JPH1140452A - 積層フィルムコンデンサ用積層体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、積層フィルムコンデンサを小形・軽量
化するためには、素子を構成する誘電体であるベースフ
ィルムやその上のコーティング膜を薄くする必要があっ
た。そのために、厚みを１．０μｍ以下にすると、誘電
体が伸びやすく、切れやすく、滑りにくくなり非常に変
形しやすい物となり、誘電体が傷つき耐電圧の低下や耐
湿性が低く外観上膨れ、特性あるいは工法面からも非常
に作りにくく、技術上限界であった。 【解決手段】 誘電体は、（化１）の構造を有するビニ
ルオキシ基含有化合物を単独で使用するか、もしくは二
種類以上を併用したものであり、少なくとも、含有ビニ
ル基の６０〜９５％を反応させ、電子線を照射した、表
面が酸化処理されたアルミニウムの真空蒸着層上に形成
されかつ表面に酸素グローと接触させ、所定の回数だけ
繰り返し積層フィルムコンデンサ用積層体を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高耐湿性が要求さ
れる電子機器および電気機器に使用される小形の積層フ
ィルムコンデンサ用積層体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、屋外で使用される電子機器及び電
気機器が急速な伸びを示し、屋外で使用できる電子部品
に関する需要は極めて高い。そのため、使用される電子
部品にも従来以上に大幅な小形・軽量化や特性上とりわ
け耐湿性に関して特に厳しい要求が増えている。

【０００３】以下に、従来の積層フィルムコンデンサ用
積層体の製造方法について説明する。

【０００４】従来の積層フィルムコンデンサ用積層体
は、厚さ１．５μｍ以上のポリエチレンテレフタレート
フィルムの片面に、まず厚さ７０ｎｍで幅が０．３〜１
ｍｍで所定のピッチで連続した多数の帯状のオイル薄膜
を形成した直後にアルミニウムを真空蒸着することによ
り帯状に分離された蒸着電極が形成される。この後ポリ
エチレンテレフタレートフィルムを反転して裏面に所定
の寸法だけずらして所定のピッチで連続した多数のオイ
ル薄膜を形成し、同様にして蒸着電極が形成され、一度
に数千〜数万メートルの両面金属化フィルムが製造され
る。続いてこの両面金属化フィルムの片面に、ポリカー
ボネートと接着剤と染料を溶剤で塗料化したものをリバ
ースコート方式で多数の帯状に厚さ約１μｍに全面に所
定の位置に帯状に塗布し乾燥してコーティング薄膜が形
成され巻き取られる。その後反対側の面に同様にしてコ
ーティング薄膜が形成され両面コーティング両面金属化
フィルムが製造される。この後、両面コーティング両面
金属化フィルムを所定の枚数積層し、分散された接着剤
が軟化する温度において低い圧力でホットプレスするこ
とで積層フィルムコンデンサ用積層体を製造していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層フィルムコ
ンデンサを小形・軽量化するためには、素子を構成する
両面金属化フィルムを薄くする必要があった。そのため
に、ポリエチレンテレフタレートの厚みを１．５μｍ以
下にすると、伸びやすく、切れやすく、また滑りにくく
なり、両面コーティング両面金属化フィルムを製造する
ための真空蒸着装置やリバースコーターを通すだけで皺
だらけのフィルムとなり、皺を巻き込み異様に膨れた積
層フィルムコンデンサ用積層体となった。

【０００６】また、コーティング薄膜の厚さは定格電圧
が５０Ｖの場合、１μｍ前後が従来の実用の限界であっ
た。薄くした場合、ポリエチレンテレフタレートの滑り
性を得るために添加している微粒子により生じる、１．
５μｍから２μｍの微小な無数の突起と同程度になるた
め、突起が両面コーティング両面金属化フィルム同士の
接着を妨害したり、相手のコーティング薄膜を押し潰す
ために耐圧低下を招く等の問題があった。以上の問題点
から、積層フィルムコンデンサの小形化には限界があ
り、素子体積で１割の小形化も困難な状況であった。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、小形で、高耐湿性の積層フィルムコンデンサ用の積
層体を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の積層フィルムコンデンサ用の積層体は、少な
くとも、一般式が次式（化３），

