CN1195177A - 锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种锌蒸镀层均匀而薄的,防氧化的,并且静电容量稳定的锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器。本发明的锌蒸镀膜具备塑料薄膜10、在塑料薄膜10表面上蒸镀的铝核12、在蒸镀有铝核12的塑料薄膜10的表面上蒸镀的锌层14、在锌层14上蒸镀的氧化硅层16。铝核12的附着量为0.3—4.0mg/m2,锌层14的附着量为40—500mg/m2,氧化硅层16的附着量以硅附着量计为0.4—3.0mg/m2。

Description

锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器
本发明涉及锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器。
金属化薄膜电容器，具有例如象图6那样的结构：将在带状的塑料薄膜1的1个面上形成铝或锌蒸镀膜2而构成的金属蒸镀膜3，两枚重叠卷成圆柱状，再在该圆柱体的两端喷镀电极5，因为金属蒸镀层非常薄，所以即使在薄膜的弱点部位发生电压破坏，也因短路电流产生焦耳热，使破坏部位周边的金属蒸镀层蒸发而恢复绝缘，即具有这种所谓自我恢复性的特征。
一般使用铝或锌作为在金属镀薄膜上形成的金属薄膜，但是铝薄膜因电晕放电易发生侵蚀，由于电极面积的消失，电容器容量有逐渐减少的倾向。另外，在铝薄膜的场合，与喷镀在电容器元件两端的锌电极的接合性差，因电阻增大产生焦耳热，所以具有耐电流性低的缺点。
另一方面，锌薄膜没有产生侵蚀的问题，与喷镀电极的接合性也良好，但具有耐蚀性(耐湿性)差的缺点，在保存中与水分反应生成多孔质的Zn(CH)2产生腐蚀，使电容器的特性劣化。因此，在使用锌薄膜时，采用在锌蒸镀薄膜上含浸蜡或绝缘油等方法，但这导致成本增高，而且含浸蜡或绝缘油需要几十小时的长时间，使生产率变差。
作为解决这些问题的方法，在特开昭62-277712号公报中记载了在塑料薄膜表面上形成锌蒸镀层，再形成50-1000埃的SiO或SiO2蒸镀层的结构。通过形成这样的SiO或SiO2蒸镀层保护锌蒸镀层的表面，得到了防止锌薄膜Zn(OH)2化的效果。另外，由于氧化硅层的形成可以与锌蒸镀在同一生产线上连续进行，所以生产率也高。
可是，最近为了提高对金属化薄膜电容器耐电压特性的信赖性，希望金属蒸镀薄膜的金属蒸镀层更薄。这是因为，如果减薄金属蒸镀层，那末在重合的2枚薄膜的金属蒸镀层间发生短路时，该短路处的金属蒸镀层用更少的焦耳热就可局部蒸发，短路给予金属蒸镀薄膜的损坏易于消除，不仅通过提高所谓的自我恢复性使电容器的耐电压特性提高，而且因为用较少的蒸镀金属量就可达到目的，所以可削减制造成本，也能够提高制造效率。
但是，在以薄的方式蒸镀锌时，均匀地形成蒸镀膜变得困难，锌蒸镀层对塑料薄膜的密着性变差，稍微摩擦就使锌蒸镀层剥离。并且产生种种问题：难以用氧化硅蒸镀层获得保护效果，在保存期间部份转移成锌的氧化物，得不到予定的静电容量等。因此，在现实中，要制造使锌层薄膜更薄的金属化薄膜电容器是困难的。
本发明监于上述情况，其目的是：提供一种尽管锌蒸镀层的表面电阻值均匀提高，耐腐蚀性也优良的锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器。
本发明的锌蒸镀薄膜的特征在于，具备塑料薄膜、在上述塑料薄膜的表面上蒸镀的铝核、在蒸镀有上述铝核的上述塑料薄膜的表面上蒸镀的锌层、和在上述锌层上蒸镀的氧化硅层。
