专利名称：薄膜电容器元件、薄膜电容器和所述薄膜电容器元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜电容器元件、薄膜电容器和所述薄膜电容器元件的制造方法。更具体地，本发明涉及包括层合体的薄膜电容器元件，所述层合体包括至少ー层电介质膜和至少ー层金属蒸镀膜；这样的薄膜电容器元件的制造方法；以及通过使用这样的薄膜电容器元件获得的薄膜电容器。
背景技术：
常规地，将薄膜电容器用于各种电器设备中。存在两种类型的薄膜电容器叠堆式、薄膜电容器和缠绕式薄膜电容器。例如JP-A-10-208972公开了通过叠堆层合体(金属化膜)而获得的叠堆式薄膜电容器，该层合体各自包括由树脂膜形成的电介质膜和作为该电介质膜上的电极膜的金属蒸镀膜。例如JP-A-2008-91605公开了通过使上述层合体彼此叠堆的同时缠绕该层合体而获得的缠绕式薄膜电容器。目前，电器设备越来越要求具有较小尺寸和较高性能。伴随此要求，同样越来越要求薄膜电容器具有较小尺寸和较高电容，同时获得足够高的耐受电压。然而，在常规薄膜电容器中，难以获得足够的性能来满足此类要求。通常在常规薄膜电容器中，例如将由聚丙烯或聚对苯ニ甲酸こニ醇酯制成的树脂膜用作构成薄膜电容器元件的层合体的电介质膜。聚丙烯和聚对苯ニ甲酸こニ醇酯抗高电压，但相对介电常数低。因此，在提高薄膜电容器元件(通过叠堆或缠绕各自包括由聚丙烯或聚对苯ニ甲酸こニ醇酯制成的树脂膜和树脂膜上的金属蒸镀膜的层合体而获得)的电容的尝试中，应该提高要使用的树脂膜的量。也就是说，在例如包括聚丙烯膜或聚对苯ニ甲酸こニ醇酯膜作为电介质膜的常规薄膜电容器中，难以实现较小尺寸和较高性能两者。在这种情况下，JP-A-3-50709公开了ー种薄膜电容器，其包括例如氧化铝的陶瓷基板或作为电介质膜的气相沉积聚合物膜。通过沉积聚合多个氟化的或氟烷基化的芳香族単体在陶瓷基板上形成气相沉积聚合物膜。这样的气相沉积聚合物膜质量良好，杂质较少，且厚度足够小。因而，相比由树脂膜形成的电介质膜，气相沉积聚合物膜的耐受电压较高且相对介电常数较高。因此，可以应用形成气相沉积聚合物膜作为常规电容器中的电介质膜的技木，即，可以将气相沉积聚合物膜用作薄膜电容器的电介质膜，以获得尺寸较小且电容较高的薄膜电容器。然而，本发明人进行的研究掲示了，即使将通过沉积聚合多氟化的或氟烷基化的多种芳香族単体而获得的气相沉积聚合物膜用作薄膜电容器的电介质膜，也难以满足近来对薄膜电容器的较高电容的要求。此外，在一些情况下，气相沉积聚合物膜的沉积速率(每小时的沉积量)开始变慢，导致生产率降低。
发明内容
基于上文所述的情况进行了本发明，因此本发明的目的是提供ー种薄膜电容器元件和薄膜电容器，其尺寸较小且电容较高，同时获得高水平的足够的耐受电压，并且可以有效地进行制造。本发明的另ー个目的是提供一种有利地制造这样的薄膜电容器元件的方法。
为了实现上述目的，本发明人使用多种氟化的或氟烷基化的芳香族单体进行了JP-A-3-50709中公开的沉积聚合，并考察了在包括陶瓷基板和形成于该陶瓷基板上的气相沉积聚合物膜的常规电容器中造成低沉积速率和电容不足的原因。结果发现，气相沉积聚合物膜的沉积速率受单体的分子量影响，并且决定电容器的电容的气相沉积聚合物膜的相对介电常数在很大程度上受单体的分子结构影响。基于此事实，本发明人进行了进ー步研究并且发现，通过沉积聚合多个具有特殊分子结构且分子量小的単体，可以以高沉积速率形成相对介电常数得到改善的气相沉积聚合物膜。因此，基于上文所述情况已进行了本发明，因此本发明的第一个方面提供了ー种薄膜电容器元件，所述薄膜电容器元件包括层合体，所述层合体包括至少ー层电介质膜和至少ー层金属蒸镀膜，其中所述至少一层电介质膜中的至少ー层为通过沉积聚合多种单体而形成的气相沉积聚合物膜，所述多种単体各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。优选地，所述多种単体各自具有位于连接基团的对位的官能团，并且所述多种单体经由所述官能团聚合。优选地，所述至少一层气相沉积聚合物膜的偶极通过经受热处理、紫外线处理、电子束处理、磁处理、电场处理、和等离子体处理中的至少ー种处理而被取向。优选地，所述至少一层气相沉积聚合物膜为聚脲树脂膜。当所述至少一层气相沉积聚合物膜为聚脲树脂膜时，优选的是所述多种单体包括芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酷。优选地，通过在富含芳香族ニ胺的气氛下聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而获得所述至少一层气相沉积聚合物膜，所述气氛中芳香族ニ胺蒸气压高于芳香族ニ异氰酸酯蒸气压。此外，优选地，所述芳香族ニ胺为4，4’_ ニ氨基ニ苯基甲烷，所述芳香族ニ异氰酸酯为4，4’ - ニ苯基甲烷ニ异氰酸酷。本发明的第二个方面提供了包括具有上文所述结构的薄膜电容器元件的薄膜电容器。本发明的第三个方面提供了制造包括层合体的薄膜电容器元件的方法，所述层合体包括至少ー层电介质膜和至少ー层金属蒸镀膜，所述方法包括下述步骤(a)获得层合体，使得所述至少ー层金属蒸镀膜和所述至少ー层电介质膜各自被交替地设置；以及(b)使用所述层合体获得薄膜电容器元件，其中所述至少一层电介质膜中的至少ー层为通过沉积聚合多种单体而形成的气相沉积聚合物膜，所述多种単体各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。