CN111566768B - 薄膜电容器以及薄膜电容器用的外装壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明的薄膜电容器具备：电容器元件，具备在树脂薄膜的表面设置了金属层的金属化薄膜；外装壳体，在内部收纳上述电容器元件；和填充树脂，填充在上述电容器元件与上述外装壳体之间，其中，上述外装壳体的填充上述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。

Description

薄膜电容器以及薄膜电容器用的外装壳体
技术领域
本发明涉及薄膜电容器以及薄膜电容器用的外装壳体。
背景技术
金属化薄膜电容器例如是通过将在树脂薄膜的表面设置了金属蒸镀膜的金属化薄膜卷绕或层叠而成的电容器元件收纳于外装壳体之后，在该壳体填充树脂，并使其固化而制作的。
在专利文献1公开了一种如下的金属化薄膜电容器，其特征在于，收纳电容器元件的壳体是在聚苯硫醚树脂中混合50～85wt％的玻璃纤维而成型的壳体，填充于该壳体的树脂是混合了50～80wt％的二氧化硅以使得玻璃化温度为115℃以上并且60℃下的粘度成为1500～3000mPa·s的环氧树脂。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4968788号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据专利文献1，在使用了混合了50～85wt％的玻璃纤维的壳体的金属化薄膜电容器中，由于树脂与壳体的密接性提高，因此使得即使重复2000次-40℃～+120℃的温度循环试验也不会发生壳体与树脂的界面的剥离。
但是，金属化薄膜电容器(以下，也简称为薄膜电容器)被要求更高的温度区域中的耐热性，明确了仅控制包含于外装壳体的玻璃纤维等的填料量的话，有可能无法抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离。
另外，上述的问题不限于由聚苯硫醚树脂构成的外装壳体，是在具备由其他树脂、金属等构成的外装壳体的薄膜电容器中共同的问题。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种即使在高温区域重复使用也能够抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离的薄膜电容器。本发明的目的还在于提供一种该薄膜电容器用的外装壳体。
用于解决课题的手段
本发明的薄膜电容器具备：电容器元件，具备在树脂薄膜的表面设置了金属层的金属化薄膜；外装壳体，在内部收纳上述电容器元件；和填充树脂，填充在上述电容器元件与上述外装壳体之间，其中，上述外装壳体的填充上述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。
本发明的薄膜电容器用的外装壳体用于在内部收纳电容器元件，该电容器元件具备在树脂薄膜的表面设置了金属层的金属化薄膜，其中，在将上述电容器元件收纳于内部时，为了固定上述电容器元件，填充树脂填充在上述外装壳体与上述电容器元件之间，填充上述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。
发明效果
根据本发明，能够提供一种即使在高温区域重复使用也能够抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离的薄膜电容器。
附图说明
图1的(a)是示意性地示出本发明的一实施方式涉及的薄膜电容器的剖视图，图1的(b)是图1的(a)所示的薄膜电容器的Ib-Ib线剖视图，图1的(c)是图1的(a)所示的薄膜电容器的Ic-Ic线剖视图。
图2的(a)是示意性地示出构成图1的(a)所示的薄膜电容器的外装壳体的一例的主视图，图2的(b)是图2的(a)所示的外装壳体的侧视图。
图3的(a)是示意性地示出构成本发明的薄膜电容器的电容器元件的一例的立体图，图3的(b)是图3的(a)所示的电容器元件的IIIb-IIIb线剖视图。
图4是示意性地示出构成图3的(a)以及图3的(b)所示的电容器元件的金属化薄膜的卷绕体的一例的立体图。
图5是示意性地示出构成图3的(a)以及图3的(b)所示的电容器元件的金属化薄膜的卷绕体的另一例的立体图。
图6的(a)以及图6的(b)是示出电容器试样的尺寸的剖视图。
图7的(a)以及图7的(b)是示出电容器试样的尺寸的外观图。
具体实施方式
以下，对本发明的薄膜电容器进行说明。
但是，本发明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变更来应用。
将在以下记载的本发明的各个优选的结构组合两个以上的结构也还是本发明。
另外，在以下说明的薄膜电容器用的外装壳体也还是本发明之一。
本发明的薄膜电容器具备：具备金属化薄膜的电容器元件、在内部收纳上述电容器元件的外装壳体、和填充在上述电容器元件与上述外装壳体之间的填充树脂。
在本发明的薄膜电容器中，特征在于，上述外装壳体的填充上述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。若外装壳体的内表面的表面自由能为44mN/m以下，则外装壳体与填充树脂的粘接力变高，因此即使在高温区域重复使用薄膜电容器也能够抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离。
外装壳体的内表面的表面自由能优选为34mN/m以下。若表面自由能为34mN/m以下，则能够进一步抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离。此外，外装壳体的内表面的表面自由能优选为25mN/m以上。
