JP2016009775A - 積層フィルムコンデンサ、及び積層フィルムコンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断面の良好な絶縁性が確保された積層フィルムコンデンサを提供する。【解決手段】積層フィルムコンデンサ１０は、複数の縦マージン１５により複数の領域に分離された金属層１３が樹脂フィルム１２の表面に形成された金属化フィルム１１を積層してなるコンデンサ素子２０と、当該素子の縦方向端面２１ａ，２１ｂに露出する金属層１３に接続された外部電極３０ａ，３０ｂとを備える。なお、金属層１３は、コンデンサ素子２０の横方向端面２１ｃ，２１ｄに露出する第１領域１３ｃ，１３ｄ、及び縦マージン１５により第１領域１３ｃ，１３ｄから分離された第２領域１３ｚを含む。外部電極３０ａ，３０ｂは、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄと接触しない範囲に形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、積層フィルムコンデンサに関し、より詳しくは金属化フィルムを積層して製造される積層フィルムコンデンサに関する。

金属化フィルムを用いて積層フィルムコンデンサを製造する場合、巻芯に金属化フィルムを巻き付けながら積層することが一般的である。巻芯の周りに形成されたリング状のフィルム積層体は、任意のサイズに切断され、端面（例えば、切断面ではない端面）に外部電極が形成される。この場合、積層体の切断面には内部電極となる金属化フィルムの金属層が露出するため、切断面の絶縁性を確保する必要がある。

かかる状況に鑑みて、フィルム積層体の切断面に酸化皮膜を形成して絶縁化する積層フィルムコンデンサの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。また、所定の間隔で金属化フィルムの金属層を除去しながらフィルムを巻き取った後、金属層を除去した部分が同じ位置に重なるようにフィルムを積層し、金属層が除去された部分を切断する方法も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−２３１５６３号公報 特開２００３−２２９２７号公報

上記特許文献の方法によれば、切断面の絶縁性が確保された積層フィルムコンデンサを製造可能である。しかし、上記特許文献の方法は、製造工程の簡略化や低コスト化、また品質面についても未だ改良の余地がある。例えば、特許文献２の方法では、金属層を除去した部分が同じ位置に重なるようにフィルムを積層するが、このような積層は容易ではなく、一部の金属層が切断面に露出することが想定される。

また、リング状のフィルム積層体から切り出された小片状の積層体を、フィルムを構成する樹脂が溶融する条件で再度切断して、当該溶融した樹脂により切断面の金属層を被覆する方法も知られているが、工程の簡略化、低コスト化等の観点から改良が望まれる。

本発明に係る積層フィルムコンデンサは、複数の縦マージンにより複数の領域に分離された金属層が樹脂フィルムの表面に形成された金属化フィルムを積層してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の縦方向端面に露出する前記金属層に接続された外部電極と、を備え、前記金属層は、前記コンデンサ素子の横方向端面に露出する第１領域、及び前記縦マージンにより前記第１領域から分離された第２領域を含み、前記外部電極は、前記コンデンサ素子の縦方向端面において、前記金属層の前記第１領域と接触しない範囲に形成されることを特徴とする。

本発明に係る積層フィルムコンデンサの製造方法は、複数の縦マージンにより複数の領域に分離される金属層を長尺状の樹脂フィルムの表面に形成して、長尺状の金属化フィルムを作製する工程と、前記長尺状の金属化フィルムを積層して、積層体を作製する工程と、前記積層体を前記縦マージンが延びる縦方向に切断して、コンデンサ素子を作製する工程と、前記積層体又は前記コンデンサ素子の縦方向端面において、当該縦方向端面に露出する前記金属層に接続される外部電極を形成する工程と、を含み、前記金属層は、前記積層体を縦方向に切断して形成される前記コンデンサ素子の横方向端面に露出する第１領域、及び前記縦マージンにより前記第１領域から分離される第２領域を含み、前記外部電極を形成する工程では、前記積層体又は前記コンデンサ素子の縦方向端面において、前記金属層の前記第１領域となる領域又は前記第１領域と接触しない範囲に前記外部電極を形成することを特徴とする。

