电动车逆变器大容量电容器：用3μm以下的薄膜做（下）-电子工程世界

冲压成偏平状

　　这一制作过程其实十分困难。首先必须以平均1小时制作约30km薄膜的速度高速旋转滚筒，同时，还要在既不损伤薄膜、又要使金属厚度均匀的条件下进行蒸镀。如果金属不均匀，就会影响到耐热性。如果不注意金属的冷却方式，也会损伤薄膜。一边通过多种传感器监视贴在滚筒上的薄膜的压力、温度及表面状况等数值，一边对滚筒的旋转速度等进行恰如其分的控制，才能够制成。

　　接下来，将制成的电极薄膜按照目标元件的宽度进行裁切，再卷绕数千圈制成电容器元件。在这个阶段，元件呈圆筒形。通过冲压使其变成偏平状（图4）。此次开发的产品以15个元件为一个模块，制成偏平状后，元件无缝隙排列，容易实现小型化。

图4：使电容器元件变得偏平
此次开发的产品平均每个模块使用15个电容器元件。为了提高制成模块时的充填密度，对圆筒形元件进行冲压，使其变成偏平状。

　　模块通过从元件的电极引出引线，连接到平坦的铜板上，将其放入树脂造的壳体中组成。壳体的尺寸为：宽约240mm×纵深约170mm，体积为1.25L。

降低元件自身发热

　在第（2）项提及的耐热性方面，此次开发产品的耐热温度达到110℃左右，较以往产品的85℃大为提高。此次不仅采用了近期开发的耐热性较高的薄膜，而且由此避免了制造过程中薄膜因受热而受到损伤。薄膜受热后会变质，导致无法得到薄膜原本的耐热性。

　　尤其会产生热负荷的是蒸镀工序。这是因为，高温的金属蒸气要直接施加到薄膜上。在蒸镀时提高冷却滚筒与薄膜的贴附性，以便从内侧进行冷却，尽可能降低蒸镀面的温度。

　　要提高耐热性，降低电容器自身的发热至关重要。如果出现自身发热，耐热性会产生实质性下降。例如，如果耐热性为110℃的元件有5℃的自身发热，那么，容许环境的温度就变成了105℃。要降低元件自身的发热，必须在薄膜上均匀地蒸镀金属。金属厚度较薄的部分电阻较大，发热量也会增大。只要电极的一部分比较薄，整体的耐热性便取决于这块较薄的部分。

防止短路及过压

　　第（3）项中提及的安全性方面，通过在金属的蒸镀图案上下工夫，降低了发生短路时的不良影响。具体做法不是在整个薄膜表面上都蒸镀金属，而是做成了方格状的图案（图5）。图5中的白线为未蒸镀金属的部分。各个方格之间相互连接，整个薄膜表面起到一个电极的作用。

图5：提高安全性
（a）在对薄膜进行蒸镀时形成方格状图案，以便形成当大电流流过时发生短路的机关。（b）白线为没有蒸镀金属的部分。

　　假设方格中有耐压较低的部分，发生短路时就会流过较大的电流，导致发热，连接方格的金属便会蒸发掉。因为该方格部分与其他方格绝缘，因此，不会有更多的电流流过，损害状态便不会进一步扩大。

　　要想提高安全性，除了电容器本身的对策之外，不对连接电容器的IGBT等开关元件造成不良影响也至关重要。为此，防止过压（浪涌电压）十分重要（图6）。如果来自电容器的电压过高，超过IGBT的容许值，最坏的情况下会造成元件损坏。

图6：防止IGBT的电压破坏
如何降低电容器的浪涌电压至关重要。为此而降低电感。

　　作为对策，理论上可以考虑采用容许电压较大的IGBT、降低开关速度以及增加对策部件等。但如果考虑到整体的成本，选择这些对策都十分困难。IGBT方面，一般而言，容许电压越大则导通电阻越大，损失也会越大。另外，由于线圈及电容器的电阻取决于开关速度，因此，如果降低速度，则必须增大这两者的体积以提高电阻。增加对策部件后，成本也会增加。

　　因此，为了在不采取上述对策的情况下抑制过压的方法，就只能降低电感。由于过压取决于电感与电流变化量的乘积，因此，这两者越小，过压也就越小。在此要减小电流变化，则必须降低开关速度，前面提到这将导致体积增大。剩下的办法就只有降低电感。此次开发的产品的电感为5nH左右，与以往产品相比，这仅为以往产品的1/4。

　　要降低电感，可以通过减小所卷绕薄膜的宽度，以及增加卷绕数来实现。此次开发产品的薄膜宽度比以往产品减小了约20％，卷绕数增加了数千圈。如果将薄膜的宽度减到比这更小，那么薄膜两端残留下的无法蒸镀部分的比例会增大，容量密度将会下降。

　　指月电机制作所今后将继续改进薄膜电容器。为此已经制定了发展蓝图（图7）。除了小型化之外，还将采用更薄的薄膜。我们考虑到2013年采用比目前薄20％的薄膜。另外还将致力于提高耐热性以及减少环境负荷材料等。