JP2017033966A - 薄膜高分子積層コンデンサの製造方法及び薄膜高分子積層コンデンサ - Google Patents
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Description
1.薄膜高分子積層コンデンサの製造方法
図1は、実施形態に係る薄膜高分子積層コンデンサの製造方法を実施するための製造装置10を示す図である。
実施形態に係る薄膜高分子積層コンデンサの製造方法を説明する。
まず、モノマー蒸着装置18により回転ドラム14の外周にモノマー層を形成し、当該モノマー層を電子線照射装置20により硬化させて樹脂薄膜層とする(樹脂薄膜層形成工程)。次に、第1プラズマ処理装置22により樹脂薄膜層の表面を酸素プラズマ処理により活性化する(第1プラズマ処理工程)。次に、金属薄膜層パターニング装置24により樹脂薄膜層上にパターニング材料を帯状に堆積させる。次に、金属蒸着装置26により樹脂薄膜層上に金属薄膜層を形成する(金属薄膜層形成工程)。この際、パターニング材料が堆積された箇所には金属薄膜層は形成されず、この箇所が積層体の電気的絶縁部分となる。樹脂薄膜層の層厚は、例えば100nm〜1500nm(0.1μm〜1.5μm)であり、金属薄膜層の層厚は、例えば10nm〜40nm(0.01μm〜0.04μm)である。
以上のように構成された、実施形態に係る薄膜高分子積層コンデンサの製造方法によれば、上記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物と上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物との混合物モノマーを用いてモノマー層を形成することとしている。すなわち、後述する予備試験の結果からも明らかなように(試験例1参照)、樹脂薄膜層の硬化度を十分に高くすることが可能なジメタクリレート化合物である上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物を上記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物に混合して調製した混合物モノマーを用いてモノマー層を形成することとしている。
以下、試験例により本発明の効果を説明する。
まず、予備試験により、モノマーとして、上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物を単独で用いた場合であっても、樹脂薄膜層の硬化度を十分に高くすることが可能であることを確認した。また、少なくとも中小容量の薄膜高分子積層コンデンサ(試料カテゴリAの薄膜高分子積層コンデンサ)を製造する場合においては、製造工程中における積層体割れによる不良率を低いレベルに維持可能であることを確認した。なお、予備試験においては、試験例1(硬化度)、試験例2(製造工程中における積層体割れによる不良率)、試験例3(「60℃・95%RH」の環境下で通電したときの容量変化率)、試験例4(「30℃・60%RH」の環境下においたときの容量変化率)及び試験例5(誘電正接(tanδ))の試験を行った。
[1]試料1
基本的には実施形態に係る薄膜高分子積層コンデンサの製造方法の場合と同様の積層体製造工程により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサ(樹脂薄膜層の層厚:0.5μm、積層体の厚さ:1.4mm、容量:1μF、最高使用電圧:50V、チップサイズ:4532)を作製し、試料1とした。但し、モノマーとして、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いた。また、電子線照射の条件として、樹脂薄膜層の層厚1μm当たりの加速電圧が8kV/μm、かつ、「電子線の電流値(mA)」を「回転ドラムのドラム幅(m)×回転ドラムの回転速度(m/s)×樹脂薄膜層の層厚(μm)」で除して得られる値(電子線の電流値条件に関する値)が117となる条件を採用した。
モノマーとして、トリシクロデカンジメタノールジメタリレートを用いたこと以外は試料1の場合と同様の方法により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料2とした。
電子線照射の条件として、樹脂薄膜層の層厚1μm当たりの加速電圧が14kV/μm、かつ、「電子線の電流値(mA)」を「回転ドラムのドラム幅(m)×回転ドラムの回転速度(m/s)×樹脂薄膜層の層厚(μm)」で除して得られる値(電子線の電流値条件に関する値)が668となる条件を採用したこと以外は試料2の場合と同様の方法により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料3とした。
[1]試験例1(硬化度)
積層体を製造した直後に樹脂薄膜層の硬化度を測定した。その測定は、赤外分光光度計で、積層体の樹脂薄膜層及び原料モノマーにおけるC=O基の吸光度とC=C基の吸光度を測定するとともに、樹脂薄膜層におけるC=O基の吸光度とC=C基の吸光度との第1比率と、原料モノマーにおけるC=O基の吸光度とC=C基の吸光度との第2比率とを用いて算出した。
各試料を作製する過程で積層体が割れることによる不良率を測定した。なお、試料2については、硬化度が低すぎて積層体自体の層間が剥離してしまい、薄膜高分子積層コンデンサを作製することができなかったため、試料1及び試料3についてのみ、試験例2に係る試験を行った。
