专利名称：金属化薄膜电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于各种电子设备、电气设备、产业设备、汽车等中，，特别适用于 混合动力汽车的电机驱动用变换器电路的平滑、滤波、缓冲的金属化薄膜电容器。
背景技术：
近年来，从环境保护角度出发，所有的电气设备都由变换电路控制，进行着节能 化、高效化。特别在汽车领域中，以电动机与发动机行驶的混合动力车(HEV)已进入市场， 与利于地球环境、节能化、高效率化相关的技术开发正在积极进行。这种HEV用的电动机所使用的电压区域是较高的几百伏。作为与这种电动机关联 使用的电容器，具有高耐压低损耗电气特性的金属化薄膜电容器受到关注。此外，根据市场 中的免于维护的要求，也倾向于采用寿命极长的金属化薄膜电容器。由于这种金属化薄膜电容器搭载于汽车因此要求具有较高的耐热性和耐压性，从 而进行了各种用于高耐热、高耐压的开发，提出了各种方案。图9是专利文献1记载的现有金属化薄膜电容器501的立体图。金属化薄膜21 具有聚丙烯薄膜等的电介质薄膜22、通过金属蒸镀在其表面形成的电极覆膜23。电极覆 膜23在薄膜21的长边方向延伸。在空白部22A并未形成电极覆膜23。在具有格子形状的 狭缝22B也没有形成电极覆膜23。保险丝部2 连接功能部分被细化之后的单位电容器即 片段部(Segment)23A。保险丝部23C排列在薄膜21的长边方向，连接由狭缝22C分离出的 功能部分的蒸镀电极和电极引出部分的蒸镀电极。金属化薄膜M具有聚丙烯薄膜等的电介质薄膜25、通过金属蒸镀在其表面形成 的电极覆膜26。电极覆膜沈在薄膜21的长边方向延伸。在空白部25A并未形成电极覆膜 26。在具有格子形状的狭缝25B也没有形成电极覆膜沈。保险丝部^C连接功能部分被细 化之后的单位电容器即片段部21保险丝部26C排列在薄膜21的长边方向，连接由狭缝 25C分离出的功能部分的蒸镀电极和电极引出部分的蒸镀电极。金属化薄膜电容器501具 备外部电极引出用的金属喷镀电极27、28。现有的金属化薄膜电容器501是多个单位电容器的集合体。各个单位电容器彼此 之间、以及电容器的功能部分与电极引出部分之间设有保险丝部23B、23CJ6BJ6C。流入 过大电流等异常情况时保险丝部23B、23CJ6B、26C被切断，从而金属化薄膜电容器501不 会发生绝缘击穿，其容量的减少止于最小限度以确保电容器的功能。即便无法由保险丝部 23B、26B切断绝缘击穿时的短路电流这种异常时，通过由保险丝部23C、26C切断电容器的 功能部分与电极27、28，从而能够避免电容器501的短路模式故障。在现有的金属化薄膜电容器501中，电介质薄膜22、25 —般由聚丙烯薄膜(PP) 构成。PP薄膜耐热温度较低约为110°C左右，无法满足汽车用所要求的苛刻的耐热温度的 150°C。为了提高耐热温度，考虑到作为电介质薄膜22、25的材料，通过使用高分子材料 中含有无机填充物的电介质薄膜从而实现耐热性的提高，上述高分子材料是聚邻苯二甲酸酯(polyethylene naphthalate) (PEN)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide) (PPS)、聚苯二 甲酸乙二醇酯(polyethylenetei^phthalate)(PET)等主链中具有酯键(ester bond)、醚 键(ether bond)、酰胺键(amide bond)、酰亚胺键(imide bond)这种极性键的高分子材料。 但是，这些薄膜中存在如下问题。通过金属蒸镀所形成的电极覆膜具有自愈(self-healing)效果，S卩因绝缘的缺 陷部分产生短路的情况下，以短路的能量使缺陷部分周边的金属蒸镀电极蒸发·飞散从而 恢复绝缘。通过自愈效果，即便电容器的电极膜间的一部分短路也可恢复电容器的功能。但 作为聚邻苯二甲酸酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)等主链中具有极 性键的高分子材料中含有无机填充物的电介质薄膜，这种自愈效果较差，难以代替PP薄膜 用于电容器501。专利文献1 特开平8-250367号公报