另外，本发明的金属化薄膜电容器，是具有叠层2种金属蒸镀薄膜的金属化薄膜电容器，其特征在于，上述金属蒸镀薄膜的至少一个具备塑料薄膜、在上述塑料薄膜的表面上蒸镀的铝核、在蒸镀有上述铝核的上述塑料薄膜的表面上蒸镀的锌层、和在上述锌层上蒸镀的氧化硅层。
图1是表示本发明的锌蒸镀膜一个实施方式F1的断面扩大图。该锌蒸镀薄膜F1具有塑料薄膜10、在该塑料薄膜10的表面上蒸镀的铝核12、在蒸镀有铝核12的塑料薄膜10的表面上蒸镀的锌层14、和在锌层14上蒸镀的氧化硅层16。
塑料薄膜10的材质不作限定，但一般可以示例出由聚对苯二甲酸乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯硫、聚偏氟乙烯选择的1种或者2种以上叠层形成。塑料薄膜10的厚度应当按用途适宜设定，但一般为0.5-25μm，更佳为1.5-16μm。塑料薄膜10的平面形状不限。
铝核12是用真空蒸镀法、高频磁控管溅射法等溅射法蒸镀在塑料薄膜10表面上的，其附着量希望为0.3-4mg/m2。铝核12的附着量不足0.3mg/m2时，难以得到本发明的效果。而比4mg/m2更厚时，因为会对锌层14的电特性给予影响，所以不佳。一般的更佳范围是0.6-3.0mg/m2，特别是使锌层薄膜化，表面电阻达到15Ω以上时，希望为1.0-3.0mg/m2。
因为铝活性高，所以即使是对塑料薄膜10仅以上述那样的微量进行蒸镀的场合，也能够在塑料薄膜10的待蒸镀面积的整个面上，作为极小的粒子均匀地附着。这样，在铝核12均匀分散的塑料薄膜10上蒸镀锌时，在进行极薄膜蒸镀时也易于形成均匀的膜。
与此相反，在不形成铝核12而蒸镀锌的场合，要形成厚度均匀且薄的锌层14是困难的。其理由认为是因为锌粒子对塑料薄膜10的磨合差，不但难以在塑料薄膜10上固着，而且附着到塑料薄膜10上的锌粒子在薄膜表面移动，发生局部凝集，使膜不能均匀成长。本发明人过去除了铝以外，也对例如在蒸镀铜核后再形成金属蒸镀层进行试验，但在使用铜核的场合，要象使用铝核12时那样形成均匀且薄的锌层是困难的，锌层14的耐蚀性也降低。其原因不明，但是就铝而言，据推测是由于附着在塑料薄膜10上的金属核的平均粒径小，核数多，并且核的分散性也好，所以锌层14的膜结构完整，而不是因为其活性点密度减少。另外，因为铝核12在蒸镀时的热容量小，对塑料薄膜10的热损害也少，所以这一点也构成了上述的效果差别，有可能表现出来。
锌层14的附着量一般为40-500mg/m2为佳，更佳为70-300mg/m2，特别是在得到表面电阻值15Ω/□以上的场合，希望为40-90mg/m2。另外，认为有实用可能的锌层14的表面电阻值上限为40Ω/□左右。锌14的蒸镀方法不作特别限定，可采用真空蒸镀法或高频磁控管溅射法等溅射法。
氧化硅层16是由SiOX形成的，X值为以0.5-2.0为佳。X无论是比上述范围还小，或是相反还大，阻挡性都变差，X更佳为1.0-2.0，尤佳为1.5-1.8。
氧化硅层16的附着量以硅的附着表示，一般以0.4-3.0mg/m2为佳，更佳为0.8-1.5mg/m2。特别是锌层14的表面电阻值成为15Ω/□以上的场合，希望为1.0-1.5mg/m2。氧化硅层16的附着量不足0.4mg/m2时，难以得到由与铝核12的相乘效果造成的防氧化效果，使锌层14的耐蚀性降低。据认为，氧化硅层16的厚度以硅附着计薄达2.0mg/m2(质量膜厚＝9埃左右)时，氧化硅层16不是致密的膜，而成为多孔膜。即使是这样的多孔膜也能获得耐蚀性提高效果的理由认为是因为氧化硅有选择地结合在锌层14表面的活性点(缺陷、台阶等)上，防止了锌的氧化物、氢氧化物的生成、生长。在本发明中，据推测是因为采用铝核12使锌层14的膜结构完整，所以表面的活性点密度减少，而不是因为氧化硅有效地掩盖了活性点。