各試料のそれぞれを高温・高湿環境下(「60℃・95%RH」の環境下)で、最高使用電圧(直流電圧50V)を印加して1000時間放置した。その後、各試料を取り出して容量(高温・高湿環境下においたときの容量)を測定し、当該容量を、試料を高温・高湿環境下に置く前に測定した容量を基準として、容量がどれくらい減少しているかを測定した(高温・高湿環境下においたときの容量変化率)。試験例3においては、容量減少量が小さいほど、高温・高湿環境下における寿命が長いと判断できる。なお、上述したように、試料2については、硬化度が低すぎて薄膜高分子積層コンデンサを作製することができなかったため、試料1及び試料3についてのみ、試験例3に係る試験を行った。
各試料のそれぞれを「30℃・60%RH」の環境下で250時間放置した。その後、各試料を取り出して容量(「30℃・60%RH」の環境下においたときの容量)を測定し、当該容量を、試料を「30℃・60%RH」の環境下に置く前に測定した容量を基準として、容量がどれくらい増加しているかを測定した(「30℃・60%RH」の環境下においたときの容量変化率)。試験例4においては、容量増加量が小さいほど、吸湿量が低いと判断できる。なお、上述したように、試料2については、硬化度が低すぎて薄膜高分子積層コンデンサを作製することができなかったため、試料1及び試料3についてのみ、試験例4に係る試験を行った。
各試料のそれぞれについてLCRメータにより1kHzの誘電正接(tanδ)を測定した。なお、上述したように、試料2については、硬化度が低すぎて薄膜高分子積層フィフィルムコンデンサを作製することができなかったため、試料1及び試料3についてのみ、試験例5に係る試験を行った。
図3は、予備試験の結果を示す図表である。
図3からも分かるように、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジメタクリレートを用いて作製した試料(試料3)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料1)の場合と同様に、樹脂薄膜層が適切な硬化度で形成されており、所望の性能を有する薄膜高分子積層コンデンサを製造可能であることが分かった(試験例1参照)。また、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジメタクリレートを用いて作製した試料(試料3)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料1)の場合と同様に、積層体割れによる不良率が低いことが分かった(試験例2参照。)。また、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジメタクリレートを用いて作製した試料(試料3)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料1)よりも、高温・高湿環境下における寿命が長く(試験例3参照)、吸湿度が低く(試験例4参照)、誘電正接(tanδ)が小さく(試験例5参照)、総合的に優れた薄膜高分子積層コンデンサであることが分かった。
次に、本試験1により、高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(試料カテゴリBの薄膜高分子積層コンデンサ)を製造する場合においては、モノマーとして、上記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物と上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物との混合物モノマーを用いて作製した試料(試料5〜9)が、モノマーとして、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料4)とほぼ同様に、樹脂薄膜層の硬化度を十分に高くすることが可能であることを確認した。また、製造工程中における積層体割れによる不良率を低いレベルに維持可能であることを確認した。また、モノマーとして、上記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物と上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物との混合物モノマーを用いて作製した試料(試料5〜9)が、モノマーとして、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料4)よりも、高温・高湿環境下における寿命が長く(試験例3参照)、吸湿度が低く(試験例4参照)、誘電正接(tanδ)が小さく(試験例5参照)、総合的に優れた薄膜高分子積層コンデンサであることを確認した。
[1]試料4
基本的には試料1を作製する場合と同様の積層体製造工程により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料4とした。但し、薄膜高分子積層コンデンサとして試料1よりも大型で高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(樹脂薄膜層の層厚:0.5μm、積層体の厚さ:2.6mm、容量:4.7μF、最高使用電圧:50V、チップサイズ:5750)を作製した。