本発明の好適な一態様において、前記縦マージンは、前記コンデンサ素子の横方向に略一定の間隔で形成され、前記外部電極は、前記コンデンサ素子の縦方向端面において、少なくとも当該縦方向端面の横方向両端から前記縦マージンの間隔に相当する長さだけ離れて形成される。

本発明によれば、縦マージンによりコンデンサ素子の横方向端面（例えば、切断面）に露出する金属層（第１領域）を他の領域（第２領域）から分離し、当該第１領域と接触しないように外部電極を形成することで、切断面に露出する金属層を絶縁する。

したがって、本発明に係る積層フィルムコンデンサでは、切断面の良好な絶縁性が確保されている。また、本発明に係る製造方法によれば、切断面が絶縁された積層フィルムコンデンサを、例えば簡便且つ低コストで製造することができる。

本発明の実施形態の一例である積層フィルムコンデンサを示す図である。 図１のＡＡ線断面図である。 本発明の実施形態の一例である積層フィルムコンデンサを構成する金属化フィルムの金属層パターンを示す図である。 図１のＢ部拡大図である。 本発明の実施形態の一例である積層フィルムコンデンサの製造方法を説明するための図である。 図５の変形例を示す図である。 本発明の実施形態の他の一例である金属層パターンを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書では、金属化フィルムの金属層を複数の領域に分離する細線状のマージン（縦マージン）が延びる方向を、積層フィルムコンデンサを構成する各構成要素（コンデンサ素子、金属化フィルム等）の「縦方向」とする。縦方向に直交する方向が「横方向」である。また、コンデンサ素子の縦方向端面とは、コンデンサ素子の縦方向の両端に位置する側面であり、コンデンサ素子の横方向端面とは、コンデンサ素子の横方向の両端に位置する側面である。また、本明細書において、「略・・」との記載は、「略一定」を例に挙げて説明すると、完全に一定はもとより実質的に一定と認められるものを含む意図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の実施形態の一例である積層フィルムコンデンサ１０について詳細に説明する。図１は、積層フィルムコンデンサ１０を示す斜視図である。図２は、図１のＡＡ線断面図であって、当該コンデンサの縦方向の断面を示す。

図１及び図２に示すように、積層フィルムコンデンサ１０は、金属化フィルム１１を積層してなるコンデンサ素子２０と、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂに露出する金属層１３に接続された外部電極３０ａ，３０ｂとを備える。金属化フィルム１１は、複数の縦マージン１５（後述の図３，４参照）により複数の領域に分離された金属層１３が樹脂フィルム１２の表面に形成されたフィルムである。

金属化フィルム１１は、上記のように、樹脂フィルム１２と、金属層１３とで構成される。金属化フィルム１１には、縦方向一端縁に沿って横方向に延びる横マージン１４（後述の図３参照）が設けられている。横マージン１４は、金属層１３が形成されない帯状の領域であって、他のマージンよりも幅広に形成されることが好適である。詳しくは後述するように、横マージン１４を設けることで、１つの金属層１３は外部電極３０ａ，３０ｂの一方のみと接続される。

樹脂フィルム１２は、コンデンサ素子２０の誘電体として機能する。樹脂フィルム１２を構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンナフタレート等が例示できる。樹脂フィルム１２の厚みは、例えば１μｍ〜１０μｍ程度である。

金属層１３は、コンデンサ素子２０の内部電極として機能する。金属層１３は、各マージン部分を除く、樹脂フィルム１２の表面全域に形成される。即ち、金属化フィルム１１の横方向両端縁、及び横マージン１４と反対側の縦方向他端縁にも金属層１３が形成される。金属層１３は、樹脂フィルム１２の一方の表面にアルミニウムや亜鉛等の金属材料を蒸着して形成されることが好ましい。蒸着により形成される金属層１３の厚みは、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度である。

