端部；

11、所述连续缝隙将所在区域的顶层导体电极分割成交替排列的多个第一交指电极和多个第二交指电极，所述多个第一交指电极相互连通并归属于所述顶层主极板，所述多个第二交指电极相互连通并归属于所述顶层悬置极板。

12、进一步地，在本技术一些实施例中，所述第一方向平行于顶层导体电极的宽度方向。

13、进一步地，在本技术一些实施例中，所述第二方向平行于顶层导体电极的长度方向。

14、进一步地，在本技术一些实施例中，所述交指缝隙结构位于所述顶层导体电极宽度方向的中心位置。

15、进一步地，在本技术一些实施例中，所述第一缝隙段和第二缝隙段的宽度为0.01mm～0.5mm，所述第一交指电极和第二交指电极的宽度为0.1mm～5mm，所述第一交指缝隙的长度为1mm～50mm。

16、进一步地，在本技术一些实施例中，所述顶层悬置极板通过贯穿所述介质层的导电过孔与所述底层导体电极电连接。

17、进一步地，在本技术一些实施例中，所述导电过孔设置于所述顶层悬置极板的交指电极区域内，且所述导电过孔的直径为0.05mm～1mm。

18、进一步地，在本技术一些实施例中，所述底层导体电极上也设置有交指缝隙结构，该交指缝隙结构将所述底层导体电极分割为相互直流隔离的底层主极板和底层悬置极板；

19、所述底层主极板与所述顶层主极板作为电容的两极，均用于连接外电路。

20、进一步地，在本技术一些实施例中，所述介质层的材料为聚酰亚胺、液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，所述介质层的厚度为10μm～500μm。

21、本技术提供的适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器，具有以下有益效果：

22、1、直流特性与高频特性可独立优化。本技术通过将顶层导体电极分割为顶层主极板和顶层悬置极板，利用交指缝隙结构实现高频信号的空间耦合，直流隔离由交指缝隙保证，高频耦合由交指电容实现。主电容的容值决定直流漏电流和低频滤波特性，交指的尺寸决定高频耦合强度——二者可独立设计、互不干扰。这一特性对于y电容等安规应用尤为重要：可以在保持小容值（低漏电流、高安规等级）的前提下，通过优化交指获得优异的高频滤波性能。

23、2、结构简单，易于加工和批量生产。与分形蚀刻方案相比，本技术采用规则的交指缝隙结构，图形规整、参数单一（缝隙宽度、交指宽度、交指长度、交指数量），可采用标准的柔性印刷电路板（fpcb）工艺实现，无需复杂的光刻掩模版设计和多阶迭代图形加工，成本低、成品率高、一致性好。

24、3、多谐振频点，滤波带宽可调。交指缝隙结构本质上是一个分布式参数网络，其等效电路包含多个谐振单元。通过调节交指缝隙结构的几何参数（缝隙宽度、交指宽度、交指长度、交指数量），可产生多个传输零点和极点，实现宽频带内的高插入损耗。这一特性使得本技术提供的适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器特别适用于开关电源、dc-dc变换器等宽频电磁干扰的抑制。

25、4、可灵活扩展为多级耦合结构。本技术的基本单元（主极板-交指缝隙-悬置极板）可方便地扩展为多级结构：通过在主极板与悬置极板之间引入多段交指缝隙，或在底层导体电极上对称设置同原理的交指缝隙结构，可形成多级高频耦合网络，进一步提升滤波性能和带外抑制能力。

26、5、适用于三维绕制结构。本技术的适用于复杂电磁环境的悬置耦合结构电容器可基于柔性介质薄膜实现，经卷绕形成三维绕制结构，在有限体积内实现更高的电容密度和更复杂的电场耦合路径，进一步拓展高频滤波性能。