优选地，所述多种単体各自具有位于连接基团的对位的官能团，并且所述多种单体经由所述官能团聚合。优选地，所述方法还包括对所述至少ー层气相沉积聚合物膜进行热处理、紫外线处理、电子束处理、磁处理、电场处理和等离子体处理中的至少ー种的步骤。优选地，所述多种単体包括芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酷，并且通过沉积聚合所述芳香族ニ胺和所述芳香族ニ异氰酸酯而形成由聚脲树脂膜形成的所述至少一层气相沉积聚合物膜。当将芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯用作所述多种单体时，优选地，通过在富含芳香族ニ胺的气氛下聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而形成所述至少ー层气相沉积聚合物膜，所述气氛中芳香族ニ胺蒸气压高于芳香族ニ异氰酸酯蒸气压。此外，优选地，所述芳香族ニ胺为4，4’- ニ氨基ニ苯基甲烷，所述芳香族ニ异氰酸酯为4，4’- ニ苯基甲烷ニ异氰酸酷。 在根据本发明的薄膜电容器中，至少ー层电介质膜中的至少ー层为气相沉积聚合 物膜。通过在真空中沉积聚合而形成所述气相沉积聚合物膜。因而，所述气相沉积聚合物膜可以具有优良的质量且杂质很少，并且可以具有足够小的厚度。相应地，包括这样的气相沉积聚合物膜的电介质膜的耐受电压和相对介电常数可高于仅包括树脂膜的电介质膜的耐受电压和相对介电常数。此外，通过沉积聚合芳香族单体而形成所述气相沉积聚合物膜，所述芳香族単体各自具有通过连接基团相连接的两个苯环。因而，进ー步有效地改善了所述气相沉积聚合物膜的相对电介质常数。此外，由于有利地降低了芳香族単体的分子量，所以有利地改善了所述气相沉积聚合物膜的沉积速率。因此，根据本发明的薄膜电容器元件可以具有较小尺寸和较高电容，同时获得足够高的耐受电压。此外，可以通过改善气相沉积聚合物膜的沉积速率而有效地改善生产率。根据本发明的薄膜电容器可以具有与所述薄膜电容器元件获得的基本上相同的优势。根据本发明的薄膜电容器元件的制造方法，可以以优良的生产率有利地制造具有上文所述的优良特性的薄膜电容器元件。
当结合考虑附图时，通过阅读本发明优选实施方式的下述详细说明，本发明的上述及其它目的、特征、优势以及技术和エ业重要性将得到更好地理解，附图中图I为示出根据本发明的薄膜电容器元件的一个实施例的部分放大截面图；以及图2为示出用于制造图I所示的薄膜电容器的设备的示意图。
具体实施例方式为进ー步说明本发明，将參照附图以本发明的具体实施方式
进行描述。首先，图I以竖直截面示出了根据本发明的薄膜电容器元件的一个实施方式。如图I所示，本实施方式的薄膜电容器元件10包括金属化膜15，该金属化膜15包括金属蒸镀膜14a和树脂膜12，该树脂膜12作为金属蒸镀膜14a表面上的电介质膜。薄膜电容器元件10在金属化膜15上还包括处于金属蒸镀膜14a侧的相对侧(树脂膜12的另ー个表面)上的金属蒸镀膜14b以及金属蒸镀膜14b上的气相沉积聚合物膜16。也就是说，在本实施方式中，薄膜电容器元件10为层合体，其按顺序包括金属蒸镀膜14a、树脂膜12、金属蒸镀膜14b和气相沉积聚合物膜16。更具体地，树脂膜12由聚丙烯制成的双轴拉伸膜形成，且具有约I至10 μ m的小厚度。树脂膜12可以是可构成常规薄膜电容器的电介质膜的任何已知树脂膜。所述树脂膜可以由例如聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、聚苯硫醚或聚萘ニ甲酸こニ醇酯制成。所述树脂膜并非必须由双轴拉伸膜形成。此处，金属蒸镀膜14a、14b由铝制成。相应的金属蒸镀膜14a、14b构成了使用层合体10制造的薄膜电容器的内电极，且通过常规エ艺形成于树脂膜12的相应表面上。具体而言，金属蒸镀膜14a、14b通过常规已知的真空沉积エ艺形成于树脂膜12的相应表面上，所述常规已知的真空沉积エ艺与PVD和CVD为同一类别，所述PVD和CVD通过使用常规已知的金属材料作为形成薄膜电容器的内电极的沉积材料。因而，金属蒸镀膜14a、14b并非必须由铝制成，而是可以由例如锌制成。将金属蒸镀膜14a、14b的膜阻抗调节为约I至50 Ω /cm2,并且依据例如膜阻抗而适当地确定其厚度。