另一方面，本发明的金属化薄膜电容器的特征是，使用由以上那样结构构成的锌蒸镀薄膜F1，除此点之外可以与过去结构相同。即，在回卷型电容器的场合，如图4所示，将上述锌蒸薄膜F1的2枚重叠、或在上述锌蒸镀薄膜F1上重叠其它种金属蒸镀薄膜F2，再卷起，在该回卷体的两端通过喷镀等接合电极54、56，形成由这些电极54、56引出的端子，并且形成将全体复盖的外包装。另外一方面，在叠层型电容器的场合，将上述锌蒸镀薄膜F1多枚叠层，或者与其它钟金属蒸镀薄膜交互叠层，每一枚薄膜交互不同地接续2种电极，也可设置外包装。
以下说明由上述结构构成的锌蒸镀薄膜制造方法的一个例子。
图2示出了可在该方法中使用的制造装置的一个例子。符号20是真空容器、其内部用未图示的真空泵减压，可以按要求导入各种气体。在真空容器20内，配置放出塑料薄膜10的开卷机22、对蒸镀处理后的金属蒸镀薄膜F1进行卷取的卷绕机44。在开卷机22上卷绕的塑料薄膜10设定为实际制造电容器时的薄膜宽度的多数倍以上，在蒸镀工序结束后，切断成为要求的宽度供电容器制造用。本发明中所说的锌蒸镀薄膜，宽度大的状态及切断后宽度窄的状态都包括在内。
在开卷机22和卷绕机44之间，分别以引导薄膜10的方式，顺序配置辊24、第1冷却辊26、辊36、第2冷却辊38及辊42，都用未图示的驱动装置以同步行进的方式回转驱动。
在辊24和第1冷却辊26之间，对着薄膜10配置油附着装置28。油附着装置28是在塑料薄膜10的表面上附着掩蔽油用的，为的是形成边缘的形状，在本例的情况下，在欲形成图3所示的横边缘18及纵边缘19的部份附着掩蔽油。油附着装置28是一种印刷装置，但不是一般的直接印刷装置，为了不使塑料薄膜10受到损伤，最好与塑料薄膜10之间空出间隙，以非接触方式喷涂掩蔽油或其蒸汽进行印刷。
在油附着装置28内，装入全氟代烷基聚醚等氟系化合物油，将该油雾化或蒸汽化喷出，使之附着在塑料薄膜10欲进行金属蒸镀的面上，使得在塑料薄膜10的表面上，形成与图3所示的边缘18、19对应形状的油附着部。籍此阻止铝核12及锌层14向油附着部的蒸镀，从而形成不蒸镀金属的边缘18、19。但是，边缘18、19也可按照所要求的制品规格适宜进行变更，如有必要也可制做没有边缘部的锌蒸镀薄膜。
第1冷却辊26和和2冷却辊38，其内部都有使冷介质流体循环的回路，由未图示的冷介质供给装置连续供给氟里昂等冷介质，将表面温度恒定冷却为例如-10--30℃。但是并不受此温度范围的限制。
真空容器20的下部由水平板30隔开，在该隔板30上形成开口部30A，30B，通过该开口部30A、30B，第1冷却辊26和第2冷却辊38的下端部突出到隔板30的下方，塑料薄膜10紧密附着在该突出的第1冷却辊26和第2冷却辊38的下端部，实现同步地输送。
在第1冷却辊26下端部与薄膜行进方向上流侧部份相对的位置，朝向第1冷却辊26配置核附着装置32。核附着装置32是用于将铝微量蒸镀到塑料薄膜10上形成铝核12，通过真空蒸镀法或溅射法等发生铝蒸汽，均匀喷吹到塑料薄膜10的整个面上。这样，在除了油附着部分的整个面上，以均匀的密度附着铝核12。用核附着装置的适当的铝蒸镀量已如前述。
