薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜的制作方法

1.本发明涉及薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜。


背景技术：

2.作为电容器的一种，有如下构造的薄膜电容器，即，将具有可挠性的树脂薄膜用作电介质，同时配置了隔着树脂薄膜相互对置的第1对置电极以及第2对置电极。薄膜电容器通常呈将作为电介质的树脂薄膜卷绕而成的大致圆柱状的形态，在该圆柱的相互对置的第1端面以及第2端面上，分别形成有第1外部端子电极以及第2外部端子电极。而且，第1对置电极与第1外部端子电极电连接，第2对置电极与第2外部端子电极电连接。
3.在专利文献1公开了一种电容器，其特征在于，电介质由聚合物薄膜构成，且导电体由金属箔或者金属薄膜构成，其中，该聚合物薄膜包含含有50摩尔％以上的特定的重复单位的聚酯，并且厚度方向的折射率为1.50～1.57，密度为1.45～1.50g/cm3，提取低分子成分量为1.0重量％以下。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开昭60
‑
180008号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.在专利文献1记载了如下内容，即，构成电介质的聚酯薄膜的密度需要是1.45～1.50g/cm3的范围，优选为1.46～1.48g/cm3的范围。根据专利文献1，若薄膜的密度小于上述的范围，则电容器的击穿电压的偏差变大，反之，若密度大于上述的范围，则电容器的击穿电压变小，而且其偏差也变大，因此不优选。
9.然而，在专利文献1记载的发明中，电容器的击穿电压是在25℃的条件下评价的，在更高温的条件下，耐电压性显著下降。关于薄膜电容器，可设想在车载等严酷的环境下使用，因此需要在高温条件下也示出高可靠性。
10.本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种具备在高温环境下具有充分的绝缘击穿强度的电介质树脂薄膜的薄膜电容器。本发明的目的还在于，提供一种用作上述薄膜电容器的电介质树脂薄膜的薄膜电容器用薄膜。
11.用于解决课题的技术方案
12.本发明的薄膜电容器是具备电介质树脂薄膜和设置在上述电介质树脂薄膜的一个面的金属层的薄膜电容器，上述电介质树脂薄膜的玻璃化转变温度为160℃以上，并且，25℃下的密度为1.22g/cm3以上且1.26g/cm3以下。
13.本发明的薄膜电容器用薄膜的玻璃化转变温度为160℃以上，并且，25℃下的密度为1.22g/cm3以上且1.26g/cm3以下。
14.发明效果
15.根据本发明，能够提供一种具备在高温环境下具有充分的绝缘击穿强度的电介质树脂薄膜的薄膜电容器。
附图说明
16.图1是示意性地示出本发明的薄膜电容器的一个例子的剖视图。
具体实施方式
17.以下，对本发明的薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜进行说明。
18.然而，本发明并不限定于以下的结构，能够在不变更本发明的主旨的范围内适当地变更而进行应用。
19.将以下记载的本发明的各个优选的结构组合了两个以上的结构也还是本发明。
20.[薄膜电容器]
[0021]
本发明的薄膜电容器具备电介质树脂薄膜和设置在上述电介质树脂薄膜的一个面的金属层。
[0022]
以下，作为本发明的薄膜电容器的一个实施方式，以如下的卷绕型的薄膜电容器为例而进行说明，该卷绕型的薄膜电容器将设置有第1金属层的第1电介质树脂薄膜和设置有第2金属层的第2电介质树脂薄膜以层叠的状态进行卷绕而成。
[0023]
另外，本发明的薄膜电容器也可以是将设置有第1金属层的第1电介质树脂薄膜和设置有第2金属层的第2电介质树脂薄膜层叠而成的层叠型的薄膜电容器等。
[0024]
图1是示意性地示出本发明的薄膜电容器的一个例子的剖视图。
[0025]