モノマーとして、上記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物と上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物との混合物モノマーを用いるとともに、電子線照射の条件として、樹脂薄膜層の層厚1μm当たりの加速電圧が9〜14kV/μm、かつ、「電子線の電流値(mA)」を「回転ドラムのドラム幅(m)×回転ドラムの回転速度(m/s)×樹脂薄膜層の層厚(μm)」で除して得られる値(電子線の電流値条件に関する値)が266〜667となる条件を採用したこと以外は試料4の場合と同様の方法により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料5〜9とした。但し、試料5についてはジメタクリレート化合物の配合比率が15wt%である混合物モノマーを用い、試料6についてはジメタクリレート化合物の配合比率が30wt%である混合物モノマーを用い、試料7についてはジメタクリレート化合物の配合比率が50wt%である混合物モノマーを用い、試料8についてはジメタクリレート化合物の配合比率が70wt%である混合物モノマーを用い、試料9についてはジメタクリレート化合物の配合比率が85wt%である混合物モノマーを用いた。
モノマーとして、上記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物を用いたこと以外は試料5〜9の場合と同様の方法により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料10とした。
予備試験の場合と同様の試験例(試験例1〜5)により、試料4〜10についての評価を行った。
図4は、本試験1の結果を示す図表である。
図4からも分かるように、モノマーとして上記の混合物モノマーを用いて作製した試料(試料5〜9)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料4)の場合と同様に、樹脂薄膜層が適切な硬化度で形成されており、所望の性能を有する薄膜高分子積層コンデンサを製造可能であることが分かった(試験例1参照)。また、モノマーとして上記の混合物モノマーを用いて作製した試料(試料5〜9)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料4)の場合と同様に、積層体割れによる不良率が低いことが分かった(試験例2参照)。なお、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレートの比率が高い試料9,10においては、数%ではあるが積層体割れによる不良が発生している。これは、ジメタクリレート化合物がジアクリレート化合物よりも硬化物が硬くて脆くなる傾向があることに加えて、予備試験よりも積層体の厚みが厚くなったためである。また、モノマーとして上記の混合物モノマーを用いて作製した試料(試料5〜9)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料4)よりも、高温・高湿環境下における寿命が長く(試験例3参照)、吸湿度が低く(試験例4参照)、誘電正接(tanδ)が小さく(試験例5参照)、総合的に優れた薄膜高分子積層コンデンサであることが分かった。特に、混合物モノマーとして、上記したジメタクリレート化合物の配合比率が15wt%であっても高温・高湿度下においたときの容量変化率の改善率が40%であり(試験例3参照。)、高温・高湿度下における寿命特性に優れた薄膜高分子積層コンデンサを作製可能であることが分かった。
次に、本試験2により、本試験1の試料(試料4〜10)よりも樹脂薄膜層が薄く、積層数が多いために積層体が割れ易い試料(すなわち、より高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(試料カテゴリCの薄膜高分子積層コンデンサ)、試料11〜17)を用いて、樹脂の硬化度、積層体割れによる不良率、高温・高湿環境下における寿命、吸湿度及び誘電正接(tanδ)を評価した。
[1]試料11
基本的には試料4を作製する場合と同様の積層体製造工程により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料11とした。但し、薄膜高分子積層コンデンサとして試料4よりもさらに高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(樹脂薄膜層の層厚:0.25μm、積層体の厚さ:2.6mm、容量:22μF、最高使用電圧:16V、チップサイズ:5750)を作製した。
基本的には試料5〜9を作製する場合と同様の積層体製造工程により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料12〜16とした。但し、薄膜高分子積層コンデンサとして試料5〜9よりもさらに高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(樹脂薄膜層の層厚:0.25μm、積層体の厚さ:2.6mm、容量:22μF、最高使用電圧:16V、チップサイズ:5750)を作製した。