发明内容
本发明的金属化薄膜电容器具备第1电介质薄膜；第1金属薄膜电极，设置在第 1电介质薄膜的面上；第2电介质薄膜，设置在第1金属薄膜电极上；和第2金属薄膜电极， 以隔着第2电介质薄膜与第1金属薄膜电极相对的方式设置在第2电介质薄膜上。第1电 介质薄膜的上述面的表面能是25mN/m 40mN/m。该金属化薄膜电容器不但具有高耐热性，而且具有良好的自愈效果。
图1是本发明的实施方式1中的金属化薄膜电容器的分解剖面图。图2是图1所示的金属化薄膜电容器的线2-2处的剖面图。图3是表示用于求得实施方式1中的金属化薄膜电容器的表面能的数值。图4是实施方式1中的金属化薄膜电容器的立体图。图5是实施方式1中的金属化薄膜电容器的其他金属化薄膜的平面图。图6表示实施方式1中的金属化薄膜电容器的评价结果。图7是本发明的实施方式2中的金属化薄膜电容器的金属化薄膜的剖面图。图8是本发明的实施方式3中的金属化薄膜电容器的金属化薄膜的剖面图。图9是现有的金属化薄膜电容器的立体图。图中3基底层4金属薄膜电极(第1金属薄膜电极)8金属薄膜电极(第2金属薄膜电极)11基部薄膜12表面层17添加材料32电介质薄膜(第1电介质薄膜)
42电介质薄膜(第2电介质薄膜)
57金属喷镀电极(第1金属喷镀电极)
58金属喷镀电极(第2金属喷镀电极)
具体实施例方式(实施方式1)图1是本发明的实施方式1的金属化薄膜电容器601的分解平面图。金属化薄膜 电容器601具备金属化薄膜1、1A。图2是金属化薄膜电容器601的线2_2处的剖面图，表 示金属化薄膜1的剖面。如图2所示，金属化薄膜1具有电介质薄膜32、设置于电介质薄膜32的面32A的 金属薄膜电极4。电介质薄膜32具有基部薄膜33、设置于基部薄膜33的面33A的基底层 3。基底层3具有位于基部薄膜33的面33A的面3B、面的相反侧的面3A。基底层3位 于电介质薄膜32的面32A，也就是说，基底层3的面3A是电介质薄膜32的面32A。金属薄 膜电极4通过在电介质薄膜32的面32A上将铝等金属蒸镀成所希望的图案而形成。基底 层3抵接于金属薄膜电极4。如图1所示，金属化薄膜1具有宽度方向601B的宽度，在与宽度方向601B成直角 的长边方向60IA延伸。电介质薄膜32的面32A在宽度方向60IB的端部60IC具有从金属 薄膜电极4露出的空白部(margin)5。空白部5在长边方向601A连续设置。金属薄膜电极 4具有在长边方向60IA延伸的低电阻部4C、在长边方向60IA排列的多个分割电极部4A、 连接多个分割电极部4A与各个低电阻部4C的多个保险丝部4B。多个分割电极部4A在电 介质薄膜32的面32A的从金属薄膜电极4露出的狭缝部6彼此分离。低电阻部4C设置在 电介质薄膜32的宽度方向601B的端部601C的相反侧的端部601D，比分割电极部4A和保 险丝部4B厚，因而具有比分割电极部4A和保险丝部4B低的电阻。也就是说，金属薄膜电 极4(分割电极部4A)具有设置在电介质薄膜32的面32A的面4H、以及面4H的相反侧的 面4J。电介质薄膜42设置在金属薄膜电极4 (分割电极部4A)的面4J。实施方式1的基部薄膜33是将厚度为2. 