气相沉积聚合物膜16由聚脲树脂膜形成。气相沉积聚合物膜16通过常规真空沉积聚合形成于金属蒸镀膜14a上。因而，气相沉积聚合物膜16可具有高质量和很少杂质以及足够小于树脂膜的厚度。因此，包括薄膜电容器元件10的薄膜电容器可以具有较小尺寸和较高电容。尽管气相沉积聚合物膜16的厚度不特别受限，但是优选的是其厚度为约O. 001至10 μ m。由于难以形成厚度小于O. 001 μ m的气相沉积聚合物膜16,所以气相沉积聚合物膜16的厚度为O. OOlym或更大是实用的。此外，厚度大于10 μ m的气相沉积聚合物膜16无法足够缩小包括气相沉积聚合物膜16作为电介质的薄膜电容器的尺寸。气相沉积聚合物膜16的种类不特别受限，只要其为可以通过真空沉积而形成的树脂膜即可。代替聚脲树脂膜，气相沉积聚合物膜16可以由聚酰胺树脂膜、聚酰亚胺树脂膜、聚酰胺酰亚胺树脂膜、聚酯树脂膜、聚甲亚胺树脂膜或聚氨酯树脂膜形成。在所列出的树脂膜中，优先地使用相对介电常数高于树脂膜12的树脂膜。通过使用这样的树脂膜形成气相沉积聚合物膜16，可以有效地提高薄膜电容器的电容。构成气相沉积聚合物膜的聚脲树脂获得了高于树脂膜12的相对介电常数，并且在単体的聚合(ニ异氰酸酯和ニ胺)时不需要热处理。此外，在加成聚合反应中形成聚脲树脂，所述加成聚合反应无需去除水、醇等。所以，不需要用于单体聚合时的热处理的设备(设施)，并且可以降低成本。此外，可以有效地避免由热处理期间生成的热造成的树脂膜12变形。并且，无需从其中进行聚合反应的真空室中去除水、醇等(水、醇在聚合反应期间消除)。因此，不需要用于去除所消除的水或醇的设备，这同样降低了成本。此外，由于聚脲树脂具有优良的防潮性，可以稳定地获得气相沉积聚合物膜16的高耐受电压。在本实施方式中，具体而言，在聚脲树脂中，气相沉积聚合物膜16由芳香族聚脲树脂形成。通过沉积聚合芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺而形成由芳香族聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜16，所述芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。此外，在本实施方式中，将由下式(化学式I)表示的4，4’ - ニ苯基甲烷ニ异氰酸酷(MDI)用作所述芳香族ニ异氰酸酷，将由下式(化学式2)表示的4，4’_ ニ氨基ニ苯基甲烷(MDA)用作所述芳香族ニ胺。由于通过沉积聚合芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺而形成气相沉积聚合物膜16，所以改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数和沉积速率。化学式I
〇CN~~^CH2( ^~NCO化学式2
H2N~/~VcH2 イト NH2更具体描述地，具有苯环的芳香族単体具有平面分子结构，因此其结构比具有直链结构或脂环结构的単体稳定。通过沉积聚合此类芳香族単体(即MDI和MDA)而形成的·气相沉积聚合物膜16被密集地层合于树脂膜12上的金属蒸镀膜14b上的平面中。因而，提高了气相沉积聚合物膜16的密度，从而改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。由于形成气相沉积聚合物膜16的MDI和MDA中的每ー个具有两个苯环，MDI和MDA中的每ー个的分子量小于具有三个或更多个苯环的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺中的每ー个的分子量。因而，在通过沉积聚合MDI和MDA而形成气相沉积聚合物膜16时，由于其分子量较小，相比其中使用各自具有三个或更多个苯环的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺的情況，MDI和MDA中的每ー个的蒸发速率得到有效改善。因此，改善了气相沉积聚合物膜16的沉积速率。通常，相比芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺，具有直链结构或脂环结构的ニ异氰酸酯和ニ胺中的每ー个的分子结构不稳定。具体而言，具有脂环结构的ニ异氰酸酯和ニ胺中的每ー个具有弯曲的结构，且经历较大的空间位阻。因而，如果使用具有脂环结构的ニ异氰酸酯或具有脂环结构的ニ胺、通过沉积聚合而形成气相沉积聚合物膜16，则不可避免地使得气相沉积聚合物膜16的密度小，且相对介电常数也不会得到进ー步改善。此外，仅具有一个苯环或直接(无连接基团)相连接的两个苯环的芳香族ニ异氰酸酯或芳香族ニ胺具有下述限制分子中的原子团仅能够围绕聚合ニ异氰酸酯和ニ胺的官能团运动。因而，可能难以使分子结构变直。另ー方面，各自具有经由连接基团相连接的两个苯环的为芳香族ニ异氰酸酯的MDI和为芳香族ニ胺的MDA，具有稳定的分子结构。此外，由于允许原子团围绕分子中的官能团和连接基团运动，可以显著地使分子结构变直。通过沉积聚合MDI和MDA而形成的气相沉积聚合物膜16可以形成于树脂膜12上的金属蒸镀膜14b上，使得其紧密地层合于其上。因此，改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。此外，从上文的化学式I和2显而易见，形成气相沉积聚合物膜16的为芳香族ニ异氰酸酯的MDI和为芳香族ニ胺的MDA，分别具有异氰酸酯基团(-NC0)和氨基(-NH2)，作为处于连接基团[甲基(-CH2-)]的对位上的官能团。换而言之，MDI和MDA各自具有位于连接基团的对位的官能团，并且经由这些官能团聚合MDI和MDA。因而，MDI和MDA的分子结构可以基本上在直线上。因此，进一歩改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。