CN111557038B - 薄膜电容器、连结型电容器、逆变器以及电动车辆 - Google Patents
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Abstract
薄膜电容器A的主体部(3)具有一对相对置的面、将该一对的面连接的一对在第1方向x相对置的第2侧面(3c、3d)。主体部(3)的电介质薄膜(1)具有在第1方向x连续的绝缘边缘部(6),第1金属膜(2a)以及第2金属膜(2b)通过具有与绝缘边缘部(6)相接的第1端部(N1)并与第2侧面(3c、3d)形成θ1角度的第1缝隙(8)、以及第2缝隙(9)被分离。第2缝隙(9)与第1缝隙(8)在接触点(M)相连。在第1方向x,在将从第1端部(N1)朝向接触点(M)的方向设为正方向时,第2缝隙(9)相对于接触点(M)在第1方向的负方向具有第2端部(N2)。第2端部(N2)与在第1方向x的负方向相邻的第2缝隙(9)所相连的第1缝隙(8)的第1端部(N1)在第1方向x被配置于相同的位置,或者被配置于比该第1端部(N1)更靠负方向,tan(θ1)为0.15以上且0.35以下。
Description
技术领域
本公开涉及薄膜电容器、连结型电容器、逆变器以及电动车辆。
背景技术
薄膜电容器例如具有:将聚丙烯树脂薄膜化的电介质薄膜、在该电介质薄膜的表面通过蒸镀而形成的金属膜。金属膜被用作为电极。通过这种结构,在薄膜电容器中,在电介质薄膜的绝缘缺陷部产生了短路的情况下,通过短路的能量而缺陷部周边的金属膜蒸发、飞散,电介质薄膜的绝缘缺陷部被绝缘化。薄膜电容器具有这种自我修复性,难以出现绝缘击穿。
这样,薄膜电容器难以产生电路短路时的着火、触电。因此,近年来,薄膜电容器的用途正在扩大至LED(Light Emitting Diode)照明等的电源电路、混合动力汽车的马达驱动、太阳能发电的逆变器系统等。
薄膜电容器的构造被分类为卷绕型和层叠型。对于卷绕型的薄膜电容器,若卷绕数变多,则在卷绕的中央附近自我修复性容易降低。此外,卷绕型的薄膜电容器在收纳于壳体时容易产生不必要的空间。在层叠型的薄膜电容器中,难以引起卷绕型的薄膜电容器中所见到的自我修复性的降低。此外,层叠型的薄膜电容器即便收纳于壳体也难以产生不必要的空间。
将层叠有多个电介质薄膜和金属膜的层叠体切断而得到层叠型的薄膜电容器的情况较多。通过同时切断电介质薄膜和金属膜,从而在切断面处金属膜露出。为了减少切断面的绝缘劣化,公开了去除切断部位的金属膜的方法、可进行切断面的绝缘化的金属膜的分割形状(参照专利文献1、2)等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2013/082951号
专利文献2:JP特开2015-153998号公报
发明内容
本公开的薄膜电容器,具备:长方体状的主体部,至少层叠了一组电介质薄膜和夹着所述电介质薄膜而对置的第1金属膜以及第2金属膜;以及外部电极,位于该主体部的表面。所述主体部具有:位于所述电介质薄膜的厚度方向的一对相对置的面;和将该一对的面连接的一对相对置的第1侧面以及一对相对置的第2侧面。在所述第1侧面配置所述外部电极。在将所述第2侧面所在的方向设为第1方向时,所述电介质薄膜具有未被所述第1金属膜或者第2金属膜覆盖的部分在所述第1方向连续地延伸的绝缘边缘部。所述第1金属膜以及所述第2金属膜均包含通过多个第1缝隙以及多个第2缝隙而相互被分离的多个部分膜,所述多个第1缝隙与所述第2侧面形成θ1角度并具有与所述绝缘边缘部相接的第1端部,所述多个第2缝隙包含与所述第1侧面形成θ2角度的倾斜缝隙。在所述第1方向,将从一个所述第1缝隙的所述第1端部朝向所述接触点的方向设为所述第1方向的正方向时,所述第2缝隙具有相对于所述接触点位于与所述绝缘边缘部相反的一侧且位于所述第1方向的负方向的第2端部。相邻的两个所述第2缝隙之中的位于所述第1方向的正方向的所述第2缝隙的所述第2端部与位于所述第1方向的负方向的所述第2缝隙所相连的所述第1缝隙的所述第1端部在所述第1方向被配置于相同的位置,或者被配置于比该第1端部更靠所述第1方向的负方向,并且关于所述θ1,tan(θ1)为0.15以上且0.35以下。
本公开的连结型电容器具备:多个薄膜电容器;以及将该多个薄膜电容器电连接的汇流条,所述多个薄膜电容器包含上述薄膜电容器。
本公开的逆变器具备:具有开关元件的桥电路;以及与该桥电路连接的电容部,所述电容部包含上述薄膜电容器。
本公开的电动车辆具备:电源;与该电源连接的逆变器;与该逆变器连接的马达;以及通过该马达进行驱动的车轮,所述逆变器是上述逆变器。
附图说明
图1是表示薄膜电容器的立体图。
图2是图1的II-II线剖视图的一个例子。
图3是表示金属化薄膜的一个例子的俯视图。
图4是对层叠体的切断进行说明的立体图。
图5是表示金属化薄膜的一个例子的俯视图。
图6是表示金属化薄膜的一个例子的俯视图。
图7是表示金属化薄膜的一个例子的俯视图。
图8是表示第1金属膜与第2金属膜的配置的俯视图。
图9是图1的II-II线剖视图的一个例子。
图10是图9的例子中使用的第1金属化薄膜的俯视图。
图11是图9的例子中使用的第2金属化薄膜的俯视图。
图12是示意地表示连结型的薄膜电容器的立体图。
图13是表示逆变器的结构的一例的示意结构图。
图14是表示电动车辆的结构的一例的示意结构图。
图15是表示实施例中使用的金属化薄膜的金属膜的尺寸的俯视图。
