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技術 フィルムコンデンサ

出願人 株式会社タイツウ
発明者 長谷充浩長郷史彰井下憲一
出願日 2008年8月1日 (11年11ヶ月経過) 出願番号 2008-199467
公開日 2010年2月18日 (10年4ヶ月経過) 公開番号 2010-040633
状態 拒絶査定
技術分野 固定コンデンサ及びコンデンサ製造装置
主要キーワード 半田盛り 漬部分 耐湿度性 電源回路用 Cu線 試験個数 高融点化 半田温度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年2月18日)のものです。
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図面 (5)

課題

本発明の目的は、鉛フリー半田を用いたフロー半田付けリフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる高耐熱性フィルムコンデンサを提供することにある。

解決手段

本発明は、導電体18と誘電体フィルム20とを順次重ね合わせて巻回されたフィルムコンデンサ素子10と、フィルムコンデンサ素子10の両端面に設けられる外部電極12と、を有するフィルムコンデンサ1であって、誘電体フィルム20は、第1誘電体フィルム22と、第1誘電体フィルム22より熱収縮率の低い第2誘電体フィルム24とを有する。

概要

背景

フィルムコンデンサは小型、大型のものを含めて、様々な産業機器に使われている基本的電子部品である。従来のフィルムコンデンサは、金属箔等の導電体と、ポリエチレンテレフタレートフィルムポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルムとを用いたコンデンサ素子樹脂外装するか、或いは樹脂製の容器に入れ、容器内の隙間に樹脂を充填したものである(例えば、特許文献1参照)。

電子部品の実装方法には、フロー半田付け方式、リフロー半田付け方式があるが、近年では、半田鉛フリー化とその材料の高融点化に伴い、半田温度高温となっている。また、フロー半田付け、リフロー半田付けを容易に行うための電子部品及び基板予備加熱プレヒート)の温度も高くなっている。このような高温条件下に従来のフィルムコンデンサが晒されると、フィルムコンデンサ内の誘電体フィルムが熱収縮して変形し、外層割れ耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等といったフィルムコンデンサの諸特性に悪影響を及ぼすこととなる。高周波回路に使用される(静電容量が比較的小さい)フィルムコンデンサには、主にポリプロピレンフィルムが誘電体フィルムとして使用される。ポリプロピレンフィルムは他の誘電体フィルムに比べて熱収縮率が高い(耐熱性が低い)ため、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等が顕著である。

そのため、従来のフィルムコンデンサでは、他の電子部品と同時に半田付け作業を行うことができず、フロー半田付け、リフロー半田付けの温度条件を他の電子部品より下げて半田付け作業を行う場合がある。このように、従来のフィルムコンデンサは、他の電子部品と同時に半田付け作業を行うことができず、作業効率を悪化させる虞がある。

特許第2877364号公報

概要

本発明の目的は、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる高耐熱性のフィルムコンデンサを提供することにある。本発明は、導電体18と誘電体フィルム20とを順次重ね合わせて巻回されたフィルムコンデンサ素子10と、フィルムコンデンサ素子10の両端面に設けられる外部電極12と、を有するフィルムコンデンサ1であって、誘電体フィルム20は、第1誘電体フィルム22と、第1誘電体フィルム22より熱収縮率の低い第2誘電体フィルム24とを有する。

目的

そこで、本発明の目的は、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる高耐熱性のフィルムコンデンサを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

導電体誘電体フィルムとを順次重ね合わせて巻回されたフィルムコンデンサ素子と、前記フィルムコンデンサ素子の両端面に設けられる外部電極と、を有するフィルムコンデンサであって、前記誘電体フィルムは、第1誘電体フィルムと、前記第1誘電体フィルムより熱収縮率の低い第2誘電体フィルムとを有することを特徴とするフィルムコンデンサ。

請求項2

請求項1記載のフィルムコンデンサであって、前記導電体、前記第1誘電体フィルム、前記第2誘電体フィルムは、前記フィルムコンデンサ素子の径方向外側に向かって、当該順序で配置されていることを特徴とするフィルムコンデンサ。

請求項3

請求項1又は2記載のフィルムコンデンサであって、前記第1誘電体フィルムは、ポリプロピレンフィルムであり、前記第2誘電体フィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルムであることを特徴とするフィルムコンデンサ。

請求項4

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であって、前記フィルムコンデンサ素子の巻終わり部には、前記導電体が配置されておらず、前記誘電体フィルムが配置されていることを特徴とするフィルムコンデンサ。

