JPH09500495A - コンデンサを製造するための方法と同方法によって得られるコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンデンサを製造する方法。金属エレメント上への誘電体の付着は、遠隔窒素プラズマによるオルガノシリコンまたはオルガノゲルマニウム含有ガスの解離から生ずる気体エレメントを重合させることによって実施される。本発明は、積重ね形式または巻きフォイル形式のコンデンサ、パワー・コンデンサ、及びワイヤ・コンデンサに適用される。

Description

【発明の詳細な説明】 コンデンサを製造するための方法と 同方法によって得られるコンデンサ 本発明は、コンデンサを製造するための方法とこのような方法によって得られ るコンデンサに関する。 本発明は、さらに具体的に積重ねフォイル形(stacked-foil)または巻きフォイ ル(wound-foil)形のコンデンサの点から説明されるが、後述するように、例えば ワイヤ・コンデンサなど他の形式のコンデンサにも関する。 積重ねフォイル形または巻きフォイル形のコンデンサの製造における一つのス テップは、金属被覆プラスチック・フォイルを製造することから成り、このフォ イルの表面の一方は誘電体から成り、他方は金属から成る。これには、誘電性フ ォイルの上に金属を付着させること、または金属フォイルの上に誘電体を付着（ デポジション）である。 後者の場合には、誘電体を、押出し、ラッカ塗布、真空吹付け、または放電プ ラズマ重合など種々の方法を用いて付着させることができる。 金属フォイルは一般に、全体的に金属被覆されているか、ま たは機械的な理由で、金属被覆法によって片面または両面が被覆された柔軟な誘 電性支持体から成る、幅広いフォイルである。 当業者には周知のように、放電プラズマ重合法は、放電プラズマを用いて付着 用前駆体ガスの構成エレメントを解離させることから成る。次に解離生成物は金 属フォイルの表面で重合することによって再結合し、付着物自体を形成する。 放電プラズマ重合法は、常に大きな実施上の問題に遭遇してきた。 まず第一に、この重合法に使用すべき化学物質の選択が、完全に満足できるも のではなかった。したがって、この方法によって得られる誘電体の損失タンジェ ント値は常に非常に高いものであった（最良の場合でｔａｎδ＝１０^-3）。 第２に、モノマー化合物の付着速度が常に低く、この方法の工業化が難しかっ た。 本発明には上述の欠点がない。 本発明は、金属エレメント上に誘電体を付着するステップを含むコンデンサを 製造するための方法であって、前記付着ステップがオルガノシリコンまたはオル ガノゲルマニウム・ガスの遠隔窒素プラズマ(remoto nitrogen plasma)による解 離から生 ずる気体エレメントの重合によって実施されることを特徴とする方法を対象とす る。後で明らかになるように、遠隔窒素プラズマは流動遠隔低温プラズマ(flowi ng remote cold plasma)であることが好ましい。流動遠隔低温プラズマは、ポリ マー、殊にコンデンサ誘電体として使用されるような絶縁ポリマーの付着に特に 有利であることが判明している。 次に本発明の様々な実施例を、添付の図面を参照して説明する。 第１図は、金属フォイル上への誘電体の付着を可能にする、本発明による装置 の原理を示す概略図である。 第２図は、本発明による誘電体が上に付着された誘電性支持体を有する形式の 広幅金属フォイルの断面図である。 第３図は、本発明による誘電体が上に付着された完全に金属被覆された形式の 広幅金属フォイルの断面図である。 第４図は、第２図に示すような広幅のフィルムを裁断して得られる金属被覆プ ラスチック・フィルムのフォイルから作成される、フォイル・コンデンサの断面 図である。 第５図は、第３図に示すような広幅のフィルムを裁断して得られる金属被覆プ ラスチック・フィルムのフォイルから作成さ れる、フォイル・コンデンサの断面図である。 全ての図の中で同一の参照番号は同一の要素を示す。 第１図は、金属フォイル上への誘電体の付着を可能にする、本発明による装置 の原理を示す概略図である。 付着用前駆体ガスは遠隔窒素プラズマによって解離される。次に解離生成物が 金属フォイルの表面上に付着し、付着物自体を形成する。 遠隔プラズマは流動遠隔窒素プラズマであることが好ましい。流動遠隔窒素プ ラズマは、放電プラズマの中に形成された活性種を抽出し膨張させることにより 、電界の外側で反応装置において数ｈＰａの圧力で得られる。 