CN117637343A - 高压贯通型电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明的高压贯通型电容器(HC1)包括：素体(10)，其具有彼此相对的第一主面(10a)和第二主面(10b)，并且形成有在第一主面(10a)和第二主面(10b)开口的贯通孔(15、16)；配置在第一主面(10a)的第一电极(11)；配置在第二主面(10b)的第二电极(12)；以及插通于贯通孔(15、16)并且与第一电极(11)电连接的贯通导体(30、40)。在第二主面(10b)的贯通孔(15、16)的开口面积大于在第一主面(10a)的贯通孔(15、16)的开口面积。
Description
技术领域
本发明涉及高压贯通型电容器。
背景技术
已知的高压贯通型电容器包括：素体、第一电极、第二电极和贯通导体(例如，参照日本特开2001-351830号公报)。在素体形成有贯通孔。第一电极和第二电极设置在贯通孔开口的素体的两面。贯通导体插通于贯通孔并且与第一电极电连接。
发明内容
本发明的一个方式的目的在于，提供一种提高可靠性的高压贯通型电容器。
本发明的一个方式所涉及的高压贯通型电容器包括：素体，其具有彼此相对的第一主面和第二主面，并且形成有在第一主面和第二主面开口的贯通孔；配置在第一主面的第一电极；配置在第二主面的第二电极；以及插通于贯通孔并且与第一电极电连接的贯通导体，在第二主面的贯通孔的开口面积大于在第一主面的贯通孔的开口面积。
本发明的发明人对提高可靠性的高压贯通型电容器进行了调查研究。其结果是，本发明的发明人新发现了以下的事项。
在第二电极与贯通导体这二个导体间形成的电场的强度影响高压贯通型电容器的可靠性。以下，在第二电极与贯通导体之间形成的电场的强度有时简称为“导体间电场强度”。在导体间电场强度高的高压贯通型电容器中，容易产生绝缘破坏。绝缘破坏例如由于沿着划定贯通孔的素体的内面的放电产生。因此，在采用了使导体间电场强度降低的结构的高压贯通型电容器中，不易产生绝缘破坏。即，采用了使导体间电场强度降低的结构的高压贯通型电容器提高了可靠性。
本发明的发明人对使导体间电场强度降低的结构进行了调查研究。其结果是，本发明的发明人发现，在第二主面的贯通孔的开口面积大于在第一主面的贯通孔的开口面积的结构，将第二电极与贯通导体之间的距离加长，其结果是，导体间电场强度降低。
在上述一个方式中，也可以为，贯通孔在第二主面侧的端部具有贯通孔的尺寸扩大的扩大部。在这种情况下，能够通过扩大部，使贯通孔的在第二主面的开口面积大于贯通孔的在第一主面的开口面积。
在上述一个方式中，也可以为，扩大部呈随着朝向第二主面而贯通孔的尺寸扩大的锥形状。在这种情况下，与扩大部不呈锥形状的结构相比，能够抑制素体的体积由于贯通孔而减少，并且加长第二电极与贯通导体之间的距离。因此，能够维持电容器的性能，并且进一步降低导体间电场强度。
在上述一个方式中，也可以为，扩大部的内面与第二主面所形成的角度为90度以上且135度以下。在这种情况下，能够有效地降低导体间电场强度。
也可以为，上述一个方式所涉及的高压贯通型电容器还包括：以包围贯通导体的周围的方式，填充于贯通孔内的树脂。在这种情况下，能够提高第二电极与贯通导体之间的绝缘性。
在上述一个方式中，也可以为，在第二主面的贯通孔的开口面积为在第一主面的贯通孔的开口面积的1.1倍以上且9倍以下。在这种情况下，能够有效地降低导体间电场强度。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的高压贯通型电容器的分解立体图。
图2是表示本实施方式所涉及的高压贯通型电容器的截面结构的图。
图3是表示素体的截面结构的图。
图4是沿着图2的IV-IV线的截面图。
图5是表示变形例所涉及的素体的截面结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细说明。另外，在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素，使用相同的附图标记，省略重复的说明。
参照图1至图4，说明本实施方式所涉及的高压贯通型电容器HC1的结构。图1是表示本实施方式所涉及的高压贯通型电容器的分解立体图。图2是表示本实施方式所涉及的高压贯通型电容器的截面结构的图。图3是表示素体的截面结构的图。图4是沿着图2的IV-IV线的截面图。
如图1和图2所示，高压贯通型电容器HC1包括：素体10；第一电极11；第二电极12；接地金属配件20；多个贯通导体30、40；多个电极连接体31、41；多个绝缘管37、47；绝缘壳体50；绝缘罩60；树脂70；和树脂80。在本实施方式中，高压贯通型电容器HC1包括：二个贯通导体30、40；二个电极连接体31、41；和二个绝缘管37、47。