【０００９】

【化３】

【００１０】で示される化合物（ただし、式中のＲはメ
チレン基数が４以上２０以下の鎖式炭化水素、少なくと
も一方にメチレン基数６以下の鎖式炭化水素基を有する
炭素数４以上２０以下の環式炭化水素基であるか、ある
いは水素原子の一部もしくは全てがハロゲン原子または
アルキル基に置換されたもので、ｎは２以上の整数）で
示されるビニルオキシ基含有化合物から単独あるいは併
用して選ばれた化合物を単独で使用するか、もしくは二
種類以上を併用したものでに含まれるビニル基の６０〜
９５％を反応させてなる成分を有する誘電体かまたは含
有ビニル基の６０〜９５％を反応させてなる成分を有す
る誘電体とその下の積層時に規定された位置に帯状にア
ルミニウムの真空蒸着層を含む静電容量を構成しない部
分と、少なくとも表面部の酸化処理された含有ビニル基
の６０〜９５％を反応させてなる成分を有する誘電体と
その下に表面が酸化処理されたアルミニウムの真空蒸着
層を含む静電容量を構成する部分からなる積層体とする
ことにより、温度特性があまり良くなく、寸法の大きい
ポリエチレンテレフタレートを排除し、かつ８５℃にお
いても比誘電率は２０℃に対して０．５％以内であり、
さらに吸湿率がポリエチレンテレフタレートの五分の一
以下である前記化合物を見いだし、また前記真空蒸着着
膜と前記誘電体の間を前記アルミニウムと前記化合物が
酸素を中心として化学結合が可能になり、外部からの水
の侵入を防止可能な強い接着力が得られるたことによ
り、前記アルミニウムから水や湿気を弾いて防ぐことが
できるようになり、小形・軽量化と高耐湿性を得ること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】一般に、積層フィルムコンデンサ
を小形化するためには、ポリエチレンテレフタレートフ
ィルムを省略することが最も良い方法である。そのた
め、従来から、コーティング薄膜として、グロー放電法
や電子線衝撃法（特公昭４４−２５０１４号公報）が検
討されてきた。しかし、それらの方法では、１μＦの静
電容量のコンデンサを作るのにコーティング薄膜の形成
に時間がかかりすぎたり、反対に短時間で形成させよう
とすると重合が不完全で耐電圧の非常に低いものとな
り、形成速度の早いアクリレート系の材料を用いるとス
チレンやポリプロピレンあるいはポリフェニレンサルフ
ァイドは温度が８５℃においても比誘電率の増加はほと
んど０％なのに対して比誘電率が温度の増加と共に大き
くなり８５℃では５％になったり誘電体損失角も大きな
物になる等の問題があり、また蒸着膜との接着性に欠け
たり、吸湿率が大きかったりしたため層間に湿気や水が
侵入しやすく、侵入すると前記層間が剥離したり、アル
ミニウムの蒸着電極が腐蝕したりするため静電容量の低
下を招くため、市場の要望が高い屋外での使用に必要な
６０℃の温度で９５％の相対湿度の中での連続通電に耐
えない等の問題が解決できていなかった。

【００１２】また、定格電圧１６Ｖで１μＦの静電容量
の積層フィルムコンデンサを製造するためには、従来の
１．５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使
用し、０．４μｍのコート厚を形成させた場合には１８
００層を積層する必要があり、さらに１０μＦの静電容
量の積層フィルムコンデンサを製造するためには、約１
８０００層を積層する必要があり、小形・軽量化の効果
は小さかった。

【００１３】以上の点に鑑み、本発明では、小形・高耐
湿性のフィルムコンデンサとしての魅力に富む新ジビニ
ルオキシ基を有する化合物を開発し、新加工技術により
小形・高耐湿性の積層フィルムコンデンサ用積層体が提
供できるようになったものである。