コンデンサ素子２０は、樹脂フィルム１２及び金属層１３が交互に１層ずつ配置されるように金属化フィルム１１を積層して構成される。金属化フィルム１１の積層数は特に限定されず、コンデンサ素子２０は、１０〜５０層程度の積層構造を有していてもよく、１００層以上の積層構造を有していてもよい。以下では、金属化フィルム１１が積層される方向をコンデンサ素子２０の上下方向という。

コンデンサ素子２０は、例えば横方向端面２１ｃ，２１ｄが上下方向に対して傾斜しており、上部よりも下部に積層される金属化フィルム１１の方が大面積である。かかる傾斜面は、巻芯４２（後述の図５参照）を用いてフィルムを積層した場合に形成される。コンデンサ素子２０の最上面及び最下面には、保護フィルム２２，２３を設けることが好適である。保護フィルム２２，２３には、例えば樹脂フィルム１２と同様のフィルムが用いられる。

コンデンサ素子２０は、各金属化フィルム１１の横マージン１４が縦方向端面２１ａ側、縦方向端面２１ｂ側に交互に配置されるように、複数の金属化フィルム１１を重ね合わせて構成されることが好適である。即ち、金属化フィルム１１は、隣接するフィルム間でフィルムの向きを１８０°変えて積層され、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂには、それぞれ２枚の金属化フィルム１１毎に１層の金属層１３が露出している（後述の図４参照）。なお、コンデンサ素子２０の横方向端面２１ｃ，２１ｄには、各金属化フィルム１１の金属層１３が露出している。本実施形態では、コンデンサ素子２０の横方向端面２１ｃ，２１ｄを切断面とする。

外部電極３０ａ，３０ｂは、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂにそれぞれ形成される。例えば、外部電極３０ａは縦方向端面２１ａに露出する金属層１３と接続されて陽極となり、外部電極３０ｂは縦方向端面２１ｂに露出する金属層１３と接続されて陰極となる。外部電極３０ａ，３０ｂは、金属溶射（メタリコン）により形成されることが好ましく、メタリコン電極とも呼ばれる。メタリコン電極の材料には、例えば亜鉛−錫合金が適用される。詳しくは後述するように、一対の外部電極３０ａ，３０ｂは、縦方向端面２１ａ，２１ｂの横方向両端から所定長さ離れた位置に形成される。

以下、図３及び図４をさらに参照しながら、金属層１３の形成パターン、及び縦方向端面２１ａ，２１ｂにおける外部電極３０ａ，３０ｂの形成範囲について詳説する。図３は、コンデンサ素子２０を構成する金属化フィルム１１を抜き出して示す図であり、金属層１３の形成パターン及び金属化フィルム１１の積層配置を示す。図４は、図１のＢ部拡大図（縦方向端面２１ａの拡大図）である。図４では、図面の明瞭化のため、縦方向端面２１ａの外部電極３０ａで隠れる範囲も実線で示している。

図３及び図４に示すように、金属化フィルム１１には、金属層１３を複数の領域に分離する複数の縦マージン１５が設けられている。縦マージン１５は、横マージン１４と同様に金属層１３が形成されない領域であるが、横マージン１４よりも幅が狭い細線状とすることが好適である。本実施形態では、縦マージン１５に略直交する横マージン１６が設けられている。横マージン１６は、金属層１３を縦方向に分断するものではなく、ヒューズとして機能する部分（金属層１３のつながり）を残して設けられる。

縦マージン１５は、金属化フィルム１１の縦方向の全長に亘って設けられる。図３に示す例では、金属化フィルム１１の一端縁に沿って設けられた横マージン１４と略直交する縦マージン１５が設けられている。縦マージン１５は、途中で分断されることなく、横マージン１４から金属化フィルム１１の他端まで直線状に延びている。各縦マージン１５は、互いに略平行に設けられることが好適である。金属層１３は、複数の縦マージン１５によって、例えば縦方向（金属化フィルム１１の長手方向）に長く延びた複数の帯状領域に分離される。分離された金属層１３の各領域同士は、電気的な接続が遮断される。