基本的には試料10を作製する場合と同様の積層体製造工程により積層体を作製し、当該積層体を用いて薄膜高分子積層コンデンサを作製し、試料17とした。但し、薄膜高分子積層コンデンサとして試料10よりもさらに高容量の薄膜高分子積層コンデンサ(樹脂薄膜層の層厚:0.25μm、積層体の厚さ:2.6mm、容量:22μF、最高使用電圧:16V、チップサイズ:5750)を作製した。
予備試験の場合と同様の試験例(試験例1〜5)により、試料11〜17についての評価を行った。
図5は、本試験2の結果を示す図表である。
図5からも分かるように、モノマーとして上記の混合物モノマーを用いて作製した試料(試料11〜16)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料10)の場合と同様に、樹脂薄膜層が適切な硬化度で形成されており、所望の性能を有する薄膜高分子積層コンデンサを製造可能であることが分かった(試験例1参照)。また、モノマーとして上記の混合物モノマーを用いて作製した試料(試料11〜16)は、モノマーとしてトリシクロデカンジメタノールジアクリレートを用いて作製した試料(試料10)よりも、高温・高湿環境下における寿命が長く(試験例3参照)、吸湿度が低く(試験例4参照)、誘電正接(tanδ)が小さく(試験例5参照)、総合的に優れた薄膜高分子積層コンデンサであることが分かった。特に、混合物モノマーとして、上記したジメタクリレート化合物の配合比率が15wt%の場合であっても高温・高湿度下においたときの容量変化率の改善率が40%であり(試験例3参照。)、高温・高湿度下における寿命特性に優れた薄膜高分子積層コンデンサを作製可能であることが分かった。
Claims (11)
- 真空チャンバー内で、モノマーを蒸着してモノマー層を形成した後当該モノマー層に電子線を照射して前記モノマー層を硬化することにより樹脂薄膜層を形成する樹脂薄膜層形成工程と、金属材料を蒸着して金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成工程とを回転ドラム上で交互に繰り返して行うことにより、前記回転ドラム上に前記樹脂薄膜層と前記金属薄膜層とが交互に積層された積層体を製造する積層体製造工程を含む薄膜高分子積層コンデンサの製造方法であって、
前記樹脂薄膜層形成工程においては、前記モノマーとして、下記の化学式(1)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジアクリレート化合物と下記の化学式(2)で表される脂環式炭化水素骨格を有するジメタクリレート化合物との混合物モノマーを用いて前記モノマー層を形成することを特徴とする薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記樹脂薄膜層形成工程においては、前記混合物モノマーとして、前記ジメタクリレート化合物の配合比率が15wt%以上である混合物モノマーを用いて前記モノマー層を形成することを特徴とする請求項1に記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記樹脂薄膜層形成工程においては、前記混合物モノマーとして、前記ジメタクリレート化合物の配合比率が15wt%〜70wt%の範囲内にある混合物モノマーを用いて前記モノマー層を形成することを特徴とする請求項1に記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記樹脂薄膜層形成工程においては、前記樹脂薄膜層の層厚1μm当たりの加速電圧が6kV/μm〜23kV/μmの範囲内、かつ、「電子線の電流値(mA)」を「前記回転ドラムのドラム幅(m)×前記回転ドラムの回転速度(m/s)×前記樹脂薄膜層の層厚(μm)」で除して得られる値が70〜2000の範囲内となる条件で前記モノマー層に電子線を照射することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記樹脂薄膜層形成工程と前記金属薄膜層形成工程との間に、前記樹脂薄膜層形成工程で形成された前記樹脂薄膜層を50W〜1000Wの範囲内の条件でプラズマ処理する第1プラズマ処理工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記金属薄膜層形成工程と前記樹脂薄膜層形成工程との間に、前記金属薄膜層形成工程で形成された前記金属薄膜層を50W〜1000Wの範囲内の条件でプラズマ処理する第2プラズマ処理工程を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記金属薄膜層形成工程においては、蒸発源と前記回転ドラムとの距離が50mm〜300mmの範囲内となる条件で金属材料を蒸着して前記金属薄膜層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
- 前記積層体製造工程においては、前記樹脂薄膜層形成工程と前記金属薄膜層形成工程とを0℃〜20℃の範囲内にある所定温度に冷却した回転ドラム上で交互に繰り返して行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の薄膜高分子積層コンデンサの製造方法。
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