图16是表示实施例中使用的金属化薄膜的金属膜的尺寸的俯视图。
图17是表示实施例中使用的金属化薄膜的金属膜的尺寸的俯视图。
图18是表示实施例中使用的金属化薄膜的金属膜的尺寸的俯视图。
具体实施方式
如图1、图2所示,层叠型的薄膜电容器具备:薄膜电容器主体部3、以及作为一对外部电极的第1外部电极4a、第2外部电极4b。以下,将薄膜电容器主体部3仅称为主体部3。主体部3是第1电介质薄膜1a、第1金属膜2a、第2电介质薄膜1b以及第2金属膜2b被层叠一组以上而成。主体部3为长方体状,具有位于层叠方向的一对相对置的面、将该一对的面连接的一对相对置的第1侧面3a、3b以及一对相对置的第2侧面3c、3d。第1外部电极4a以及第2外部电极4b通过金属喷镀而被设置于第1侧面3a以及3b。在主体部3的相对置的第2侧面3c、3d未设置外部电极。有时将第1外部电极4a以及第2外部电极4b仅称为外部电极4。
图2所示的层叠型的薄膜电容器A的主体部3是在第1电介质薄膜1a的第1面1ac具备第1金属膜2a的第1金属化薄膜5a、以及在第2电介质薄膜1b的第2面1bc具备第2金属膜2b的第2金属化薄膜5b相互被层叠而成。第1金属膜2a在主体部3的第1侧面3a,与第1外部电极4a电连接。第2金属膜2b在主体部3的第1侧面3b,与第2外部电极4b电连接。如图1所示,将未设置外部电极的第2侧面3c以及3d所在的方向设为第1方向x,将第1外部电极4a以及第2外部电极4b所在的方向设为第2方向y。此外,将第1电介质薄膜1a以及第2电介质薄膜1b的厚度方向设为第3方向z。第3方向z也是第1电介质薄膜1a以及第2电介质薄膜1b被层叠的方向。
图2是图1的II-II线剖视图。图2中,第1电介质薄膜1a、第2电介质薄膜1b、第1金属膜2a、以及第2金属膜2b的长度方向是第1方向x,宽度方向是第2方向y,厚度方向是第3方向z。
薄膜电容器A的第1电介质薄膜1a具有在第3方向z相对置的第1面1ac以及第2面1ad,具有在第2方向y相对置的第1侧部1ae以及第2侧部1af。第2电介质薄膜1b具有在第3方向z相对置的第1面1bc以及第2面1bd,具有在第2方向y相对置的第1侧部1be以及第2侧部1bf。
第1金属化薄膜5a是在第1电介质薄膜1a的第1面1ac上形成有第1金属膜2a而得到的。第1金属化薄膜5a在第1面1ac上的第2侧部1 af近旁,具有第1电介质薄膜1a露出的部分在第1方向x连续地延伸的所谓的绝缘边缘部6a。
第2金属化薄膜5b是在第2电介质薄膜1b的第1面1bc上形成有第2金属膜2b而得到的。第2金属化薄膜5b在第1面1bc上的第2侧部1bf近旁具有第2电介质薄膜1b露出的部分在第1方向x连续地延伸的所谓的绝缘边缘部6b。
如图2所示,这些的金属化薄膜5a、5b在作为宽度方向的第2方向y相互稍微错开的状态下被重叠,在第3方向z被层叠一组以上。
若在第1金属膜2a与第2金属膜2b之间存在电位差,则在第1金属膜2a与第2金属膜2b夹着第1电介质薄膜1a或者第2电介质薄膜1b而重合的有效区域7产生静电电容。
这种的层叠型的薄膜电容器A以如下的方式来获得。将长条状的第1金属化薄膜5a和第2金属化薄膜5b在作为宽度方向的第2方向y相互稍微错开使其重叠,进行层叠从而制作层叠体。在位于得到的层叠体的第2方向y的第1侧面3a通过金属喷镀而形成外部电极4a,在第1侧面3b通过金属喷镀而形成第2外部电极4b。将形成有第1外部电极4a以及第2外部电极4b的层叠体,在第1方向x以给定的间隔切断,从而得到各个主体部3。另外,外部电极4也可以在切断层叠体之后形成于各个主体部3。
由于对薄膜电容器A的第1金属化薄膜5a、第2金属化薄膜5b中共同的实施方式的特征进行说明,因此以下有时如图3所示那样省略a、b的符号,仅称为电介质薄膜1、金属膜2、金属化薄膜5等。
图3中表示金属化薄膜5的一个例子。金属膜2具有:与绝缘边缘部6相邻的第1部位2d、以及位于第1部位2d的与绝缘边缘部6相反的一侧的第2部位2e。第1部位2d具有与绝缘边缘部6相接的第1端部N1,包含通过相对于第2侧面3c、3d形成θ1的角度的多个第1缝隙8而相互被分离的多个第1部分膜2di。
第2部位2e包含通过多个第2缝隙9而相互被分离的多个第2部分膜2ei。一个第2缝隙9在接触点M与一个第1缝隙8相连。
接触点M可以位于第1部位2d与第2部位2e的边界,但也可以位于第2部位2e。换言之,也可以在第2方向y配置有第2缝隙9的区域是第2部位2e,第1缝隙8的一部分位于第2部位2e中。
在第1方向x,将从一个第1缝隙8的第1端部N1向接触点M的朝向设为第1方向的正方向,将其相反朝向、即从接触点M向第1端部N1的朝向设为第1方向的负方向。
一个第2缝隙9包含与第1侧面3a、3b形成θ2角度的倾斜缝隙9a。θ2大于0°且小于90°。一个第2缝隙具有位于相对于接触点M而与绝缘边缘部6相反的一侧且位于所述第1方向x的负方向的第2端部N2。相邻的两个第2缝隙9之中的位于第1方向x的正方向的第2缝隙9的第2端部N2与位于第1方向x的负方向的所述第2缝隙9所相连的第1缝隙8的第1端部N1在第1方向x上被配置于相同的位置,或者被配置于比该第1端部N1更靠近第1方向x的负方向。
在图3所示的一个实施方式中,第2缝隙9是与第1侧面3a、3b形成θ2角度的倾斜缝隙9a。θ2大于0°且小于90°。另外,第1侧面3a、3b与第1方向x平行。图3中,作为θ2,表示平行于第1方向x的单点划线与第2缝隙9的角度。