如图1和图3所示，素体10具有彼此相对的第一主面10a和第二主面10b。在本实施方式中，第一主面10a与第二主面10b在第一方向D1上彼此相对。第一主面10a和第二主面10b规定素体10的第一方向D1上的两个端面。素体10具有侧壁面10c。侧壁面10c以将第一主面10a和第二主面10b相互连结的方式在第一方向D1上延伸。侧壁面10c从第一方向D1观察划定素体10的外周。在本说明书中，从第二主面10b朝向第一主面10a的方向为上方向，第一主面10a相比第二主面10b位于上方。
素体10例如由绝缘材料构成。素体10例如含陶瓷。陶瓷例如包含BaTiΟ3、BaZrO3、CaTiO3或MgTiO3。素体10也可以含有添加于陶瓷中的添加物。添加物例如包含Si、Mg、Zr、Zn、Y、V、Al或Mn。
如图1和图2所示，第一电极11配置在第一主面10a上，第二电极12配置在第二主面10b上。第一电极11与第二电极12在第一方向D1上彼此相对。素体10位于第一电极11与第二电极12之间。因此，第一电极11与第二电极12，以素体10位于第一电极11与第二电极12之间的状态，在第一方向D1上彼此间接地相对。第一电极11具有一对导体13、14。导体13、14配置在第一主面10a上。导体13、14在第一主面10a上相互分开。在本实施方式中，导体13、14在与第一方向D1交叉的第二方向D2上分开。导体13、14各自与第二电极12在第一方向D1上彼此相对。
第一电极11和第二电极12包含导电性金属材料。导电性金属材料例如包含Ag。第一电极11和第二电极12也可以包含导电性金属材料并且包含磁性材料。磁性材料例如为Fe、Co、Ni、Cu或Sr、或者它们的组合。第一电极11和第二电极12例如通过将施加于第一主面10a和第二主面10b的导电性膏体烧结而形成。用于形成第一电极11和第二电极12的导电性膏体包含上述导电性金属材料。
如图1～图4所示，在素体10形成有多个贯通孔15、16。在本实施方式中，在素体10形成有二个贯通孔15、16。二个贯通孔15、16呈彼此相同的形状。素体10具有：划定贯通孔15的内面15a、和划定贯通孔16的内面16a。贯通孔15在第一主面10a和第二主面10b开口。贯通孔15从第一主面10a贯通至第二主面10b。贯通孔15在第一方向D1上贯通素体10。贯通孔16在第一主面10a和第二主面10b开口。贯通孔16从第一主面10a贯通至第二主面10b。贯通孔16在第一方向D1上贯通素体10。
在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积大于在第一主面10a的贯通孔15、16的开口面积。在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积为在第一主面10a的贯通孔15、16的开口面积的1.1倍以上且9倍以下。开口面积越大，越能够加长电极间距离，降低导体间电场强度。贯通孔15、16的尺寸根据第一方向D1的位置而不同。在第二主面10b的贯通孔15、16的尺寸大于在第一主面10a的贯通孔15、16的尺寸。此处，贯通孔15、16的尺寸为贯通孔15、16的内侧或内周的尺寸。贯通孔15、16的尺寸例如也可以为在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的面积，也可以为在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的最大长度。
在本实施方式中，在与第一方向D1正交的截面，贯通孔15、16呈圆形。在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的最大长度，例如为在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的内径。在与第一方向D1正交的截面，贯通孔15、16也可以呈圆形以外的形状。在第二主面10b的贯通孔15、16的最大长度d2长于在第一主面10a的贯通孔15、16的最大长度d1。最大长度d2为最大长度d1的1.1倍以上且3倍以下。最大长度d1例如为5mm。最大长度d2例如为7mm。
贯通孔15、16，在第二主面10b侧的端部具有贯通孔15、16的尺寸扩大的扩大部15b、16b。扩大部15b、16b呈随着朝向第二主面10b而贯通孔15、16的尺寸扩大的锥形状。扩大部15b、16b的内面15a、16a为锥面，相对于第一方向D1倾斜。内面15a、16a与第二主面10b所形成的角度θ为90度以上且135度以下。在扩大部15b、16b呈锥形状的情况下，角度θ大于90度且为135度以下。
