CN117981024A - 电容器 - Google Patents
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Abstract
提供抑制了由水分引起的性能下降的电容器。电容器具备电容器元件、配置于所述电容器元件的端面的外部电极以及与所述外部电极电连接的引线端子，所述外部电极的水分透过率为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。
Description
技术领域
本发明涉及电容器。
背景技术
当水分浸入电容器内时，发生静电电容和绝缘电阻值的下降。于是，专利文献1提出了一种由平均粒径不同的金属粒子形成外部电极的方案。根据专利文献1，由此，抑制了密封树脂内的残留水分侵入到电容器元件，降低了绝缘电阻的劣化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-214607号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的方法中，难以充分地抑制由水分引起的性能下降。本发明的目的在于，提供抑制由水分引起的性能下降的电容器。
用于解决问题的手段
本发明涉及一种电容器，具备：电容器元件；外部电极，其配置于所述电容器元件的端面；以及引线端子，其与所述外部电极电连接，所述外部电极的水分透过率是18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。由此，由水分引起的绝缘电阻值的减少、等效串联电阻值(ESR)的增加、电容器的膨胀等得到抑制，长期地维持电容器的性能。
所述外部电极的最大高度Rz优选为120μm以上。由此，电容器元件内的水分容易通过外部电极向外部释放。
所述外部电极例如是金属喷镀电极。金属喷镀电极的水分透过率容易控制。
所述外部电极可以包括锌与铝的合金。
所述电容器元件具备内部电极，所述内部电极例如由金属化薄膜构成。所述金属化薄膜例如具备树脂薄膜以及形成于所述树脂薄膜的至少一个主面的金属层。即，本发明的电容器可以是薄膜电容器。
发明效果
根据本发明，提供抑制了由水分引起的性能下降的电容器。
附图说明
图1是示意性示出本发明的一实施方式的电容器的立体图。
具体实施方式
如专利文献1那样，当水分难以从外部电极浸入到电容器元件的内部时，电容器元件内部的水分也难以从外部电极释放到外部。即，难以去掉在形成了外部电极之后存在于电容器元件内的水分。但是，在外部电极的形成工序中，有时水分浸入到电容器元件。这是因为，电容器的外部电极通常通过大气下的金属喷镀而形成。
在本公开中，外部电极的水分透过率为18g/(24小时·m2)以上。由此，在形成外部电极之后，能够通过进行热处理来去除存在于电容器元件内的水分。
另一方面，外部电极的水分透过率为70g/(24小时·m2)以下。由此，在热处理后直至密封工序的期间，能够抑制水分一下子从外部浸入到电容器元件内，能够将电容器元件内的水分率维持得较低。此外，在密封工序时，抑制了密封树脂侵入到外部电极的空隙。
即，通过将外部电极的水分透过率设为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下，由水分引起的绝缘电阻值的减少、等效串联电阻值(ESR)的增加、电容器的膨胀等得到抑制，长期地维持电容器的性能。
外部电极的水分透过率如以下那样计算。
准备具备电容器元件以及配置于电容器元件的两个端面的外部电极的试料。将该试料在40℃80％RH的环境下静置24小时使其吸湿。对吸湿前后的试料的质量进行测定，将其差设为水分透过量。将用水分透过量除以两个外部电极的剖面面积(m2)的合计而得到的值设为水分透过率[g/(24小时·m2)]。在吸湿之前，期望预先使试料充分地干燥。
外部电极的剖面面积是将外部电极与电容器元件的端面平行地切断而得到的剖面的面积。或者，外部电极的剖面面积是将试料从连结两个外部电极的中心彼此的直线所延伸的方向投影而得到的俯视图的面积。上述剖面或俯视图的面积可以通过图像处理而求出，也可以通过计算而求出。