なお、コンデンサ素子２０において、各金属化フィルム１１の縦マージン１５の方向は揃っており、いずれも縦方向に延びているが、各金属化フィルム１１の縦マージン１５は、コンデンサ素子２０の上下方向に重なっている必要はない。また、図３に示す例では、縦マージン１５が金属化フィルム１１の長手方向に延びているが、縦マージン１５は金属化フィルム１１の短手方向に延びていてもよい（この場合、短手方向が縦方向となる）。

縦マージン１５は、コンデンサ素子２０の横方向端面２１ｃ，２１ｄにそれぞれ露出する金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄを他の領域（第２領域１３ｚ）から分離する。即ち、金属層１３は、コンデンサ素子２０の横方向端面２１ｃ，２１ｄに露出する第１領域１３ｃ，１３ｄ、及び縦マージン１５により第１領域１３ｃ，１３ｄから分離された第２領域１３ｚを含む。第２領域１３ｚは、第１領域１３ｃ，１３ｄの間に位置する中間領域である。本実施形態では、縦マージン１５が３本以上（図３では５本）設けられ、複数の第２領域１３ｚが形成されている。

縦マージン１５は、コンデンサ素子２０の横方向に略一定の間隔Ｐ₁₅で設けられることが好適である。後述するように、間隔Ｐ₁₅を略一定とすることで、外部電極３０ａ，３０ｂの形成が容易になる。間隔Ｐ₁₅は、金属層１３の第２領域１３ｚの幅（横方向長さ）に相当するから、各第２領域１３ｚの幅が略一定であるとも言える。なお、切断面である横方向端面２１ｃ，２１ｄに露出する第１領域１３ｃ，１３ｄの幅は、間隔Ｐ₁₅よりも狭くなる。

縦マージン１５の間隔Ｐ₁₅は、コンデンサ容量等の観点から、縦マージン１５の幅よりも大きいことが好ましい。間隔Ｐ₁₅は、積層フィルムコンデンサ１０の寸法等によっても異なるが、金属化フィルム１１の横方向長さの３％〜１０％程度が好ましく、例えば２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。縦マージン１５の幅は、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。

外部電極３０ａ，３０ｂは、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、第１領域１３ｃ，１３ｄと接触しない範囲にそれぞれ形成される。つまり、外部電極３０ａ，３０ｂは、縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、第２領域１３ｚと接触する範囲のみにそれぞれ形成される。さらに換言すると、縦方向端面２１ａ，２１ｂに露出する金属層１３のうち、第２領域１３ｚのみと接続されるように、当該各端面に外部電極３０ａ，３０ｂをそれぞれ形成する。積層フィルムコンデンサ１０の容量は、外部電極３０ａ，３０ｂに接続された金属層１３の面積が大きくなるほど増加するため、外部電極３０ａ，３０ｂは、全ての第２領域１３ｚと接触するように（接続されるように）形成されることが好適である。

外部電極３０ａ，３０ｂは、縦マージン１５の間隔Ｐ₁₅が略一定である場合、少なくとも縦方向端面２１ａ，２１ｂの横方向両端から間隔Ｐ₁₅に相当する長さだけ離れて形成される。但し、縦方向端面２１ａの横方向一端から外部電極３０ａまでの長さＬ₃₀（コンデンサ素子２０の最上面における長さ）は、切断位置のズレ等を考慮して、間隔Ｐ₁₅の１．５倍〜５倍程度に設定することが好ましい。

以下、図５を参照しながら、上記構成を備えた積層フィルムコンデンサ１０の製造方法の一例について詳説する。

図５に示すように、積層フィルムコンデンサ１０の製造工程は、長尺状の金属化フィルム４０の作製工程（以下、「第１工程」とする）と、積層体４１の作製工程（以下、「第２工程」とする）と、コンデンサ素子２０の作製工程（以下、「第３工程」とする）と、外部電極３０ａ，３０ｂの形成工程（以下、「第４工程」とする）とを含む。ここで、長尺状の金属化フィルム４０（以下、「長尺フィルム４０」という）とは、後工程で幅方向（縦方向）に切断されて金属化フィルム１１となるものであり、積層体４１とは、長尺フィルム４０の積層体であって、当該切断によりコンデンサ素子２０となるものである。

