JP6886669B2 - フィルムコンデンサ、及び、フィルムコンデンサ用の外装ケース - Google Patents
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Description
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
本発明のフィルムコンデンサを構成する外装ケースは、例えば、一端に開口部のある有底筒状である。
また、LCPを分類する場合、I型、II型、III型といった分類方法もあるが、材料としては、上記構成要素から形成したLCPと同じ材料を意味する。
樹脂組成物に含まれる無機充填材としては、LCPよりも強度が高い材料を使用することができる。無機充填材は、LCPよりも融点が高い材料であることが望ましく、融点が680℃以上である材料であることがより望ましい。
また、「板状」とは、投影面積が最大となる面の断面径と、この断面に対して垂直方向における最大高さの関係が、断面径÷高さ≧3である状態を意味する。
具体的には、JIS K 7250 A法(直接灰化法)に基づき、有機材料を燃焼し、その燃焼残さを高温で恒量になるまで加熱する方法にて測定する。
樹脂組成物に含まれる無機充填材としては、LCPの場合と同様の材料を使用することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、充填樹脂は、コンデンサ素子と外装ケースとの間に充填される。
充填樹脂は、エポキシ樹脂を含むことが望ましい。後述の実施例では、ビスフェノールA型のエポキシ樹脂を使用し、エポキシ樹脂の硬化剤には、酸無水物硬化剤を使用している。また、補強剤には、シリカを用いている。
外装ケースの開口部における樹脂の厚みは、コンデンサ全体の体積(体格)が許容される範囲で充分な厚みを持たせることが望ましく、具体的には、2mm以上であることが望ましく、4mm以上であることがより望ましい。特に、図1(a)、図1(b)及び図1(c)に示すように、外装ケース20の内部において、コンデンサ素子10が外装ケース20の開口部よりも底面側に位置するように配置することで、コンデンサ素子10に対して外装ケース20の開口部側の樹脂の厚みを、底面側の樹脂の厚みよりも厚くすることがより望ましい。
また、充填樹脂の高さと外装ケースの高さとの関係は、外装ケースの開口部における樹脂をできる限り厚くするとともに、外装ケースの内部側の位置まででもよいし、すりきれ一杯程度でもよいし、表面張力でやや溢れていてもよい。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、外装ケースがLCPと無機充填材とを含む樹脂組成物から構成されていると、充填樹脂の硬度が高い場合(例えばデュロメータ硬度85以上;測定方法JIS K7215)であっても、外装ケースの変形を抑制することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子は、例えば断面長円状の柱状であり、その中心軸方向の両端に、例えば金属溶射(メタリコン)で形成した外部電極が設けられる。
図3(a)及び図3(b)に示すコンデンサ素子10は、第1の金属化フィルム11と第2の金属化フィルム12とが積層された状態で巻回された金属化フィルムの巻回体40と、巻回体40の両端部に接続された第1の外部電極41及び第2の外部電極42と、を備えている。図3(b)に示すように、第1の金属化フィルム11は、第1の樹脂フィルム13と、第1の樹脂フィルム13の表面に設けられた第1の金属層(対向電極)15とを備え、第2の金属化フィルム12は、第2の樹脂フィルム14と、第2の樹脂フィルム14の表面に設けられた第2の金属層(対向電極)16とを備えている。
図3(b)及び図4に示すように、第1の金属層15における第1の樹脂フィルム13の側縁にまで届いている側の端部、及び、第2の金属層16における第2の樹脂フィルム14の側縁にまで届いている側の端部がともに積層されたフィルムから露出するように、第1の樹脂フィルム13と第2の樹脂フィルム14とが互いに幅方向(図3(b)では左右方向)にずらされて積層される。図4に示すように、第1の樹脂フィルム13及び第2の樹脂フィルム14が積層された状態で巻回されることによって巻回体40となり、第1の金属層15及び第2の金属層16が端部で露出した状態を保持して、積み重なった状態とされる。
この場合、125℃以上の高温環境下においてフィルムコンデンサを使用することができる。一方で、125℃以上でフィルムコンデンサが使用されると、樹脂フィルム間で水分が蒸発することでコンデンサ素子が膨張し、外装ケースが変形しやすくなる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、外装ケースがLCPと無機充填材とを含む樹脂組成物から構成されていると、フィルムコンデンサを高温環境下(例えば125℃以上)で使用する場合であっても、外装ケースの変形を抑制することができる。
なお、ウレタン結合及び/又はユリア結合の存在は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いて確認することができる。
なお、蒸着重合膜は、蒸着重合法により成膜されたものを指し、基本的には硬化性樹脂に含まれる。
なお、イソシアネート基及び/又は水酸基の存在は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いて確認することができる。
なお、樹脂フィルムの厚みは、光学式膜厚計を用いて測定することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、外装ケースがLCPと無機充填材とを含む樹脂組成物から構成されていると、樹脂フィルムが薄い場合(例えば3.4μm以下)であっても、外装ケースの変形を抑制することができる。
