CN114051648B - 薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜 - Google Patents
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Abstract
薄膜电容器(10)具备：电介质树脂薄膜(例如，第1电介质树脂薄膜(13))，其包含第1有机材料和第2有机材料的固化物；和金属层(例如，第1金属层(15))，其设置于上述电介质树脂薄膜的至少一个面。上述第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子。上述第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体或者它们的混合物。将上述薄膜的以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜电容器以及薄膜电容器用薄膜。
背景技术
作为电容器的一种，有如下构造的薄膜电容器：将具有可挠性的树脂薄膜用作电介质，并且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。这样的薄膜电容器例如通过将形成了第1对置电极的树脂薄膜和形成了第2对置电极的树脂薄膜卷绕或层叠来制作。
作为薄膜电容器用的电介质树脂薄膜，在专利文献1～3中记载了使用包含热固化性树脂等固化性树脂的电介质树脂薄膜。例如，在专利文献1中公开了一种薄膜电容器用电介质树脂组成物，是包括第1有机材料以及第2有机材料在内的至少2种有机材料发生反应而得到的固化物，上述第1有机材料是多元醇，上述第2有机材料是在分子内具有多个官能团的异氰酸酯化合物、或者环氧树脂或密胺树脂。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5794380号公报
专利文献2：日本特许第6194927号公报
专利文献3：国际公开第2017/175511号
发明内容
发明要解决的课题
使用了热固化性树脂等固化性树脂的电介质树脂薄膜与使用了热塑性树脂的电介质树脂薄膜相比具有耐热性以及耐电压性高的特征。例如，在专利文献3中记载了，作为薄膜的耐电压强度，125℃下的绝缘击穿强度为300V/μm以上。然而，在专利文献1～3中，关于更高的温度区域中的耐电压强度未进行研究。
本发明为了解决上述问题而完成，目的在于提供一种具备145℃下的绝缘击穿强度高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上述薄膜电容器用薄膜。
用于解决课题的手段
本发明的薄膜电容器具备：电介质树脂薄膜，其包含第1有机材料和第2有机材料的固化物；和金属层，其设置于上述电介质树脂薄膜的至少一个面。上述第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子。上述第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体或者它们的混合物。将上述薄膜的以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
本发明的薄膜电容器用薄膜包含第1有机材料和第2有机材料的固化物。上述第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子。上述第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体或者它们的混合物。将上述薄膜的以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种具备145℃下的绝缘击穿强度高的电介质树脂薄膜的薄膜电容器。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的薄膜电容器的一例的立体图。
图2是图1所示的薄膜电容器的II-II线剖视图。
图3是示意性地示出构成图1以及图2所示的薄膜电容器的金属化薄膜的卷绕体的一例的立体图。
具体实施方式
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。
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变更来应用。
将以下记载的本发明的各个优选的结构组合两个以上也还是本发明。
[薄膜电容器]
本发明的薄膜电容器具备电介质树脂薄膜和设置于上述电介质树脂薄膜的至少一个面的金属层。
本发明的薄膜电容器例如是剖面长圆状的柱状，在其中心轴方向的两端设置例如通过金属喷镀(Metallikon)而形成的外部端子电极。
以下，作为本发明的薄膜电容器的一个实施方式，以将设置了第1金属层的第1电介质树脂薄膜和设置了第2金属层的第2电介质树脂薄膜在层叠的状态下卷绕而成的卷绕型的薄膜电容器为例进行说明。本发明的薄膜电容器也可以是将设置了第1金属层的第1电介质树脂薄膜和设置了第2金属层的第2电介质树脂薄膜层叠了的层叠型的薄膜电容器等。此外，本发明的薄膜电容器也可以是将设置了第1金属层以及第2金属层的第1电介质树脂薄膜和未设置金属层的第2电介质树脂薄膜卷绕或者层叠的薄膜电容器等。
图1是示意性地示出本发明的薄膜电容器的一例的立体图。图2是图1所示的薄膜电容器的II-II线剖视图。
图1以及图2所示的薄膜电容器10是卷绕型的薄膜电容器，具备：将第1金属化薄膜11和第2金属化薄膜12在层叠的状态下卷绕而成的金属化薄膜的卷绕体40；和与金属化薄膜的卷绕体40的两端部连接的第1外部端子电极41以及第2外部端子电极42。如图2所示，第1金属化薄膜11具备第1电介质树脂薄膜13和设置在第1电介质树脂薄膜13的一个面的第1金属层(对置电极)15，第2金属化薄膜12具备第2电介质树脂薄膜14和设置在第2电介质树脂薄膜14的一个面的第2金属层(对置电极)16。
如图2所示，第1金属层15以及第2金属层16隔着第1电介质树脂薄膜13或者第2电介质树脂薄膜14相互对置。进而，第1金属层15与第1外部端子电极41电连接，第2金属层16与第2外部端子电极42电连接。
第1电介质树脂薄膜13以及第2电介质树脂薄膜14可以具有分别不同的结构，但优选具有相同的结构。