【００１４】まず、欠点であるコーティング薄膜の形成
に時間がかかりすぎる点に関しては、モノマーの蒸気を
完全に化学反応させながら高分子化して堆積するのでは
なく、電子線を照射した金属層上にモノマーを普通に加
熱して蒸着し、硬化を進行させながら超薄膜を形成した
後に電子線を再度照射することで触ってもべとつかない
程度まで硬化し、極めて膜の表面が平滑で早いコーティ
ング薄膜の形成が可能になったものである。この時、例
えば同じく高分子化速度の早い多官能アクリレートを用
いて液状の薄膜を形成させようとすると、蒸発させるた
めの熱によっても容易に高分子化反応が進行し、蒸発す
る前に固体となってしまう欠点があった。しかし、ビニ
ルオキシ基を有する化合物は、熱による高分子化速度が
極めて低く、ほとんどの化合物で、例えば５μｍの厚み
の液状薄膜を形成するために毎分３００ｍ／ｍｉｎで移
動させる条件でも、そのときの熱で高分子化の反応が起
こらず、非常に厚みの均一な薄膜になることが分かった
ものである。

【００１５】また、電子線による薄膜の高分子化性能は
良好である反面、多少固い性質があり、モノマー中のビ
ニル基の６０〜９５％だけを残すことで、作業性上の支
障がない程度の柔軟性を有することも確認できた。さら
に、表面に多少ビニル基を残存させることを意識的に行
い、そのビニル基を酸化させることで、アルミニウム蒸
着電極との接着力の改善を図ることが可能となり従来の
耐湿性に欠ける欠点も解決できることが確認された。

【００１６】さらに、環式炭化水素基を含んだ場合は特
に耐熱性が高く、一般には１２５℃の高温保証が困難で
あるのに対し、構造によっては１３５℃以上の保証が可
能なものを見出した。

【００１７】そして、ビニルオキシ基では大きな比誘電
率を得ることは難しいが、カルボニル基のような強い極
性基をもたないため、本発明の化合物を用いることで、
比誘電率の温度による変化がほとんどなく、また損失角
もポリスチレンやポリプロピレンに近い小さなものであ
ると同時に、吸湿率も小さいために、前記接着力の向上
との複合効果で６０℃の温度で９５％の相対湿度下で５
００時間の耐湿負荷保証が可能となったものである。

【００１８】具体例として、室温以下の一定温度で表面
温度が制御された、平滑に研磨され硬質のめっきが施さ
れた円筒状の表面またはその上に予め形成された支持体
上のアルミニウム蒸着膜上に電子線を照射し、その上に
１，９−ジビニルオキシノナンからなるモノマを厚さ
０．３μｍの薄膜に真空蒸着し、重合の進行したと考え
られる膜を形成し、条件に応じさらに電子線の照射を加
え最終的にビニル基の７０％を化学結合させ誘電体層を
形成させ、酸素ガスをグロー放電で活性化し前記誘電体
表面と接触させる。その後，容量を形成する必要のある
領域一方側に幅が０．２ｍｍの薄いオイル薄膜を形成さ
せてオイルマージンとなし、一方の電極の絶縁を確保
し、その上に厚さ３０ｎｍのアルミニウム蒸着膜を形成
すると前記オイルマージン上の部分はアルミニウムがは
じかれて一方側が途切れた蒸着電極を形成することがで
きる。そして蒸着が終了すると同時に酸素ガスを接触さ
せると形成したアルミニウムの蒸着膜上に酸化アルミニ
ウム皮膜が形成され耐湿性にすぐれた蒸着電極となる。
次に同様に前記１，９−ジビニルオキシノナンのビニル
基の７０％を化学結合させ誘電体層を形成させ、酸素ガ
スをグロー放電で活性化し前記誘電体表面と接触させ
る。その後，円筒状の表面あるいは支持体に前記オイル
マージン形成を開始して丁度一周したことを検出して、
容量を形成する必要のある領域の対向電極側に相当する
規定された寸法だけずらした位置に同様にオイルマージ
ンの形成を開始する。以下前記アルミニウムの蒸着〜誘
電体の形成〜オイルマージンの形成までの一連の段階手
段を同様に電気的に制御して８００回繰り返したのち、
円筒状に加工されたエンドレスの積層コンデンサ用積層
体を得た。このとき、静電容量に関係する層以外はアル
ミニウム蒸着膜のない誘電体層が含まれていても、ある
いはオイルマージンが全て一方に揃っていてもまたはそ
れらが一切なくとも良い。この後積層コンデンサ用積層
体を必要な大きさで切り出し蒸着電極と接続した外部電
極を形成し無外装チップ型コンデンサを得た。この時の
形状は３．２ｍｍ×２．５ｍｍ×２．０ｍｍであり、従
来のフィルムチップコンデンサの体積比では１／１０で
重量比は約１／２、−５５℃から１２５℃までの静電容
量増加率は、２０℃を中心として±０．４％以内であ
り、その温度条件内で６０Ｈｚから２００ｋＨｚ（形状
が小さいため、空間的分布定数による共振の影響がでな
い範囲）では±１％（比誘電率でみればほとんど変化な
し）、吸湿率は０．１％、はんだ付けは３５０℃ででき
るなど優れた特性であった。