0 μ、宽度为30mm的聚邻苯二甲酸酯 (PEN)作为主体的薄膜，得到要求高耐热性的汽车用电容器601。基部薄膜33也可以是将聚 苯硫醚(PPS)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)等主链中具有酯键、醚键、酰胺键、酰亚胺键这种 极性键的高分子材料作为主体的耐热温度较高的电介质薄膜，特别优选将PEN薄膜、或PEN 系合金等的PEN作为主体的薄膜。例如，PEN薄膜与通过金属蒸镀形成的金属薄膜之间的粘着力较强。因此，将PEN 薄膜用于金属化薄膜电容器的金属化薄膜的情况下，因为在绝缘击穿时金属薄膜金属难以 蒸发·飞散，因此恢复绝缘这种自愈(SH)效果较差。基底层3由在基部薄膜33的面33A涂敷(coating)的硅系材料构成，基部薄膜33 由PEN形成。因基底层3，从而电介质薄膜32的面32A的表面能为25mN/m 40mN/m。基 底层3，可以由面32A的表面能比基部薄膜33的面33A小、并且为25mN/m 40mN/m这种的 硅系化合物、氟系化合物、碳化氢系化合物的某一种形成。在此，利用接触角测定器测定薄膜相对于水、丙三醇、二碘甲烷的各液体的接触角 θ，通过图3所示的^ung-Good-Girifalco-Fowkes公式功能求得表面能γ 1。其中，各液体 的参数表示在引用于参考文献(R. J. Good, et al. J. Adhension，1996，vol. 59，pp. 25-37.) 的图3中。
如图1所示，金属化薄膜1具有宽度方向601B的宽度，在与宽度方向601B成直角 的长边方向60IA延伸。电介质薄膜32的面32A在宽度方向60IB的端部60IC具有从金属 薄膜电极4露出的空白部5。空白部5在长边方向601A连续设置。金属薄膜电极4具有 在长边方向601A延伸的低电阻部4C、在长边方向601A排列的多个分割电极部4A、连接多 个分割电极部4A与各个低电阻部4C的多个保险丝部4B。多个分割电极部4A因电介质薄 膜32的面32A的从金属薄膜电极4露出的狭缝部6彼此分离。低电阻部4C设置在电介质 薄膜32的宽度方向601B的端部601C的相反侧的端部601D，比分割电极部4A和保险丝部 4B厚，因而具有比分割电极部4A和保险丝部4B低的电阻。保险丝部4B的长边方向601A 的宽度比分割电极部4A长边方向601A的宽度窄。金属化薄膜IA由电介质薄膜42和金属薄膜电极8构成，电介质薄膜42由厚度为 2.0μπι、宽度为30mm的PEN形成，金属薄膜电极8设置在电介质薄膜42的面42A上。电介 质薄膜42的面42A具有空白部7，该空白部7在宽度方向601B的端部601D连续设置，在长 边方向601A延伸从金属薄膜电极8露出。金属薄膜电极8具有电极部8A，隔着电介质薄 膜42与金属薄膜电极4的多个分割电极部4A相对；和低电阻部9，在电介质薄膜42的宽 度方向60IB的端部60IC连续设置，且在长边方向60IA延伸。低电阻部9比电极部8A厚， 因而具有比分割电极部4A和保险丝部4B低的电阻。金属化薄膜IA的电介质薄膜42，具有面42A的相反侧的面42B。面42B位于金属 化薄膜1的金属薄膜电极4的分割电极部4A上，隔着分割电极部4A与电介质薄膜32的面 32A相对。多个分割电极部4A分别隔着电介质薄膜42与电极部8A相对，从而形成电容器。 保险丝部4B并联连接这些电容器。图4是实施方式1的金属化薄膜电容器601的立体图。如图1所示，在以金属化 薄膜1的金属薄膜电极4位于金属化薄膜IA的电介质薄膜42的面42B的方式重叠的状态 下，卷绕金属化薄膜1、1A。金属化薄膜1、1A也可以层叠。