第1金属层15在第1电介质树脂薄膜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电介质树脂薄膜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3是示意性地示出构成图1以及图2所示的薄膜电容器的金属化薄膜的卷绕体的一例的立体图。
如图2以及图3所示，第1电介质树脂薄膜13和第2电介质树脂薄膜14相互在宽度方向(在图2中为左右方向)上错开而层叠，使得第1金属层15中的到达第1电介质树脂薄膜13的侧缘的一侧的端部、以及第2金属层16中的到达第2电介质树脂薄膜14的侧缘的一侧的端部都从层叠的薄膜露出。通过将第1电介质树脂薄膜13以及第2电介质树脂薄膜14在层叠的状态下卷绕而成为金属化薄膜的卷绕体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设为堆叠的状态。
在图2以及图3中，进行卷绕，使得第2电介质树脂薄膜14处于第1电介质树脂薄膜13的外侧，并且，分别关于第1电介质树脂薄膜13以及第2电介质树脂薄膜14，第1金属层15以及第2金属层16各自朝向内侧。
第1外部端子电极41以及第2外部端子电极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外部端子电极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外部端子电极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，金属化薄膜的卷绕体优选被压制成剖面形状为椭圆或长圆那样的扁平形状，被设为比剖面形状为正圆时更紧凑的形状。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金属化薄膜的中心轴线上，成为对金属化薄膜进行卷绕时的卷轴。
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。
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。
另外，金属层的厚度能够通过利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等电子显微镜对将设置了金属层的电介质树脂薄膜在厚度方向上切断后的剖面进行观察来确定。
在本发明的薄膜电容器中，优选在金属层设置有熔丝部。
所谓熔丝部，是指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连接的部分。具有熔丝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号公报等中公开的电极图案。
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。例如，在图1以及图2所示的薄膜电容器10中，既可以对第1电介质树脂薄膜13以及第2电介质树脂薄膜14这两者使用本发明的薄膜电容器用薄膜，也可以仅对任意一者使用本发明的薄膜电容器用薄膜。
[薄膜电容器用薄膜]
本发明的薄膜电容器用薄膜包含第1有机材料和第2有机材料的固化物。具体地，本发明的薄膜电容器用薄膜包含第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。
第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子。第1有机材料优选包含苯氧基树脂。
第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体、或者它们的混合物。第2有机材料优选包含4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯改性体、或者它们的混合物。
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，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的至少一者。在该情况下，本发明的薄膜电容器用薄膜既可以包含羟基以及异氰酸酯基的任意一者，也可以包含羟基以及异氰酸酯基这两者。
另外，羟基和/或异氰酸酯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。
在本发明的薄膜电容器用薄膜中，特征在于，将以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
α40℃/α80℃的值为1.05以上、α80℃/α120℃的值为1.1以上，意味着薄膜的线膨胀系数随着成为高温而变小。本发明的发明人们经过潜心研究，结果发现了若薄膜的线膨胀系数随着成为高温而变小，则高温下的绝缘击穿强度变高。可以认为这是由于高温下的薄膜的热变化变少，薄膜热稳定。其结果是，在本发明的薄膜电容器用薄膜中，145℃下的绝缘击穿强度成为300V/μm以上。
薄膜的线膨胀系数是通过热机械分析(TMA)法根据薄膜从0℃到各温度下的长度的变化率而算出的值。
α40℃/α80℃的值是1.05以上。另一方面，α40℃/α80℃的值例如是1.35以下。
α80℃/α120℃的值是1.1以上，优选的是1.15以上。另一方面，α80℃/α120℃的值例如是1.40以下。
α40℃/α120℃的值没有特别限定，但优选的是1.2以上，更优选的是1.25以上。另一方面，α40℃/α120℃的值例如是1.50以下。
本发明的薄膜电容器用薄膜还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和/或异氰酸酯基发生反应的官能团且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1种官能团的树脂等。
本发明的薄膜电容器用薄膜的厚度没有特别限定，但若薄膜过薄则容易变脆。因此，本发明的薄膜电容器用薄膜的厚度优选为1μm以上，更优选为3μm以上。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10μm以下，更优选为5μm以下。
另外，所谓薄膜的厚度，是指不包含金属层的厚度的薄膜单独的厚度。薄膜的厚度能够利用光学式膜厚计来测定。
[薄膜电容器用薄膜的制造方法]