【００１９】さらにその他の具体例としては、下記の化
合物（化４），（化５）

【００２０】

【化４】

【００２１】

【化５】

【００２２】を単独で、あるいはそれらを同時に蒸発さ
せた混合物でも、また少しずらして一つの厚みの中で初
めと終わりが別な成分である傾斜構造でも同様に優れた
特性が得られた。さらに、誘電体厚みは、０．０１μｍ
から１０μｍまでならばほぼ均一な厚みとすることがで
き、耐電圧は３００Ｖ／μｍを越えるなど応用範囲の広
いことが分かった。また、少量ならば、安価で硬化する
前に蒸発が可能な多官能アクリレートあるいは多官能メ
タクリレートやエポキシ樹脂さらには沸点は高いが蒸発
可能な不飽和基を含有するポリエステルモノマ・オレフ
ィンンモノマ等を同様な手法で混ぜることができ、特性
にもあまり影響のないことが分かった。

【００２３】また、本発明における最初の蒸着膜への電
子線照射は、まだメカニズムが解明できていないが、モ
ノマの表面張力が大きい場合でも非常に平滑な厚みむら
のほとんどない薄膜が形成される。

【００２４】さらに、一般式（化６）

【００２５】

【化６】

【００２６】（ただし、式中のＲはメチレン基数が４以
上２０以下の鎖式炭化水素、少なくとも主鎖の一方にメ
チレン基数６以下の鎖式炭化水素基を有する炭素数４以
上２０以下の環式炭化水素基であるか、あるいは水素原
子の一部もしくは全てがハロゲン原子またはアルキル基
に置換されたもので、ｎは２以上の整数）に示したビニ
ルオキシ基を少なくとも２個含有するその他の化合物を
用い含有ビニル基の６０〜９５％を反応させてなる誘電
体にも同様の効果を得た。

【００２７】さらに、蒸着金属としてアルミニウムにつ
いての効果を述べてきたが、ニッケルクロム薄膜蒸着電
極・ＩＴＯ導電性透明電極膜・シリコン上にも良好な接
着力が得られ、その上に形成した多層平行平板コンデン
サも優れた耐湿性と小型化が実現できた。なお、蒸着電
極の形成後にオイル薄膜を気化蒸発させても良く、容量
形成領域から１０％を越えた少なくとも一方の領域の誘
電体の厚みは０μｍであっても良い。そして、具体例で
は、円筒状の表面に形成する手段について述べたが、大
きな面積の回転して移動できる板状の表面でも、寸法の
定められた製品の一部を機械的に位置決めして連続的に
移動する方法でも同様の効果を得た。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小形で高
耐湿性のディスクリートタイプコンデンサ、チップタイ
プコンデンサあるいはＣＲ複合部品・ＬＣ複合部品さら
にはコンデンサ内蔵型のプリント基板、コンデンサ内蔵
型の半導体用基板、表示素子用のベース基板として用い
られる積層フィルムコンデンサ用積層体の提供が可能と
なったものである。なお、本発明によれば誘電体の比誘
電率あるいは損失角の温度による変化がポリスチレン、
ポリプロピレンあるいはポリフェニレンサルファイドと
同等に近い小さな値であるるため温度が−５５℃から１
５０℃まででかつ信号周波数は直流から約１ＧＨｚまで
信号のロスやノイズが発生しにくく同時に、本発明では
三次元架橋構造を有するため、融点が約２７０℃のポリ
フェニレンサルファイドをはるかに越える融点を持たな
いという性質のため、特に応用例として従来のフィルム
チップコンデンサは実装時の温度を融点より少し低い２
６０℃が限界であったが、一般のチップ部品と同じ３５
０℃の温度で実装できるようになったことは産業上価値
がある。