由此，金属化薄膜IA的金属薄膜 电极8的电极部8A位于电介质薄膜32的面32A的相反侧的面32B，隔着电介质薄膜32与 金属薄膜电极4的分割电极部4A相对。在卷绕之后的金属化薄膜1、1A的端部601D，设有 与金属薄膜电极4的低电阻部4C连接的金属喷镀(metallikon)电极57。在卷绕之后的金 属化薄膜1、1A的端部601C设有与金属薄膜电极8的低电阻部9连接的金属喷镀电极58。 通过在卷绕之后的金属化薄膜1、1A的端部601C、601D喷射金属而形成金属喷镀电极57、 58。图5是实施方式1中的金属化薄膜电容器601的金属化薄膜1的其他金属薄膜电 极44的平面图。在图5中，对于与图1所示的金属薄膜电极4相同的部分附于相同的参照 序号并省略其说明。金属薄膜电极44具有在长边方向601A排列的多个分割电极部4D、在 长边方向601A排列的多个分割电极部4F、低电阻部4C、多个保险丝部4E、4G。各分割电极 部4D与各分割电极部4F在宽度方向60IB排列。各保险丝部4E连接低电阻部4C和各分割 电极部4D。各保险丝部4G连接各分割电极部4D和各分割电极部4F。分割电极部4D、4F与 图1所示的分割电极部4A同样，隔着电介质薄膜42与图5所示的电极部8A相对。多个分 割电极部4D、4F分别隔着电介质薄膜42与电极部8A相对从而形成电容器。保险丝部4E、 4G并联连接这些电容器。保险丝部4E、4G的长边方向601A的宽度WA，比分割电极部42D、 42F的长边方向60IA的宽度WB窄。
制作具有图5所示的金属薄膜电极44的实施例1的金属化薄膜电容器601的样 品，测定其耐压。制作作为比较例的金属化薄膜电容器的样品，测定其耐压。该比较例的金 属化薄膜电容器作为基部薄膜33与电介质薄膜42采用PEN薄膜，且具有在没有基底层3 的电介质薄膜32上形成的金属薄膜电极44。图6表示实施例1和比较例的金属化薄膜电 容器的耐压。在实施例1与比较例的金属化薄膜电容器的样品中，设定保险丝部4E的宽度WA 为0. 2mm，分割电极部4D的宽度WB为15mm。此外，实施例1的样品的电介质薄膜32的面 32A的表面能是25mN/m 40mN/m的范围中的几个值，比较例的样品的电介质薄膜表面的表 面能是40mN/m。这些样品的电容为100 μ F。初期耐压成品率是室温下施加规定电压而没 有短路的样品的比例。电压分段升高实验是在120°C的氛围气中，每规定时间升高一次施加 于样品的电压，测定电容为初始值的-5%时的电压即击穿电压(BDV)。由图6可知，根据实施方式1的实施例1的金属化薄膜电容器表现出优异的结果， 其初期耐压成品率比没有基底层3的比较例的电容器高，电压分段升高实验中的电压也较 高。特别是基底层3的表面能为25mN/m 36mN/m的样品，具有更高的耐压。在表面能为^mN/m 25mN/m的样品中电压分段升高实验中的电压略低，但通过 改变金属薄膜电极44的图案能够提高该电压。这样，对于根据实施方式1的金属化薄膜电容器601，具有由PEN薄膜构成的基部 薄膜33的电介质薄膜32的形成金属薄膜电极4 (44)的面32A的表面能是25mN/m 40mN/ m，由此，能够降低电介质薄膜32与金属薄膜电极M44)之间的粘着力。因而，即便在金属化 薄膜42 04)中发生绝缘缺陷从而产生短路的情况下，缺陷部分周边的金属薄膜电极M44) 也易于蒸发 飞散。这样，金属化薄膜电容器601不但在PEN薄膜具有较高的耐热性，而且 具有使绝缘恢复的良好的SH效果。(实施方式2)图7是本发明的实施方式2中的金属化薄膜电容器的金属化薄膜10的剖面图。在 图7中，对于与图1和图2所示的实施方式1中的金属化薄膜1相同的部分附于相同的参 照序号，并省略其详细说明。