請求項5

請求項4に記載のフィルムコンデンサであって、前記フィルムコンデンサ素子の巻始め部には、前記導電体が配置されておらず、前記誘電体フィルムが配置されていることを特徴とするフィルムコンデンサ。

請求項6

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であって、前記導電体は、アルミ箔であることを特徴とするフィルムコンデンサ。

技術分野

0001

本発明は、フィルムコンデンサの構造に関する。

背景技術

0002

フィルムコンデンサは小型、大型のものを含めて、様々な産業機器に使われている基本的電子部品である。従来のフィルムコンデンサは、金属箔等の導電体と、ポリエチレンテレフタレートフィルムポリプロピレンフィルム等の誘電体フィルムとを用いたコンデンサ素子樹脂外装するか、或いは樹脂製の容器に入れ、容器内の隙間に樹脂を充填したものである(例えば、特許文献1参照)。

0003

電子部品の実装方法には、フロー半田付け方式、リフロー半田付け方式があるが、近年では、半田鉛フリー化とその材料の高融点化に伴い、半田温度高温となっている。また、フロー半田付け、リフロー半田付けを容易に行うための電子部品及び基板予備加熱プレヒート)の温度も高くなっている。このような高温条件下に従来のフィルムコンデンサが晒されると、フィルムコンデンサ内の誘電体フィルムが熱収縮して変形し、外層割れ耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等といったフィルムコンデンサの諸特性に悪影響を及ぼすこととなる。高周波回路に使用される(静電容量が比較的小さい)フィルムコンデンサには、主にポリプロピレンフィルムが誘電体フィルムとして使用される。ポリプロピレンフィルムは他の誘電体フィルムに比べて熱収縮率が高い(耐熱性が低い)ため、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等が顕著である。

0004

そのため、従来のフィルムコンデンサでは、他の電子部品と同時に半田付け作業を行うことができず、フロー半田付け、リフロー半田付けの温度条件を他の電子部品より下げて半田付け作業を行う場合がある。このように、従来のフィルムコンデンサは、他の電子部品と同時に半田付け作業を行うことができず、作業効率を悪化させる虞がある。

0005

特許第2877364号公報

発明が解決しようとする課題

0006

そこで、本発明の目的は、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる高耐熱性のフィルムコンデンサを提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、導電体と誘電体フィルムとを順次重ね合わせて巻回されたフィルムコンデンサ素子と、前記フィルムコンデンサ素子の両端面に設けられる外部電極と、を有するフィルムコンデンサであって、前記誘電体フィルムは、第1誘電体フィルムと、前記第1誘電体フィルムより熱収縮率の低い第2誘電体フィルムとを有する。

0008

また、前記フィルムコンデンサにおいて、前記導電体、前記第1誘電体フィルム、前記第2誘電体フィルムは、前記フィルムコンデンサ素子の径方向外側に向かって、当該順序で配置されていることが好ましい。

0009

また、前記フィルムコンデンサにおいて、前記第1誘電体フィルムは、ポリプロピレンフィルムであり、前記第2誘電体フィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルムであることが好ましい。

0010

また、前記フィルムコンデンサにおいて、前記フィルムコンデンサ素子の巻終わり部には、前記導電体が配置されておらず、前記誘電体フィルムが配置されていることが好ましい。

0011

また、前記フィルムコンデンサにおいて、前記フィルムコンデンサ素子の巻始め部には、前記導電体が配置されておらず、前記誘電体フィルムが配置されていることが好ましい。

0012

また、前記フィルムコンデンサにおいて、前記導電体は、アルミ箔であることが好ましい。

発明の効果

0013

本発明のフィルムコンデンサによれば、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明の実施の形態について以下説明する。

0015

図1は、本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの構成の一例を示す分解模式斜視図である。図2は、巻回前のフィルムコンデンサ素子の材料構成を長さ方向から見た模式図である。図3は、巻回前のフィルムコンデンサ素子の材料構成を幅方向から見た模式図である。図1に示すように、フィルムコンデンサ1は、フィルムコンデンサ素子10と、フィルムコンデンサ素子10の両端面に設けられる外部電極12と、外部電極12に設置されるリード線14と、フィルムコンデンサ素子10を覆う外装16と、を有する。