一个第1部分膜2di与一个第2部分膜2ei在连接部11被电连接。
例如,如图3所示,将该金属膜2以虚线S在第2方向y切断。图4是表示层叠体被切断的两个主体部3-1、3-2的立体图。图4的层叠体在内部具有图3所示的金属膜2。在位于图4的左侧的主体部3-1的切断部形成第2侧面3d,在位于图4的右侧的主体部3-2的切断部形成第2侧面3c。
如图3所示,虚线S即切断部S的左侧的金属膜2位于主体部3-1的第2侧面3d,切断部S的右侧的金属膜2位于主体部3-2的第2侧面3c。通过第1缝隙8相对于第2侧面3c、3d形成θ1角度,第2缝隙9的第2端部N2与位于第1方向x的负方向的第2缝隙9所相连的第1缝隙8的第1端部N1在第1方向x被配置于相同的位置,或者被配置于比该第1端部N1更靠近第1方向x的负方向,由此主体部3-1的双线的箭头P1的部分以及主体部3-2的双线的箭头P2的部分与外部电极4被绝缘。另外,图3中,作为θ1,表示平行于虚线S的单点划线与第1缝隙8的角度。
本实施方式中,对于θ1,进行tan(θ1)而为0.15以上且0.35以下。通过将tan(θ1)设为0.15以上,从而能够提高切断部即第2侧面3c、3d的绝缘性。也可以tan(θ1)设为0.27以上。尽管在主体部3-1的第2侧面3d连接于P1的金属膜2、以及在主体部3-2的第2侧面3c连接于P2的金属膜2对于静电电容的显现没有帮助,但是通过将tan(θ1)设为0.35以下,能够减少对于静电电容的显现没有帮助的金属膜2的面积。
相邻的两个第2缝隙9在投影于第1侧面时具有第2缝隙9彼此重叠的部位。将该第2缝隙9彼此重叠的部位的长度设为d1。在将相邻的第1缝隙8的第1方向x的间隔设为d2时,d1可以大于d2。此外,在将第1缝隙8的第1方向x的长度设为w1时,d1可以大于w1。通过d1比d2以及w1大,从而能够将第2缝隙9的第2端部N2配置于比位于该第2缝隙9的第1方向x的负方向的第2缝隙9所相连的第1缝隙8的第1端部N1更靠近第1方向x的负方向。
如图3所示,金属膜2可以在第2部位2e的与第1部位2d相反的一侧具有未以缝隙被分离而在第1方向x连续的连续部2c,也可以不具有。在具有连续部2c的情况下,金属膜2的连续部2c与外部电极4进行电连接。在不具有连续部2c的情况下,金属膜2的第2部分膜2ei分别与外部电极4电连接。
在第1方向x,一个第2缝隙9的长度可以大于一个第1缝隙8的长度与相邻的第1缝隙的间隔d2之和。
此外,在制作层叠体时,若将长条状的第1金属化薄膜5a和第2金属化薄膜5b卷绕于环状的卷芯来进行层叠,则有时在卷绕时在金属化薄膜5产生褶皱。特别地,在金属化薄膜5具有与第1方向x以及/或者第2方向y平行的缝隙的情况下,即θ1以及/或者θ2为0°的情况下,容易产生褶皱。特别地,由于占金属化薄膜5的最大的面积的第1部位2d具有第1缝隙8,因此若第1缝隙8与第2方向y平行,则容易在金属化薄膜5产生较多的褶皱。
另一方面,在θ1以及θ2大于0°的情况下,即第1缝隙8以及第2缝隙9相对于第1方向x、第2方向y的任意方向均倾斜的情况下,能够将卷绕金属化薄膜5时施加于金属化薄膜5的张力向薄膜的卷绕方向即相对于第1方向x倾斜的方向释放,从而难以产生褶皱。
对于θ2,tan(θ2)的值可以为0.01以上且0.45以下的范围。通过将tan(θ1)、tan(θ2)的值设为0.01以上,从而难以产生褶皱。
在第2方向y,可以第1缝隙8的长度相对于金属膜2的长度为50%以上且80%以下。若第1缝隙8的长度相对于金属膜2的长度的比例为50%以上,则能够进一步提高第2侧面3c、3d的绝缘性,若为80%以下,能够减小对于静电电容的显现没有帮助的金属膜2的面积。
第2部分膜2ei可以平均具有200μm以上的宽度。若第2部分膜2ei的平均宽度为200μm以上,则在第2部分膜2ei难以产生因短路等引起的断裂。
上述这种的第1缝隙8以及第2缝隙9的配置、即tan(θ1)的范围、tan(θ2)的范围、第1端部N1以及第2端部N2的配置、有关d1和d2的说明、第1部位2d的占有率、以及第2部分膜2ei的宽度等也能够适用于后述的例子。以下,有时对于重复的结构要素赋予相同符号,并省略说明。
如图5所示,第2缝隙9可以具有从倾斜缝隙9a的端部进一步在第1方向x延伸的部分缝隙9b。图5所示的第2缝隙9在倾斜缝隙9a的两端分别具有部分缝隙9b。也可以说图5所示的第2缝隙9包含三个直线状的缝隙。
图5所示的第2缝隙9具有与倾斜缝隙9a的两端分别相连的部分缝隙9b,但是,也可以仅在图5中的倾斜缝隙9a的左端部以及右端部的任意一方具有部分缝隙9b。
图5中,倾斜缝隙9a的右端部与第1缝隙8相连,接触点M位于倾斜缝隙9a的右端部。部分缝隙9b的一个从倾斜缝隙9a的右端部即接触点M在第1方向x延伸。在将接触点M设为基点时,通过接触点M而相接的第1缝隙8、倾斜缝隙9a以及部分缝隙9b之中的第1缝隙8以及倾斜缝隙9a在第1方向x向相同的朝向延伸,即向图5所示的第1方向x的负方向延伸。部分缝隙9b在第1方向x向与第1缝隙8以及倾斜缝隙9a相反的朝向、即第1方向x的正方向延伸。换言之,从接触点M延伸的部分缝隙9b向与相对于接触点M的第1缝隙8的第1端部N1所在的朝向相反的朝向延伸。从接触点M延伸的部分缝隙9b也可以具有相对于接触点M向与第1缝隙8的第1端部N1的位置相同的朝向延伸的部位。例如,在图5中,从接触点M向第1方向x的正方向延伸的部分缝隙9b也可以具有从接触点M向第1方向x的负方向延伸的部位。部分缝隙9b的从接触点M向第1方向x的负朝向延伸的部位的长度可以比从接触点M向第1方向x的正方向延伸的部位的长度短。图5中,将从接触点M向第1方向x的正方向延伸的部分缝隙9b的第1方向x的正方向的端部设为第3端部N3。