[电容器]
本公开的电容器具备电容器元件、配置于电容器元件的端面的外部电极、以及与外部电极电连接的引线端子。外部电极的水分透过率是18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。
本公开的电容器能够应用于各种用途。本公开的电容器特别适合在温度变化大的环境中使用。并且，能够长期地期待高连接可靠性，因此，适合用于搭载于机动车、产业设备的电子设备，尤其适合用于电动压缩机、泵、功率器件。作为功率器件，例如举出充电器、DC-DC转换器、驱动用逆变器。
电容器的大小、形状没有特别限定，根据电容、用途等适当设定即可。电容器的种类也没有特别限定。本公开的电容器典型地是薄膜电容器。以下，以薄膜电容器为例，对本公开的电容器详细进行说明。本公开的电容器不限于此。
(电容器元件)
电容器元件通常具备极性不同的两种内部电极(以下，称为第一内部电极和第二内部电极)。电容器元件可以是层叠型，可以是卷绕型。在层叠型的电容器元件中，第一内部电极和第二内部电极被裁断为规定的大小，并交替地层叠有多个。在卷绕型的电容器元件中，第一内部电极和第二内部电极为长条体，被层叠后卷绕，根据需要进行压制。在该情况下，电容器元件的剖面可以成为椭圆形(田径场的跑道形)。第一内部电极和第二内部电极的结构可以相同，可以不同。
各内部电极例如由金属化薄膜构成。金属化薄膜具备树脂薄膜、以及形成于树脂薄膜的至少一个主面的金属层。
树脂薄膜的材质没有特别限定，可以是热固化性树脂，可以是热塑性树脂。作为热固化性树脂，例如举出酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、不饱和聚酯树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、热固化性聚酰亚胺。作为热塑性树脂，例如举出聚丙烯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚烯丙基芳基酯。单独地使用它们中的一种或组合两种以上而使用。树脂薄膜还可以包含流平剂等添加剂。
树脂薄膜的厚度可以为5μm以下，可以为3.5μm以下，可以为3.4μm以下。树脂薄膜的厚度可以为0.5μm以上。在一方式中，树脂薄膜的厚度为0.5μm以上且5μm以下。能够使用光学式膜厚计来测定树脂薄膜的厚度。
金属层例如通过蒸镀法形成于树脂薄膜的至少一个主面的一部分。作为金属层所包含的金属种类，例如举出铝、锌、钛、镁、铜、镍。
金属层的厚度没有特别限定。从抑制损伤的观点出发，金属层的厚度优选为5nm以上。金属层的厚度优选为40nm以下。能够通过使用场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等电子显微镜来观察沿厚度方向切断了金属化薄膜的剖面，从而确定金属层的厚度。
(外部电极)
外部电极配置于电容器元件的端面。外部电极通常分别配置在电容器元件的对置的两个端面。例如在卷绕型的电容器元件的情况下，外部电极配置在位于电容器元件的卷绕轴方向的双方的各个端面。外部电极也可以覆盖电容器元件的端面。
外部电极与内部电极电连接，起到向外部引出内部电极的作用。一个外部电极(第一外部电极)与第一内部电极电连接。其他的外部电极(第二外部电极)与第二内部电极电连接。
外部电极的水分透过率为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。一个以上的外部电极的水分透过率满足上述范围。优选所有外部电极的水分透过率满足上述范围。外部电极的水分透过率优选为20g/(24小时·m2)以上，更优选为22g/(24小时·m2)以上。外部电极的水分透过率优选为65g/(24小时·m2)以下，更优选为60g/(24小时·m2)以下。