用于形成由芳香族聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜16的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺不特别限于MDI和DMA。可以使用其中两个苯环经由连接基团相连接的任何芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺。芳香族ニ胺的实例包括双(4-氨基苯基)硫醚、4，4’-ニ氨基ニ苯基醚和4，4’ - ニ氨基苯基砜。在上述芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺中，优选具有甲基(-CH2-)、醚基(-O-)或硫醚基(-S-)作为使用的连接基团的物质。尤其是，优选使用具有甲基(-CH2-)作为连接基团的物质。通过使用这样的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺，由沉积的芳香族聚脲制成的气相沉积聚合物膜16可具有改善的相对介电常数，且可以提高气相沉积聚合物膜16的沉积速率。在使用具有上文所述结构的薄膜电容器元件10制造缠绕式薄膜电容器吋，首先缠绕薄膜电容器元件10 —次或多次，使得气相沉积聚合物膜16位于最内部，由此获得卷。可以在此エ艺中使用规定的芯。然后，使外电极形成于获得的卷的每个侧面上，并将外部端附接至该外电扱。然后，根据需要，在规定的盒中密封该层合体，由此获得预期的缠绕式薄膜电容器。
可以使用多个薄膜电容器元件10而获得薄膜电容器。在这种情况下，由多个薄膜电容器兀件10构成作为薄膜电容器的基础兀件的层合体,并且首先,叠堆薄膜电容器兀件10，使得ー个薄膜电容器元件10中的金属蒸镀膜14a和另ー个薄膜电容器元件10中的气相沉积聚合物膜16彼此接触。然后，一次或多次缠绕获得的层合体以获得卷。接下来，使外电极形成于获得的卷(缠绕式薄膜电容器元件)的每个侧面上，并将外部端附接至该外电极。然后，根据需要，在规定的盒中密封层合体，由此获得预期的缠绕式薄膜电容器。可以使用薄膜电容器元件10制造叠堆式薄膜电容器。同样在这种情况下，由多种薄膜电容器兀件10构成作为薄膜电容器的基础兀件的层合体，并且首先，叠堆薄膜电容器元件10以获得层合体，使得ー个薄膜电容器元件10中的金属蒸镀膜14a和另ー个薄膜电容器元件10中的气相沉积聚合物膜16彼此接触。然后，使外电极形成于层合体的每个侧面上，并将外部端附接至该外电扱。然后，根据需要，在规定的盒中密封该层合体，由此获得预期的叠堆式薄膜电容器。通过例如示于图2的制造设备18制造上文所述的薄膜电容器元件10。下文将详细描述薄膜电容器元件10的制造设备18。如图2所示，制造设备18包括具有规定尺寸的真空室20。在真空室20中设置隔断壁22，使得真空室20的内部空间被分成两个。隔断壁22限定了真空室20中的第一真空部分24和第二真空部分26。将排气管28、28各自连接至第一真空部分24和第二真空部分26，使得相应的真空部分24、26的内部空间与外部连通。在排气管28、28上分别设置了真空泵30、30。通过操作真空泵30、30，使得第一真空部分24和第二真空部分26中的每ー个都处于真空状态。此外，可以单独地控制真空泵30、30。因而，可以改变第一真空部分24和第二真空部分26
的真空度。在真空室20的第一真空部分24中，设置进料辊32和卷取辊34，在进料辊32上，安装膜卷36，该膜卷36通过缠绕其中金属蒸镀膜14a形成于树脂膜12的ー个表面上的金属化膜15而获得。在卷取辊34上，以可去除的方式缠绕从安装在进料辊32的膜卷36上解下的金属化膜15的顶端部分。通过例如电机(未示出)旋转地驱动卷取辊34。通过这种设置方式，从膜卷36上解下的金属化膜15经卷取辊34的旋转驱动而被卷取辊34卷取。在第一真空部分24中，设置了罐辊38。罐辊38由例如铁的金属制成的圆柱形主体形成，并且通过例如电机(未示出)旋转地驱动。将罐辊38的一部分通过隔断壁22提供的窗ロ 40暴露于第二真空部分26中。将从膜卷36上解下的金属化膜15以金属化膜15与罐辊38紧密接触的方式缠绕于罐辊38的外周表面上，然后缠绕在 的周向中的ー个方向(在以图2中的箭头所示的方向A上)行迸，同时使设置于金属蒸镀膜14a的相对侧的树脂膜12的表面暴露于真空室20。然后，将金属化膜15送至卷取辊34且被卷取辊34卷取。在罐辊38的内部，设置了冷却机构42。冷却机构42具有已知结构，在该结构中通过例如冷却介质的循环而冷却罐辊35的外周表面。通过与被冷却机构42冷却的罐辊38的外周表面接触，将缠绕于罐辊38上的金属化膜15冷却。围绕真空室20中的罐辊38，设置用于形成金属蒸镀膜44的装置、用于形成气相沉积聚合物膜46的装置、红外辐射装置48和等离子体辐射装置50，且设置成在罐辊38的周向上成ー线。以说明书的顺序，从在罐辊38的旋转下行进的金属化膜15行进方向上的上游方向至下游方向，设置这4个装置44、46、48、50。在4个装置44、46、48、50中，仅将用于形成金属蒸镀膜44的装置设置在第二真空部分26中，将其它装置46、48、50设置在第一真空部分24中。