与倾斜缝隙9a的左端部相连的部分缝隙9b可以向第1方向x的负方向延伸。若与倾斜缝隙9a的左端部相连的部分缝隙9b向第1方向x的负朝向、即与倾斜缝隙9a相同的朝向延伸,则在投影于第1侧面时,第2缝隙9彼此重叠的部位的长度d1变大。
第2缝隙9也可以在位于倾斜缝隙9a的两端之间的接触点M而与第1缝隙8相连。图6所示的第2缝隙9包含直线状的一个倾斜缝隙9a,在位于两端之间的接触点M而与第1缝隙8相连。在图6中,第3端部N3是倾斜缝隙9a的第1方向x的正方向的端部。一个第1缝隙8也可以与一个第2缝隙9交叉。通过这种结构,能够使P1的长度进一步变长,能够进一步提高层叠体的切断部S的两侧的绝缘性。
如图6所示,第2部位2e可以具有由第2缝隙9以及第1缝隙8形成的第3部位2ej。第3部位2ej是大致以图6的虚线的椭圆所示的部位。第3部位2ej可以相对于连接部11位于与第1部分膜2di以及第2部分膜2ei作为整体延伸的朝向相反的一侧、即第1方向x的正侧,也可以不在第1方向x延伸。
图3、图5以及图6所示的金属膜2都是第1缝隙8与倾斜缝隙9a在接触点M相连。如图5所示,在第2缝隙9具有与倾斜缝隙9a的右端部相连的部分缝隙9b的情况下,第1缝隙8可以与该部分缝隙9b在接触点M相连。第1缝隙8相连的部分缝隙9b可以如图5所示那样从倾斜缝隙9a的右端部向第1方向x的正朝向或者负朝向延伸,也可以向第2方向y的负朝向延伸。
如图7所示,第1部分膜2di也可以进一步通过沿着第1方向x延伸的第3缝隙16而被分割。通过沿着第1方向x延伸的第3缝隙16而被分割的第1部分膜2dj彼此通过熔断器17被电连接。
图7中表示将第3缝隙16应用于图6所示的金属膜2的情况,但是也可以将第3缝隙16应用于图3或者图5所示的金属膜2。
图3以及图5~7中,表示了第1缝隙8从左下的第1端部N1向右上的接触点M延伸的例子,但是第1缝隙8也可以从右下的第1端部N1向左上的接触点M延伸。换言之,图3以及图5~7所示的配置也可以设为左右反转的配置。
图8是表示使用了图3所示的金属膜2的层叠体的第1金属膜2a和第2金属膜2b的配置的俯视图。图8的上侧所示的第1金属化薄膜5a和下侧所示的第2金属化薄膜5b在第2方向y以相互稍微错开的状态被层叠。第1金属膜2a的连续部2ac与第2金属化薄膜5b的绝缘边缘部6b重叠。第2金属膜2b的连续部2bc与第1金属化薄膜5a的绝缘边缘部6a重叠。
在图3中,切断部S的左侧的箭头P1的长度比右侧的箭头P2的长度短。因此,与外部电极4绝缘的区域、即绝缘部的大小在位于切断部S的左侧的第2侧面3d,比位于切断部S的右侧的第2侧面3c小。也就是说,如图3那样第1部分膜2di以及第2部分膜2ei均是从连接部11向左延伸的配置的情况下,与切断部S的位置无关,相对于切断部S的右侧的第2侧面3c,在切断部S的左侧的第2侧面3d,绝缘性容易变低。相反,在第1部分膜2di以及第2部分膜2ei均是从连接部11向右延伸的配置的情况下,与切断部S的位置无关,相对于切断部S的左侧的第2侧面3d,在切断部S的右侧的第2侧面3c,绝缘性容易变低。
第1金属膜2a的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第2金属膜2b的从第1端部N1朝向接触点M的方向可以是相同的朝向。该情况下,第1金属膜2a与第2金属膜2b成为如下状态:容易提高绝缘性的侧部、即图3的具有P2的侧部彼此重叠,并且绝缘性容易变低的侧部、即图3的具有P1的侧部彼此重叠。因此,在主体部3的具有P2的侧部,绝缘性较高。但是,在另一方的具有P1的侧部,绝缘性容易变低。
如图8所示,第1金属膜2a的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第2金属膜2b的从第1端部N1朝向接触点M的方向可以是相反朝向。换言之,可以配置为在第3方向z的轴使其旋转半圈的第2部分膜2aei的形状与第2部分膜2bei的形状一致。该情况下,在主体部3的第2侧面3c以及3d的双方,配置容易提高第1金属膜2a或者第2金属膜2b的绝缘性的P2,从而提高第2侧面3c以及3d双方的绝缘性。
图9是表示串联连接型的薄膜电容器A的一个例子的剖视图。图9所示的主体部3中,两个的电容部即C1与C2被串联连接。
第1金属膜2a具有:位于图9的左侧的第1金属膜2a1、和位于图9的右侧的第1金属膜2a2。即,第1金属膜2a具有在第2方向y排列的两个第1金属膜2a1和2a2。第1金属膜2a1在主体部3的左方的第1侧面3a,与第1外部电极4a电连接。第1金属膜2a2在主体部3的右方的第1侧面3b,与第2外部电极4b电连接。
第1金属化薄膜5a在第2方向y的中央部具有在第1方向x连续地延伸的绝缘边缘部6a。绝缘边缘部6a是未形成金属膜2、第1电介质薄膜1a的第1面1ac露出的部分。第1金属膜2a1与2a2通过绝缘边缘部6a而电绝缘。
第2金属化薄膜5b在第1方向x的两端,具有在第1方向x连续地延伸的绝缘边缘部6b。绝缘边缘部6b是未形成金属膜2、第2电介质薄膜1b的第1面1bc露出的部分。第2金属膜2b与第1外部电极4a以及第2外部电极4b均未电连接。
这些的第1金属化薄膜5a、第2金属化薄膜5b如图9所示那样被重叠,在第3方向z被层叠一组以上。