この場合、窒素供給源４は管５を介してキャビティ６中に入る。管５における 窒素の圧力は１ｈＰａから２０ｈＰａの間である。マイクロ波発生装置７によっ て発生する波の効果によって、キャビティ６中で放電が維持される。マイクロ波 発生装置７から来る波の周波数は、例えば２４５０ＭＨｚまたは４３３ＭＨｚで ある。窒素はキャビティの出口で励起され、その後、放電から励起種（電子、イ オン、及び励起原子）を抽出することによって反応装置８中で流動遠隔低温プラ ズマが得られる。 本発明によれば、反応装置８内の流動遠隔低温プラズマは、電子もイオンも事 実上含まない。反応種は本質的に原子、遊離基、ならびに電子及び振動によって 励起された分子種である。このような遠隔低温プラズマは、キャビティから比較 的離れた領域でのみ得ることができる。したがって、キャビティ６の出口を反応 装置８の入口から分離する管５の長さをそれに応じて選定しなければならないこ とになる。例えば、この長さを１メートル以上にすることができる。 流動は真空ポンプ９を使用して実施される。金属フォイルＦの表面上で再結合 される種の寿命は比較的長く、例えば１０秒台の寿命が測定されている。したが って、遠隔低温プラズマと付着用前駆体ガスの流量は例えば５０ｃｍ／秒ないし ２ｍ／秒とすることができ、種の再結合なしにキャビティ６を反応装置８から分 離する長さは、例えば数メートル程度とすることができる。付着用前駆体ガス１ ０は、キャビティ６の出口と放電の励起種が反応装置８に入る場所との間で管５ 中に導かれる。付着用前駆体ガス１０は、金属フォイルＦの表面に付着すべき種 の再結合を防ぐため、キャビティ６よりも反応装置８の近くに導入することが好 ましい。ガス１０は、オルガノゲルマニウム 化合物でよい。また、このガスはアルコキシシラン、シロキサン、またはシラザ ンのうちから選んだオルガノシリコン化合物であってもよい。本発明の好ましい 実施例によれば、テトラメチルジシロキサンである。 遠隔プラズマを使用することは本発明の一つの利点である。その理由は、放電 プラズマと比較して遠隔プラズマはほとんど電子を持たず、また放電に由来する 高エネルギー放射を含まない活性媒体であることである。放電から生ずる電界が ないと、金属フォイル上への重エレメントの付着を助けることになる。この場合 、金属フォイルＦは反応装置８の内部に置かれたリール１３の形状をしている。 各フィルム・リール１３は速度Ｖで解かれてフォイルＦを提示する。その後、遠 隔窒素プラズマ付着を長さｄにわたって実施する。誘電体で被覆することを望ま ない表面部分は当業者に周知の装置によってマスクする。これは第２図及び３に 見られるように、金属フォイルＦの一面の全部または一部を含むことができる。 本発明の好ましい実施例によれば、気体状オルガノシリコン化合物を注入する 装置は酸素源１１に連結されている。オルガノシリコン化合物と同時に反応装置 ８中に導入される酸素が存 在すると、金属フォイル上での誘電層の形成速度が加速されて有利である。その 理由は、酸素不在下で生成された流動遠隔低温プラズマ中ですでに非常に少ない 電子の数が１０００分の１程度に減少して有利だからである。 したがって、フィルムが送られる速度は、付着される誘電体の厚さが０．１ミ クロン程度の場合、１ｍ／秒程度の値に達する。酸素の含有量は反応装置８中に 存在するガス混合物の数パーセント程度である。 オルガノシリコン化合物注入装置によって、別のドーパント１２が反応装置中 に導入されてもよい。これは例えばＮＨ₃、ＮＦ₃、ＣＦ₄、ＳＦ₆で示される化学 式を有する気体のいずれか一つである。この第２のドーパントは、第１ドーパン トの作用を強化することができる。 本発明の他の利点は、すぐれた付着性と均質性を有し、かつ得られる厚さを必 要に応じて０．０２ミクロンから数ミクロン例えば５ミクロンまで変えることの できる誘電層が付着されることである。誘電層の付着性を向上するために、反応 装置中にプラズマ発生ガスのみを注入することによって金属エレメントを事前処 理することができる。第１図に示すように、誘電体の 付着が実施されると、金属被覆されたフィルムはリール１４の形に巻き取られる 。 従来技術によれば、放電プラズマ援用付着は加熱された基板上で実施される。 流動遠隔低温プラズマ付着の他の利点は、付着が実施される基板を加熱する必要 がないことである。したがって基板の物理学的性質の劣化がない。