0016

図2及び3に示すように、巻回前のフィルムコンデンサ素子10は、導電体18、誘電体フィルム20、導電体18、誘電体フィルム20の順に重ね合わされる。誘電体フィルム20は、第1誘電体フィルム22と、第1誘電体フィルム22より熱収縮率の低い(すなわち、耐熱性の高い)第2誘電体フィルム24とを有する。図3に示すように、導電体18は、誘電体フィルム20の幅方向にずらして、配置されている。そして、このような導電体18、誘電体フィルム20を巻回することにより、フィルムコンデンサ素子10が形成される。なお、フィルムコンデンサ素子10は、ヒートプレス等の成型加工をして、扁平型としてもよいし、成形加工を施さず円筒型としてもよい。

0017

図1に示すように、導電体18、第1誘電体フィルム22、第2誘電体フィルム24は、フィルムコンデンサ素子10の径方向外側に向かって、当該順序で配置されている。すなわち、第2誘電体フィルム24がフィルムコンデンサ素子10の最外周となるように配置されているが、これに制限されるものではない。図4は、本発明の他の実施形態に係るフィルムコンデンサの構成の一例を示す分解模式斜視図である。図4に示すように、例えば、導電体18、第1誘電体フィルム22、第2誘電体フィルム24は、フィルムコンデンサ素子10の径方向外側に向かって、導電体18、第2誘電体フィルム24、第1誘電体フィルム22の順序で配置されていてもよい。すなわち、第1誘電体フィルム22がフィルムコンデンサ素子10の最外周となるように配置されていてもよい。しかし、フィルムコンデンサ素子10とフィルムコンデンサ素子10を覆う外装16との密着接着)性を充分に確保することができる点で、第2誘電体フィルム24がフィルムコンデンサ素子10の最外周となるように配置されていることが好ましい。

0018

本実施形態に用いられる誘電体フィルム20が、第1誘電体フィルム22と、第1誘電体フィルム22より熱収縮率の低い第2誘電体フィルム24とにより構成されていれば、誘電体フィルム20を構成する材料は特に制限されるものではなく、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等の樹脂材料等が挙げられる。フィルムの熱収縮率はフィルムの製造方法等によって若干異なるが、一般的なポリプロピレンフィルムの熱収縮率は、140℃で3.6%〜8.0%、ポリエチレンテレフタレートフィルムの熱収縮率は、150℃で0.7%〜1.5%、190℃で1.7%〜3.5、ポリエチレンナフタレートフィルムの熱収縮率は、150℃で0.4%以下、200℃で1.0%〜2.0%、ポリフェニレンサルファイドフィルムの熱収縮率は、150℃〜200℃で0.2%以下である。

0019

上記熱収縮率の値から、本実施形態の第1誘電体フィルム22と第2誘電体フィルム24の組み合わせとして、第1誘電体フィルム22をPPフィルムとした場合、第2誘電体フィルム24としてPETフィルムPENフィルムPPSフィルム等が選択される。このような構成により、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けのいずれにおいても、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等を抑制することができる高耐熱性のフィルムコンデンサが得られる。

0020

例えば、高周波回路用のフィルムコンデンサには、熱収縮率の高いPPフィルムが主に使用される。そのため、高周波回路用のフィルムコンデンサでは、鉛フリー半田を用いたフロー半田付け、リフロー半田付けにより、外層割れ、耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下等が生じやすい。しかし、本実施形態のように、PPフィルムより熱収縮率の低いPETフィルム、PENフィルム、PPSフィルム等を第2誘電体フィルム24として使用することにより、上記問題が解消される。特に、廉価なフィルムコンデンサを製造することができる点で、第1誘電体フィルム22をPPフィルム、第2誘電体フィルム24をPETフィルムとすることが好ましい。

0021

本実施形態では、図2に示すように、誘電体フィルム20の(長手方向の)長さを導電体18の(長手方向の)長さより長くし、フィルムコンデンサ素子10の巻終わり部には、導電体18を配置せず、誘電体フィルム20を配置することが好ましい。また、フィルムコンデンサ素子10の巻始め部も、導電体18を配置せず、誘電体フィルム20を配置することが好ましい。上記構成により、フィルムコンデンサ1の耐熱性、絶縁性耐湿度性等を向上させることができる。