在串联连接型的薄膜电容器A中,第1电容部C1与第2电容部C2被串联连接。第1电容部C1被形成于第1金属膜2a1与第2金属膜2b夹着电介质薄膜1a或者1b的有效区域7。第2电容部C2被形成于第1金属膜2a2与第2金属膜2b夹着电介质薄膜1a或者1b的有效区域7。
图10是第1金属化薄膜5a的一个例子。在串联连接型的薄膜电容器的情况下,第1金属膜2a1具有与绝缘边缘部6a相邻的第1部位2a1d、位于第1部位2a1d的与绝缘边缘部6a相反的一侧的第2部位2a1e。第2金属膜2a2具有:与绝缘边缘部6a相邻的第1部位2a2d、位于第1部位2a2d的与绝缘边缘部6a相反的一侧的第2部位2a2e。
图11是与图10的第1金属化薄膜5a对应的第2金属化薄膜5b的一个例子。第2金属膜2b在图11的下部,具有与绝缘边缘部6b相邻的第1部位2b1d、位于第1部位2b1d的与绝缘边缘部6b相反的一侧的第2部位2b1e,在图11的上部,具有与绝缘边缘部6b相邻的第1部位2b2d、位于第1部位2b2d的与绝缘边缘部6b相反的一侧的第2部位2b2e。
在串联连接型的薄膜电容器A的第1部位2a1d、2a2d、2b1d、2b2d、第2部位2a1e、2a2e、2b1e以及2b2e中应用上述的第1缝隙8以及第2缝隙9的配置,从而也能够提高切断部即第2侧面3c、3d的绝缘性。
如图10所示,第1金属膜2a1、2a2可以在第2部位2e的与第1部位2d相反的一侧具有未被缝隙分离而在第1方向x连续的连续部2a1c、2a2c,也可以不具有。在具有连续部2a1c、2a2c的情况下,金属膜2的连续部2a1c、2a2c与外部电极4电连接。在不具有连续部2a1c、2a2c的情况下,第2部分膜2ei分别与外部电极4电连接。
如图11所示,第2金属膜2b可以在第2部位2b1e与2b2e之间具有未被缝隙分离而在第1方向x连续的连续部2bc,也可以不具有。
图10以及图11中表示了第1金属膜2a1的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第1金属膜2a2的从第1端部N1朝向接触点M的方向在第1方向x是相同朝向的例子。也可以第1金属膜2a1的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第1金属膜2a2的从第1端部N1朝向接触点M的方向在第1方向x是相反朝向。第2金属膜2b的上部的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第2金属膜2b的下部的从第1端部N1朝向接触点M的方向可以在第1方向x是相反朝向。
形成第1电容部C1的第1金属膜2a1的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第2金属膜2b的下部的从第1端部N1朝向接触点M的方向可以在第1方向x是相反朝向,形成第2电容部C2的第1金属膜2a2的从第1端部N1朝向接触点M的方向与第2金属膜2b的上部的从第1端部N1朝向接触点M的方向可以在第1方向x是相反朝向。通过设为这种配置,可提高层叠体的切断部S的两侧的绝缘性。
金属膜2例如使用以铝为主成分的金属膜即可。金属膜2的厚度例如设为平均为14~70nm即可。通过将金属膜2的厚度(平均厚度)设为14~70nm的薄层,从而金属膜2紧贴于电介质薄膜1,即便张力施加于金属化薄膜5也难以破裂。因此,可充分获得有助于静电电容的有效面积。此外,通过将金属膜2的平均厚度设为14nm以上,从而绝缘击穿时的容量降低被减少,并且绝缘击穿电压得以提升。通过将金属膜2的平均厚度设为70nm以下,可保持自我修复性,绝缘击穿电压得以提升。金属膜2的平均厚度对金属化薄膜5的断面进行离子铣削加工并利用扫描型电子显微镜(SEM)等进行评价即可。
金属膜2可以至少在与外部电极4的连接部的近旁具有所谓的重边(Heavy edge)构造。所谓与外部电极4的连接部的近旁,换句话说是电介质薄膜1的第1侧部1e的近旁。所谓重边构造,是例如相对于第1金属膜2a与第2金属膜2b重叠的有效区域7,与外部电极4的连接部的近旁处的金属膜2的厚度较高、电阻较低的构造。以下,也有时将具有重边构造的金属膜2的与外部电极4的连接部的近旁称为重边部。
金属膜2的与外部电极4的连接部的近旁处膜厚例如是能够发挥自我修复性的膜厚的2倍以上、具体而言是20nm以上。重边部的金属膜2的膜厚可以设为80nm以下的范围。金属膜2通过具有重边部,金属膜2与外部电极4的电连接得以提升。此外,通过电阻低的重边部而与外部电极4电连接,能够降低薄膜电容器A的等效串联电阻(ESR)。
在薄膜电容器A中,第1金属化薄膜5a的重边部与第2金属化薄膜5b的绝缘边缘部6b重叠,第2金属化薄膜5b的重边部与第1金属化薄膜5a的绝缘边缘部6a重叠。重边部的第2方向y的宽度被设为例如0.5mm以上且3mm以下即可。
作为电介质薄膜1中使用的绝缘性的树脂的材料,例如列举聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚芳酯(PAR)、聚苯醚(PPE)、聚醚酰亚胺(PEI)、以及环烯烃聚合物(COP)等。特别地,聚芳酯(PAR)具有较高的绝缘击穿电压。
电介质薄膜1的厚度例如可以设为平均0.7μm以上,也可以设为4μm以下。通过将电介质薄膜1的平均厚度设为0.7μm以上,能够兼顾金属膜2的平滑性和绝缘击穿电压。通过将电介质薄膜1的平均厚度设为4μm以下,能够增大静电电容。