これにより、 本発明による方法によって得られる構成部品の信頼性が低下しないことになる。 さらに、解かれているフィルム上で付着を実施するために、このフィルムを加熱 する必要がないことは有利である。 反応装置中に導入されるオルガノシリコン化合物は次のものとすることができ る。 下記の化学式を有するアルコキシシラン： 下記の化学式を有するシロキサン： または、下記の化学式を有するシラザン： したがって、得られる付着物の比誘電率は３０以上となる。本発明によれば、 酸素源１１またはドーパント１２は、付着物の比誘電率の値をさらに上げるため に、チタン酸化物、例えばチタニウム（ＩＶ）イソプロピラートを含むことがで きる。先験的に、比較的高い誘電率を有する誘電体はしばしば高い損失と低い耐 熱性を示すということが、当業者に周知である。 この場合、本発明による誘電体の付着はこれらの欠点を示さなかった。 耐熱性が改善され、最高使用温度は３００℃程度に達する可能性がある。 本発明の他の利点は、小容積で例えば１５００ｎＦ／ｍｍ³にも達する高い静 電容量を実現できることである。 誘電体の破壊電圧が大幅に改善され、例えばミクロン当たり２０００ボルトに 達する可能性がある。 第２図は、本発明に従って誘電体が付着された誘電性支持体を有する形式の広 幅の金属フォイルの断面図を示す。 ポリエステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、または類似の材料のフィ ルムなど柔軟な誘電性フィルムから成る誘電性支持体１が、その両面を金属被覆 ２で覆われている。 当業者には周知のように、金属被覆２は誘電性フォイル１を完全には覆わない 。ゾーン３には金属被覆は全くない。本発明による方法は金属被覆２上のみなら ず誘電性支持体１上でも付着が可能なので有利である。 後続のスクープ金属コーティング作業を容易にするために、誘電性付着物１５ は金属フォイルの全表面を覆わない。したがって誘電性付着物が存在しない金属 被覆ゾーン１６が現れる。 第２図では、誘電性付着物１５は金属フォイルの片面のみに示されている。た だし、本発明はまた誘電体の付着がフォイルの両面に実施される場合にも関する ものである。 第３図は、本発明に従って誘電体が付着された完全に金属被覆された形式の広 幅の金属フォイルの断面図を示す。 誘電層１５は、完全に金属被覆された形の金属フォイルＦの両面を覆っている 。この両表面上で、次に実施されるスクープ金属コーティング作業ができるよう に、ゾーン１６は金属被覆がない状態に残される。誘電層１５は金属フォイルを 、その表面上のみならず厚さの方向にも覆う。したがって本発明による方法によ って、金属フォイルの両側縁上に誘電体を均質に付着することが可能になる。 金属フォイルの縁上に誘電体を付着する場合の利点については、後で説明する （第５図を参照のこと）。 第２図と第３図は、本発明の方法に従って誘電体が付着された金属フォイルの 二例を示す。本発明による方法で、積重ねフォイル形または巻きフォイル形のコ ンデンサの製造に必要な金属被覆プラスチック・フォイルの製造が可能になるこ とは明らかである。 誘電体付着作業が完了すると、次にコンデンサを製造する工程は従来の技術に 従ったものになる。 すなわち、広幅のフィルムを金属被覆されたプラスチック・フィルムの条片に 裁断する。第２図と第３図に示すように、この裁断は軸ＡＡ’に沿ってゾーン３ とゾーン１６の中心部分で 実施される。 広幅のフィルムを裁断した後に、各金属被覆プラスチック・フィルム条片をフ ラット・コイルの形状に巻き取る。 したがって、積重ねフォイル形コンデンサを製造する工程は、次の主要ステッ プを含む。すなわち、 − マザー・コンデンサを形成するために、少なくとも一対の金属被覆プラスチ ック・フィルムを、後続のスクープ金属吹付け作業を容易にする目的で、フィル ム間にずれができるように大直径のホイールに巻き付けるステップ。 − 将来のコンデンサのプレートを形成するため、マザー・コンデンサの側壁上 にスクープ法を用いて金属を吹き付けるステップ。 − 第４図と第５図に例として示すような、マザー・コンデンサを裁断して個々 のコンデンサを形成するステップ。 第４図は、第２図に示すような広幅のフィルムを裁断して得られる金属被覆プ ラスチック・フィルムのフォイルから作られるフォイル・コンデンサの断面図を 示す。 例を挙げると、積重ねは５枚の金属被覆されたプラスチック・フィルム・フォ イルで構成されている。