用于形成金属蒸镀膜44的装置包括加热器54和用于储存沉积材料(未示出)的储存罐52，所述沉积材料包括金属，例如铝。将用于形成金属蒸镀膜44的装置构造成通过使用加热器54蒸发储存罐52中的沉积材料而生成金属蒸气，并且使金属蒸气沉积在缠绕于罐辊38上的金属化膜15上。因此，在树脂膜12的与金属蒸镀膜14a侧相反的ー侧上，形成金属蒸镀膜14b。用于形成气相沉积聚合物膜46的装置包括壳56。将壳56的内部作为混合室58。壳56包括通向罐辊38的外周表面的出ロ 60，由此通过出ロ 60使混合室58与第一真空部分连通。此外，在壳56中设置了第一和第二加热器64a、64b以及用于容纳液体状态的单体的第一和第二单体罐62a、62b。将用于形成气相沉积聚合物膜46的装置构造成通过使用第一和第二加热器64a、64b蒸发各自容纳在第一和第二单体罐62a、62b中的两种单体而生成两种单体蒸气。在将该两种単体蒸气在混合室58中混合后，将经混合的两种单体蒸气从出ロ 60吹到缠绕于罐辊38上的金属化膜15上。因而，使该两种単体蒸气沉积于金属化膜15的与金属蒸镀膜14a相对侧的树脂膜12上，并且在其上聚合以形成气相沉积聚合物膜16。红外辐射装置48具有用于生成红外线的常规已知结构，并且可以将生成的红外线发射于罐辊38的外周表面上。因此，使行进且同时被缠绕于罐辊38上的金属化膜15可以经受红外辐射的热处理。等离子体辐射装置50具有用于生成等离子体(例如氩气等离子体)的常规已知结构，并且可以将生成的等离子体发射于罐辊38的外周表面上。因此，使行进且同时被缠绕于罐辊38上的金属化膜15可以经受等离子体辐射的等离子体处理。此处，将从等离子体辐射装置50发射的等离子体和从红外辐射装置48发射的红外线靶向在罐辊38的外周表面的相同位置处。因而，在缠绕于罐辊38上的金属化膜15的一部分上同时进行热处理和等离子体处理。在用具有上文所述结构的制造设备18 (如图2所示)制造薄膜电容器元件10吋，初始时将膜卷36安装在进料辊32的外部。然后，在将金属化膜15从膜卷36上解下并且缠绕于罐辊38上之后，将金属化膜15的端部附接至进料辊34。与将金属化膜15缠绕到罐辊38上的操作同时、或其之前或之后，开动设置在罐辊38中的冷却机构42以冷却罐辊38的外周表面。因而，冷却缠绕于罐辊38上的金属化膜
15。用冷却机构42冷却金属化膜15的冷却温度并不特别受限。通常，该温度为约-15至30°C，这是由于可以稳定地进行将在下文描述的蒸气沉积聚合过程。与将金属化膜15缠绕于罐辊38上的操作分开地，将铝沉积材料容纳在用于形成 金属蒸镀膜44的装置的储存罐52中。此外，将规定量的具有特定分子结构的芳香族ニ异氰酸酯(例如MDI)以液体状态容纳在用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的第一单体罐62a中。此外，将规定量的具有特定分子结构的芳香族ニ胺(例如MDA)以液体状态容纳在第二单体罐62b中。然后，开动真空泵30、30，以降低真空室20的第一和第二真空部分24、26中的压力，使得它们处于真空状态。因此，将第一真空部分24中的压カ调节到约KT1至lOOPa，将第二真空部分26中的压カ调节到约10_2至5Pa，低于第一真空部分24。此外，开动用于形成金属蒸镀膜44的装置的加热器54以及用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的第一和第ニ加热器64a、64b，以分别加热和蒸发储存罐52的铝沉积材料以及第一和第二单体罐62a、62b中的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺。然后，旋转地驱动电机以在图2中的箭头A所示方向上旋转罐辊35。同时，旋转地驱动卷取辊34。因而，使从膜辊36上解下的金属化膜15在图2中的箭头A所示方向上行迸，并且由卷取辊34卷取从罐辊38输送的金属化膜15。通过罐辊38的旋转，使缠绕于罐辊38上的金属化膜15的一部分进入第二真空部分26。在其中，将通过用于形成金属蒸镀膜44的装置生成的铝蒸气喷涂于金属化膜15的与罐辊38侧相对的ー侧的表面(暴露于真空室20的表面)上。因此，在金属化膜15的与金属蒸镀膜14a相対的ー侧上形成金属蒸镀膜14b。在上述操作过程中，由于第二真空部分26的内压低于第一真空部分24的内压，有利地防止通过用于形成金属蒸镀膜44的装置生成的铝蒸气从第二真空部分26进入第一真空部分24。此外，由于通过与被冷却机构42冷却的罐辊38的外周表面接触而冷却金属化膜15，可以有利地防止高温铝蒸气与树脂膜接触或附着于树脂膜，并且有利地防止树脂膜被热损坏。通过罐辊38的旋转，使金属化膜15上沉积金属蒸镀膜14b的那部分从第二真空部分26进入第一真空部分24，由此沉积于设置用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的区域中。然后，将在用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的壳56的混合室58中混合的芳香族ニ异氰酸酯蒸气和芳香族ニ胺蒸气沉积在形成于金属化膜15上的金属蒸镀膜14b上，以进行自聚合。