图1所示的薄膜电容器1是卷绕型的薄膜电容器，具备卷绕状态的第1电介质树脂薄膜11以及第2电介质树脂薄膜12和隔着第1电介质树脂薄膜11或者第2电介质树脂薄膜12相互对置的第1金属层(第1对置电极)21以及第2金属层(第2对置电极)22，并且具备与第1金属层21电连接的第1外部端子电极31以及与第2金属层22电连接的第2外部端子电极32。
[0026]
第1金属层21形成在第1电介质树脂薄膜11上，第2金属层22形成在第2电介质树脂薄膜12上。通过将形成有第1金属层21的第1电介质树脂薄膜11和形成有第2金属层22的第2电介质树脂薄膜12以层叠的状态进行卷绕，从而构成了薄膜电容器1。第2电介质树脂薄膜12也可以具有与第1电介质树脂薄膜11不同的结构，但是优选具有与第1电介质树脂薄膜11相同的结构。
[0027]
第1金属层21在第1电介质树脂薄膜11的一个面形成为到达一个侧缘，但是不到达另一个侧缘。另一方面，第2金属层22在第2电介质树脂薄膜12的一个面形成为不到达一个侧缘，但是到达另一个侧缘。第1金属层21以及第2金属层22例如由铝层等构成。
[0028]
如图1所示，第1电介质树脂薄膜11和第2电介质树脂薄膜12在宽度方向上相互错开地层叠，使得第1金属层21中的到达第1电介质树脂薄膜11的侧缘的一侧的端部、以及第2金属层22中的到达第2电介质树脂薄膜12的侧缘的一侧的端部都从层叠的薄膜露出。第1电介质树脂薄膜11以及第2电介质树脂薄膜12以层叠的状态被卷绕，由此设为保持第1金属层21以及第2金属层22在端部露出的状态进行了堆叠的状态。
[0029]
在图1所示的薄膜电容器1中，进行卷绕，使得第2电介质树脂薄膜12成为第1电介质树脂薄膜11的外侧，并且，关于第1电介质树脂薄膜11以及第2电介质树脂薄膜12的每一
个，第1金属层21以及第2金属层22各自朝向内侧。
[0030]
第1外部端子电极31以及第2外部端子电极32通过在像上述那样得到的电容器主体的各端面上喷镀例如锌等而形成。第1外部端子电极31与第1金属层21的露出端部接触，由此与第1金属层21电连接。另一方面，第2外部端子电极32与第2金属层22的露出端部接触，由此与第2金属层22电连接。
[0031]
在本发明的薄膜电容器中，电介质树脂薄膜的卷绕体优选被压制成剖面形状为椭圆或者长圆那样的扁平形状，并设为比剖面形状为正圆时紧凑的形状。另外，本发明的薄膜电容器也可以具备圆柱状的卷绕轴。卷绕轴配置在卷绕状态的电介质树脂薄膜的中心轴线上，成为卷绕电介质树脂薄膜时的卷轴。
[0032]
在本发明的薄膜电容器中，作为包含于金属层的金属，例如，可列举铝(al)、钛(ti)、锌(zn)、镁(mg)、锡(sn)、镍(ni)等。
[0033]
在本发明的薄膜电容器中，金属层的厚度没有特别限定，例如为5nm以上且40nm以下。
[0034]
另外，金属层的厚度能够通过使用场发射型扫描电子显微镜(fe
‑
sem)等电子显微镜对将设置有金属层的电介质树脂薄膜在厚度方向上切断的剖面进行观察而确定。
[0035]
在本发明的薄膜电容器中，作为电介质树脂薄膜，使用本发明的薄膜电容器用薄膜。
[0036]
[薄膜电容器用薄膜]
[0037]
本发明的薄膜电容器用薄膜的特征在于，玻璃化转变温度为160℃以上，并且，25℃下的密度为1.22g/cm3以上且1.26g/cm3以下。
[0038]
通过将薄膜的玻璃化转变温度设为160℃以上，并且，将25℃下的薄膜的密度设为1.22g/cm3以上且1.26g/cm3以下，从而能够提高125℃下的薄膜的绝缘击穿强度。因此，能够设为高温环境下的耐电压性优异的薄膜。
[0039]
可认为，薄膜的绝缘击穿容易在薄膜中的空洞处发生。可认为，通过提高薄膜的密度，从而薄膜致密化，薄膜中的空洞变少，因此绝缘击穿强度变高，耐电压性提高。可认为，在薄膜的密度低的情况下，构成的分子间的距离变大，因此热固化后的交联密度不提高，且耐电压性下降。另一方面，若薄膜的密度变得过高，则成膜不稳定，因此绝缘击穿强度反而变低，耐电压性下降。此外，可认为，薄膜的密度越高，则薄膜的韧性越低，这也对耐电压性的下降产生影响。
[0040]
薄膜的密度可通过将薄膜的重量除以体积而求出。薄膜的体积根据薄膜的面积和平均厚度进行计算。
[0041]
此外，可使用动态粘弹性测定装置(dma)测定储能弹性模量，并根据储能弹性模量开始大幅下降的温度求出薄膜的玻璃化转变温度。
[0042]