薄膜电容器A例如可以按照以下方式制作。首先,准备电介质薄膜1。例如制作将绝缘性的树脂溶解于溶媒的树脂溶液,将该树脂溶液例如在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材薄膜的表面成形为片状,进行干燥从而使溶剂挥发,由此得到电介质薄膜1。作为成形方法,能够从刮刀法、模涂法以及刀涂法等周知的成膜方法中适当选择。作为成形中使用的溶剂,例如使用甲醇,异丙醇,正丁醇,乙二醇,乙二醇单丙醚,甲基乙基酮,甲基异丁基酮,二甲苯,丙二醇单甲醚,丙二醇单甲醚乙酸酯,二甲基乙酰胺,环己烷、或者包含从这些中选择的两种以上的混合物的有机溶剂。此外,可以通过熔融挤出法对制作的树脂的薄膜进行延伸加工。
电介质薄膜1可以仅由上述绝缘性的树脂构成,也可以包含其他材料。电介质薄膜1中包含的树脂以外的结构要素例如是上述的有机溶剂以及无机填料等。无机填料中例如能够使用氧化铝、氧化钛、二氧化硅等无机氧化物、氮化硅等无机氮化物、玻璃等。特别地,在将具有钙钛矿型结构的复合氧化物等相对介电常数高的材料用作无机填料的情况下,能够提升电介质薄膜1整体的相对介电常数,能够使得薄膜电容器A小型化。此外,可以对无机填料进行硅烷偶联处理、钛酸酯偶联处理等的表面处理。通过对无机填料进行表面处理,从而能够提高无机填料与树脂的相容性。
电介质薄膜1可以设为含有低于50质量%的上述这种无机填料、含有50质量%以上的树脂的复合薄膜。通过将电介质薄膜1设为复合薄膜,能够在维持树脂的挠性的状态下获得因无机填料带来的相对介电常数提升等的效果。无机填料的尺寸(平均粒径)可以设为4~1000nm。
在将所制作的电介质薄膜1从基材薄膜剥离之后,在电介质薄膜1的一个面蒸镀铝(Al)等金属成分从而形成金属膜2,由此得到金属化薄膜5。作为在金属膜2形成图案的方法,列举油转印图案形成法、激光图案形成法等。所谓油转印图案形成法,是在电介质薄膜1进行油掩膜之后蒸镀金属成分的方法。所谓激光图案形成法,是在电介质薄膜1蒸镀金属成分之后,通过激光使金属膜2的一部分蒸发的方法。
对于重边构造,对上述金属化薄膜5的形成重边部的部分以外进行掩膜,在进行了上述蒸镀的金属成分的没有掩膜的部分之上进一步蒸镀例如锌(Zn)从而形成。此时,作为重边部而进行蒸镀的膜的厚度可以设为上述蒸镀的金属成分的1~3倍的厚度。
所得到的金属化薄膜5可以裁条加工为给定的宽度。将第1金属化薄膜5a与第2金属化薄膜5b以2片为一组在宽度方向即第2方向y以稍微错开的状态进行重叠,卷绕于环状的卷芯。将被卷绕的层叠体沿着第2方向y切断,得到薄膜电容器A的主体部3。另外,有时将环状的卷芯称为卷筒。
在得到的主体部3的第2方向y的两端面、即第1侧面3a以及3b分别作为外部电极4a以及4b而形成金属喷镀电极,得到薄膜电容器A。外部电极4的形成中例如使用金属的溶射、溅射法、镀覆法等方法即可。另外,也可以在上述的层叠体形成了外部电极4之后,切断层叠体。
也可以由未图示的外装部件来覆盖形成了外部电极4的主体部3的外表面。
在外部电极4除了上述铝(Al)以外,也可以使用锌(Zn)等金属以及合金等的材料。
作为金属喷镀电极的材料,可以使用从锌、铝、铜以及焊料中选择的至少一种金属材料。
图12是示意地表示连结型电容器的一个例子的立体图。图12中为了容易理解连结型电容器的结构,省略了壳体以及覆盖电容器表面的外装树脂的记载。连结型电容器B中,多个薄膜电容器C通过一对汇流条21、23被并联连接。汇流条21、23具有外部连接用的端子部21a、23a、引出端子部21b、23b。引出端子部21b、23b分别与薄膜电容器C的各个外部电极连接。
若在连结型电容器B的薄膜电容器C中包含上述的薄膜电容器A,则能够得到绝缘性优异的连结型电容器B。
连结型电容器B可以具有至少一个薄膜电容器A,电可以具有两个以上的薄膜电容器A。将多个薄膜电容器C、例如图11所示那样排列4个的状态下,在主体部3的两端的外部电极经由接合材料而安装汇流条21、23,由此得到连结型电容器B。
连结型电容器B可以如图12所示那样薄膜电容器被配置为平面,也可以设为薄膜电容器被堆叠的配置。此外,薄膜电容器C的配置可以设为外部电极所在的方向即第2方向y沿着铅垂方向的配置。
另外,薄膜电容器A以及连结型电容器B可以在收纳于壳体之后向壳体内的空隙填充树脂,形成为树脂模制型或者壳体模制型的电容器。
图13是用于说明逆变器的一个例子的示意结构图。图13表示从直流生成交流的逆变器E。逆变器E如图13所示那样具备桥电路31和电容部33。桥电路31例如由IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor)这种的开关元件和二极管构成。电容部33被配置于桥电路31的输入端子间,使得电压稳定。逆变器E作为电容部33而包含上述的薄膜电容器A。
逆变器E与对直流电源的电压进行升压的升压电路35连接。桥电路31与作为驱动源的电动发电机MG连接。
图14是电动车辆的示意结构图。图14中作为电动车辆的一个例子示出混合动力汽车(HEV)。
电动车辆F具备:驱动用的马达41、发动机43、传动机构45、逆变器47、电源或者电池49、前轮51a以及后轮51b。
电动车辆F作为驱动源而具备马达41、发动机43、或者其两者的输出。驱动源的输出经由传动机构45而传输至左右一对的前轮51a。电源49与逆变器47连接,逆变器47与马达41连接。