なお、金属層の厚みは、金属化フィルムを厚み方向に切断した断面を、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等の電子顕微鏡を用いて観察することにより特定することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、コンデンサ素子が金属化フィルムの巻回体から構成される場合、図5に示す金属化フィルムの巻回体40aのように、断面形状が楕円又は長円のような扁平形状にプレスされ、よりコンパクトな形状とされることが望ましい。
この場合、外装ケース内部のデッドスペースを減らすことにより、外装ケースを小型化することができるため、フィルムコンデンサ全体を小型化することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、外装ケースがLCPと無機充填材とを含む樹脂組成物から構成されていると、金属化フィルムの巻回体が扁平形状である場合であっても、外装ケースの変形を抑制することができる。
例えば、コンデンサ容量が1μF以上、150μF以下であれば、コンデンサ素子のサイズは、断面長円形状において、長円方向の長さが15mm以上65mm以下、短円方向の長さが2mm以上50mm以下、長手方向(断面の奥手前方向であって外部電極を含む)の長さが10mm以上50mm以下であることが望ましい。
この場合、外装ケースの外形は、底部の長辺が16mm以上73mm以下、底部の短辺が3mm以上58mm以下であり、外装ケースの高さが10.5mm以上50.5mm以下であることが望ましい。また、外装ケースの厚みは、0.5mm以上3mm以下であることが望ましく、0.5mm以上2mm以下であることがより望ましい。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、外装ケースがLCPと無機充填材とを含む樹脂組成物から構成されていると、外装ケースのサイズをコンデンサ素子のサイズに近付けた場合であっても、外装ケースの変形を抑制することができる。
本発明のフィルムコンデンサにおいて、リード端子は、外装ケースの内部に充填された充填樹脂から外部に向かって突出する。
図1(a)、図1(b)及び図1(c)では、単一の外装ケースに単一のコンデンサ素子が収納されている例を示したが、例えば、特開2012−69840号公報に記載されているように、単一の外装ケースに複数のコンデンサ素子が収納されていてもよい。
トルエンとメチルエチルケトンの混合溶剤にポリビニルアセトアセタール(PVAA)樹脂粉末を溶解させてPVAA樹脂溶液を準備し、酢酸エチルに溶解させたTMP(トリメチロールプロパン)アダクトタイプのトリレンジイソシアネート(TDI)プレポリマー体をPVAA樹脂溶液と混合して混合樹脂溶液を得た。このとき、PVAAとTDIプレポリマー体の配合比が重量比で4:6となるように固形分濃度及び溶液の配合量を調整した。
得られた混合樹脂溶液を、コーターを用いてポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に塗工して乾燥させた後、180℃の温度下で1時間熱処理して硬化させ、厚さ3.0μmの樹脂フィルムを作製した。
樹脂フィルムの表面に金属層となるアルミニウムを厚さ20nmとなるように蒸着し、PET基材から剥離させることにより、樹脂フィルムの片面に金属層が形成された金属化フィルムを得た。
金属化フィルムを所望の位置において25mm幅でスリットした後、互い違いに1mmのずらし幅を設けて2枚重ねて巻回することで、円筒状の巻回体を得た。円筒状の巻回体をプレス加工することにより、扁平形状に加工した。その後、巻回体の両端面に亜鉛溶射で1mmの厚さになるように外部電極を形成した。
コンデンサ素子の外部電極に直径1.2mmのリード線をはんだ付けした後、表1に示す樹脂材料及び組成を有する樹脂組成物からなる厚さ1mmの外装樹脂ケースに入れた。表1に示す無機充填材として、直径10μm、長さ300μmのガラスフィラーを用いた。
図6(a)及び図6(b)に示すように、外装樹脂ケースの内面には、樹脂注型時におけるコンデンサ素子の位置精度を向上させるためのリブを設けた。
また、図7(a)及び図7(b)に示すように、外装樹脂ケースの開口面には、フィルムコンデンサを基板実装した際にコンデンサと基板との間が密閉して内圧が上昇することを防ぐための凹部(厚さ1mm)を設けた。
作製したコンデンサ試料に対して、試料数n=10として、+120℃への加熱と−40℃への冷却を繰り返す熱衝撃試験を実施した。各温度での保持温度は30分間とした。1000サイクル後の試料の剥離の有無を確認した。剥離個数が0個の場合を○(良)、1個以上の場合を×(不良)と評価した。結果を表2に示す。
別途、作製したコンデンサ試料に対して、試料数n=10として、+130℃への加熱と−40℃への冷却を繰り返す熱衝撃試験を実施した。各温度での保持温度は30分間とした。1000サイクル後の試料の剥離の有無を確認した。剥離個数が0個の場合を○(良)、1個以上9個以下の場合を△(可)、10個の場合を×(不良)と評価した。結果を表2に示す。
以下の方法により、外装ケースの成形性を評価した。外装ケースを成形する際に、ケース材料の樹脂組成物が型枠の隅々まで行き渡っている場合を○(良)、行き渡っていない場合を×(不良)と評価した。結果を表2に示す。
熱衝撃試験1、熱衝撃試験2及び成形性の結果がすべて○である場合を◎(優)、熱衝撃試験1及び成形性の結果が〇で、熱衝撃試験2の結果が△である場合を〇(良)、熱衝撃試験1及び熱衝撃試験2の結果が〇で、成形性の結果が×である場合を△(可)、熱衝撃試験1及び熱衝撃試験2のいずれかの結果が×である場合を×(不良)と評価した。結果を表2に示す。
10 コンデンサ素子
11 第1の金属化フィルム
12 第2の金属化フィルム
13 第1の樹脂フィルム