在本发明的薄膜电容器用薄膜中，玻璃化转变温度的上限没有特别限定，玻璃化转变温度例如为250℃以下。
[0043]
本发明的薄膜电容器用薄膜优选包含固化性树脂作为主成分。固化性树脂可以是热固化性树脂，也可以是光固化性树脂。
[0044]
在本说明书中，所谓“主成分”，意味着重量百分率最大的成分，优选地，意味着重量百分率超过50重量％的成分。因此，本发明的薄膜电容器用薄膜也可以作为主成分以外
的成分而包含例如硅酮树脂等添加剂、后述的第1有机材料以及第2有机材料等起始材料的未固化部分。
[0045]
在本说明书中，所谓热固化性树脂，意味着能够通过热进行固化的树脂，并不限定固化方法。因此，只要是能够通过热进行固化的树脂，通过热以外的方法(例如，光、电子束等)进行了固化的树脂也包含于热固化性树脂。此外，根据材料，存在通过材料自身具有的反应性开始反应的情况，对于未必一定要从外部提供热或光等才进行固化的固化性树脂，也作为热固化性树脂。关于光固化性树脂也是同样的，并不限定固化方法。
[0046]
固化性树脂可以具有氨酯键以及脲键中的至少一者，也可以不具有氨酯键以及脲键。
[0047]
另外，氨酯键和/或脲键的存在能够使用傅里叶变换红外分光光度计(ft
‑
ir)进行确认。
[0048]
本发明的薄膜电容器用薄膜优选包含第1有机材料和第2有机材料的固化物。例如，可列举第1有机材料具有的羟基(oh基)和第2有机材料具有的异氰酸酯基(nco基)进行反应而得到的固化物等。
[0049]
在通过上述的反应得到固化物的情况下，也可以在薄膜中残留起始材料的未固化部分。例如，本发明的薄膜电容器用薄膜也可以包含羟基以及异氰酸酯基中的至少一者。在该情况下，本发明的薄膜电容器用薄膜可以包含羟基以及异氰酸酯基中的任一者，也可以包含羟基以及异氰酸酯基这两者。
[0050]
另外，异氰酸酯基和/或羟基的存在能够使用傅里叶变换红外分光光度计(ft
‑
ir)进行确认。
[0051]
第1有机材料优选是在分子内具有多个羟基的多元醇。作为多元醇，例如，可列举聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚乙烯醇乙酰缩醛等。作为第1有机材料，也可以并用两种以上的有机材料。
[0052]
第1有机材料优选具有环氧基。特别是，第1有机材料优选为苯氧基树脂，更优选为在末端具有环氧基的高分子量的双酚a型环氧树脂。
[0053]
第2有机材料优选为在分子内具有多个异氰酸酯基的多异氰酸酯。第2有机材料通过与第1有机材料具有的羟基进行反应而形成交联构造，从而作为使薄膜固化的固化剂而发挥功能。
[0054]
作为多异氰酸酯，例如，可列举二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)以及甲苯二异氰酸酯(tdi)等芳香族多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)等脂肪族多异氰酸酯等。也可以是这些多异氰酸酯的改性体，例如，也可以是具有碳二亚胺或者氨基甲酸乙酯等的改性体。其中，优选芳香族多异氰酸酯，更优选mdi或者tdi，进一步优选mdi。作为mdi，能够使用典型的聚合mdi或者单体类型的mdi。此外，mdi也可以是混合物类型。作为tdi，能够使用三羟甲基丙烷(tmp)加合物。此外，tdi也可以使用缩二脲改性体。作为第2有机材料，也可以并用两种以上的有机材料。
[0055]
在本发明的薄膜电容器用薄膜中，第1有机材料和第2有机材料的重量比率(第1有机材料/第2有机材料)没有特别限定，但是优选为10/90以上，更优选为20/80以上，进一步优选为30/70以上，此外，优选为90/10以下，更优选为80/20以下，进一步优选为70/30以下。特别是，优选第1有机材料和第2有机材料的重量比率(第1有机材料/第2有机材料)超过50/
50。
[0056]
本发明的薄膜电容器用薄膜也可以包含用于附加其它功能的添加剂。例如，能够通过添加流平剂来赋予平滑性。添加剂更优选为如下材料，即，具有与羟基和/或异氰酸酯基反应的官能团，并形成固化物的交联构造的一部分。作为这样的材料，例如，可列举具有从由羟基、环氧基、硅烷醇基以及羧基构成的组中选择的至少一种官能团的树脂等。