図５に示す例では、積層体４１を縦方向に切断して得られるコンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂに外部電極３０ａ，３０ｂをそれぞれ形成するが、積層体４１の状態で外部電極３０ａ，３０ｂを形成することも可能である。

図５（ａ）に示す第１工程では、複数の縦マージン１５により複数の領域に分離される金属層１３を長尺状の樹脂フィルム１２の一方の表面に形成して、長尺フィルム４０を作製する。長尺フィルム４０には、長手方向（横方向）に沿った一端縁に横マージン１４を設け、横マージン１４から当該フィルムの他端に亘って直線状に複数の縦マージン１５を設ける。縦マージン１５は、当該フィルムの横方向に略一定の間隔Ｐ₁₅で設けることが好適である。また、本実施形態では、横マージン１６を設けている。

金属層１３は、上記のように、アルミニウムや亜鉛等の金属材料の蒸着により形成することが好ましい。縦マージン１５等のマージンを形成する方法は、特に限定されず、例えば樹脂フィルム１２の表面にマージンのパターンに合わせてマスク材を塗工する方法やメタルマスクを用いる方法が挙げられる。

図５（ｂ）に示す第２工程では、長尺フィルム４０を積層して積層体４１を作製する。積層体４１は、生産性等の観点から、巻芯４２に長尺フィルム４０を巻き付けながら積層して作製することが好適である。より詳しくは、隣接するフィルム間で横マージン１４の位置が互いに縦方向反対側に位置するように、縦方向の向きを１８０°変えた２つの長尺フィルム４０（縦マージン１５の向きは揃っている）を用いて積層体４１を作製する。これにより、各金属化フィルム１１の横マージン１４が積層体４１の縦方向一端側、縦方向他端側に交互に配置される。

図５では、回転軸に直交する方向の断面形状が真円形状である巻芯４２を示しているが、図６（巻芯以外は図５と同じ）に示すように、八角形の巻芯４３を用いてもよい。また、巻芯は八角形以外の多角形状であってもよい。

図５（ｃ）に示す第３工程では、積層体４１を縦マージン１５が延びる縦方向に切断してコンデンサ素子２０を作製する。切り出されたコンデンサ素子２０は、必要により押圧処理される。第３工程において、金属層１３が露出した切断面である横方向端面２１ｃ，２１ｄが形成される。なお、コンデンサ素子２０では、横方向端面２１ｃ，２１ｄにそれぞれ露出する金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄが、複数の縦マージン１５により他の領域（第２領域１３ｚ）から分離されている。

図５（ｄ）に示す第４工程では、コンデンサ素子２０の縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、当該縦方向端面に露出する金属層１３に接続される外部電極３０ａ，３０ｂを形成する。この工程では、縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄと接触しない範囲に限定して外部電極３０ａ，３０ｂを形成する。好ましくは、全ての第２領域１３ｚと接触するように外部電極３０ａ，３０ｂを形成する。

縦マージン１５の間隔Ｐ₁₅が略一定である場合、縦方向端面２１ａ，２１ｂにおいて、少なくとも当該端面の横方向両端から間隔Ｐ₁₅に相当する長さだけ離れた位置に、外部電極３０ａ，３０ｂを形成する。巻芯４２を用いたフィルムの積層では、各金属化フィルム１１の縦マージン１５を上下方向に重ね合わせることは難しいが、縦マージン１５の間隔Ｐ₁₅を一定とすれば、縦マージン１５の位置の確認することなく、外部電極３０ａ，３０ｂを容易に形成できる。