作为液体的表面自由能已知的试剂，使用水、乙二醇以及二碘甲烷这三种液体来测定接触角，利用Kitazaki-Hata理论能够计算外装壳体的内表面的表面自由能。各液体的接触角意味着利用接触角仪(例如，协和界面化学株式会社制DM-701)在25℃、50％RH的环境下滴下了各种液滴时的刚刚滴下之后的接触角。
在本发明的薄膜电容器中，外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差优选为11ppm/℃以下。在高温区域重复使用薄膜电容器的情况下，通过减小外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差，从而能够抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离。
外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差更优选为10ppm/℃以下。此外，外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差优选大于0ppm/℃，更优选为2ppm/℃以上。
外装壳体以及填充树脂的线膨胀系数能够使用各材料的线膨胀系数的目录(catalog)值。另外，外装壳体的线膨胀系数受到注塑成型时的流动方向的影响。因此，分别在流动方向(MD方向)以及垂直方向(TD方向)上求出线膨胀系数，将通过(MD+TD)/2计算的平均值定义为外装壳体的线膨胀系数。作为实测的方法，例如，能够使用10mm×1mm×5mm的试验片，通过热机械分析装置(TMA)来测定。具体地，通过如下方法来测定，即，基于利用JISK 7197：2012塑料的热机械分析的线膨胀率试验方法，在室温下在试验片的前端轻轻地施加荷载，一边使温度上升一边记录试验片的位移的全过程，并与标准试样的结果进行比较。
图1的(a)是示意性地示出本发明的一实施方式涉及的薄膜电容器的剖视图，图1的(b)是图1的(a)所示的薄膜电容器的Ib-Ib线剖视图，图1的(c)是图1的(a)所示的薄膜电容器的Ic-Ic线剖视图。
图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c)所示的薄膜电容器1具备：电容器元件10、在内部收纳电容器元件10的外装壳体20、和填充在电容器元件10与外装壳体20之间的填充树脂30。
在图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c)所示的薄膜电容器1中，在外装壳体20的内部形成有长方体状的空间，电容器元件10与外装壳体20的内表面分离且配置在外装壳体20的内部的中央。为了保持电容器元件10，在电容器元件10的外表面与外装壳体20的内表面之间，填充有环氧树脂等填充树脂30。外装壳体20是在一端具有开口部的有底筒状，填充树脂30在外装壳体20的内部还从外装壳体20的开口部填充到电容器元件10。通过使环氧树脂加热固化，从而能够将外装壳体20和电容器元件10粘接固定为一体。
在图1的(a)中，电容器元件10具备金属化薄膜的卷绕体40、和形成在卷绕体40的两侧方的第1外部电极41以及第2外部电极42。在第1外部电极41电连接有第1引线端子51，在第2外部电极42电连接有第2引线端子52。第1引线端子51以及第2引线端子52从外装壳体20的内部朝向外部突出。
在图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c)所示的薄膜电容器1中，在外装壳体20的内表面，设置有第1肋部(rib)60以及第2肋部70。第1肋部60是设置在第1外部电极41侧以及/或者第2外部电极42侧的肋部。第1肋部60由从外装壳体20的底面侧朝向开口部侧伸长的板状构成，其开口部侧的端面具有锥形状，使得长度从外装壳体20朝向电容器元件10依次变小。第1肋部60由一对板状构成，其中的一者将外装壳体20的底面与图2的(a)所示的第3侧壁23的内表面连接，并且，其中的另一者将外装壳体20的底面与图2的(a)所示的第4侧壁24的内表面连接。在图1的(b)中，第1肋部60位于外装壳体20内的宽度方向上的中央，由此位于第1引线端子51的同轴上。此外，第1肋部60在从底面侧朝向开口部侧的方向上，位于比外装壳体20的中心更靠底部侧。另一方面，第2肋部70是设置在外装壳体20的底面侧的肋部。第2肋部70由从外装壳体20的底面侧朝向开口部侧伸长的板状构成。在图1的(a)中，第2肋部70由在外装壳体20的内部相互分离的一对板状构成，如图1的(c)所示，第2肋部70由沿着外装壳体20的内表面形状的外表面形状、和大致沿着电容器元件10的内表面的U字状的内表面形状构成。此外，第2肋部70的一个板状部(图1的(a)中的纸面左侧)在图1的(c)中在纸面左右分为一个板状部中的第1部位和第2部位，第1部位将外装壳体20的底面与图2的(b)所示的第1侧壁21的内表面连接，第2部位将外装壳体20的底面与图2的(b)所示的第2侧壁22的内表面连接。如图1的(a)所示，第2肋部70的一个板状部位于电容器元件10的中心与第1外部电极41之间，第2肋部70的另一个板状部位于电容器元件10的中心与第2外部电极42之间。此外，如图1的(c)所示，第2肋部70定位为伸长到比电容器元件10的中心更靠开口部，且伸长到比第2引线端子52更靠开口部侧。通过在外装壳体的内表面设置肋部，从而能够在树脂浇铸时使电容器元件的位置精度提高。
另外，也可以不在外装壳体的内表面设置肋部。此外，在外装壳体的内表面设置了肋部的情况下，肋部的根数没有特别限定。肋部的形状也没有特别限定，例如，也可以适当变更肋部的粗度、肋部的长度、肋部的突出状态等。