[0057]
本发明的薄膜电容器用薄膜优选通过如下方式得到，即，将包含第1有机材料以及第2有机材料的树脂溶液成型为薄膜状，接着，进行热处理而使其固化。
[0058]
树脂溶液例如通过如下方式来制作，即，使上述的第1有机材料以及第2有机材料溶解于溶剂而进行混合，并根据需要添加添加剂。另外，在固化后的薄膜中也可以作为残留物而存在包含于树脂溶液的溶剂。
[0059]
包含于树脂溶液的溶剂通过热处理等的加热而成为气体，在薄膜内形成空洞。因此，若树脂溶液中的溶剂量过多，则大量产生挥发气体，从而形成许多的空洞，因此有薄膜的密度变低的倾向。因此，在将树脂溶液中的第1有机材料以及第2有机材料的合计重量的比例作为树脂浓度时，树脂溶液中的树脂浓度优选为5重量％以上且50重量％以下。
[0060]
作为溶剂，优选使用包含从酮类选择的第1溶剂和从环醚化合物选择的第2溶剂的混合溶剂。作为酮类，例如，可列举甲基乙基酮、二乙基酮等。作为环醚化合物，例如，可列举四氢呋喃、四氢吡喃等。第1溶剂和第2溶剂的重量比率(第1溶剂/第2溶剂)优选为15/85以上且85/15以下。
[0061]
本发明的薄膜电容器用薄膜的厚度没有特别限定，但是若薄膜过薄，则容易变脆，另一方面，若薄膜过厚，则在成膜时容易产生裂纹等缺陷。因此，本发明的薄膜电容器用薄膜的厚度优选为1μm以上且10μm以下。
[0062]
另外，所谓薄膜的厚度，意味着不包含金属层的厚度的薄膜单独的厚度。此外，薄膜的厚度能够使用光学干涉膜厚仪来测定。
[0063]
在本发明的薄膜电容器用薄膜中，也可以在一个面设置有金属层。在该情况下，优选在一个面设置有具有熔断部的金属层。
[0064]
所谓熔断部，意味着对将成为对置电极的金属层分割为多个而成的电极部和电极部进行连接的部分。具有熔断部的金属层的图案没有特别限定，例如，能够使用在日本特开2004
‑
363431号公报、日本特开平5
‑
251266号公报等公开的电极图案。
[0065]
实施例
[0066]
以下，示出更具体地公开了本发明的薄膜电容器用薄膜的实施例。另外，本发明并非仅限定于这些实施例。
[0067]
[薄膜的制作]
[0068]
(薄膜1～薄膜5)
[0069]
作为第1有机材料，准备苯氧基树脂，作为第2有机材料，准备了mdi(4，4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯)。
[0070]
作为上述苯氧基树脂，使用了作为在末端具有环氧基的高分子量的双酚a型环氧树脂的苯氧基树脂。
[0071]
作为上述mdi，使用了millionate mtl(tosoh公司制造)。
[0072]
将溶解于甲基乙基酮(mek)的第1有机材料和第2有机材料混合，进而，通过包含
mek和四氢呋喃(thf)的混合溶剂进行了稀释。得到的树脂溶液中的第1有机材料和第2有机材料的重量比率为第1有机材料/第2有机材料＝66.5/33.5。此外，mek和thf的重量比率为mek/thf＝50/50。
[0073]
在本实施例中，如表1所示，进行了调配，使得树脂溶液中的苯氧基树脂以及mdi的合计重量(树脂浓度)成为5重量％、10重量％、15重量％、25重量％或者50重量％。
[0074]
通过刮刀涂敷机在pet薄膜上对得到的树脂溶液进行成型，使溶剂干燥，得到了厚度为3μm的未固化薄膜。接着，在设定为150℃的热风式烤箱中对该薄膜进行4小时的处理而使其热固化，然后从pet薄膜剥离，由此得到了薄膜。
[0075]
(薄膜6～薄膜10)
[0076]
作为第1有机材料，准备苯氧基树脂，作为第2有机材料，准备了tdi(甲苯二异氰酸酯)改性体。
[0077]
作为上述苯氧基树脂，使用了作为在末端具有环氧基的高分子量的双酚a型环氧树脂的苯氧基树脂。
[0078]
作为上述tdi，使用了coronate l(tosoh公司制造)。
[0079]
将溶解于mek的第1有机材料和第2有机材料混合，进而，通过包含mek和thf的混合溶剂进行了稀释。得到的树脂溶液中的第1有机材料和第2有机材料的重量比率为第1有机材料/第2有机材料＝66.5/33.5。此外，mek和thf的重量比率为mek/thf＝50/50。
[0080]