在素体10形成有槽17。在本实施方式中，槽17以从与第一主面10a正交的方向(第一方向D1)观察，位于导体13与导体14之间的方式，形成于素体10。导体13与导体14以槽17相隔。在槽17未形成电极。素体10具有划定槽17的壁面17a。槽17在与第一方向D1和第二方向D2交叉的第三方向D3上延伸。槽17达到第一主面10a的第三方向D3上的两端。在本实施方式中，第一方向D1、第二方向D2和第三方向D3相互正交。
素体10的厚度(素体10的第一方向D1的长度)T例如为3mm以上且15mm以下。素体10的长度(素体10的第二方向D2的长度)L例如为10mm以上且30mm以下。素体10的宽度(素体10的第三方向D3的长度)W例如为5mm以上且15mm以下。作为一个例子也可以，厚度T为4.6mm以上且7mm以下，长度L为18mm，宽度W为8mm。作为另一个例子也可以，厚度T为10mm，长度L为28mm，宽度W为12.2mm。扩大部15b、16b的厚度(扩大部15b、16b的第一方向D1的长度)t比厚度T薄，例如为厚度T的0.1倍以上且0.5倍以下。
接地金属配件20与第二电极12电连接。接地金属配件20支承素体10。如图1所示，接地金属配件20具有突起部21和周边部22。周边部22包围突起部21。突起部21从第二方向D2观察，从周边部22朝向素体10突出。在突起部21形成有开口23。开口23在第一方向D1上贯通突起部21。在本实施方式中，开口23从第一方向D1观察，位于突起部21的中央区域。接地金属配件20从第一方向D1看呈矩形。矩形包含倒圆的形状和倒角的形状。接地金属配件20也可以呈矩形以外的形状。
接地金属配件20包含导电性金属材料。导电性金属材料例如包含Fe、Cu或Cu-Zn合金。
素体10以第二电极12与接地金属配件20电连接的方式配置。在本实施方式中，素体10以突起部21与第二电极12相接的方式，被接地金属配件20支承。接地金属配件20接地。突起部21与第二电极12经由焊料连接。
如图1～图4所示，贯通导体30插通于贯通孔15。贯通导体30与第一电极11电连接。贯通导体30具有：位于贯通孔15内的部分32、从第二主面10b突出的部分33、引板(tab)部34和连接部35。部分32与内面15a分开。在本实施方式中，部分32与部分33一体地形成。部分32和部分33由导电体构成，第一方向D1观察呈圆柱形状。部分32的外径设定为与贯通孔15的内面15a不相接的大小。部分32和部分33也可以呈圆柱形状以外的形状。引板部34作为引板连接件而发挥作用。连接部35将部分32和部分33与引板部34电连接且物理连接。
贯通导体30与导体13电连接。在贯通导体30，部分32和部分33插通于电极连接体31、贯通孔15和开口23。电极连接体31将引板部34和连接部35与导体13电连接。贯通导体30例如由导电性金属材料构成。导电性金属材料例如包含Fe、Cu或Cu-Zn合金。
贯通导体40插通于贯通孔16。贯通导体40与第一电极11电连接。贯通导体40具有：位于贯通孔16内的部分42、从第二主面10b突出的部分43、引板部44和连接部45。部分42与内面16a分开。在本实施方式中，部分42与部分43一体地形成。部分42和部分43由导电体构成，从第一方向D1观察呈圆柱形。部分42的外径设定为与贯通孔16的内面16a不相接的大小。部分42和部分43也可以呈圆柱形状以外的形状。引板部44作为引板连接件而发挥作用。连接部45将部分42和部分43与引板部44电连接且物理连接。
贯通导体40与导体14电连接。在贯通导体40，部分42和部分43插通于电极连接体41、贯通孔16和开口23。电极连接体41将引板部44和连接部45与导体14电连接。贯通导体40例如由导电性金属材料构成。导电性金属材料例如包含Fe、Cu或Cu-Zn合金。
绝缘管37覆盖贯通导体30并且具有电绝缘性。绝缘管37覆盖部分32和部分33。在本实施方式中，绝缘管37覆盖部分32的整体和部分33的一部分。被绝缘管37覆盖的区域，即，部分32的整体和部分33的一部分，插通于贯通孔15和开口23。
绝缘管47覆盖贯通导体40并且具有电绝缘性。绝缘管47覆盖部分42和部分43。在本实施方式中，绝缘管47覆盖部分42的整体和部分43的一部分。被绝缘管47覆盖的区域，即，部分42的整体和部分43的一部分，插通于贯通孔16和开口23。
各绝缘管37、47含绝缘性橡胶。绝缘性橡胶例如包含硅橡胶。