(外装壳体)
构成本发明的薄膜电容器的外装壳体例如是在一端具有开口部的有底筒状。
图2的(a)是示意性地示出构成图1的(a)所示的薄膜电容器的外装壳体的一例的主视图，图2的(b)是图2的(a)所示的外装壳体的侧视图。
图2的(a)以及图2的(b)所示的外装壳体20是具备如下部分的有底方筒状：在一端具有大致长方形的开口部(参照图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c))、具备从该开口部的四边朝向另一端伸长的四片平板的方筒状的侧部、和与开口部对置并且将方筒状的另一端封闭的底部。另外，外装壳体20也可以是有底圆筒状等的筒状。
外装壳体20的侧部具备：第1侧壁21；第2侧壁22，具有与第1侧壁21大致相同的面积，并且与第1侧壁21的内表面分离配置为对置；第3侧壁23，将第1侧壁21的一个侧边和第2侧壁22的一个侧边连接，并且具有比第1侧壁21的面积小的面积；和第4侧壁24，将第1侧壁21的另一个侧边与第2侧壁22的另一个侧边连接，具有与第3侧壁23大致相同的面积，并且与第3侧壁23的内表面分离配置为对置。
如图2的(a)以及图2的(b)所示，优选在外装壳体20的侧部，在开口部侧的四边设置有凹部25。凹部25从开口部侧朝向底部侧沿着开口部侧的四边伸长。通过在外装壳体的开口面设置凹部，从而在对薄膜电容器进行了基板安装时，能够防止薄膜电容器以及基板密闭而内压上升。另外，也可以不在外装壳体设置凹部。
如图2的(a)以及图2的(b)所示，优选在外装壳体20的侧部设置有沿着连接各侧壁的边而伸长的锥部26。在图2的(a)以及图2的(b)中，在第3侧壁23以及第4侧壁24的底部侧的角部设置有锥部26。因此，在将第1侧壁21的底部侧的侧边与底部连接的边也设置有锥部，在将第2侧壁22的底部侧的侧边与底部连接的边也设置有锥部。另外，也可以不在外装壳体的侧部设置锥部。
在本发明的薄膜电容器中，外装壳体可以由树脂组成物构成，也可以由金属或合金构成。
在本发明的薄膜电容器中，为了抑制内部的电容器元件中含有的水分的蒸发，优选抑制内部的电容器元件的加热。因此，外装壳体优选即使在100℃的高温下也是不透明的(例如黑色)。另外，在此所说的不透明是指可见光400nm以上且700nm以下的波长下的透过率为5％以下。
在外装壳体由树脂组成物构成的情况下，树脂组成物优选包含液晶聚合物(LCP)。
作为包含于树脂组成物的LCP，在后述的实施例中，使用了在骨架中具有对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸基的LCP。此外，能够使用除了对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸基以外，还利用酚、邻苯二甲酸、对苯二甲酸乙二酯等各种成分，形成了缩聚物的LCP。
此外，在对LCP进行分类的情况下，虽然也存在I型、II型、III型之类的分类方法，但作为材料，意味着与由上述构成要素形成的LCP相同的材料。
树脂组成物优选除了LCP之外还包含无机填充材料。
作为包含于树脂组成物的无机填充材料，能够使用强度比LCP高的材料。无机填充材料优选是熔点比LCP高的材料，更优选是熔点为680℃以上的材料。
无机填充材料的形态没有特别限定，例如，可列举纤维状或板状等具有长度方向的形态。这些无机填充材料也可以组合2种以上来使用。因此，树脂组成物优选包含纤维状的无机材料以及/或者板状的无机材料作为上述无机填充材料。
在本说明书中，所谓“纤维状”，意味着填充材料的长度方向长度和与长度方向垂直的剖面处的剖面直径的关系是长度方向长度÷剖面直径≥5(即纵横比为5∶1以上)的状态。在此，剖面直径设为在剖面的外周上成为最长的2点间距离。剖面直径在长度方向上不同的情况下，在剖面直径成为最大的部位进行测定。
此外，所谓“板状”，意味着投影面积成为最大的面的剖面直径与相对于该剖面垂直的方向上的最大高度的关系是剖面直径÷高度≥3的状态。
无机填充材料优选至少其一部分在外装壳体的侧部的各侧壁具有从壳体底侧朝向开口部定向的部分和朝向相邻的侧壁定向的部分，且在外装壳体的内部分散。
无机填充材料优选至少具有直径5μm以上且长度50μm以上的尺寸。特别是，无机填充材料优选不凝聚而分散于外装壳体整体。
作为无机填充材料，具体地，能够使用纤维状的玻璃填料、板状的滑石或云母等材料。特别是，无机填充材料优选包含玻璃填料作为主要成分。
在外装壳体由包含LCP以及无机填充材料的树脂组成物构成的情况下，从确保外装壳体的成型性的观点出发，树脂组成物中的无机填充材料的含有量优选为54重量％以下，更优选为50重量％以下。此外，树脂组成物中的无机填充材料的含有量优选为30重量％以上，更优选为45重量％以上。
关于树脂组成物中的无机填充材料的含有量，能够使用20mm×20mm×0.5mm厚的试验片，通过灰分测定或者热重量分析，将残留成分视为无机成分来测定重量，根据初始重量和残留成分重量来算出。
具体地，基于JIS K 7250 A法(直接灰化法)，通过将有机材料燃烧并在高温下将其燃烧残留物加热至成为恒量的方法来测定。
在外装壳体由包含LCP以及无机填充材料的树脂组成物构成的情况下，树脂组成物中的LCP的含有量优选为46重量％以上且70重量％以下，更优选为50重量％以上且55重量％以下。
在外装壳体由树脂组成物构成的情况下，树脂组成物也可以取代LCP而包含聚苯硫醚(PPS)。
树脂组成物优选除了PPS之外还包含无机填充材料。
作为包含于树脂组成物的无机填充材料，能够使用与LCP的情况同样的材料。
树脂组成物优选包含纤维状的无机材料以及/或者板状的无机材料作为上述无机填充材料。作为无机填充材料，具体地，能够使用纤维状的玻璃填料、板状的滑石或云母等材料。特别是，无机填充材料优选包含玻璃填料作为主要成分。
