這一制作過(guò)程其實(shí)十分困難,。首先必須以平均1小時(shí)制作約30km薄膜的速度高速旋轉(zhuǎn)滾筒，同時(shí),，還要在既不損傷薄膜,、又要使金屬厚度均勻的條件下進(jìn)行蒸鍍。如果金屬不均勻,，就會(huì)影響到耐熱性,。如果不注意金屬的冷卻方式，也會(huì)損傷薄膜。一邊通過(guò)多種傳感器監(jiān)視貼在滾筒上的薄膜的壓力,、溫度及表面狀況等數(shù)值,，一邊對(duì)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度等進(jìn)行恰如其分的控制，才能夠制成,。
接下來(lái),，將制成的電極薄膜按照目標(biāo)元件的寬度進(jìn)行裁切，再卷繞數(shù)千圈制成電容器元件,。在這個(gè)階段,，元件呈圓筒形。通過(guò)沖壓使其變成偏平狀（圖4）,。此次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品以15個(gè)元件為一個(gè)模塊,，制成偏平狀后，元件無(wú)縫隙排列,，容易實(shí)現(xiàn)小型化,。
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圖4：使電容器元件變得偏平 此次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品平均每個(gè)模塊使用15個(gè)電容器元件。為了提高制成模塊時(shí)的充填密度,，對(duì)圓筒形元件進(jìn)行沖壓,，使其變成偏平狀。 |
模塊通過(guò)從元件的電極引出引線(xiàn),，連接到平坦的銅板上,，將其放入樹(shù)脂造的殼體中組成。殼體的尺寸為：寬約240mm×縱深約170mm,，體積為1.25L,。
降低元件自身發(fā)熱
在第（2）項(xiàng)提及的耐熱性方面，此次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的耐熱溫度達(dá)到110℃左右,，較以往產(chǎn)品的85℃大為提高,。此次不僅采用了近期開(kāi)發(fā)的耐熱性較高的薄膜，而且由此避免了制造過(guò)程中薄膜因受熱而受到損傷,。薄膜受熱后會(huì)變質(zhì),，導(dǎo)致無(wú)法得到薄膜原本的耐熱性。
尤其會(huì)產(chǎn)生熱負(fù)荷的是蒸鍍工序,。這是因?yàn)?，高溫的金屬蒸氣要直接施加到薄膜上。在蒸鍍時(shí)提高冷卻滾筒與薄膜的貼附性,，以便從內(nèi)側(cè)進(jìn)行冷卻,，盡可能降低蒸鍍面的溫度。
要提高耐熱性,，降低電容器自身的發(fā)熱至關(guān)重要,。如果出現(xiàn)自身發(fā)熱，耐熱性會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性下降,。例如,，如果耐熱性為110℃的元件有5℃的自身發(fā)熱，那么,，容許環(huán)境的溫度就變成了105℃,。要降低元件自身的發(fā)熱，必須在薄膜上均勻地蒸鍍金屬,。金屬厚度較薄的部分電阻較大,，發(fā)熱量也會(huì)增大。只要電極的一部分比較薄,，整體的耐熱性便取決于這塊較薄的部分,。
防止短路及過(guò)壓
第（3）項(xiàng)中提及的安全性方面，通過(guò)在金屬的蒸鍍圖案上下工夫,，降低了發(fā)生短路時(shí)的不良影響,。具體做法不是在整個(gè)薄膜表面上都蒸鍍金屬，而是做成了方格狀的圖案（圖5）,。圖5中的白線(xiàn)為未蒸鍍金屬的部分,。各個(gè)方格之間相互連接，整個(gè)薄膜表面起到一個(gè)電極的作用,。
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圖5：提高安全性 （a）在對(duì)薄膜進(jìn)行蒸鍍時(shí)形成方格狀圖案,，以便形成當(dāng)大電流流過(guò)時(shí)發(fā)生短路的機(jī)關(guān)。（b）白線(xiàn)為沒(méi)有蒸鍍金屬的部分,。 |
假設(shè)方格中有耐壓較低的部分,，發(fā)生短路時(shí)就會(huì)流過(guò)較大的電流，導(dǎo)致發(fā)熱,，連接方格的金屬便會(huì)蒸發(fā)掉,。因?yàn)樵摲礁癫糠峙c其他方格絕緣，因此,，不會(huì)有更多的電流流過(guò),，損害狀態(tài)便不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
要想提高安全性,，除了電容器本身的對(duì)策之外,，不對(duì)連接電容器的IGBT等開(kāi)關(guān)元件造成不良影響也至關(guān)重要。為此,，防止過(guò)壓（浪涌電壓）十分重要（圖6）,。如果來(lái)自電容器的電壓過(guò)高，超過(guò)IGBT的容許值,，最壞的情況下會(huì)造成元件損壞,。
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圖6：防止IGBT的電壓破壞 如何降低電容器的浪涌電壓至關(guān)重要。為此而降低電感。 |
作為對(duì)策,，理論上可以考慮采用容許電壓較大的IGBT,、降低開(kāi)關(guān)速度以及增加對(duì)策部件等。但如果考慮到整體的成本,，選擇這些對(duì)策都十分困難,。IGBT方面，一般而言,，容許電壓越大則導(dǎo)通電阻越大,，損失也會(huì)越大。另外,，由于線(xiàn)圈及電容器的電阻取決于開(kāi)關(guān)速度,，因此，如果降低速度,，則必須增大這兩者的體積以提高電阻,。增加對(duì)策部件后，成本也會(huì)增加,。
因此,，為了在不采取上述對(duì)策的情況下抑制過(guò)壓的方法，就只能降低電感,。由于過(guò)壓取決于電感與電流變化量的乘積,，因此，這兩者越小,，過(guò)壓也就越小,。在此要減小電流變化，則必須降低開(kāi)關(guān)速度,，前面提到這將導(dǎo)致體積增大,。剩下的辦法就只有降低電感。此次開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的電感為5nH左右,，與以往產(chǎn)品相比,，這僅為以往產(chǎn)品的1/4。
要降低電感,，可以通過(guò)減小所卷繞薄膜的寬度,，以及增加卷繞數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此次開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的薄膜寬度比以往產(chǎn)品減小了約20％,，卷繞數(shù)增加了數(shù)千圈,。如果將薄膜的寬度減到比這更小，那么薄膜兩端殘留下的無(wú)法蒸鍍部分的比例會(huì)增大,，容量密度將會(huì)下降,。
指月電機(jī)制作所今后將繼續(xù)改進(jìn)薄膜電容器,。為此已經(jīng)制定了發(fā)展藍(lán)圖（圖7）。除了小型化之外,，還將采用更薄的薄膜,。我們考慮到2013年采用比目前薄20％的薄膜。另外還將致力于提高耐熱性以及減少環(huán)境負(fù)荷材料等,。
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圖7：到2013年實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化 （a）指月電機(jī)的薄膜電容器開(kāi)發(fā)目標(biāo)。（b）熟練運(yùn)用比現(xiàn)有產(chǎn)品更薄的薄膜,，到2013年將體積減小約25％,。 |