因此，使由芳香族聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜16形成于金属蒸镀膜14b上。由此获得了预期的薄膜电容器元件10。优选地，在用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的混合室58内部处于富含芳香族ニ胺的气氛的同吋，进行气相沉积聚合物膜16的形成，所述气氛中芳香族ニ胺蒸气压高于芳香族ニ异氰酸酯蒸气压。换而言之，在富含芳香族ニ胺的气氛下进行沉积聚合。因此，有利地改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。这可能基于下述原因。在富含芳香族ニ胺的气氛下，芳香族ニ胺的分子数大于芳香族ニ异氰酸酯的分子数。相比通过在其中芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯的组成比率为I : I的气氛下沉积聚合形成的芳香族聚脲，通过在这样的状态下沉积聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而形成的芳香族聚脲具有较短的分子链(低聚状态)。相比具有长分子链的芳香族聚脲膜中的分子，具有较短分子链的芳香族聚脲膜中的分子可以更自由地运动，从而得到更为活跃的分子运动。因此，通过沉积聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而形成的气相沉积聚合物膜16的相对介电常数可以更高。在富含芳香族ニ胺的气氛下，芳香族ニ异氰酸酯的分子数大于芳香族ニ胺的分子数。在这样的状态下，异氰酸酯基团更易于与空气中的湿气反应。因而，在将含有芳香族ニ异氰酸酯的单体罐设置于真空室20的外部的情况下，相比在富含芳香族ニ胺的气氛下通过沉积聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而形成的气相沉积聚合物膜16的相对介电常·数，在富含芳香族ニ异氰酸酯的气氛下通过沉积聚合芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯而形成的气相沉积聚合物膜16的相对介电常数未得到如此改善。易于提供富含芳香族ニ胺的气氛，例如通过用用于形成气相沉积聚合物膜46的装置的第二加热器64b将第二单体罐62b中的芳香族ニ胺的热温度调节为高于用第一加热器64a调节的第一单体罐62a中的芳香族ニ异氰酸酯的热温度。尽管芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯在富含芳香族ニ胺的气氛中的组成比率并不特别受限，优选的是芳香族ニ胺的量高于芳香族ニ异氰酸酯的量，但低于芳香族ニ异氰酸酯的量的4倍。在芳香族ニ胺的量是芳香族ニ异氰酸酯的量的4倍的气氛中，ニ胺的量太多，因此芳香族ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯未得到充分聚合。这可能导致难以形成由芳香族聚脲树脂制成的气相沉积聚合物膜16。然后，通过罐辊38的旋转，使金属化膜15上沉积金属蒸镀膜14b和气相沉积聚合物膜16的那部分行进至红外辐射装置48发射红外线和等离子体辐射装置50发射等离子体的位置。接下来，同时将红外线和等离子体从红外辐射装置48和等离子体辐射装置50发射至气相沉积聚合物膜16。相应地，同时在气相沉积聚合物膜16上进行热处理和等离子体处理。例如，在160°C下用红外辐射进行热处理10分钟。通过该热处理和等离子体处理而改善气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。这可能是由于通过热处理和等离子体处理使气相沉积聚合物膜16中的偶极取向于相同方向上(极性)，以使得提高气相沉积聚合物膜16中的极化。通过热处理和等离子体处理进行气相沉积聚合物膜16的后处理，以便帮助取向气相沉积聚合物膜16中的偶扱。相应地，气相沉积聚合物膜16的后处理可以是除了同时进行热处理和等离子体处理之外的任何处理，只要获得相同结果即可。例如，可以初始进行热处理和等离子体处理中的ー种，然后可对气相沉积聚合物膜16进行其另ー种。此外，替代热处理和等离子体处理，可以进行紫外线处理、电子束处理、磁处理和电场处理中的一种。此外，可以同时或单独进行热处理、等离子体处理、紫外线处理、电子束处理、磁处理和电场处理中的至少两种。
当进行紫外线处理和电子束处理吋，围绕罐辊38设置紫外线辐射装置和电子束辐射装置。通过使用这些装置将紫外线和电子束施加到气相沉积聚合物膜16上，进行紫外线处理和电子束处理。当进行磁处理时，例如，将获得的薄膜电容器元件10设置在由线圈等产生的磁场中预定的时间。当进行电场处理时，例如，通过将规定电压施加至设置方式为使得获得的薄膜电容器元件10在其之间的两个电极，将薄膜电容器元件10设置在电场气氛中预定的时间。在完成气相沉积聚合物膜16的后处理后，通过罐辊38的旋转将获得的薄膜电容器元件10从罐辊38送至卷取辊34。因此，获得了由薄膜电容器元件10的卷构成的膜卷