金属被覆プラスチッ ク・フィルムの各フォイルには、金属被覆縁と非金属被覆縁がある。積重ねにお ける連続する二つのフォイルの金属被覆縁が互い違いに逆の側に位置し、同じ側 にある金属被覆縁は同じプレート１７に接続されている。 第５図は、第３図に示すような広幅のフィルムを裁断して得られる金属被覆プ ラスチック・フィルムのフォイルから作られるフォイル・コンデンサの断面図を 示す。 例えば、積重ねは５枚の金属被覆されたプラスチック・フィルム・フォイルで 構成されている。 第４図に示すコンデンサの場合と同様に、積重ねにおける連続する二つのフォ イルの金属被覆縁は互い違いに逆の側に位置し、同じ側にある金属被覆縁は同じ プレート１７に接合されている。 縁に付着された誘電体の厚さが、コンデンサの二つのプレートの間の短絡を防 止するのみならず、構成要素の破壊電圧を改善することも可能にするので有利で ある。 前述のように、本発明はまた巻きフォイル形のコンデンサの製造、したがって このようなコンデンサを使用するパワー・コンデンサの製造に関する。 パワー・コンデンサには乾式と含浸式とがある。本発明は、これら両形式のコ ンデンサの製造用の金属被覆プラスチック・フィルムの製造に関する。 フィルムのコイルを作成した後の、パワー・コンデンサを製造する工程の主要 ステップは、下記の通りである。すなわち、 − 少なくとも一つの円筒形の容量性エレメントを得るために、少なくとも二つ の金属被覆されたプラスチック・フィルムを少なくとも一つのスピンドル上に、 膨潤を連続的に制御しながら巻取るステップ、 − 必要な場合には、上記のステップで得られた円筒形のエレメントを平らにし て、所定の厚さを有する平らなエレメントを形成するステップ、 − 種々の容量性エレメントを組み合わせることによって容量性ブロックを作成 するステップ、 − 真空下で容量性ブロックを炉で焼成するステップ、 − スクープ法を用いて容量性ブロックの側端に金属を吹付けるステップ、 − 接続部を容量性ブロックに接続するステップ、 − 容量性ブロックをタンク中に沈めるステップ、 及び − 含浸形式のコンデンサの場合には容量性ブロックを含浸するステップ。 本発明の方法に従って作成された金属被覆プラスチック・フィルムを用いて得 られるパワー・コンデンサは、例えばリットル当たり数１０００ジュールに達す ることもある高い比エネルギー値を有するので有利である。 したがって、本発明による方法の利点は、同じ比エネルギーの場合、従来技術 によるコンデンサと比較して実質的に小さな全体サイズを有するコンデンサが得 られることである。 本発明による方法の他の利点は、非常に多様な形状寸法を有する表面上に誘電 体の均質な付着ができることである。 したがって本発明はまた、ワイヤ・コンデンサの製造を可能にする、例えばア ルミニウム電線などの円筒状金属線上への誘電体の付着にも関する。 当業者には周知のように、従来の技術によるワイヤ・コンデンサは、化学槽中 で金属の酸化によって誘電体を形成するステップを含む。 このような方法では、先に述べた誘電体のように高い比誘電 率を有する誘電体を作成することはできない。 本発明による方法は、このような誘電体の製造を可能にする。この場合、比誘 電率は３０またはそれ以上になる。 したがって、この方法によって得られるワイヤ・コンデンサは前述のコンデン サと同じ利点を有する。これらの耐熱性と破壊電圧は非常に大幅に改善される。 上述のように、本発明による方法は種々の付着用前駆体ガス（オルガノゲルマ ニウム化合物、アルコキシシラン、シロキサン、またはシラザン）に関する。 したがって、本発明による方法は金属フォイル上での種々の誘電体の重合を可 能にするので有利である。 例えば、シラザンを反応装置８に導入すると、下記の化合物 −Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ −Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ −Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉ から形成される誘電層が金属フォイル上に得られる。 