14 第2の樹脂フィルム
15 第1の金属層
16 第2の金属層
20 外装ケース
21 第1の側壁
22 第2の側壁
23 第3の側壁
24 第4の側壁
25 凹部
26 テーパー部
30 充填樹脂
40,40a 金属化フィルムの巻回体
41 第1の外部電極
42 第2の外部電極
51 第1のリード端子
52 第2のリード端子
60 第1のリブ
70 第2のリブ
Claims (28)
- 樹脂フィルムの表面に金属層が設けられた金属化フィルムを備えるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を内部に収納する外装ケースと、
前記コンデンサ素子と前記外装ケースとの間に充填された充填樹脂と、を備えるフィルムコンデンサであって、
前記外装ケースは、前記充填樹脂が充填される側の内面の表面自由エネルギーが44mN/m以下である、フィルムコンデンサ。 - 前記表面自由エネルギーが34mN/m以下である、請求項1に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記表面自由エネルギーが25mN/m以上である、請求項1又は2に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記外装ケースと前記充填樹脂との線膨張係数の差が11ppm/℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記線膨張係数の差が0ppm/℃よりも大きい、請求項4に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記外装ケースは、樹脂組成物から構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂組成物は、液晶ポリマーを含む、請求項6に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイドを含む、請求項6に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂組成物は、無機充填材をさらに含み、
前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、54重量%以下である、請求項7に記載のフィルムコンデンサ。 - 前記樹脂組成物は、無機充填材をさらに含み、
前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、60重量%以下である、請求項8に記載のフィルムコンデンサ。 - 前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、30重量%以上である、請求項9又は10に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記無機充填材は、ガラスフィラーを主成分として含む、請求項11に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記外装ケースは、金属又は合金から構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記充填樹脂は、エポキシ樹脂を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂フィルムは、ウレタン結合及びユリア結合の少なくとも一方を有する樹脂を主成分として含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂フィルムは、硬化性樹脂を主成分として含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載のフィルムコンデンサ。
- 前記樹脂フィルムは、イソシアネート基及び水酸基の少なくとも一方を含む、請求項15又は16に記載のフィルムコンデンサ。
- 樹脂フィルムの表面に金属層が設けられた金属化フィルムを備えるコンデンサ素子を内部に収納するための、フィルムコンデンサ用の外装ケースであって、
前記コンデンサ素子を内部に収納する際には、前記コンデンサ素子を固定するために前記コンデンサ素子との間に充填樹脂が充填され、
前記充填樹脂が充填される側の内面の表面自由エネルギーが44mN/m以下である、フィルムコンデンサ用の外装ケース。 - 前記表面自由エネルギーが34mN/m以下である、請求項18に記載の外装ケース。
- 前記表面自由エネルギーが25mN/m以上である、請求項18又は19に記載の外装ケース。
- 樹脂組成物から構成されている、請求項18〜20のいずれか1項に記載の外装ケース。
- 前記樹脂組成物は、液晶ポリマーを含む、請求項21に記載の外装ケース。
- 前記樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイドを含む、請求項21に記載の外装ケース。
- 前記樹脂組成物は、無機充填材をさらに含み、
前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、54重量%以下である、請求項22に記載の外装ケース。 - 前記樹脂組成物は、無機充填材をさらに含み、
前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、60重量%以下である、請求項23に記載の外装ケース。 - 前記樹脂組成物中の前記無機充填材の含有量が、30重量%以上である、請求項24又は25に記載の外装ケース。
- 前記無機充填材は、ガラスフィラーを主成分として含む、請求項26に記載の外装ケース。
- 金属又は合金から構成されている、請求項18〜20のいずれか1項に記載の外装ケース。
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