66ο如上文所述，在本实施方式的薄膜电容器元件10中，除树脂膜12之外，使具有小 厚度的气相沉积聚合物膜16形成为电介质膜。通过沉积聚合芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺而形成气相沉积聚合物膜16，所述芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。因而，在气相沉积聚合物膜16中，有利地改善了相对介电常数且提高了沉积速率，同时获得了足够的电压。因此，根据本实施方式的薄膜电容器元件10具有较小尺寸和较高电容，同时获得高水平的足够高的耐受电压。此外，通过改善气相沉积聚合物膜16的沉积速率，可以有效
改善生产率。此外，在薄膜电容器元件10中，在富含芳香族ニ胺的气氛下，聚合各自具有位于连接基团的对位的官能团的为芳香族ニ异氰酸酯的MDI和为芳香族ニ胺的MDA，以形成气相沉积聚合物膜16。此外，使气相沉积聚合物膜16经受热处理和等离子体处理，以将气相沉积聚合物膜16中的偶极取向于相同方向。因此，充分地改善了气相沉积聚合物膜16的相对介电常数。因而，在薄膜电容器元件10中，进ー步有效地改善了电容。下文，详细描述本发明人进行的实验，以证实根据本发明的薄膜电容器元件具有上文所述的优良特性。首先，进行了下述实验以证实通过沉积聚合各自具有根据本发明的结构的芳香族ニ异氰酸酯和芳香族ニ胺而形成的气相沉积聚合物膜具有高相对介电常数和高沉积速率。初始时，提供规定量的MDI作为具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构的芳香族ニ异氰酸酷。此外，提供规定量的每ー种MDA，即双(氨基苯基)硫醚和4，4’_ ニ氨基ニ苯基醚，作为具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构的芳香族ニ胺。此外，提供了可商业购得的金属化膜，其包括聚丙烯膜和在该聚丙烯膜表面上的铝气相沉积膜，并且提供了用于制造具有常规结构的气相沉积聚合物膜的设备。在将金属化膜设置在用于制造气相沉积聚合物膜的设备中后，使真空室的内部处于真空状态。然后，将MDI蒸气和MDA蒸气导入真空室中，并在金属化膜的铝气相沉积膜上聚合，由此在铝气相沉积膜上形成由芳香族聚脲膜形成的气相沉积聚合物膜，因此获得了层合膜。将此层合膜称为样本I。除了将MDI和双(4-氨基苯基)硫醚用作单体外，通过和样本I的层合膜的形成过程相同的过程，制造了另ー个层合膜，其包括由与样本I的层合膜的气相沉积聚合物膜不同类型的芳香族聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜。将此层合膜称为样本2。除了将MDI和4，4’ - ニ氨基ニ苯基醚用作单体外，通过和样本I的层合膜的形成过程相同的过程，制造了又一个层合膜，其包括由与样本I的层合膜的气相沉积聚合物膜又一不同类型的芳香族聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜。将此层合膜称为样本3。通过常规方法測量形成于样本I至3的每ー个层合膜中的气相沉积聚合物膜的相对介电常数。其结果示于下表I。在排出压カ为IPa、沉积时间为5分钟且芳香族ニ胺蒸气压和芳香族ニ异氰酸酯蒸气压中的每ー个均为2Pa下，形成样本I至3的每ー个层合膜中的气相沉积聚合物膜。
然后，如表I所示制备ニ胺和ニ异氰酸酯的组合。一个组合α包括为芳香族的ニ胺和芳香族的ニ异氰酸酷，但是它们中的一者不具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构，而ー个组合β包括ニ胺和ニ异氰酸酷，其中它们中的至少ー个不是芳香族。组合α包括下述组合(a)具有其中两个苯环直接相连接的结构的ニ胺和具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ异氰酸酯的组合(将在之后进ー步描述的样本4) ；(b)具有其中三个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ胺和具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ异氰酸酯的组合(将在之后进ー步描述的样本5);和(c)具有其中四个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ胺和具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ异氰酸酯的组合(将在之后进ー步描述的样本6)。组合β包括下述组合(a)具有直链结构的ニ胺和具有脂环结构的ニ异氰酸酯的组合(将在之后描述的样本7和8) ；(b)具有脂环结构的ニ胺和具有脂环结构的ニ异氰酸酯的组合(将在之后描述的样本9) ；(c)具有脂环结构的ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯的组合(将在之后描述的样本10、11、13、14);和(d)具有直链结构的ニ胺和芳香族ニ异氰酸酯的组合(将在之后描述的样本12)。在11个金属化膜中的每ー个的表面上，使用上文所述组合中的ニ胺和ニ异氰酸酯而形成由具有各种分子结构的聚脲树脂膜形成的气相沉积聚合物膜，以获得11个层合膜。将该11个层合膜称为样本4至14。