在外装壳体由包含PPS以及无机填充材料的树脂组成物构成的情况下，从确保外装壳体的成型性的观点出发，树脂组成物中的无机填充材料的含有量优选为60重量％以下。此外，树脂组成物中的无机填充材料的含有量优选为30重量％以上，更优选为45重量％以上。
在外装壳体由包含PPS以及无机填充材料的树脂组成物构成的情况下，树脂组成物中的PPS的含有量优选为40重量％以上且70重量％以下，更优选为40重量％以上且55重量％以下。
由树脂组成物构成的外装壳体例如能够通过注塑成型等方法来制造。
在外装壳体由金属或合金构成的情况下，能够使用铝、镁、铁、不锈钢、铜、或者它们的合金等。其中，优选铝或铝合金。
由金属或合金构成的外装壳体例如能够通过冲击成型等方法来制造。
(填充树脂)
在本发明的薄膜电容器中，填充树脂填充在电容器元件与外装壳体之间。
作为填充树脂，能够适当选择与需要的功能相应的树脂。
填充树脂优选包含环氧树脂。在后述的实施例中，使用双酚A型的环氧树脂，对于环氧树脂的固化剂使用了酸酐固化剂。此外，对于增强剂使用了二氧化硅。
另外，作为填充树脂，例如，能够使用环氧树脂、硅酮树脂等。对于环氧树脂的固化剂也可以使用胺固化剂、咪唑固化剂。
此外，对于填充树脂，虽然可以仅使用树脂，但也可以以强度的提高为目的而添加增强剂。对于增强剂能够使用二氧化硅、氧化铝等。
通过将填充树脂填充在电容器元件与外装壳体之间，从而能够使电容器元件与外部气体隔断。因此，优选适当选择透湿性低的树脂，并使外装壳体的开口部处的树脂增厚。
关于外装壳体的开口部处的树脂的厚度，优选在电容器整体的体积(体格)被容许的范围内使其具有充分的厚度，具体地，优选为2mm以上，更优选为4mm以上。特别是，如图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c)所示，更优选的是，在外装壳体20的内部，电容器元件10配置为位于比外装壳体20的开口部更靠底面侧，由此对于电容器元件10使外装壳体20的开口部侧的树脂的厚度比底面侧的树脂的厚度更厚。
此外，关于填充树脂的高度与外装壳体的高度的关系，使外装壳体的开口部处的树脂尽量厚，并且既可以到外装壳体的内部侧的位置为止，也可以是刚好满的程度，还可以通过表面张力而稍微溢出。
一般地，薄膜电容器有时根据使用环境而始终受到振动。因此，对填充树脂要求给定的硬度，以使得外装壳体内的电容器元件不会由于振动而移动。此外，根据薄膜电容器的使用环境而要求高温耐热性，因此无法使用在高温下树脂强度(粘度)下降的薄膜电容器，在此情况下也对填充树脂要求给定的硬度。另一方面，填充树脂的硬度越高，则在电容器元件膨胀时产生越高的应力，因而外装壳体越容易变形。
在本发明的薄膜电容器中，若外装壳体由包含LCP和无机填充材料的树脂组成物构成，则即使在填充树脂的硬度高的情况下(例如硬度计硬度85以上；测定方法JISK7215)，也能够抑制外装壳体的变形。
(电容器元件)
在本发明的薄膜电容器中，电容器元件例如是剖面为长圆状的柱状，在其中心轴方向的两端设置例如通过金属喷镀(metallikon)而形成的外部电极。
图3的(a)是示意性地示出构成本发明的薄膜电容器的电容器元件的一例的立体图，图3的(b)是图3的(a)所示的电容器元件的IIIb-IIIb线剖视图。
图3的(a)以及图3的(b)所示的电容器元件10具备：第1金属化薄膜11和第2金属化薄膜12在被层叠的状态下被卷绕而成的金属化薄膜的卷绕体40、和连接在卷绕体40的两端部的第1外部电极41以及第2外部电极42。如图3的(b)所示，第1金属化薄膜11具备第1树脂薄膜13、和设置于第1树脂薄膜13的表面的第1金属层(对置电极)15，第2金属化薄膜12具备第2树脂薄膜14、和设置于第2树脂薄膜14的表面的第2金属层(对置电极)16。
如图3的(b)所示，第1金属层15以及第2金属层16夹着第1树脂薄膜13或第2树脂薄膜14而相互对置。进而，第1金属层15与第1外部电极41电连接，第2金属层16与第2外部电极42电连接。
第1树脂薄膜13以及第2树脂薄膜14可以分别具有不同的结构，但优选具有相同的结构。
第1金属层15在第1树脂薄膜13的一个面形成为到达一个侧缘但不到达另一个侧缘。另一方面，第2金属层16在第2树脂薄膜14的一个面形成为不到达一个侧缘但到达另一个侧缘。第1金属层15以及第2金属层16例如由铝层等构成。
图4是示意性地示出构成图3的(a)以及图3的(b)所示的电容器元件的金属化薄膜的卷绕体的一例的立体图。
如图3的(b)以及图4所示，第1树脂薄膜13和第2树脂薄膜14相互在宽度方向(在图3的(b)中为左右方向)上错开而被层叠，使得第1金属层15中的到达第1树脂薄膜13的侧缘的一侧的端部、以及第2金属层16中的到达第2树脂薄膜14的侧缘的一侧的端部都从被层叠的薄膜露出。如图4所示，第1树脂薄膜13以及第2树脂薄膜14在被层叠的状态下被卷绕从而成为卷绕体40，保持第1金属层15以及第2金属层16在端部露出的状态而被设置为堆叠的状态。
在图3的(b)以及图4中，被卷绕为：第2树脂薄膜14成为第1树脂薄膜13的外侧，并且，对于第1树脂薄膜13以及第2树脂薄膜14的每一个，第1金属层15以及第2金属层16各自朝向内侧。
第1外部电极41以及第2外部电极42通过在如上述那样得到的金属化薄膜的卷绕体40的各端面上喷镀例如锌等而形成。第1外部电极41与第1金属层15的露出端部接触，由此与第1金属层15电连接。另一方面，第2外部电极42与第2金属层16的露出端部接触，由此与第2金属层16电连接。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜优选具有125℃以上的耐热性。
