CN101461016B - 金属化薄膜电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属化薄膜电容器，该金属化薄膜电容器可以同时实现高耐热和高耐电压化。在以金属蒸镀电极隔着电介质薄膜彼此相对的方式，卷绕在PEN薄膜上形成有上述金属蒸镀电极的一对金属化薄膜，并在上述金属化薄膜的两个端面上形成金属喷镀电极的金属化薄膜电容器中，在上述金属蒸镀电极上设置分割电极部。而且，设置利用熔断部连接上述分割电极部而构成的自保护功能，且使蒸镀图案的通过率a/b在4.0以下，该通过率a/b由上述熔断部的宽度a、与金属化薄膜的长度方向上的分割电极部的长度b的比值表示。
Description
技术领域
本发明涉及用于各种电子设备、电气设备、产业设备、汽车等的金属化薄膜电容器，特别涉及适合于在混合动力汽车的驱动马达用的倒相电路中进行平滑、滤波和缓冲的金属化薄膜电容器。
背景技术
近年来，从环境保护的观点考虑，利用倒相电路来对各式各样的电气设备进行控制，以实现节能化和高效化。其中在汽车业中，正在开发实现节能化和高效化以不对地球环境造成影响的相关技术，例如，由电动马达与引擎驱动的混合动力车(以下，称为HEV)已投放市场，等等。
这种HEV用的电动马达的使用电压范围高达数百伏，因此，作为与这种电动马达关联使用的电容器，具有高耐电压、低损耗的电特性的金属化薄膜电容器受到关注，而且，应市场上的免维护的要求，采用寿命极长的金属化薄膜电容器的趋势变得格外显著。
并且，由于使用在汽车中，所以要求这种金属化薄膜电容器具有高耐热性和高耐电压，目前已有各种旨在实现高耐热和高耐电压化的开发和方案。
图4是表示这种现有的金属化薄膜电容器的结构的立体图。在图4中，第1金属化薄膜21是通过金属蒸镀，在聚丙烯薄膜等第1电介质薄膜22的表面上形成电极膜23而构成的。在边缘部22a并未形成电极膜23。在成为格子状的第1狭缝22b处也未形成电极膜23。第1熔断部23b分别连接着区段部23a，所述区段部23a是功能部分细分化了的单元电容器。第2熔断部23c连接着被第2狭缝22c分离的功能部分的蒸镀电极、和电极引出部分的蒸镀电极，上述第2狭缝22c沿薄膜的长度方向延伸且未形成电极膜。
与上述第1金属化薄膜同样，第2金属化薄膜24具有：第2电介质薄膜25、边缘部25a、格子状的第1狭缝25b、第2狭缝25c、电极膜26、区段部26a、第1熔断部26b和第2熔断部26c。并且，该金属化薄膜电容器具有导线引出用的金属喷涂部27、28。
对于以上述方式构成的现有的金属化薄膜电容器而言，使1个元件的电容器作为多个单元电容器的集合体，在各个单元电容器相互之间、以及电容器的功能部分与电极引出部分之间设置熔断部。并且，当出现异常时，通过切断熔断部，在不引起绝缘击穿的情况下，将电容减少量控制在最小限度，从而确保电容器的功能。
另外，与本申请发明相关的在先技术文献信息，例如，公知有专利文献1。
然而，在上述现有的金属化薄膜电容器中，通过设计金属蒸镀形成的电极图案，可以在出现异常时，通过切断熔断部，在不引起绝缘击穿的情况下，将电容减少量控制在最小限度，从而显著提高抗绝缘击穿的可靠性。但是，由于通常是将聚丙烯薄膜(以下，称为PP薄膜)用作电介质薄膜的材料，所以耐热性低(约为110℃左右)，存在无法满足用于汽车时所要求的苛刻的耐热温度(150℃)的问题。
因此，人们考虑使用聚萘二甲酸乙二酯(以下，称为PEN)、聚苯硫醚(以下，称为PPS)、聚对苯二甲酸乙二酯(以下，称为PET)等含有无机填料的电介质薄膜作为电介质薄膜的材料，由此来谋求提高耐热性。但是，例如当使用PEN薄膜时，虽然可以获得充分的耐热性能，但是存在耐电压低的问题，即使原样地直接转用现有的由基于PP薄膜的金属蒸镀 形成的电极图案，仍然存在无法充分地满足耐电压性能的问题。
专利文献1：日本专利特开平8-250367号公报
发明内容
本发明解决了上述现有问题并提供如下的金属化薄膜电容器，该金属化薄膜电容器与现有的使用PP薄膜的金属化薄膜电容器相比，可以同时实现高耐热和高耐电压化。