0022

本実施形態に用いられる誘電体フィルム20の厚み、幅等は、フィルムコンデンサ1の静電容量、定格電圧等により適宜設定されるものであって、特に制限されるものではないが、例えば、第1誘電体フィルム22の厚みとしては、4.0μm〜20.0μmの範囲が好ましく、第2誘電体フィルム24の厚みとしては、3.0μm〜12.0μmの範囲が好ましい。また、例えば、第1誘電体フィルム22及び第2誘電体フィルム24の幅としては、5.0mm〜20.0mmの範囲が好ましい。また、本実施形態に用いられる誘電体フィルム20の巻終わり部の長さ及び巻始め部の長さは、フィルムコンデンサ1の寸法等により適宜設定されるものであって、特に制限されるものではないが、例えば、誘電体フィルム20の巻終わり部の長さは、65mm〜100mmの範囲であることが好ましく、巻始め部の長さは、5〜15mmの範囲であることが好ましい。

0023

本実施形態に用いられる導電体18は、アルミ箔等の金属箔、誘電体フィルム20の片面にアルミ等の金属を蒸着させた蒸着膜等が挙げられる。しかし、蒸着膜を用いると、静電容量の小さいフィルムコンデンサでは、形状が小さくなりすぎて、コンデンサの製造が困難となる場合があるため、金属箔を用いることが好ましい。また、廉価である等の点からアルミ箔であることがより好ましい。導電体18の厚み、幅は、特に制限されるものではないが、例えば、導電体18として金属箔を用いる場合、厚みは5.0μm〜12.0μmの範囲が好ましく、幅は3.5mm〜18.0mmの範囲が好ましい。

0024

本実施形態のフィルムコンデンサ素子10の端面に形成される外部電極12は、フィルムコンデンサ素子10の導電体18とリード線14との電気的な接触を確保するためのものであり、例えば、誘電体フィルム20に対してはみ出た導電体18により形成される。また、例えば、外部電極12は、錫、亜鉛、銅等の金属を溶射するメタリコン半田盛り等により形成されてもよい。

0025

本実施形態に用いられるリード線14には、Cp線、Cu線等、フィルムコンデンサに使用される従来全てのものが適用される。外部電極12へのリード線14の設置方法は、スポット溶接半田付け等特に制限されるものではない。

0026

本実施形態の外装16は、例えば、絶縁性の液体樹脂をフィルムコンデンサ素子10にコーティングした後、エポキシ樹脂等の粉体樹脂により、フィルムコンデンサ素子10を覆う樹脂外装方法により形成される。また、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のプラスチックケースにフィルムコンデンサ素子10を収容した後、エポキシ樹脂等を注入するケース外装方法等により形成される。

0027

本実施形態に係るフィルムコンデンサは、例えば、電力用、電気機器用、各種電源回路用通信機器、また直流用途で高周波領域に使用される平滑用、フィルター用等のコンデンサとして用いられる。

0028

以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

0029

(実施例1)
アルミ箔(厚み6.0μm、幅5mm)、PPフィルム(厚み12.0μm、幅7.0mm)、PETフィルム(厚み6.0μm、幅7.0mm)の順で重ね合わせて、図1に示すように巻回し、フィルムコンデンサ素子を作製した。巻始め部のPPフィルム、PETフィルムの長さは、5〜15mmとし、巻終わり部のPPフィルム、PETフィルムの長さは、65〜100mmとした。外部電極は、誘電体フィルムに対してはみ出した部分のアルミ箔であり、当該外部電極にリード線(Cp線又はCu線)を溶接し、エポキシ樹脂により外装を施して、フィルムコンデンサを作製した。これを実施例1とした。実施例1のフィルムコンデンサの静電容量は1000pF、定格電圧は630VDCである。

0030

(実施例2,3)
実施例2においては、コンデンサ素子の両端面にメタリコンを施して、外部電極を形成したこと以外は、実施例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。実施例3においては、コンデンサ素子の両端面に半田盛りを施して、外部電極を形成したこと以外は、実施例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。

0031

(実施例4〜6)
実施例4においては、アルミ箔(厚み6.0μm、幅5.0mm)、PETフィルム(厚み6.0μm、幅7.0mm)、PPフィルム(厚み12.0μm、幅7.0mm)の順で重ね合わせて、図4に示すように巻回し、フィルムコンデンサ素子を作製したこと以外は、実施例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。実施例5においては、コンデンサ素子の両端面にメタリコンを施して、外部電極を形成したこと以外は、実施例4と同様の条件でフィルコンデンサを作製した。実施例6においては、コンデンサ素子の両端面に半田盛りを施して、外部電極を形成したこと以外は、実施例4と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。