在此情况下，能够在125℃以上的高温环境下使用薄膜电容器。另一方面，若在125℃以上使用薄膜电容器，则在树脂薄膜间水分蒸发从而电容器元件膨胀，外装壳体变得容易变形。
在本发明的薄膜电容器中，若外装壳体由包含LCP和无机填充材料的树脂组成物构成，则即使在高温环境下(例如125℃以上)使用薄膜电容器的情况下，也能够抑制外装壳体的变形。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜优选包含具有氨基甲酸酯键以及脲键的至少一方的树脂作为主要成分。作为这样的树脂，例如，可列举具有氨基甲酸酯键的氨基甲酸酯树脂、具有脲键的脲树脂等。此外，也可以是具有氨基甲酸酯键以及脲键双方的树脂。具体地，可列举后述的固化性树脂、蒸镀聚合膜等。
另外，氨基甲酸酯键以及/或者脲键的存在能够使用傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)来确认。
在本说明书中，所谓“树脂薄膜的主要成分”，意味着存在比例(重量％)最大的成分，优选的是，意味着存在比例超过50重量％的成分。因此，树脂薄膜也可以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作为主要成分以外的成分。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜也可以包含固化性树脂作为主要成分。固化性树脂可以是热固化性树脂，也可以是光固化性树脂。固化性树脂可以具有氨基甲酸酯键以及脲键的至少一方，也可以不具有。
在本说明书中，所谓热固化性树脂，意味着能够通过热而固化的树脂，并不限定固化方法。因此，只要是能够通过热而固化的树脂，则通过热以外的方法(例如，光、电子束等)而固化的树脂也包含于热固化性树脂。此外，根据材料而存在由于材料自身具有的反应性开始反应的情况，对于不一定从外部给予热或光等就促进固化的材料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。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜也可以包含蒸镀聚合膜作为主要成分。蒸镀聚合膜可以具有氨基甲酸酯键以及脲键的至少一方，也可以不具有。
另外，蒸镀聚合膜是指通过蒸镀聚合法而成膜的聚合膜，基本上包含于固化性树脂。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜优选由第1有机材料和第2有机材料的固化物构成。例如，可列举第1有机材料所具有的羟基(OH基)和第2有机材料所具有的异氰酸酯基(NCO基)发生反应而得到的固化物等。
在通过上述的反应而得到固化物的情况下，起始材料的未固化部分也可以残留在薄膜中。例如，树脂薄膜也可以包含异氰酸酯基(NCO基)以及羟基(OH基)的至少一方。在此情况下，树脂薄膜可以包含异氰酸酯基以及羟基的任意一方，也可以包含异氰酸酯基以及羟基双方。
另外，异氰酸酯基以及/或者羟基的存在能够利用傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)来确认。
第1有机材料优选是在分子内具有多个羟基(OH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、聚乙烯基缩乙醛等。作为第1有机材料，也可以并用2种以上的有机材料。在第1有机材料中，优选属于聚醚多元醇的苯氧基树脂。
第2有机材料优选是在分子内具有多个官能团的、异氰酸酯化合物、环氧树脂或蜜胺树脂。作为第2有机材料，也可以并用2种以上的有机材料。
作为异氰酸酯化合物，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)等的芳香族聚异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等的脂肪族聚异氰酸酯等。也可以是这些聚异氰酸酯的改性体，例如，具有碳二亚胺或氨基甲酸酯等的改性体。其中，优选芳香族聚异氰酸酯，更优选MDI。
作为环氧树脂，只要是具有环氧环的树脂就没有特别限定，例如，可列举双酚A型环氧树脂、联苯骨架环氧树脂、环戊二烯骨架环氧树脂、萘骨架环氧树脂等。
作为蜜胺树脂，只要是在构造的中心具有三嗪环、在其周边具有三个氨基的有机氮化合物就没有特别限定，例如，可列举烷基化蜜胺树脂等。除此之外，也可以是蜜胺的改性体。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜优选通过将包含第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，进行热处理并使其固化而得到。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜也可以包含热塑性树脂作为主要成分。作为热塑性树脂，例如，可列举高结晶性聚丙烯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚烯丙基芳酯等。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜也能够包含用于附加其他功能的添加剂。例如，能够通过添加整平剂来赋予平滑性。添加剂更优选是具有与羟基以及/或者异氰酸酯基发生反应的官能团，形成固化物的交联构造的一部分的材料。作为这样的材料，例如，可列举具有从由环氧基、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。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的树脂薄膜的厚度没有特别限定，但优选为5μm以下，更优选小于3.5μm，进一步优选为3.4μm以下。此外，树脂薄膜的厚度优选为0.5μm以上。