为了解决上述问题，本发明的金属化薄膜电容器包括：元件，其以金属蒸镀电极隔着电介质薄膜彼此相对的方式，层叠或卷绕有一对金属化薄膜，上述一对金属化薄膜是在含有无机填料的电介质薄膜上形成有所述金属蒸镀电极的薄膜；以及金属喷镀电极，其通过金属喷镀形成于上述元件的两个端面上，在上述一对金属化薄膜的至少一方的金属蒸镀电极上设置分割电极部。并且，设置利用熔断部来连接该分割电极部从而构成的自保护功能，且使蒸镀图案的通过率a/b在4.0以下，该通过率a/b由上述熔断部的宽度a、与金属化薄膜的长度方向上的分割电极部的长度b的比值表示。
如上所述，在本发明的金属化薄膜电容器中，使蒸镀图案的通过率a/b在4.0以下，上述通过率a/b由熔断部的宽度a、与电介质薄膜的长度方向上的分割电极部的长度b的比表示，即，通过缩小熔断部的宽度并增大分割电极部而获得的结构，在含有无机填料的电介质薄膜上形成了金属蒸镀电极的结构的金属化薄膜电容器中，利用较少的能量来使金属蒸镀电极在局部蒸发以将区域切断。因此，可以提高自保护功能的工作性，且可以提高耐电压。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的金属化薄膜电容器中所使用的金属化薄膜的结构的重要部分平面图。
图2是表示本发明的实施方式2的金属化薄膜电容器中所使用的一对 金属化薄膜的重叠状态的重要部分平面图。
图3A是表示本发明的实施方式3的金属化薄膜电容器的元件的立体图。
图3B是表示上述元件的卷芯的不良情况的主视图。
图3C是表示上述元件的卷芯的不良情况的另一形态的主视图。
图4是表示现有的金属化薄膜电容器的结构的立体图。
附图标记说明
1 金属化薄膜
2 狭缝部
3 分割电极部
4 熔断部
5、9 边缘部
6 第1金属化薄膜
7、11 低电阻部
8 第2金属化薄膜
10 金属蒸镀电极
12 元件
13 卷芯
13a 卷芯的褶皱
具体实施方式
(实施方式1)
以下，对本发明的实施方式1进行说明。
图1是表示本发明的实施方式1的金属化薄膜电容器中所使用的金属化薄膜的结构的重要部分平面图。在图1中，金属化薄膜1的结构为：使用厚度为2.0μm、宽度为30mm的带状的聚萘二甲酸乙二酯薄膜(以下，称为PEN薄膜)来作为电介质薄膜，在该PEN薄膜的表面上设有作为非 金属蒸镀部(即：未成为金属蒸镀部的部分)的狭缝部2，通过形成由铝形成的金属蒸镀电极，来形成多个分割电极部3。并且，利用熔断部4将该分割电极部3彼此并联。而且，上述金属化薄膜1具有作为非金属蒸镀部的边缘部5。
并且，以上述金属蒸镀电极隔着电介质薄膜彼此相对的方式，卷绕一对以上述方式构成的金属化薄膜1而制作元件，通过金属喷镀在该元件的两个端面上形成金属喷镀电极，由此构成本实施方式1的金属化薄膜电容器。
当将在以上述方式构成的金属化薄膜1上形成的熔断部4的宽度设为a，将金属化薄膜1的长度方向上的分割电极部3的长度设为b时，将由上述a与上述b的比值所示的a/b定义为蒸镀图案的通过率，表1表示当该通过率a/b改变时，对电容器的耐电压特性进行确认后所获得的结果。
表1
n＝10
另外，将所制得的金属化薄膜电容器的电容分别设为100μF，在金属 化薄膜的状态下，总计对10个样品进行初始耐电压合格率测试。在120℃的气氛中，每隔规定的时间使施加的电压增加，由此进行步进升压测试，求出电容变为-5％、-97％时的电压。此外，样品No.4表示在将PP薄膜用作电介质薄膜的现有电容器的情况下，主要形成的金属蒸镀图案的通过率。
由表1表明：通过使形成于金属化薄膜1上的金属蒸镀电极的通过率a/b在4.0以下时，本实施方式1的金属化薄膜电容器的初始耐电压合格率优异，其中上述金属化薄膜1将PEN薄膜用作电介质薄膜。而且，在步进升压测试中，本发明的金属化薄膜电容器也显示出与将PP薄膜用作电介质薄膜的现有电容器同等或更高的耐电压特性，特别是通过将通过率a/b设为1.0以下，可以发挥更显著的效果。但是，如果通过率a/b变为0.3，那么耐电压特性也会达到峰值，因此，通过率a/b在4.0以下，优选处在1.0～0.4的范围。
接着，表2、表3示出当金属蒸镀电极的电阻值改变时，对上述通过率a/b处在1.0～0.4的范围的样品No.6～9的电容器的耐电压特性进行确认后所获得的结果。
表2
n＝10
表3
n＝10
另外，在表2中的样品电容器，其电阻值(表面电阻25Ω/□)约为将PP薄膜用作电介质薄膜的现有电容器的普通电阻值(表面电阻15Ω/□)的2倍；在表3中的样品电容器，其电阻值(表面电阻45Ω/□)约为上述现有电容器的普通电阻值的3倍，以与上述表1的测试方法相同的测试方法来进行测试。