0032

(比較例1〜3)
比較例1においては、アルミ箔(厚み5.0μm、幅5.0mm)、PPフィルム(厚み15.0μm、幅7.0mm)、PPフィルム(厚み15.0μm、幅7.0mm)の順で重ね合わせて巻回し、フィルムコンデンサ素子を作製したこと以外は、実施例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。比較例2においては、コンデンサ素子の両端面にメタリコンを施して、外部電極を形成したこと以外は、比較例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。比較例3においては、コンデンサ素子の両端面に半田盛りを施して外部電極を形成したこと以外は、比較例1と同様の条件でフィルムコンデンサを作製した。

0033

高温放置試験
実施例1〜6及び比較例1〜3のフィルムコンデンサを高温槽投入し、150℃−15分、160℃−15分、170℃−15分又は180℃−15分放置した。そして、放置後のフィルムコンデンサの外装樹脂割れているか否かを評価した。また、当該フィルムコンデンサの耐電圧試験絶縁抵抗試験も行った。各温度−時間条件でそれぞれ20個(Cp線10個、Cu線10個)試験した。外装割れの評価は、目視により外装割れがあるものをNGとした。耐電圧試験は、フィルムコンデンサに1300VDCを1分印加し、絶縁破壊したものをNGとした。絶縁抵抗試験は、JIS C 5101−1に定められた絶縁抵抗測定法に基づいて行い、50000MΩ以下をNGとした。外装割れ、耐電圧試験、絶縁抵抗試験の結果を以下の基準で評価し、それを表1にまとめた。
○:NG個数試験個数(20個)=0%
△:NG個数/試験個数(20個)=1%〜50%未満
×:NG個数/試験個数(20個)=50%以上

0034

0035

表1の結果から判るように、PPフィルム2枚組のフィルムコンデンサ(比較例1〜3)では、160℃−15分放置後で、外装割れが生じ、170℃−15分、180℃−15分放置後では、耐電圧試験、絶縁抵抗試験において、NGが発生した。これに対し、PPフィルム−PETフィルムのフィルムコンデンサ(実施例1〜6)では、180℃−15分放置後でも、外装割れ、耐電圧試験、絶縁抵抗試験において、NGの発生はなかった。

0036

半田耐熱性試験
実施例1〜6及び比較例1〜3のフィルムコンデンサを高温槽に投入し、120℃−90秒の条件でプレヒートし、その後、半田槽に260℃−5秒、260℃−10秒、260℃−15秒浸漬させた。半田槽への浸漬部分は、フィルムコンデンサのリード線の一部とした(すなわち、外装樹脂部分までは浸漬させていない)。浸漬後のフィルムコンデンサの外装樹脂が割れているか否かの評価、フィルムコンデンサの耐電圧試験、絶縁抵抗試験を行った。外装割れの評価、耐電圧試験、絶縁抵抗試験は上記と同様に行い、また上記と同様の基準で評価し、それを表2にまとめた。

0037

0038

表2の結果から判るように、PPフィルム2枚組のフィルムコンデンサ(比較例1〜3)では、120℃−90秒のプレヒート、260℃−10秒の半田浸漬で、外装割れ、耐電圧試験、絶縁抵抗試験において、NGが発生した。これに対し、PPフィルム−PETフィルムのフィルムコンデンサ(実施例1〜6)では、120℃−90秒のプレヒート、260℃−15秒の半田浸漬でも、外装割れ、耐電圧試験、絶縁抵抗試験において、NGの発生はなかった。

0039

以上のように、熱収縮率の高い(耐熱性の低い)PPフィルムを使用しても、PPフィルムより熱収縮率の低いPETフィルムと組み合わせることにより、耐熱性の高いフィルムコンデンサを得ることが可能である。

図面の簡単な説明

0040

本発明の実施形態に係るフィルムコンデンサの構成の一例を示す分解模式斜視図である。
巻回前のフィルムコンデンサ素子の材料構成を長さ方向から見た模式図である。
巻回前のフィルムコンデンサ素子の材料構成を幅方向から見た模式図である。
本発明の他の実施形態に係るフィルムコンデンサの構成の一例を示す分解模式斜視図である。

符号の説明

0041

1フィルムコンデンサ、10フィルムコンデンサ素子、12外部電極、14リード線、16外装、18導電体、20誘電体フィルム、22 第1誘電体フィルム、24 第2誘電体フィルム。

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