另外，树脂薄膜的厚度能够使用光学式膜厚计来测定。
例如，考虑使构成电容器元件的树脂薄膜变薄，且树脂薄膜的卷绕长度不变的情况。在此情况下，树脂薄膜变薄从而电容器元件的体积变小，配合电容器元件的体积，外装壳体也变得小型。但是，由于树脂薄膜的卷绕长度不变，因此树脂薄膜间的间隙量不变。即，相对于电容器元件的体积的间隙量在树脂薄膜薄的情况下较大。因此，在电容器元件的树脂薄膜间包含的水分蒸发从而电容器元件膨胀的情况下，树脂薄膜越薄则电容器元件自身的体积变化量越大。
在本发明的薄膜电容器中，若外装壳体由包含LCP和无机填充材料的树脂组成物构成，则即使在树脂薄膜薄的情况下(例如3.4μm以下)，也能够抑制外装壳体的变形。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的金属层中包含的金属的种类没有特别限定，但金属层优选包含从由铝(Al)、钛(Ti)、锌(Zn)、镁(Mg)、锡(Sn)以及镍(Ni)构成的组中选择的任意一种。
在本发明的薄膜电容器中，构成电容器元件的金属层的厚度没有特别限定，但从抑制金属层的破损的观点出发，金属层的厚度优选为5nm以上且40nm以下。
另外，关于金属层的厚度，能够通过利用电场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等电子显微镜对将金属化薄膜在厚度方向上切断后的剖面进行观察来确定。
图5是示意性地示出构成图3的(a)以及图3的(b)所示的电容器元件的金属化薄膜的卷绕体的另一例的立体图。
在本发明的薄膜电容器中，在电容器元件由金属化薄膜的卷绕体构成的情况下，优选如图5所示的金属化薄膜的卷绕体40a那样，被压制成剖面形状为椭圆或长圆那样的扁平形状，被设为更紧凑的形状。
在此情况下，通过减少外装壳体内部的死区，从而能够将外装壳体小型化，因此能够使薄膜电容器整体小型化。
在电容器元件的树脂薄膜间包含的水分蒸发从而电容器元件膨胀的情况下，若金属化薄膜的卷绕体为图4所示那样的圆柱状，则从剖面的圆中心呈辐射状膨胀，因此其膨胀方向没有偏向。另一方面，若金属化薄膜的卷绕体为图5所示那样的扁平形状，则不从剖面的中心呈辐射状膨胀。特别是，由于卷绕体被压制，因此树脂薄膜的一部分不发生塑性变形，施加了欲向外方向恢复形状的施力(弹性)。因此，随着电容器元件膨胀，会叠加未发生塑性变形的一部分的施力，因此与金属化薄膜的卷绕体为圆柱状的情况相比外装壳体变得容易变形。
在本发明的薄膜电容器中，若外装壳体由包含LCP和无机填充材料的树脂组成物构成，则即使在金属化薄膜的卷绕体为扁平形状的情况下，也能够抑制外装壳体的变形。
在本发明的薄膜电容器中，在电容器元件由金属化薄膜的卷绕体构成的情况下，电容器元件也可以具备圆柱状的卷绕轴。卷绕轴配置在卷绕状态的金属化薄膜的中心轴线上，成为卷绕金属化薄膜时的卷轴。
在本发明的薄膜电容器中，由于根据电容器电容来决定电容器元件的尺寸、形状，因此能够使用各种尺寸的电容器元件。
例如，若电容器电容为1μF以上且150μF以下，则关于电容器元件的尺寸，在剖面长圆形状下，优选的是，长圆方向的长度为15mm以上且65mm以下，短圆方向的长度为2mm以上且50mm以下，长度方向(是剖面的进深前后方向且包含外部电极)的长度为10mm以上且50mm以下。
在此情况下，关于外装壳体的外形，优选的是，底部的长边为16mm以上且73mm以下，底部的短边为3mm以上且58mm以下，外装壳体的高度为10.5mm以上且50.5mm以下。此外，外装壳体的厚度优选为0.5mm以上且3mm以下，更优选为0.5mm以上且2mm以下。
在本发明的薄膜电容器中，电容器元件的体积相对于外装壳体的内容积优选为30％以上且85％以下。若电容器元件的体积相对于外装壳体的内容积超过85％，则通过填充树脂来固定外装壳体以及电容器元件变得困难。另一方面，若电容器元件的体积相对于外装壳体的内容积小于30％，则外装壳体相对于电容器元件变得过大，薄膜电容器变得大型。
在本发明的薄膜电容器中，外装壳体的内表面与电容器元件的外表面的分离距离优选为1mm以上且5mm以下，更优选为1mm以上且2mm以下。
越使外装壳体的尺寸接近电容器元件的尺寸，越能够将薄膜电容器小型化，但另一方面，在电容器元件的树脂薄膜间包含的水分蒸发从而电容器元件膨胀的情况下，外装壳体变得容易变形。
在本发明的薄膜电容器中，若外装壳体由包含LCP和无机填充材料的树脂组成物构成，则即使在使外装壳体的尺寸接近电容器元件的尺寸的情况下，也能够抑制外装壳体的变形。
(引线端子)
在本发明的薄膜电容器中，引线端子从填充在外装壳体的内部的填充树脂朝向外部突出。
引线端子与电容器元件的外部电极电连接的部分设置于外部电极的小区域，因此若对引线端子施加负荷，则引线端子有可能会与外部电极分离。因此，在外装壳体的内部，填充树脂位于电容器元件的外部电极和引线端子的外部，将两者密接固定。由此，即使对引线端子的突出部施加负荷，也可通过填充树脂增强引线端子与外部电极的连接，能够抑制两者的分离。
外部电极与引线端子的连接位置可以是外部电极的中央部，也可以如日本专利第4733566号的图1记载的那样是接近开口部的电极端部。
(其他的实施方式)
在图1的(a)、图1的(b)以及图1的(c)中，示出了在单个外装壳体收纳了单个电容器元件的例子，但例如也可以如日本特开2012-69840号公报记载的那样，在单个外装壳体收纳多个电容器元件。
此外，到此为止，利用第1金属化薄膜和第2金属化薄膜在被层叠的状态下被卷绕而成的卷绕型薄膜电容器进行了说明，但也可以是第1金属化薄膜和第2金属化薄膜被层叠而成的层叠型薄膜电容器。即使是层叠型薄膜电容器等薄膜电容器，也可获得上述的本发明的作用以及效果。