外部电极的最大高度Rz例如为120μm以上。当表面的最大高度Rz为上述范围时，在外部电极的内部形成有足够的空隙的情况较多，外部电极的表面的凹部与外部电极的内部的空隙容易连通。因此，电容器元件内的水分容易通过外部电极向外部释放。外部电极的最大高度Rz可以为125μm以上。在容易抑制外部的水分通过外部电极浸入到电容器元件内这方面，外部电极的最大高度Rz优选为200μm以下。能够按照JIS B 0601-2001来求出最大高度Rz。
外部电极典型地是由金属形成。作为金属种类，例如举出锌、铝、锡、锌-铝合金。在锌-铝合金中，铝的含有率例如为20％以下，为18％以下，为15％以下。在锌-铝合金中，铝的含有率例如为0.1％以上，为0.5％以上，为1％以上。
外部电极的厚度没有特别限定。外部电极的厚度例如为0.5mm以上且3mm以下。外部电极的厚度是电容器元件的端面的法线方向上的外部电极的长度。外部电极的厚度是任意多处(期望为三处以上)的平均值。
外部电极例如通过在电容器元件的各端面上喷镀金属而形成。这样的外部电极通常可以说是金属喷镀电极。金属喷镀电极在水分透过率容易控制这方面是优选的。能够通过调整空气的吹送压力、金属的每小时的喷镀量、吹送喷嘴的形状、从吹送喷嘴的前端到对象物为止的距离等，来控制金属喷镀电极的水分透过率。例如，通过将吹送空气压力调整为超过0.15MPa且小于0.7MPa，能够将金属喷镀电极的水分透过率控制为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。通过将金属的每小时的喷镀调整为超过20g/分钟且小于140g/分钟，能够将金属喷镀电极的水分透过率控制为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。
(引线端子)
引线端子的一部分通常与外部电极接合并且电连接。一个以上的引线端子通常与一个外部电极接合。引线端子例如通过焊接而与外部电极接合。
引线端子与外部电极的接合位置没有特别限定。如后所述，在电容器元件和外部电极被树脂密封的情况下，引线端子与外部电极接合为，其一部分从密封树脂向外部露出。引线端子例如通过焊接而与外部电极接合。
引线端子的材质只要示出导电性就没有特别限定。引线端子例如可以是钢线、铜线，可以对这些线材实施锡镀覆、锌镀覆、铜镀覆、镍镀覆等。引线端子的剖面形状也没有特别限定，可以是圆形、椭圆形、矩形。
(密封材料)
电容器元件和外部电极也可以由密封材料密封。由此，能够抑制水分向内部的浸入。此外，耐水性和耐振动性等容易提高。作为密封材料，代表性地举出热固化性树脂的固化物。作为热固化性树脂，例如举出环氧树脂、聚氨酯树脂。在该情况下，电容器元件和外部电极由固化后的热固化性树脂密封。密封材料还可以包含无机填料。
(电容器壳体)
电容器元件也可以收容于壳体。在该情况下，在电容器元件与壳体的间隙填充有密封材料。该电容器例如如以下那样制作。首先，配置具备外部电极的电容器元件，向壳体的外部引出引线端子。之后，在壳体与电容器元件之间填充热固化性树脂并使其固化。
图1是示意性示出本公开的电容器的立体图。电容器10具备电容器元件1、两个外部电极(第一外部电极2A、第二外部电极2B)、以及两个引线端子(第一引线端子3A、第二引线端子3B)。电容器元件1的端面形状为椭圆形。第一外部电极2A配置在电容器元件1的一个端面，第二外部电极2B配置在电容器元件1的另一个端面。第一引线端子3A与第一外部电极2A接合，第二引线端子3B与第二外部电极2B接合。
(电容器的制造方法)
本公开的电容器例如通过如下方法来制造，该方法具备在电容器元件的端面形成外部电极的工序、将引线端子与外部电极接合而将两者电连接的工序、以及在外部电极的形成工序之后对电容器元件进行热处理的工序。
所形成的外部电极的水分透过率为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。由于外部电极具有18g/(24小时·m2)以上的高水分透过率，因此，残留于电容器元件的水分通过热处理工序而被去除。另一方面，由于外部电极的水分透过率被抑制为70g/(24小时·m2)以下，因此，在热处理工序后抑制水分通过外部电极而浸入。
热处理例如以125℃以上且150℃以下进行4小时到24小时。