由表2、表3表明：随着金属蒸镀电极的电阻值增加，耐电压特性升高，从而可以实现更高的耐电压。
如上所述，在本发明的金属化薄膜电容器中，当在含有无机填料的电介质薄膜上形成金属蒸镀电极时，使蒸镀图案的通过率a/b在4.0以下，优选处于1.0～0.4的范围，其中上述蒸镀图案的通过率a/b由熔断部的宽度a、与金属化薄膜的长度方向上的分割电极部的长度b的比值表示。即，通过增大熔断部的宽度和分割电极部的长度，利用较少的能量来使金属蒸镀电极在局部蒸发以将区域切断。因此，可以提高自保护功能的工作性，并且可以提高耐电压，由此可以同时实现高耐热化和高耐电压化。
另外，在本实施方式中，对使用PEN薄膜作为含有无机填料的电介质薄膜的例子进行了说明，但本发明并不限于此，即使使用以聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为材料的电介质薄膜，也可以获得同样的效果。
(实施方式2)
以下，对本发明的实施方式2进行说明。
在本实施方式2中，在金属化薄膜电容器中所使用的金属化薄膜上形成的金属蒸镀电极的结构的一部分，与实施方式1中使用图1所说明的结构不同。除此以外的结构与实施方式1同样，因此，对相同部分标记相同标记，并省略其详细说明，以下，使用附图仅对不同的部分进行详细说明。
图2是表示本发明的实施方式2的金属化薄膜电容器中所使用的一对金属化薄膜的重叠状态的重要部分平面图。在图2中，与实施方式1中所说明的金属化薄膜1相同，第1金属化薄膜6设有作为非金属蒸镀部的狭缝部2，并且通过形成由铝形成的金属蒸镀电极，形成多个分割电极部3。并且，利用熔断部4将该分割电极部3彼此并联，在宽度方向的一端侧设置有作为非金属蒸镀部的边缘部5。在与边缘部5不同的一侧的一端设置的低电阻部7是通过蒸镀铝而形成的。
在第2金属化薄膜8上，除了形成作为非金属蒸镀部的边缘部9外，还形成有由铝形成的金属蒸镀电极10，并且在与上述边缘部9不同的一侧的一端设置有由铝形成的低电阻部11。
而且构成为：在使以上述方式构成的第1金属化薄膜6与第2金属化薄膜8重叠的状态下，设在第1金属化薄膜6上的熔断部4不与相对的第2金属化薄膜8的金属蒸镀电极10重叠。通过这种结构，当将PEN薄膜用作构成金属化薄膜的电介质薄膜时，PEN薄膜与一般较多地使用的PP薄膜相比，熔断部的工作性差，因此，当熔断部工作时，容易因PEN薄膜碳化而引起短路，通过上述结构可以改善该缺点，从而提高熔断部的工作性。
此外，设置低电阻部7、11的目的在于，提高与用于引出电极的金属喷镀电极(未图示)的接触性。因此，优选使用锌来形成上述低电阻部7、11，但当形成该低电阻部7、11时，锌会露出，自修复(SH)性由于该露出的锌的扩散部分而变差，且有可能使熔断部4工作。因此，当使用PEN薄膜时，优选不设置低电阻部7、11。但是，当设置低电阻部7、11时， 只要使用与金属蒸镀电极10相同的材料，即，使用铝来形成上述低电阻部7、11，且将该低电阻部7、11设在不与相对的分割电极3和金属蒸镀电极10重叠的部分上，就可以避免出现上述问题。
为了确认该种效果，制作将PEN薄膜用作电介质薄膜的3种样品，并将对电容变化率进行确认后所获得的结果表示在表4中，上述3种样品是指：未设置低电阻部的样品；将由锌构成的低电阻部设在不与相对的分割电极和金属蒸镀电极重叠的部分上的样品；和同样设置有由铝形成的低电阻部的样品。另外，测试方法如下：在持续1分钟施加850V的DC电压时，计数电容变化率超过-3％的样品作为不良样品。
表4
n＝50
| 无低电阻部 | 铝制低电阻部 | 锌制低电阻部 | |
| 电容变化率超过-3％的个数 | 0 | 0 | 10 |
表4表明：电容变化率超过-3％的大多数是将PEN薄膜用作电介质薄膜且设置有由锌构成的低电阻部的金属化薄膜电容器。而未设置低电阻部和由铝形成低电阻部的金属化薄膜电容器的电容变化率小，未产生不良。
(实施方式3)
以下，对本发明的实施方式3进行说明。
图3A是表示本发明的实施方式3的金属化薄膜电容器的元件的立体图，图3B是表示上述元件的卷芯的不良情况的主视图，图3C是表示上述元件的卷芯的不良情况的另一形态的主视图。在图3A～图3C中，使将PEN薄膜用作电介质薄膜的卷绕形扁平状元件12的长径为A，短径为B。