金属化薄膜10代替图2所示的实施方式1中的金属化薄膜1的电介质薄膜32具 备电介质薄膜35，在电介质薄膜35的面35A形成金属薄膜电极4。电介质薄膜35具有基 部薄膜11、在基部薄膜11的面IlA设置的表面层12。表面层12具有位于基部薄膜11的 面IlA侧的面12B、面12B的相反侧的面12A。表面层12位于电介质薄膜35的面35A，也就 是说表面层12的面12A是电介质薄膜35的面35A。通过在电介质薄膜35的面35A上将铝 等金属蒸镀成规定图案，从而形成金属薄膜电极4。实施方式1的基部薄膜11是将厚度为2.0μπκ宽度为30mm的聚邻苯二甲酸酯 (PEN)作为主体的薄膜，得到要求高耐热性的汽车用电容器601。基部薄膜11也可以是将聚 苯硫醚(PPS)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)等主链中具有酯键、醚键、酰胺键、酰亚胺键这种 极性键的高分子材料作为主体的耐热温度较高的电介质薄膜，特别优选将PEN薄膜、或PEN 系合金等的PEN作为主体的薄膜。基部薄膜11中掺入硅系材料的添加材料。掺入的硅系材料在基部薄膜11的面IlA 析出(bleed out)形成表面层12。由于作为添加材料使用表面能比基部薄膜11的主材料小的材料，因此表面层12的面12A即电介质薄膜35的面35A的表面能为25mN/m 40mN/ m。也可以通过析出面35A的表面能为25mN/m 40mN/m的硅系化合物、氟系化合物、碳氢 化合物的某一种添加材料，从而形成表面层12。制作根据实施方式2的实施例2的金属化薄膜电容器的样品，测定其耐压。该实 施例2的金属化薄膜电容器具有与实施方式1中的实施例1的金属化薄膜电容器相同的构 造，具备电介质薄膜35。图6表示其耐压测试结果。由图6可知，根据实施方式2的实施例2的金属化薄膜电容器，与没有表面层12的 比较例的电容器相比，其初期耐压成品率比高，电压分段升高实验中的电压也较高，均表现 出优异的结果。特别是表面层12的表面能为25mN/m 36mN/m的样品，具有更高的耐压。这样，根据实施方式2的金属化薄膜电容器，不但因PEN薄膜而具有较高的耐热 性，而且具有使绝缘恢复的良好的SH效果。(实施方式3)图8是根据本发明的实施方式3的金属化薄膜电容器的金属化薄膜14的剖面图。 在图8中，对于与图1和图2所示的实施方式1中的金属化薄膜1相同的部分附于相同的 参照序号，并省略其详细说明。金属化薄膜14代替图2所示的实施方式1中的金属化薄膜1的电介质薄膜32具 备电介质薄膜36，在电介质薄膜36的面36A形成金属薄膜电极4。通过在电介质薄膜36 的面36A上通过将铝等金属蒸镀成规定的图案从而形成金属薄膜电极4。电介质薄膜36由具有基部薄膜11、基部薄膜11中掺入的硅系材料的添加材料17 的合金构成。基部薄膜11是将厚度为2.0 μ m、宽度为30mm的聚邻苯二甲酸酯(PEN)作为 主体的薄膜，得到要求高耐热性的汽车用电容器601。基部薄膜11也可以是将聚苯硫醚 (PPS)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)等主链中具有酯键、醚键、酰胺键、酰亚胺键这种极性键 的高分子材料作为主体的耐热温度较高的电介质薄膜，特别优选将PEN薄膜、或PEN系合金 等的PEN作为主体的薄膜。由于作为添加材料采用表面能比基部薄膜11的主材料小的材料，因此，电介质薄 膜36的面36A的表面能为25mN/m 40mN/m。掺入基部薄膜11中的添加材料17可以由面 36A的表面能为25mN/m 40mN/m这种的硅系化合物、氟系化合物、碳氢系化合物的任意一 种形成。