在与第1冷却辊26下端部的下流侧相对的位置，朝向第1冷却辊26配置锌蒸发源34。锌蒸发源34是用于将锌以一定的厚度蒸镀到塑料薄膜10上，通过真空蒸镀法或溅射法发生锌蒸汽，使之均匀地附着在塑料薄膜10的整个面上。使用锌蒸发源的适宜的锌蒸镀量已如前述。
在与第2冷却辊38的薄膜回卷面相对的位置，朝向塑料薄膜10配置氧化硅蒸发源40。氧化硅蒸发源是用于使SiOX蒸发并蒸镀到锌层14上，适宜的蒸镀量和适宜的X值已如前述。
以下说明使用上术装置制造金属蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器的方法。
开卷机22、辊24、36、42、第1冷却辊26、第2冷却辊38、以及卷绕机44全部同步回转驱动。首先，由油附着装置28喷出的油或其蒸汽喷吹到由开卷机22放出的塑料薄膜10上，形成具有边缘形状的油附着部分。
附着有油的塑料薄膜10回卷在第1冷却辊26上，在其回卷部份的上流位置，用核附着装置32以均匀的密度蒸镀微量的铝核12，接着，用锌蒸发源34形成一定厚度的锌层14。此时，在油附着部份不蒸镀铝核12和锌层14。
形成锌层14的塑料薄膜10卷到被强制冷却的第2冷却辊38上，在紧密附着状态下，由氧化硅蒸发源40将蒸汽喷吹到其上，在层14上形成氧化硅层16。形成氧化硅16而制成的锌蒸镀薄膜F1顺序卷取到卷绕辊44上。
图3示出了卷取在卷绕辊44上的锌蒸镀薄膜F1的一个例子。在此例中，形成了沿塑料薄膜10长度方向延伸的纵边缘19，以及朝宽度方向延伸的横边缘18，但在本发明中没有必要对边缘形状作限定。按照要求不形成边缘也是可能的。
图3的锌蒸镀薄膜F1在剪切机装置中剪切，沿图3中的点划线裁断，使之合乎待制造的电容器的尺寸。裁断的细幅的锌蒸镀薄膜F1分别回卷在绕线筒上，然后移送到电容器制造工序。
在电容器制造工序中，如图4所示，将锌蒸镀薄膜F1和第2个金属蒸镀薄膜F2以金属蒸镀面朝向同侧的方式重叠。金属蒸镀薄膜F2既可以是与锌蒸镀薄膜F1完全相同的，也可以是锌蒸镀薄膜F1省去横边缘18，也可以蒸镀的是其它种金属，但宽度应相互大致相同。在重叠状态下，在各薄膜F1、F2上形成的纵边缘19、52相互设置在相反侧，并且偏移定位在相搭对的薄膜金属蒸镀面的内侧。这是为了便于用喷镀等方法将电极54、56分别接合在各蒸镀层14、50上。
在锌蒸镀薄膜F1上形成图4所示形状的边缘18、19的场合，通过与本发明的组合获得了以下的有利点。即，在采用这样的边缘形状时，由于金属蒸镀层分割成多个矩形状，在任何一个矩形区域中，在发生靠自我恢复性尚未恢复的短路的场合，金属蒸镀层的矩形区域和电极54的交界部份H因焦耳热蒸发，可以说是熔断器成为切断状态，朝短路位置的电流供给停止。然而实际上，这种边缘形状专限于使用铝蒸镀层的场合。这是由于，在这种边缘形状下，与图5那样的熔断器部60相比，熔断器部H的宽度大，因此在难以薄膜化的锌层中不能得到充分的熔断效果。但在采用本发明时，使锌层14薄膜化变得容易，因此即使采用这样的边缘形状，也能够得到足以信赖的熔断器效果。而且这种边缘形状，与能达到熔断器效果的其它边缘形状相比，还有制造成本低的优点。
另一方面，图5是图4中所用的锌蒸镀薄膜F1再追加纵边缘58而形成的，籍此形成了熔断器部60。这样的边缘形状自然也可以采用。
如图4或图5那样重叠的薄膜F1、F2，卷成例如圆柱状，在其两端形成电极54、56，在其上接续导线等端子，再形成由绝缘体构成的外包装，从而制成金属化薄膜电容器。电极54、56的形成一般是通过喷镀金属，特别是锌而进行。由于本发明的锌蒸镀薄膜具有锌层14，所以与喷镀的锌电极的接合性良好，具有难以产生因接合不良造成电阻的优点。