外部電極３０ａ，３０ｂは、上記のように、金属溶射により形成することが好ましい。外部電極３０ａ，３０ｂを縦方向端面２１ａ，２１ｂの特定の範囲に限定して形成する方法は、特に限定されず、例えば金属溶射工程でコンデンサ素子２０に取り付けられる治具を用いて電極を形成しない領域を覆う方法や種々のマスク材を用いる方法が挙げられる。

以上のように、上記製造方法によれば、コンデンサ素子２０の切断面に酸化皮膜を形成する、金属化フィルムの金属層を所定間隔で除去する、切断面の樹脂を溶融させる、といった煩雑な絶縁化処理を行うことなく、コンデンサ素子２０の切断面を絶縁できる。ゆえに、上記製造方法によれば、切断面が絶縁された積層フィルムコンデンサ１０を、例えば簡便且つ低コストで製造することができる。積層フィルムコンデンサ１０では、切断面である横方向端面２１ｃ，２１ｄに露出する金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄが、外部電極３０ａ，３０ｂと接続される金属層１３の第２領域１３ｚから分離されているため、切断面の良好な絶縁性が確保されている。

上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。
例えば、図７に示すように、２本の縦マージン１５が設けられた金属化フィルム１１ｘを用いてコンデンサ素子を構成してもよい。当該コンデンサ素子の縦方向端面には、上記実施形態と同様に、金属層１３の第１領域１３ｃ，１３ｄと接触しない範囲に外部電極３０ａ，３０ｂが形成される。即ち、少なくとも２本の縦マージン１５を設けることにより、切断面の絶縁性が確保された積層フィルムコンデンサを得ることができる。

１０ 積層フィルムコンデンサ、１１，１１ｘ 金属化フィルム、１２ 樹脂フィルム、１３ 金属層、１３ｃ，１３ｄ 第１領域、１３ｚ 第２領域、１４，１６ 横マージン、１５ 縦マージン、２０ コンデンサ素子、２１ａ，２１ｂ 縦方向端面、２１ｃ，２１ｄ 横方向端面、２２，２３ 保護フィルム、３０ａ，３０ｂ 外部電極、４０ 長尺状の金属化フィルム（長尺フィルム）、４１ 積層体、４２，４３ 巻芯

Claims (3)

1. 複数の縦マージンにより複数の領域に分離された金属層が樹脂フィルムの表面に形成された金属化フィルムを積層してなるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の縦方向端面に露出する前記金属層に接続された外部電極と、
   を備え、
   前記金属層は、前記コンデンサ素子の横方向端面に露出する第１領域、及び前記縦マージンにより前記第１領域から分離された第２領域を含み、
   前記外部電極は、前記コンデンサ素子の縦方向端面において、前記金属層の前記第１領域と接触しない範囲に形成される、積層フィルムコンデンサ。
2. 前記縦マージンは、前記コンデンサ素子の横方向に略一定の間隔で設けられ、
   前記外部電極は、前記コンデンサ素子の縦方向端面において、少なくとも当該縦方向端面の横方向両端から前記縦マージンの間隔に相当する長さだけ離れて形成される、請求項１に記載の積層フィルムコンデンサ。
3. 複数の縦マージンにより複数の領域に分離される金属層を長尺状の樹脂フィルムの表面に形成して、長尺状の金属化フィルムを作製する工程と、
   前記長尺状の金属化フィルムを積層して、積層体を作製する工程と、
   前記積層体を前記縦マージンが延びる縦方向に切断して、コンデンサ素子を作製する工程と、
   前記積層体又は前記コンデンサ素子の縦方向端面において、当該縦方向端面に露出する前記金属層に接続される外部電極を形成する工程と、
   を含み、
   前記金属層は、前記積層体を縦方向に切断して形成される前記コンデンサ素子の横方向端面に露出する第１領域、及び前記縦マージンにより前記第１領域から分離される第２領域を含み、
   前記外部電極を形成する工程では、前記積層体又は前記コンデンサ素子の縦方向端面において、前記金属層の前記第１領域となる領域又は前記第１領域と接触しない範囲に前記外部電極を形成する、積層フィルムコンデンサの製造方法。