在和样本I的气相沉积聚合物膜相同的条件下，形成样本4至14的气相沉积聚合物膜。如下表I所示，在样本中使用下述ニ胺和ニ异氰酸酯将1，5_ ニ氨基萘用作具有其中两个苯环直接相连接的结构的ニ胺；将1，3_双(4-氨基苯氧基)苯用作具有其中三个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ胺；将双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜用作具有其中四个苯环经由连接基团相连接的结构的ニ胺；和将1，8-ニ氨基辛烷、1『-ニ甲基-1，6_ ニ氨基己烷和1，12-ニ氨基十二烷用作具有直链结构的ニ胺；将1，3_双(氨基甲基)环己烷(顺式、反式混合物)和4，4'-亚甲基双(环己胺)(异构体混合物)用作具有脂环结构的二胺；以及将MDA用作芳香族ニ胺。将1，3_双(异氰酸甲酯基)环己烷用作具有脂环结构的ニ异氰酸酷。除了 MDI之外，将间苯ニ甲撑ニ异氰酸酯和1，4_苯ニ异氰酸酯用作芳香族ニ异氰酸酷。在样本I至14的层合膜中，在其制造过程中考察样本I至6的每ー个层合膜的气相沉积聚合物膜的沉积速率。与此单独地，在制造样本I至14的层合膜后，使用常规已知方法測量形成在每ー个层合膜中的气相沉积聚合物膜的相对介电常数。其结果同样示于下表I。表I
权利要求
1.一种薄膜电容器元件，所述薄膜电容器元件包括层合体，所述层合体包括至少一层电介质膜和至少一层金属蒸镀膜， 其中，所述至少一层电介质膜中的至少一层为通过沉积聚合多种单体而形成的气相沉积聚合物膜，所述多种单体各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。
2.如权利要求I所述的薄膜电容器元件，其中，所述多种单体各自具有位于所述连接基团的对位的官能团，并且所述多种单体经由所述官能团聚合。
3.如权利要求I所述的薄膜电容器元件，其中，所述至少一层气相沉积聚合物膜的偶极通过经受热处理、紫外线处理、电子束处理、磁处理、电场处理和等离子体处理中的至少一种处理而被取向。
4.如权利要求I所述的薄膜电容器元件，其中，所述至少一层气相沉积聚合物膜为聚脲树脂膜。
5.如权利要求I所述的薄膜电容器元件，其中，所述多种单体包括芳香族二胺和芳香族二异氰酸酯。
6.如权利要求5所述的薄膜电容器元件，其中，通过在富含芳香族二胺的气氛下使所述芳香族二胺和所述芳香族二异氰酸酯聚合，由此形成所述至少一层气相沉积聚合物膜，所述气氛中芳香族二胺蒸气压高于芳香族二异氰酸酯蒸气压。
7.如权利要求5所述的薄膜电容器元件，其中，所述芳香族二胺为4，4’- 二氨基二苯基甲烷，所述芳香族二异氰酸酯为4，4’ - 二苯基甲烷二异氰酸酯。
8.一种薄膜电容器，包括权利要求I所述的薄膜电容器元件。
9.一种薄膜电容器元件的制造方法，所述薄膜电容器元件包括层合体，所述层合体包括至少一层电介质膜和至少一层金属蒸镀膜，所述方法包括下述步骤 交替设置所述至少一层金属蒸镀膜和所述至少一层电介质膜，形成层合体；以及 使用所述层合体获得薄膜电容器元件， 其中所述至少一层电介质膜中的至少一层为通过沉积聚合多种单体而形成的气相沉积聚合物膜，所述多种单体各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。
10.如权利要求9所述的薄膜电容器元件的制造方法，其中，所述多种单体各自具有位于连接基团的对位的官能团，并且所述多种单体经由所述官能团聚合。
11.如权利要求9所述的薄膜电容器元件的制造方法，所述方法还包括下述步骤对所述至少一层气相沉积聚合物膜进行热处理、紫外线处理、电子束处理、磁处理、电场处理和等离子体处理中的至少一种处理。
12.如权利要求9所述的薄膜电容器元件的制造方法，其中，所述多种单体包括芳香族二胺和芳香族二异氰酸酯，由聚脲树脂膜形成的所述至少一层气相沉积聚合物膜是通过沉积聚合所述芳香族二胺和所述芳香族二异氰酸酯而形成的。
13.如权利要求12所述的薄膜电容器元件的制造方法，其中，通过在富含芳香族二胺的气氛下使所述芳香族二胺和所述芳香族二异氰酸酯聚合，由此形成所述至少一层气相沉积聚合物膜，所述气氛中芳香族二胺蒸气压高于芳香族二异氰酸酯蒸气压。
14.如权利要求12所述的薄膜电容器元件的制造方法，其中，所述芳香族二胺为4，4’- 二氨基二苯基甲烷，所述芳香族二异氰酸酯为4，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯。
全文摘要
本发明提供一种薄膜电容器元件，其具有较小尺寸和较高电容，同时可以确保高水平的足够的耐受电压，且可以高效制造。所述薄膜电容器元件包括层合体，所述层合体包括至少一层电介质膜和至少一层金属蒸镀膜。所述至少一层电介质膜包括至少一层气相沉积聚合物膜。通过沉积聚合多种单体而形成所述至少一层气相沉积聚合物膜，所述多种单体各自具有其中两个苯环经由连接基团相连接的结构。
文档编号H01G4/18GK102737843SQ20121011262
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者伊藤薰, 寺岛旭人, 早川宗孝 申请人:小岛冲压工业株式会社