[实施例]
以下，示出更具体地公开了本发明的薄膜电容器的实施例。另外，本发明并不仅限定于这些实施例。
[树脂薄膜的制作]
使聚乙烯基缩乙醛(PVAA)树脂粉末溶解于甲苯和甲基-乙基甲酮的混合溶剂来准备PVAA树脂溶液，并将溶解于醋酸乙酯的TMP(三羟甲基丙烷)加合物类型的甲苯二异氰酸酯(TDI)预聚合体与PVAA树脂溶液进行混合而得到了混合树脂溶液。此时，调整了固体含量以及溶液的调配量，使得PVAA和TDI预聚合体的调配比是重量比成为4∶6。
将所得到的混合树脂溶液利用涂布机涂布到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上并使其干燥之后，在180℃的温度下进行1小时热处理并使其固化，制作了厚度为3.0μm的树脂薄膜。
[金属层的形成]
在树脂薄膜的表面蒸镀成为金属层的铝使得厚度成为20nm，并使其从PET基材剥离，由此得到了在树脂薄膜的单面形成了金属层的金属化薄膜。
[电容器元件的制作]
在希望的位置以25mm宽度对金属化薄膜进行了分切后，交错地设置1mm的错开宽度来重叠2片进行卷绕，由此得到了圆筒状的卷绕体。通过对圆筒状的卷绕体进行压制加工，从而加工成扁平形状。然后，在卷绕体的两端面通过锌喷镀形成了外部电极使得成为1mm的厚度。
[电容器试样的制作]
在电容器元件的外部电极焊接了直径为1.2mm的引线之后，放入到具有表1所示的树脂材料以及组成的树脂组成物所构成的厚度为1mm的外装树脂壳体。作为表1所示的无机填充材料，使用了直径为10μm、长度为300μm的玻璃填料。
在电容器元件与外装树脂壳体之间，填充了环氧树脂。在环氧树脂中作为增强剂而添加了55重量％的二氧化硅。由此，制作了电容器试样(薄膜电容器)。
图6的(a)以及图6的(b)是示出电容器试样的尺寸的剖视图，图7的(a)以及图7的(b)是示出电容器试样的尺寸的外观图。如图6的(a)以及图6的(b)所示，在外装树脂壳体的内表面设置了用于使树脂浇铸时的电容器元件的位置精度提高的肋部。
此外，如图7的(a)以及图7的(b)所示，在外装树脂壳体的开口面设置了用于防止在对薄膜电容器进行了基板安装时电容器与基板之间密闭而内压上升的凹部(厚度为1mm)。
此外，将外装壳体的内表面的表面自由能、外装壳体的线膨胀系数、以及外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差分别示于表1。
[热冲击试验1]
对于所制作的电容器试样，设为试样数n＝10，实施了重复加热到+120℃和冷却到-40℃的热冲击试验。各温度下的保持温度设为30分钟。确认了1000次循环后的试样的剥离的有无。将剥离个数为0个的情况评价为○(良)，将1个以上的情况评价为×(不良)。将结果示于表2。
[热冲击试验2]
另外，对于所制作的电容器试样，设为试样数n＝10，实施了重复加热到+130℃和冷却到-40℃的热冲击试验。各温度下的保持温度设为30分钟。确认了1000次循环后的试样的剥离的有无。将剥离个数为0个的情况评价为○(良)，将1个以上且9个以下的情况评价为△(可)，将10个的情况评价为×(不良)。将结果示于表2。
[成型性]
通过以下的方法，评价了外装壳体的成型性。在对外装壳体进行成型时，将壳体材料的树脂组成物遍布至模框的各个角落的情况评价为○(良)，将未遍布的情况评价为×(不良)。将结果示于表2。
[综合评价]
将热冲击试验1、热冲击试验2以及成型性的结果全部为○的情况评价为◎(优)，将热冲击试验1以及成型性的结果为○且热冲击试验2的结果为△的情况评价为○(良)，将热冲击试验1以及热冲击试验2的结果为○且成型性的结果为×的情况评价为△(可)，将热冲击试验1以及热冲击试验2的任意一者的结果为×的情况评价为×(不良)。将结果示于表2。
[表1]
Figure BDA0002570976010000191
[表2]
Figure BDA0002570976010000192
在表1以及表2中，对试样编号标注了*的是本发明的范围外的比较例。
根据表1以及表2，通过将外装壳体的内表面的表面自由能设为44mN/m以下，从而抑制了外装壳体与填充树脂的界面的剥离。
一般地，可认为，通过减小外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差，从而能够抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离。
如表1以及表2所示，在重复加热到+120℃和冷却到-40℃的热冲击试验1中，若外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差如试样6那样为12ppm/℃则产生了剥离，但通过如试样1～5那样抑制在10ppm/℃以下从而抑制了剥离。
但是，例如，在试样4中，尽管外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差显著小至2ppm/℃，但是在重复加热到+130℃和冷却到-40℃的热冲击试验2中产生了剥离。另一方面，在试样1中，外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差为9ppm/℃，尽管比试样4大，但是在热冲击试验2中未产生剥离。
根据试样1～6的结果，可认为，为了抑制外装壳体与填充树脂的界面的剥离，不仅外装壳体与填充树脂的线膨胀系数之差产生影响，外装壳体的内表面的表面自由能也产生影响。
此外，根据试样7～9的结果，能够确认即使在使用了PPS制的外装壳体的薄膜电容器中，也可得到与使用了LCP制的外装壳体的薄膜电容器同样的效果。
附图标记说明
1 薄膜电容器；