在本实施例中，如表2所示，进行了调配，使得树脂溶液中的苯氧基树脂以及tdi的合计重量(树脂浓度)成为5重量％、10重量％、15重量％、25重量％或者50重量％。
[0081]
通过刮刀涂敷机在pet薄膜上对得到的树脂溶液进行成型，使溶剂干燥，得到了厚度为3μm的未固化薄膜。接着，在设定为150℃的热风式烤箱中对该薄膜进行4小时的处理而使其热固化，然后从pet薄膜剥离，由此得到了薄膜。
[0082]
(薄膜11)
[0083]
准备了厚度为2.8μm的聚丙烯(pp)薄膜。
[0084]
[薄膜的评价]
[0085]
关于薄膜1～薄膜11，评价了以下的特性。
[0086]
(绝缘击穿强度的测定)
[0087]
准备了在各薄膜的两面形成了铝蒸镀电极(重叠部分的电极面积为30cm2)的评价用试样。对制作的试样以100v/μm施加了10分钟电压，然后，以25v/μm间隔进行了升压。将各电压保持10分钟，并记录了在薄膜产生了击穿痕迹时的电场强度。测定在共计16处持续进行至观察到击穿为止。基于记录的结果，制作威布尔图，将故障率成为50％的值作为绝缘击穿强度。测定中的薄膜周边温度设为125℃。
[0088]
(密度的测定)
[0089]
求出各薄膜的重量，将其重量除以体积，由此求出了薄膜的密度。
[0090]
关于各薄膜，准备80个切割为100mm
×
50mm的样本，测定了样本的重量。接着，使用光学干涉膜厚仪(filmetrics制造)测定了薄膜的厚度，并根据得到的结果和薄膜的面积计算了薄膜的体积。作为薄膜的厚度，采用了共计测定了400个点的平均厚度。基于通过上述的测定而得到的结果，求出了薄膜的密度。测定温度设为25℃。
[0091]
(玻璃化转变温度的测定)
[0092]
将各薄膜固定为宽度5mm
×
长度6mm，使用动态粘弹性测定装置rsa3(ta instruments japan制造)测定了薄膜的玻璃化转变温度。以20℃/分钟的升温速度从40℃一直升温至230℃，并将储能弹性模量开始大幅下降的温度作为玻璃化转变温度。
[0093]
关于薄膜5以及薄膜10，薄膜的结晶性过高，因此韧性极低，未能测定玻璃化转变温度。
[0094]
[表1]
[0095][0096]
[表2]
[0097][0098]
[表3]
[0099][0100]
在表1～表3中，标注了＊的薄膜是本发明的范围外的比较例。
[0101]
根据表1，在使苯氧基树脂和mdi的混合物热固化而得到的薄膜中，若薄膜的密度为1.23g/cm3以上且1.26g/cm3以下，则薄膜的绝缘击穿电压成为390v/μm以上。特别是，在薄膜的密度为1.26g/cm3的情况下，薄膜的绝缘击穿强度成为430v/μm，变得最高。
[0102]
另一方面，在薄膜的密度为1.21g/cm3或者1.37g/cm3的情况下，薄膜的绝缘击穿强度显著下降。可以说，在薄膜的密度过低的情况下或者过高的情况下，无法维持充分的绝缘击穿强度。
[0103]
根据表2，在使苯氧基树脂和tdi的混合物热固化而得到的薄膜中，若薄膜的密度为1.22g/cm3以上且1.26g/cm3以下，则薄膜的绝缘击穿电压成为400v/μm以上。特别是，在薄膜的密度为1.26g/cm3的情况下，薄膜的绝缘击穿强度成为440v/μm，变得最高。
[0104]
另一方面，在薄膜的密度为1.20g/cm3或者1.41g/cm3的情况下，薄膜的绝缘击穿强
度显著下降。可以说，在薄膜的密度过低的情况下或者过高的情况下，无法维持充分的绝缘击穿强度。
[0105]
根据表3，在薄膜的密度为0.86g/cm3的pp薄膜中，薄膜的绝缘击穿电压为低至270v/μm的值。
[0106]
此外，薄膜2～薄膜4以及薄膜7～薄膜8的玻璃化转变温度均为160℃以上，均示出高耐热性。根据以上，可以说，为了在高温下示出优异的绝缘击穿强度，需要薄膜的密度高并且玻璃化转变温度高。
[0107]
附图标记说明
[0108]
1：薄膜电容器；
[0109]
11：第1电介质树脂薄膜；
[0110]
12：第2电介质树脂薄膜；
[0111]
21：第1对置电极(第1金属层)；
[0112]
22：第2对置电极(第2金属层)；
[0113]
31：第1外部端子电极；
[0114]
32：第2外部端子电极。