【００２９】また、本発明のモノマとその下面の金属蒸
着への電子線照射の組み合わせによる積層フィルムコン
デンサ用積層体は、一つの金属電極と一つの誘電体層を
組み合わせた単層であっても、優れた耐電圧と電気特性
を有し、金属原子あるいはリンやホウ素原子も移動を阻
止でき耐熱性も非常に高く、ドライプロセスで処理でき
ることから、半導体集積回路のパッシベーション膜やＭ
ＩＭ、ＭＩＳ構造部に組み込んで使え、さらには他のイ
オン化しやすい金属原子やハロゲン原子その他揮発性の
有機酸やアルカリ成分をもともと含まなかったり、モノ
マを蒸発させて加工するため不純物に敏感な表示素子用
の絶縁・誘電体部に用いることができることは非常に価
値がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも含有ビニル基の６０〜９５％
   を反応させてなる成分を有する誘電体あるいは含有ビニ
   ル基の６０〜９５％を反応させてなる成分を有する誘電
   体とその下の積層時に規定された位置に帯状にアルミニ
   ウムの真空蒸着層を含む静電容量を構成しない部分と、
   少なくとも表面部の酸化処理された含有ビニル基の６０
   〜９５％を反応させてなる成分を有する誘電体とその下
   に表面が酸化処理されたアルミニウムの真空蒸着層を含
   む静電容量を構成する部分からなる積層フィルムコンデ
   ンサ用積層体において、誘電体は、一般式（化１）（た
   だし、式中のＲはメチレン基数が４以上２０以下の鎖式
   炭化水素、少なくとも主鎖の一方にメチレン基数６以下
   の鎖式炭化水素基を有する炭素数４以上２０以下の環式
   炭化水素基であるか、あるいは水素原子の一部もしくは
   全てがハロゲン原子またはアルキル基に置換されたもの
   で、ｎは２以上の整数）で示されるビニルオキシ基含有
   化合物から単独あるいは併用して選ばれた化合物を単独
   で使用するか、もしくは二種類以上を併用したものであ
   ることを特徴とした積層フィルムコンデンサ用積層体。 【化１】
2. 【請求項２】 少なくとも含有ビニル基の６０〜９５％
   を反応させてなる成分を有する誘電体かまたは含有ビニ
   ル基の６０〜９５％を反応させてなる成分を有する誘電
   体と、その下の積層時に規定された位置に帯状の真空蒸
   着層を含む静電容量を構成しない部分と、少なくとも表
   面部の酸化処理された含有ビニル基の６０〜９５％を反
   応させてなる成分を有する誘電体とその下に表面が酸化
   処理された真空蒸着層を含む静電容量を構成する部分か
   らなる積層フィルムコンデンサ用積層体の製造方法にお
   いて、少なくとも真空蒸着層の上に、電子線を照射する
   段階と、一般式（化２）（ただし、式中のＲはメチレン
   基数が４以上２０以下の鎖式炭化水素、少なくとも主鎖
   の一方にメチレン基数６以下の鎖式炭化水素基を有する
   炭素数４以上２０以下の環式炭化水素基であるか、ある
   いは水素原子の一部もしくは全てがハロゲン原子または
   アルキル基に置換されたもので、ｎは２以上の整数）で
   示されるビニルオキシ基含有化合物から単独あるいは併
   用して選ばれた化合物を単独で使用するか、もしくは二
   種類以上を併用したモノマを単独かまたは複数の蒸発源
   から加熱蒸発する段階と、前記電子線の照射された直後
   の真空蒸着層上にモノマ膜を凝縮する段階と必要に応じ
   て放射線を照射する段階と、その表面を酸素グロー放電
   にさらす段階とその上の所定の位置にオイルの薄膜を凝
   縮する段階と、金属を蒸着する段階と前記各段階に形成
   すべき物体あるいは支持体を配置・移動する手段、その
   移動を一回以上連続して配置・移動を制御する手段及び
   前記形成した物体あるいは支持体上からはずして取り出
   す段階からなることを特徴とした積層フィルムコンデン
   サ用積層体の製造方法。 【化２】