10 电容器元件；
11 第1金属化薄膜；
12 第2金属化薄膜；
13 第1树脂薄膜；
14 第2树脂薄膜；
15 第1金属层；
16 第2金属层；
20 外装壳体；
21 第1侧壁；
22 第2侧壁；
23 第3侧壁；
24 第4侧壁；
25 凹部；
26 锥部；
30 填充树脂；
40、40a 金属化薄膜的卷绕体；
41 第1外部电极；
42 第2外部电极；
51 第1引线端子；
52 第2引线端子；
60 第1肋部；
70 第2肋部。

Claims (30)

1.一种薄膜电容器，具备：
电容器元件，具备在树脂薄膜的表面设置了金属层的金属化薄膜；
外装壳体，在内部收纳所述电容器元件；和
填充树脂，填充在所述电容器元件与所述外装壳体之间，
其中，所述外装壳体的填充所述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器，其中，
所述表面自由能为34mN/m以下。
3.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述表面自由能为25mN/m以上。
4.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述外装壳体与所述填充树脂的线膨胀系数之差为11ppm/℃以下。
5.根据权利要求4所述的薄膜电容器，其中，
所述线膨胀系数之差大于0ppm/℃。
6.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述外装壳体由树脂组成物构成。
7.根据权利要求6所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂组成物包含液晶聚合物。
8.根据权利要求6所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂组成物包含聚苯硫醚。
9.根据权利要求7所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂组成物还包含无机填充材料，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为54重量％以下。
10.根据权利要求8所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂组成物还包含无机填充材料，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为60重量％以下。
11.根据权利要求9或10所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为30重量％以上。
12.根据权利要求11所述的薄膜电容器，其中，
所述无机填充材料包含玻璃填料作为主要成分。
13.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述外装壳体由金属构成。
14.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述外装壳体由合金构成。
15.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述填充树脂包含环氧树脂。
16.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂薄膜包含具有氨基甲酸酯键以及脲键的至少一方的树脂作为主要成分。
17.根据权利要求1或2所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂薄膜包含固化性树脂作为主要成分。
18.根据权利要求16所述的薄膜电容器，其中，
所述树脂薄膜包含异氰酸酯基以及羟基的至少一方。
19.一种薄膜电容器用的外装壳体，用于在内部收纳电容器元件，该电容器元件具备在树脂薄膜的表面设置了金属层的金属化薄膜，其中，
在将所述电容器元件收纳于内部时，为了固定所述电容器元件，填充树脂填充在所述外装壳体与所述电容器元件之间，
所述外装壳体的填充所述填充树脂的一侧的内表面的表面自由能为44mN/m以下。
20.根据权利要求19所述的外装壳体，其中，
所述表面自由能为34mN/m以下。
21.根据权利要求19或20所述的外装壳体，其中，
所述表面自由能为25mN/m以上。
22.根据权利要求19或20所述的外装壳体，其中，
所述外装壳体由树脂组成物构成。
23.根据权利要求22所述的外装壳体，其中，
所述树脂组成物包含液晶聚合物。
24.根据权利要求22所述的外装壳体，其中，
所述树脂组成物包含聚苯硫醚。
25.根据权利要求23所述的外装壳体，其中，
所述树脂组成物还包含无机填充材料，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为54重量％以下。
26.根据权利要求24所述的外装壳体，其中，
所述树脂组成物还包含无机填充材料，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为60重量％以下。
27.根据权利要求25或26所述的外装壳体，其中，
所述树脂组成物中的所述无机填充材料的含有量为30重量％以上。
28.根据权利要求27所述的外装壳体，其中，
所述无机填充材料包含玻璃填料作为主要成分。
29.根据权利要求19或20所述的外装壳体，其中，
所述外装壳体由金属构成。
30.根据权利要求19或20所述的外装壳体，其中，
所述外装壳体由合金构成。
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