绝缘壳体50呈中空的筒状。绝缘壳体50也可以呈中空的筒状以外的形状。绝缘壳体50在内部容纳素体10、第一电极11和第二电极12。在本实施方式中，绝缘壳体50在内部容纳素体10的整体、第一电极11的整体、第二电极12的整体、接地金属配件20的一部分、和绝缘罩60的一部分。绝缘壳体50相比绝缘罩60配置在上方。绝缘壳体50以包围素体10的方式配置。在本实施方式中，绝缘壳体50以包围素体10、第一电极11、第二电极12、突起部21、电极连接体31、41、部分32、42、引板部34、44和连接部35、45的方式配置。绝缘壳体50与接地金属配件20物理连接。绝缘壳体50以绝缘壳体50的内侧面中的位于下端部的面与突起部21的外侧面相接的方式，与接地金属配件20连接。绝缘壳体50的下端面与周边部22的上表面相接。
绝缘罩60呈中空的筒状。绝缘罩60也可以呈中空的筒状以外的形状。绝缘罩60以包围部分33和部分43的方式配置。在本实施方式中，绝缘罩60以包围部分33、43和绝缘管37、47的方式配置。绝缘罩60与接地金属配件20物理连接。从第二方向D2和第三方向D3观察，绝缘罩60以绝缘罩60的外侧面中的位于上端部的面与突起部21的内侧面相接的方式，与接地金属配件20连接。
绝缘壳体50和绝缘罩60包含绝缘材料。绝缘材料例如包含聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或改性三聚氰胺。在绝缘材料中也可以包含无机物。无机物例如包含玻璃粉和陶瓷粉。玻璃粉例如包含工业用玻璃粉。陶瓷粉例如包含SiO2粉、Al2O3粉、滑石粉(Mg3Si4O10(OH)2)、氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)、或者它们的混合物。
如图2所示，树脂70填充于绝缘壳体50的内侧。在本实施方式中，树脂70以覆盖素体10的方式填充于绝缘壳体50的内侧。树脂70配置在绝缘壳体50与素体10、突起部21、电极连接体31、41、引板部34、44以及连接部35、45之间。树脂70填埋于绝缘壳体50与突起部21、素体10、电极连接体31、41、引板部34、44以及连接部35、45之间。树脂70与素体10、第一电极11、接地金属配件20、电极连接体31、41、贯通导体30、40以及绝缘壳体50相接。在本实施方式中，树脂70与侧壁面10c、壁面17a、第一电极11、突起部21、电极连接体31、41、引板部34、44、连接部35、45以及绝缘壳体50相接。树脂70的上端缘到达填埋连接部35、45那样的高度，树脂70的下端缘到达突起部21。树脂70的上端缘表示树脂70的第一方向D1上的两个端缘中的位于上方的端缘，树脂70的下端缘表示树脂70的第一方向D1上的两个端缘中的位于下方的端缘。
树脂80填充于绝缘罩60的内侧。树脂80以包围贯通导体30的周围的方式填充于贯通孔15的内侧。树脂80以包围贯通导体40的周围的方式填充于贯通孔16的内侧。在本实施方式中，树脂80以到达内面15a与部分32之间的空间以及内面16a与部分42之间的空间的方式，填充于绝缘罩60的内侧。树脂80以到达内面15a与绝缘管37之间的空间以及内面16a与绝缘管47之间的空间的方式填充。树脂80填埋于绝缘罩60与突起部21、内面15a、16a以及绝缘管37、47之间。树脂80与素体10、第二电极12、接地金属配件20、绝缘管37、47以及绝缘罩60相接。在本实施方式中，树脂80与内面15a、16a、第二电极12、突起部21、绝缘管37、47以及绝缘罩60相接。绝缘管37中的与树脂80相接的部分至少位于贯通孔15内。绝缘管47中的与树脂80相接的部分至少位于贯通孔16内。树脂80的上端缘到达电极连接体31、41的下表面，树脂80的下端缘相比周边部22的下表面位于下方。树脂80的上端缘表示树脂80的第一方向D1上的两个端缘中的位于上方的端缘，树脂80的下端缘表示树脂80的第一方向D1上的两个端缘中的位于下方的端缘。
树脂70和树脂80包含绝缘材料。绝缘材料例如包含热固性树脂。热固性树脂例如包含环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、或硅树脂。树脂70和树脂80也可以包含相互不同的绝缘材料。在本实施方式中，树脂70和树脂80包含环氧树脂。
如以上说明的那样，在高压贯通型电容器HC1中，在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积大于在第一主面10a的贯通孔15、16的开口面积。由此，第二电极12与贯通导体30、40之间的距离变长，其结果是，导体间电场强度降低。因此，在高压贯通型电容器HC1中，不易产生绝缘破坏。即，根据高压贯通型电容器HC1，能够提高可靠性。在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积为在第一主面10a的贯通孔15、16的开口面积的1.1倍以上且9倍以下。由此，能够有效地降低导体间电场强度。