按照由上述结构构成的锌蒸镀薄膜，通过铝核12的作用。能够以薄而且均匀的厚度蒸镀锌层14，因此可提高锌层14的表面电阻值，容易使电容器的自我恢复性比过去产品提高。另外，通过形成铝核12，使在锌层14薄的场合锌层14的结构也比较完整，因此，锌层14表面上存在的结晶构造混乱的活性点(缺陷和台阶等)的分布密度能够降低。籍此，用氧化硅层16能够有效地掩蔽锌层14的表面活性点，因此尽管锌层14薄，也可以充分提高锌层14的耐蚀性。因而可以防止减薄膜层14时成为问题的Zn(OH)2化造成锌层14面积减少，能够防止其容量在保存中变化。
也就是说，在本发明中，通过铝核12及氧化硅层16的相乘效果，不但满足了作为制品所要求的锌层14的耐蚀性，而且能够使锌层14变薄以提高其表面电阻，因此同时提高了耐蚀性及自我恢复性。另外，由于用较少的锌层14及氧化硅层16蒸镀量即可解决，所以不仅能降低蒸镀所需要的费用，而且也能够提高蒸镀工序中的在线速度，提高生产率。
实施例
实验1
分别完成了在塑料薄膜上附着铝核后，蒸镀形成锌层，再形成氧化硅层的本发明实施例1-6及比较例1、2，和代替铝核附着铜核后，蒸镀形成锌层，再形成氧化硅层的比较例3-8，测量锌层的密着性及高湿度高温环境下的锌层表面电阻的变化率。在完全不附着蒸镀核时要蒸镀形成锌层是困难的。
实验中使用的塑料薄膜是宽30mm，厚5μm的聚丙烯薄膜。核的附着方法、锌层及氧化硅层的形成方法采用真空蒸镀法。
锌层的密着性，通过将制成的锌蒸镀薄膜在室温大气中放置24小时后，在氧化硅层上贴上赛璐玢管，然后将其引剥来进行评价。评价基准如下，用“4”表示剥离部份的面积占粘贴面积的不足20％，用“3”表示剥离部分的面积占粘贴面积的20％以上50％以下，用“2”表示剥离部分的面积占粘贴面积的50％以上80％以下，用“1”表示剥离部分的面积占粘贴面积的80％以上。
按以下方法求出锌层的表面电阻变化率。首先，由制成的锌蒸镀薄膜上切出多个长度为10m的试验品，分别使2枚同种薄膜相互重叠，然后用卷取装置卷成圆柱状，将其作为试样。接着，将这些试样以70℃×80％RH×12小时的条件置于高温多湿环境中，使用横河电机株式会社制“组试验器L-3型”，以JIS C 2316之8(7)为基准，测量这种劣化试验前后锌层的表面电阻。由所测定的表面电阻值按下式计算表面电阻变化率。
表面电阻变化率(％)＝([试验后的电阻值]/[试验前的电阻值]-1)×100将实验1的结果示于表1。
表1
试料     核种类和膜厚(mg/m2)   锌层膜厚(mg/m2)   氧化硅层膜厚(mg/m2)   锌层的密着性   锌层电阻变化率(％)
比较例1     Al：0.2     130     1.0     2     25
实施例1     Al：0.3     130     1.0     2     18
实施例2     Al：0.6     130     1.0     3     15
实施例3     Al：1.0     130     1.0     4     12
实施例4     Al：2.0     130     1.0     4     10
实施例5     Al：3.0     130     1.0     4     8
实施例6     Al：4.0     130     1.0     4     8
比较例2     Al：6.0     130     1.0     4     6
比较例3     Cu：0.3     130     1.0     1     30