此外,图14所示的电动车辆F具备车辆ECU53以及发动机ECU57。车辆ECU53进行电动车辆E整体的总控制。发动机ECU57控制发动机43的转数来驱动电动车辆E。电动车辆E还具备被驾驶员等操作的点火钥匙55、未图示的油门踏板以及制动器等的驾驶装置。车辆ECU53中被输入与驾驶员等的驾驶装置的操作相应的驱动信号。车辆ECU53基于该驱动信号,将指示信号输出至发动机ECU57、电源49、以及作为负载的逆变器47。发动机ECU57响应指示信号而控制发动机43的转数,驱动电动车辆E。
作为电动车辆F的逆变器47,使用逆变器E、即在电容部33包含上述的薄膜电容器A的逆变器E。在这种的电动车辆F中,由于薄膜电容器A是介电损耗小、充放电循环引起的介电损耗的增大较少的电容器,因此静电电容能够长期间维持,能够长期间减少逆变器47等中产生的开关/噪声。
另外,本实施方式的逆变器E不仅能够应用于上述混合动力汽车(HEV),还能够应用于电车(EV)、燃料电池车、或者电动自行车、发电机、太阳能电池等各种的电力变换应用产品。
实施例
使用聚芳酯(U-100、Unitika制造)来制作平均厚度3μm的电介质薄膜。电介质薄膜是将聚芳酯溶解于甲苯,使用涂布机涂敷在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的基材薄膜上,成形为片状。在成形之后,以130℃进行热处理来去除甲苯,得到电介质薄膜。
将得到的电介质薄膜从基材薄膜剥离,在裁条加工为200mm宽度或者130mm宽度之后,在电介质薄膜的一个面通过真空蒸镀法来形成金属膜。
在200mm宽度的电介质薄膜,如以下那样形成金属膜。首先,在电介质薄膜的与相接于基材薄膜的面相反的面进行油掩膜,在作为第1方向x的宽度方向的中央形成了宽度52mm的Al(铝)金属膜。Al金属膜的平均厚度设为20nm。接下来,在形成有Al金属膜的宽度方向的中央,作为重边部而使用金属掩膜形成宽度8.8mm的Zn(锌)金属膜。Zn金属膜的平均厚度设为40nm。
对形成有金属膜的电介质薄膜的宽度方向的中央以及两端进行裁条加工,得到宽度28mm的金属化薄膜。所得到的金属化薄膜的绝缘边缘部的宽度设为1mm,重边部的宽度设为4.4mm。所得到的金属化薄膜的重边部是金属膜的连续部。
在Al金属膜,通过油掩膜而形成了图15至图17所示的任意一个的第1缝隙以及第2缝隙。以下,将第1缝隙以及第2缝隙总称为图案。表1中表示各图所示的d1、d2、tan(θ1)以及tan(θ2)。所使用的图案中,第2缝隙的第2端部与在第1方向的负方向相邻的第2缝隙所相连的第1缝隙的第1端部在第1方向被配置于相同的位置、或者被配置于比该第1端部靠近第1方向的负方向。
试料No.1中使用通过油掩膜将图15所示的图案形成于第1金属膜的第1金属化薄膜、和在第2金属膜形成有将图15左右反转的图案的第2金属化薄膜。试料No.2中均使用将图15所示的图案形成于金属膜的第1金属化薄膜以及第2金属化薄膜。试料No.3~14中均使用将图16所示的图案形成于金属膜的第1金属化薄膜以及第2金属化薄膜。在试料15~19中,将试料No.1~19的第1金属膜中的从第1端部N1向接触点M的方向与第2金属膜中的从第1端部N1向接触点M的方向的关系,在表1中表示为从N1向M的方向。另外,各缝隙的宽度设为0.2mm,图15~17所示的d2是相邻的第1缝隙的间隔、即缝隙宽度的中央彼此的间隔。
将第1金属化薄膜和第2金属化薄膜重叠为各自的重边部位于第1方向x的相反侧、并且各自的重边部在第2方向y突出0.5mm。将重叠的第1金属化薄膜以及第2金属化薄膜在直径200mm的卷筒卷绕450圈,得到多个薄膜电容器环状地相连的卷绕体。第1金属化薄膜与第2金属化薄膜重叠为在第1金属膜与第2金属膜之间夹着电介质薄膜。
130mm宽度的电介质薄膜设为具有膜厚不同的两种金属膜的金属化薄膜。
通过扫描型电子显微镜(SEM)观察进行了离子铣削加工的断面由此求得金属膜的膜厚。较厚的一方的金属膜的膜厚为60nm,较薄的一方的金属膜的膜厚为20nm。
在Al金属膜通过油掩膜而形成了图18所示的图案。在电介质薄膜的第2方向y的中央部实施成为绝缘边缘部的2mm宽度的油掩膜,在油掩膜以外的部分作为第1金属膜而形成较好的金属膜从而成为第1金属化薄膜。第1金属化薄膜夹着绝缘边缘部而具有一个第1金属膜。在电介质薄膜的第2方向y的两端实施成为绝缘边缘部的油掩膜,在油掩膜以外的部分作为第2金属膜而形成较薄的金属膜从而成为第2金属化薄膜。
图2中表示试料No.20~22的d1、d2、w1、tan(θ1)、tan(θ2),并将两个第1金属膜彼此、以及相面对的第1金属膜与第2金族膜的从第1端部N1向接触点M的方向的关系表示为从N1向M的方向。
使第1金属化薄膜与第2金属化薄膜重叠,将第1金属化薄膜以及第2金属化薄膜在直径200mm的卷筒卷绕450圈,得到多个薄膜电容器环状地相连的卷绕体。第1金属化薄膜与第2金属化薄膜重叠为在第1金属膜与第2金属膜之间夹着电介质薄膜。
将得到的卷绕体切断成第2方向y的宽度为50mm,得到作为主体部的层叠体。另外,上述的裁条加工时,以及卷筒卷绕时,确认了金属化薄膜有无产生褶皱。
在所得到的主体部的、第1金属膜或者第2金属膜露出的两端部、即第1侧面,对Zn(锌)进行电弧溶射,形成作为外部电极的金属喷镀电极,从而成为薄膜电容器。