贯通孔15、16，在第二主面10b侧的端部具有贯通孔15、16的尺寸扩大的扩大部15b、16b。因此，能够通过扩大部15b、16b，使贯通孔15、16的在第二主面10b的开口面积大于贯通孔15、16的在第一主面10a的开口面积。
扩大部15b、16b呈随着朝向第二主面10b而贯通孔15、16的尺寸扩大的锥形状。因此，与扩大部15b、16b不呈锥形状的结构相比，能够抑制素体10的体积由于贯通孔15、16而减少，并且加长第二电极12与贯通导体30、40之间的距离。因此，能够维持电容器的性能，并且进一步降低导体间电场强度。
根据本发明的发明人的调查研究，通过使扩大部15b、16b的内面15a、16a与第二主面10b所形成的角度θ为钝角，能够有效地降低导体间电场强度。通过使角度θ大于90度，能够加长电极间距离，降低导体间电场强度。因此，能够防止在第二电极12的端部的电场集中。其结果是，能够期待部分放电的抑制。当使角度θ大于135度时，不能充分地确保第二电极12的面积。在高压贯通型电容器HC1中，角度θ大于90度，且为135度以下。
高压贯通型电容器HC1还包括：以包围贯通导体30、40的周围的方式，填充于贯通孔15、16内的树脂80。因此，能够提高第二电极12与贯通导体30、40之间的绝缘性。由此，抑制第二电极12与贯通导体30、40之间的放电。因此，在高压贯通型电容器HC1中，沿着贯通孔15、16的内面15a、16a的放电成为绝缘破坏的主要原因。根据树脂80，还能够对第二电极12和贯通导体30、40赋予耐湿性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围进行各种变更。
图5是表示变形例所涉及的素体的截面结构的图。如图5所示，在变形例所涉及的素体10A中，在扩大部15b、16b不呈锥形状这一点上，与素体10(参照图3)不同。在扩大部15b、16b，贯通孔15、16的尺寸和形状不因第一方向D1的位置而变化，是恒定的。即，在扩大部15b、16b，在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的面积与在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积相同。在扩大部15b、16b，在与第一方向D1正交的截面的贯通孔15、16的最大长度与最大长度d2相同。即使在高压贯通型电容器HC1具备变形例所涉及的素体10A的情况下，在第二主面10b的贯通孔15、16的开口面积也大于在第一主面10a的贯通孔15、16的开口面积，因此，导体间电场强度降低。因此，能够提高可靠性。
高压贯通型电容器HC1包括二个贯通导体30、40，但高压贯通型电容器HC1也可以包括三个以上的贯通导体。高压贯通型电容器HC1也可以包括二个贯通导体30、40中的任一个贯通导体，即，单一的贯通导体。形成于素体10的贯通孔、绝缘管、第一电极11具有的导体和电极连接体的各数量也可以与贯通导体的数量对应。
上述实施方式和变形例也可以适当地组合。
Claims (6)
1.一种高压贯通型电容器，其包括：
素体，其具有彼此相对的第一主面和第二主面，并且形成有在所述第一主面和所述第二主面开口的贯通孔；
配置在所述第一主面的第一电极；
配置在所述第二主面的第二电极；以及
插通于所述贯通孔并且与所述第一电极电连接的贯通导体，
在所述第二主面的所述贯通孔的开口面积大于在所述第一主面的所述贯通孔的开口面积。
2.根据权利要求1所述的高压贯通型电容器，其中，
所述贯通孔，在所述第二主面侧的端部具有所述贯通孔的尺寸扩大的扩大部。
3.根据权利要求2所述的高压贯通型电容器，其中，
所述扩大部呈随着朝向所述第二主面而所述贯通孔的尺寸扩大的锥形状。
4.根据权利要求2或3所述的高压贯通型电容器，其中，
所述扩大部的内面与所述第二主面所形成的角度为90度以上且135度以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高压贯通型电容器，其中，
还包括：以包围所述贯通导体的方式，填充于所述贯通孔内的树脂。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的高压贯通型电容器，其中，
在所述第二主面的所述贯通孔的开口面积为在所述第一主面的所述贯通孔的开口面积的1.1倍以上且9倍以下。
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