以上述方式构成的元件12中，制作圆柱状的卷芯13，接着，将实施方式1或实施方式2中所述的金属化薄膜卷绕在该卷芯13上，由此制得圆柱状元件12之后，对其进行冲压加工由此使之成为扁平形状。
在该种元件12中，如果卷芯13较薄，那么如图3B所示，卷芯13的两个端部会弯折成锐角，接近该弯折成锐角的部分的金属化薄膜也会弯折 成锐角。因此，构成金属化薄膜的PEN薄膜中所含的填料缺失，由此有可能导致电容或耐电压降低，而且有可能引起短路。表5表示对由该种卷芯13的厚度引起的电容变化率进行确认后所获得的结果。另外，测试方法如下：在持续1分钟施加850V的DC电压时，计数电容变化率超过-3％的样品作为不良样品。
表5
n＝50
| 卷芯的厚度(mm) | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 3.0 | 5.0 |
| 电容变化率超过-3％的个数 | 7 | 5 | 2 | 0 | 0 | 0 |
表5表明：当卷芯13的厚度在1.5mm以下时，多数情况下，电容变化率会超过-3％，而当卷芯13的厚度在2mm以上时，电容变化率小，不会产生不良。
根据这种结果，在本实施方式3中，使卷芯13的厚度在2mm以上。
此外，如果将元件12的长径设为A，将短径设为B而获得的扁平率A/B较大，那么如图3C所示，挤压成扁平状的卷芯13的一部分会产生褶皱，由此，有可能导致电容或耐电压降低。表6表示对由该种扁平率A/B引起的电容变化率进行确认后所获得的结果。另外，测试方法如下：在持续1分钟施加850V的DC电压时，计数电容变化率超过-3％的样品作为不良样品。
表6
n＝50
| 扁平率A/B | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 电容变化率超过-3％的个数 | 0 | 0 | 0 | 3 | 5 |
表6表明：如果扁平率A/B超过3，那么多数情况下，电容变化率会超过-3％，而当扁平率A/B在3以下时，电容变化率小，不会产生不良。
根据上述结果，在本实施方式3中，使元件12的扁平率A/B在3.0以下。由此，挤压成扁平状的卷芯13不会产生褶皱，从而可以获得不会导致电容或耐电压降低的金属化薄膜电容器的元件12。
工业利用可能性
本发明的金属化薄膜电容器可以同时实现高耐热化和高耐电压化，特别是可以用作使用条件要求苛刻的汽车用电容器等。
Claims (5)
1.一种金属化薄膜电容器，其包括：
元件，其是以金属蒸镀电极隔着电介质薄膜彼此相对的方式层叠或卷绕一对金属化薄膜而形成的，所述一对金属化薄膜是在含有无机填料的电介质薄膜上形成有所述金属蒸镀电极的薄膜；以及
金属喷镀电极，其通过金属喷镀形成于所述元件的两个端面上，其中，
在所述一对金属化薄膜中的至少一方的所述金属蒸镀电极上设置分割电极部，
利用熔断部连接所述分割电极部，
将蒸镀图案的通过率a/b设为0.4～1.0，所述通过率a/b由所述熔断部的宽度a、与所述金属化薄膜的长度方向上的所述分割电极部的长度b的比值表示，
作为所述电介质薄膜，使用了聚萘二甲酸乙二酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二酯中的任一种。
2.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其中，
将连接所述分割电极部的所述熔断部，设置于相对的所述金属化薄膜上的存在所述金属蒸镀电极的区域以外的区域中。
3.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其中，
在相对的所述金属化薄膜上的存在所述分割电极和所述金属蒸镀电极的区域以外的区域中，分别设置了低电阻部，所述低电阻部的电阻值低于所述分割电极和所述金属蒸镀电极的膜电阻值。
4.根据权利要求1所述的金属化薄膜电容器，其中，
作为所述元件使用卷绕形的扁平元件，将所述扁平元件的长径侧设为A、将短径侧设为B时，扁平率A/B在3.0以下。
5.根据权利要求4所述的金属化薄膜电容器，其中，
将所述扁平元件的卷芯的厚度设为2mm以上。
Applications Claiming Priority (3)
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