制作根据实施方式3的实施例3的金属化薄膜电容器的样品，测定其耐压。实施例 3的金属化薄膜电容器具有与实施方式1中的实施例1的金属化薄膜电容器相同的构造，具 备电介质薄膜36。图6表示其耐压测定结果。由图6可知，根据实施方式3的实施例3的金属化薄膜电容器，与比较例的电容器 相比，其初期耐压成品率较高，电压分段升高实验中的电压也较高，均表现出优异的结果。 特别是电介质薄膜36的表面能为25mN/m 36mN/m的样品具有更高的耐压。这样，根据实施方式3的金属化薄膜电容器，不但因PEN薄膜具有较高的耐热性， 而且具有使绝缘恢复的良好的SH效果。由于根据本发明的金属化薄膜电容器不仅具有高耐热性而且具有良好的自愈效 果，因此，作为汽车用电容器等尤其要求高的耐热性的金属化薄膜电容器是有用的。
权利要求
1.一种金属化薄膜电容器，其特征在于， 具备第1电介质薄膜，其具有面；第1金属薄膜电极，具有在所述第1电介质薄膜的面设置的第1面、和所述第1面的相 反侧的第2面；第2电介质薄膜，设置在所述第1金属薄膜电极的所述第2面，且具有面；和 第2金属薄膜电极，以隔着所述第2电介质薄膜与所述第1金属薄膜电极相对的方式 设置在所述第2电介质薄膜的所述面上，所述第1电介质薄膜的所述面的表面能是25mN/m 40mN/m。
2.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于， 所述第1电介质薄膜具有基部薄膜，其具有面；和基底层，设置在所述基部薄膜的所述面，并且位于所述第1电介质薄膜的所述面上， 由硅系化合物、氟系化合物、碳氢系化合物的其中一种构成，且与所述第1金属薄膜电极抵接。
3.根据权利要求2所述的金属化薄膜电容器，其特征在于， 所述基底层由表面能比所述基部薄膜小的材料构成。
4.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于， 所述第1电介质薄膜具有基部薄膜，具有面，并且掺入了硅系化合物、氟系化合物、碳氢系化合物的其中一种添 加材料；和表面层，由所述基部薄膜的所述面上析出的所述添加材料构成，并且位于所述第1电 介质薄膜的所述面。
5.根据权利要求4所述的金属化薄膜电容器，其特征在于，所述添加材料由表面能比所述基部薄膜的主材料小的材料组成。
6.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于，所述第1电介质薄膜由掺入了硅系化合物、氟系化合物、碳氢系化合物的其中一种添 加材料的基部薄膜构成。
7.根据权利要求6所述的金属化薄膜电容器，其特征在于，所述添加材料由表面能比所述基部薄膜的主材料小的材料组成。
8.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其特征在于， 还具备第1金属喷镀电极，与所述第1金属薄膜电极相连；和 第2金属喷镀电极，与所述第2金属薄膜电极相连。
全文摘要
本发明提供一种金属化薄膜电容器，具备第1电介质薄膜；第1金属薄膜电极，设置在第1电介质薄膜的面上；第2电介质薄膜，设置在第1金属薄膜电极上；和第2金属薄膜电极，隔着第2电介质薄膜以与第1金属薄膜电极相对的方式设置在第2电介质薄膜上。第1电介质薄膜的上述面的表面能是25mN/m～40mN/m。该金属化薄膜电容器具有较高的高耐热性并且具有良好的自愈效果。
文档编号H01G4/18GK102089838SQ20098012668
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月8日
发明者久保田浩, 大地幸和, 岛崎幸博, 竹冈宏树, 藤井浩 申请人:松下电器产业株式会社