测定所制作的薄膜电容器的静电电容、介电损耗(dissipation factor、DF)、以及耐电压。利用LCR测试表在AC1V、1kHz的条件下测定静电电容以及介电损耗(DF)。利用绝缘电阻计进行对薄膜电容器施加从0V至最大900V的直流电压的试验,来评价耐电压。对薄膜电容器以每秒10V的升压速度从0V至900V施加直流电压,将漏电流达到0.01A时的电压作为薄膜电容器的耐电压。
[表1]
[表2]
试料No.4~7、9~14、16~18、以及20~22中的tan(θ1)为0.15以上且0.35以下,切断面的绝缘性高,即便施加900V的直流电压,漏电流也低于0.01A。此外,这些试料具有6.7μF以上的高的静电电容,在裁条加工时以及卷筒卷绕时不会产生褶皱。
试料No.1、2在裁条加工时以及卷筒卷绕时产生褶皱,试料No.3、8、15以及19没有褶皱,但是静电电容低。
-符号说明-
A、C:薄膜电容器
B:连结型电容器
E:逆变器
F:电动车辆
1、1a、1b:电介质薄膜
2、2a、2b:金属膜
2d:第1部位
2di:第1部分膜
2e:第2部位
2ei:第2部分膜
3:主体部
4、4a、4b:外部电极
5、5a、5b:金属化薄膜
6、6a、6b:绝缘边缘部
7:有效区域
8:第1缝隙
9、9a、9b:第2缝隙
11:连接部
21、23:汇流条
31:桥电路
33:电容部
35:升压电路
41:马达
43:发动机
45:传动机构
47:逆变器
49:电源
51a:前轮
51b:后轮
53:车辆ECU
55:点火钥匙
57:发动机ECU。
Claims (12)
1.一种薄膜电容器,具备:长方体状的主体部,至少层叠了一组第1电介质薄膜、第1金属膜、第2电介质薄膜以及第2金属膜;以及外部电极,位于该主体部的表面,
所述主体部具有:位于所述第1电介质薄膜以及所述第2电介质薄膜的厚度方向的一对相对置的面;和将该一对的面连接的一对相对置的第1侧面以及一对相对置的第2侧面,
在所述第1侧面配置所述外部电极,
在将所述第2侧面所在的方向设为第1方向时,所述第1电介质薄膜以及所述第2电介质薄膜具有未被所述第1金属膜或者第2金属膜覆盖的部分在所述第1方向连续地延伸的绝缘边缘部,
所述第1金属膜以及所述第2金属膜均包含通过多个第1缝隙以及多个第2缝隙而相互被分离的多个部分膜,所述多个第1缝隙与所述第2侧面形成θ1角度并具有与所述绝缘边缘部相接的第1端部,所述多个第2缝隙包含与所述第1侧面形成θ2角度的倾斜缝隙,
一个所述第2缝隙与一个所述第1缝隙在接触点相连,
在所述第1方向,将从一个所述第1缝隙的所述第1端部朝向所述接触点的方向设为所述第1方向的正方向时,
所述第2缝隙具有相对于所述接触点位于与所述绝缘边缘部相反的一侧且位于所述第1方向的负方向的第2端部,
相邻的两个所述第2缝隙之中的位于所述第1方向的正方向的所述第2缝隙的所述第2端部与位于所述第1方向的负方向的所述第2缝隙所相连的所述第1缝隙的所述第1端部在所述第1方向被配置于相同的位置,或者被配置于比该第1端部更靠所述第1方向的负方向,并且
关于所述θ1,tan(θ1)为0.15以上且0.35以下。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器,其中,
将相邻的两个所述第2缝隙向所述第1侧面投影时的该第2缝隙彼此重叠的长度大于所述第1缝隙的所述第1方向的间隔。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
将相邻的两个所述第2缝隙向所述第1侧面投影时的该第2缝隙彼此重叠的长度大于所述第1缝隙的所述第1方向的长度。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
关于所述θ1,tan(θ1)为0.27以上。
5.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
所述倾斜缝隙与所述第1缝隙在所述接触点相连。
6.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
所述第2缝隙具有相对于所述接触点而位于所述第1方向的正方向的第3端部。
7.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
所述第2缝隙包含三个以下的直线状的缝隙。
8.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
所述第2缝隙包含一个直线状的缝隙。
9.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器,其中,
在从所述厚度方向进行俯视时,在所述第1方向,从所述第1金属膜的所述第1端部朝向所述接触点的方向与从所述第2金属膜的所述第1端部朝向所述接触点的方向是相反朝向。
10.一种连结型电容器,具备:多个薄膜电容器;以及将该多个薄膜电容器电连接的汇流条,
所述多个薄膜电容器包含权利要求1至9的任意一项所述的薄膜电容器。
11.一种逆变器,具备:具有开关元件的桥电路;以及与该桥电路连接的电容部,
所述电容部包含权利要求1至9的任意一项所述的薄膜电容器。
12.一种电动车辆,具备:电源;与该电源连接的逆变器;与该逆变器连接的马达;以及通过该马达进行驱动的车轮,
所述逆变器是权利要求11所述的逆变器。
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