シロキサンを導入すると、酸素含有量が非常に低い場合、下記の化合物 架橋（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）ポリマ −Ｓｉ−（ＣＨ₃）₁ −Ｓｉ−ＯＨ −Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ から形成される誘電層が得られ、 あるいは、酸素含有量がより高い場合は、 架橋（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）ポリマ −Ｓｉ−（ＣＨ₃）₂ −Ｓｉ−（ＣＨ₃）₃ −Ｓｉ−ＯＨ −Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ から形成される誘電層が得られる。 本発明の好ましい実施例によれば、ドーパント・ガスは酸素である。他の実施 例では、より一般には酸素を含む気体化合物でよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブラムール，ミシエル フランス国、92402・クールブボワ・セデ クス、ベ・ペ・329、トムソン―セーエス エフ・エス・セー・ペ・イ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反応装置（８）中で付着用前駆体ガスのプラズマ解離から生ずるエレメント を重合させることによって実施される、金属エレメント（Ｆ）上に誘電体（１５ ）を付着するステップを含むコンデンサを製造する方法であって、プラズマが遠 隔窒素プラズマであり、付着用前駆体ガスがオルガノシリコンガスまたはオルガ ノゲルマニウム・ガスであることを特徴とする方法。 ２．遠隔窒素プラズマが流動遠隔低温プラズマであることを特徴とする、請求の 範囲第１項に記載の方法。 ３．金属エレメント（Ｆ）をその中に置く反応装置（８）が、該反応装置（８） が事実上電子またはイオンを含まないように、プラズマ発生放電が維持されてい るキャビティ（６）から一定の距離だけ離れて置かれることを特徴とする請求の 範囲第２項に記載の方法。 ４．窒素の圧力が１ｈＰａと２０ｈＰａとの間にあることを特徴とする請求の範 囲第２項または第３項に記載の方法。 ５．付着が実施される金属エレメント（Ｆ）が外部からの熱流入を受けないこと を特徴とする請求の範囲第１項から第４項の いずれか一項に記載の方法。 ６．プラズマ発生放電が維持されているキャビティ（６）の出口と前記反応装置 （８）の入口との間に、付着用前駆体ガスが導入されることを特徴とする請求の 範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の方法。 ７．オルガノシリコン化合物が、 の化学式を有するアルコキシシラン、 の化学式を有するシロキサン、または の化学式を有するシラザンから選択されることを特徴とする請 求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の方法。 ８．オルガノシリコン化合物がテトラメチルジシロキサンであることを特徴とす る請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．誘電体（１５）の付着速度を加速するために、付着中に酸素が前記反応装置 （８）中に導入されることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれか 一項に記載の方法。 １０．化学式ＮＨ₃、ＮＦ₃、ＣＦ₄、及びＳＦ₆の物質から選択されたドーパント が、前記付着中に前記反応装置（８）中に導入されることを特徴とする請求の範 囲第９項に記載の方法。 １１．チタンの酸化物が酸素またはドーパントと混合されることを特徴とする請 求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．誘電体の付着の厚さが０．０２ミクロンないし５ミクロンの範囲にあるこ とを特徴とする、請求の範囲第１項から第１１項のいずれか一項に記載の方法。 １３．金属エレメント（Ｆ）が、積重ねフォイル形式または巻きフォイル形式の コンデンサの製造用の金属フォイルであることを特徴とする、請求の範囲第１項 から第１２項のいずれか一項に記載の方法。 １４．巻きフォイル形式のコンデンサが、パワー・コンデンサ の作成用の容量性エレメントであることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載 の方法。 １５．金属エレメントが、ワイヤ・コンデンサの製造用のワイヤであることを特 徴とする、請求の範囲第１項から第１２項のいずれか一項に記載の方法。