本发明的薄膜电容器用薄膜通过将包含第1有机材料和第2有机材料的树脂溶液成型为薄膜状，接着，进行热处理使其固化而得到。
树脂溶液例如通过使上述的第1有机材料以及第2有机材料溶解于溶剂来进行混合并根据需要添加添加剂而制作。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。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)优选为50/50以上且75/25以下。
作为溶剂，优选使用包含甲乙酮(MEK)和四氢呋喃(THF)的混合溶剂。MEK和THF的重量比率(MEK/THF)优选为15/85以上且85/15以下。
[薄膜电容器的制造方法]
接下来，对本发明的薄膜电容器的制造方法的一例进行说明。
首先，将本发明的薄膜电容器用薄膜作为电介质树脂薄膜，在电介质树脂薄膜的一个面形成金属层，由此得到金属化薄膜。作为形成金属层的方法，可列举蒸镀等方法。
通过将两片在电介质树脂薄膜的一个面形成了金属层的金属化薄膜以在宽度方向上错开给定距离的状态重叠后进行卷绕，从而得到层叠体。也可以根据需要，从与宽度方向垂直的方向夹着层叠体而压制成椭圆圆筒形状。
接下来，通过在层叠体的端面形成外部端子电极，从而得到如图1所示的薄膜电容器。作为在层叠体的端面形成外部端子电极的方法，可列举喷镀。
实施例
以下，示出更具体地公开了本发明的薄膜电容器以及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。
[样本的制作]
(实施例1)
作为第1有机材料，准备了具有双酚A骨架的苯氧基树脂，作为第2有机材料，准备了4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)及其改性体的混合物。
使第1有机材料和第2有机材料溶解于MEK和THF的混合溶剂来进行混合，进而添加硅酮系表面调整剂BYK370(毕克化学·日本(株)制)而调配了涂敷组成物(树脂溶液)。第1有机材料和第2有机材料的重量比设为第1有机材料/第2有机材料＝70/30，MEK和THF的重量比设为MEK/THF＝85/15。
将该涂敷组成物涂布在作为基材薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上，涂布之后吹70℃的热风使溶剂干燥之后，从PET薄膜剥离，形成了厚度3μm的薄膜。将得到的薄膜在150℃下进行4小时热处理使其固化。
然后，在薄膜的两面通过真空蒸镀而设置了Al膜，使得厚度成为20nm。通过以上，制作了实施例1的样本。
(实施例2)
除了将溶剂的干燥温度从70℃变更为100℃以外，与实施例1同样地制作了样本。
(比较例1)
除了将溶剂的干燥温度从70℃变更为140℃以外，与实施例1同样地制作了样本。
(比较例2)
除了将溶剂的干燥温度从70℃变更为180℃以外，与实施例1同样地制作了样本。
[薄膜的线膨胀系数的测定]
对于由热固化后的薄膜制作的薄膜片(长度10mm)，施加2gf的载荷并悬挂，使温度变化，测定了薄膜片的长度的变化。将温度为0℃时的薄膜片的长度L0作为基准，求出了40℃、80℃、120℃时的薄膜片的长度的变化ΔL。根据以下的式子，求出了各温度下的薄膜的线膨胀系数α。式中，ΔT是从0℃到各温度的温度变化。
α＝{(1/L0)·(ΔL/ΔT)}
以下示出线膨胀系数的测定条件。
装置：热机械分析装置理学公司制EVO2
温度曲线：-45℃→130℃(5℃/min)
测定气氛：N2(200ml/min)
测定载荷：2gf
对于实施例1～2以及比较例1～2，在表1中示出α40℃、α80℃、α120℃、α40℃/α80℃、α80℃/α120℃、以及α40℃/α120℃的值。
[绝缘击穿强度的测定]
将在薄膜的两面没置了Al膜的样本切割为200mm2的大小，在145℃的气氛下施加100V/μm，从100V/μm每隔10分钟升压25V/μm。记录了在薄膜形成了击穿痕迹的电场强度。将其重复16次，将16次的平均值作为该薄膜的绝缘击穿强度。在表1中示出各薄膜的145℃下的绝缘击穿强度。此外，将145℃下的绝缘击穿强度为300V/μm以上的样本判定为○(良)，将小于300V/μm的样本判定为×(不可)。
[表1]
根据表1，在α40℃/α80℃的值为1.05以上、α80℃/α120℃的值为1.1以上的实施例1以及实施例2的样本中，145℃下的绝缘击穿强度为300V/μm以上。
另一方面，在α40℃/α80℃的值小于1.05、α80℃/α120℃的值小于1.1的比较例1以及比较例2的样本中，145℃下的绝缘击穿强度小于300V/μm。
附图标记说明
10 薄膜电容器；
11 第1金属化薄膜；
12 第2金属化薄膜；
13 第1电介质树脂薄膜；
14 第2电介质树脂薄膜；
15 第1金属层；
16 第2金属层；
40 金属化薄膜的卷绕体；
41 第1外部端子电极；
42 第2外部端子电极。
Claims (4)
1.一种薄膜电容器，具备：
电介质树脂薄膜，其包含第1有机材料和第2有机材料的固化物；和
金属层，其设置于所述电介质树脂薄膜的至少一个面，
所述第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子，
所述第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体或者它们的混合物，
将所述薄膜的以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器，其中，
所述第1有机材料包含苯氧基树脂。
3.一种薄膜电容器用薄膜，包含第1有机材料和第2有机材料的固化物，
所述第1有机材料包含重复单位中具有羟基和苯环的有机高分子，
所述第2有机材料包含二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯改性体或者它们的混合物，
将所述薄膜的以0℃为基准的线膨胀系数之中的40℃时的线膨胀系数设为α40℃、80℃时的线膨胀系数设为α80℃、120℃时的线膨胀系数设为α120℃时，α40℃/α80℃的值为1.05以上，α80℃/α120℃的值为1.1以上。
4.根据权利要求3所述的薄膜电容器用薄膜，其中，
所述第1有机材料包含苯氧基树脂。
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