比较例4     Cu：0.6     130     1.0     2     25
比较例5     Cu：1.0     130     1.0     3     22
比较例6     Cu：2.0     130     1.0     3     20
比较例7     Cu：3.0     130     1.0     3     20
比较例8     Cu：4.0     130     1.0     4     15
实验2
在塑料薄膜上附着铝核后蒸镀形成锌层、再形成氧化硅层的本发明的构成中，铝核的附着量和锌层的附着量依旧保持一定，氧化硅层的厚度变化，与实验1同样测定锌层的表面电阻变化率。将结果示于表2。
表2
试料   核种类和膜厚(mg/m2)   锌层膜厚(mg/m2)   氧化硅层膜厚(mg/m2)   锌层电阻变化率(％)
比较例9   Al：1.0     130     0.3     23
实施例7   Al：1.0     130     0.4     20
实施例8   Al：1.0     130     0.8     15
实施例9   Al：1.0     130     1.0     12
实施例10   Al：1.0     130     1.5     10
实施例11   Al：1.0     130     2.0     8
实施例12   Al：1.0     130     3.0     8
比较例10   Al：1.0     130     4.0     5
如上所说明的那样，按照本发明的锌蒸镀薄膜及金属化薄膜电容器，通过铝核及氧化硅层的相乘效果，不但满足作为制品所要求的锌层的耐蚀性，而且可以使锌层变薄，因此获得有良好自我恢复性的优良效果。
附图的简单说明
图1是表示本发明的锌蒸镀薄膜一个实施方式的断面放大图。
图2是表示在图1的锌蒸镀薄膜的制造中所使用的装置一个例子的侧面图。
图3是本发明的锌蒸镀薄膜一个实施方案的平面图。
图4是本发明的金属化薄膜电容器一个实施方式的展开图。
图5是本发明的金属化薄膜电容器另一实施方式的展开图。
图6是将过去的金属化薄膜电容器一部份分解的斜视图。
符号的说明
F1        锌蒸镀薄膜
10        塑料薄膜
12        铝核
14        锌层
16        氧化硅层
18，19    边缘

Claims (5)

1.锌蒸镀薄膜，其特征在于，具备塑料薄膜、在上述塑料薄膜的表面上蒸镀的铝核、在蒸镀了上述铝核的上述塑料薄膜的表面上蒸镀的锌层、和在上述锌层上蒸镀的氧化硅层。
2.权利要求1所述的锌蒸镀薄膜，其特征在于，上述铝核的附着量为0.3-4.0mg/m2，上述锌层的附着量为40-500mg/m2，上述氧化硅层的硅附着量为0.4-3.0mg/2。
3.权利要求1或2所述的锌蒸镀薄膜，其特征在于，上述锌层的表面电阻值为1-50Ω/□。
4.金属化薄膜电容器，是具有叠层2种金属蒸镀薄膜的金属化薄膜电容器，其特征在于，上述金属蒸镀薄膜的至少一个具备塑料薄膜、在上述塑料薄膜的表面上蒸镀的铝核、在蒸镀有上述铝核的上述塑料薄膜的表面上蒸镀的锌层、和在上述锌层上蒸镀的氧化硅层。
5.权利要求4所述的金属化薄膜电容器，其特征在于，在上述金属蒸镀薄膜的至少一个上，形成沿上述金属蒸镀薄膜的宽度方向延伸的边缘。
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