也可以在引线端子的接合工序和热处理工序之后，进行利用密封材料将电容器元件和外部电极密封的工序。如上所述，由于外部电极的水分透过率被抑制为70g/(24小时·m2)以下，因此，也抑制密封材料向外部电极的空隙侵入。
实施例
根据以下的实施例，对本发明进一步具体进行说明，但本发明不限于此。实施例中，除非另有说明，否则“部”和“％”都是基于质量基准。
[实施例1]
在聚氨酯树脂制的树脂薄膜(厚度3μm)蒸镀铝，使其成为厚度20nm，制作出金属化薄膜。将该金属化薄膜层叠两片并卷绕，由此制作出电容器元件。在得到的电容器元件的卷绕轴方向的两个端面喷镀锌-铝合金(铝含有率6％)，形成了两个外部电极(厚度1mm)。之后，向两个外部电极分别电阻焊接了引线端子(锡镀覆铜线，直径1.2mm)。由此，得到薄膜电容器。
如上述那样计算出该薄膜电容器的水分透过率，结果为18.5g/(24小时·m2)。外部电极的剖面面积通过计算而求出。两个外部电极的最大高度Rz的平均值为125μm。使用激光显微镜(基恩士公司制，VK-8700)测定了最大高度Rz。
[实施例2-5、比较例1-5]
除了改变形成外部电极时的空气的吹送压力、吹送喷嘴的形状而将外部电极的水分透过率调整为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作出薄膜电容器。
[评价]
对制作出的薄膜电容器进行吸湿处理和热处理，之后，利用热固化性树脂进行了密封。对密封后的薄膜电容器进行了以下的评价。表1示出结果。
(吸湿处理)
使得到的薄膜电容器以125℃干燥48小时，使电容器元件成为绝对干燥状态。之后，在40℃80％RH的环境下静置了薄膜电容器，直至电容器元件的每单位体积(1cm3)吸附6.5mg的水分为止。
(热处理)
将吸附了水分的薄膜电容器以125℃时加热了4小时。
(密封)
将干燥后的薄膜电容器放入壳体，利用环氧树脂进行了密封。
(1)ESR变化率
将绝对干燥状态的薄膜电容器的ESR设为初始值R0。用密封后的薄膜电容器的ESR(R)与初始值R0之差(R-R0)除以初始值R0并乘以100。这样，计算出ESR变化率(ΔESR)。
ΔESR(％)＝100×(R-R0)/R0
使用LCR测量仪(NF回路设计公司制，ZM2371，测定频率10kHz)测定了ESR。
(2)电容变化率-1
将绝对干燥状态的薄膜电容器的电容设为初始值C0。用密封后的薄膜电容器的电容C与初始值C0之差(C-C0)除以初始值C0并乘以100。这样，计算出电容变化率(ΔC)。
ΔC(％)＝100×(C-C0)/C0
使用LCR测量仪(NF回路设计公司制，ZM2371，测定频率1kHz)测定了电容。
(3)电容变化率-2(高温高压负荷试验后)
在125℃的气氛中对密封后的薄膜电容器施加2，000小时的500V的电压。用该试验后的薄膜电容器的电容C1与试验前的薄膜电容器的电容C之差(C1-C)除以电容C并乘以100。这样，计算出负荷试验前后的电容变化率(ΔC1)。在ΔC1为5％以内的情况下，能够判断为长寿命。
ΔC1(％)＝100×(C1-C)/C
与上述同样地，使用LCR测量仪(NF回路设计公司社制，ZM2371，测定频率1kHz)测定了电容。
[表1]
如表1所示，外部电极的水分透过率为18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下的实施例1-5的薄膜电容器的ESR变化率(ΔESR)、电容变化率(ΔC)以及负荷试验后的电容变化率(ΔC1)均较小。
另一方面，外部电极的水分透过率比18g/(24小时·m2)小的比较例1-3的薄膜电容器的ESR变化率(ΔESR)、电容变化率(ΔC)以及负荷试验后的电容变化率(ΔC1)均较大。尤其是负荷试验后的电容变化率(ΔC1)较大，无法期待长寿命。这被认为是因为在吸湿处理后的热处理中，水分没有被充分地去除。
外部电极的水分透过率超过70g/(24小时·m2)的比较例4-5的薄膜电容器的ESR变化率(ΔESR)、电容变化率(ΔC)以及负荷试验后的电容变化率(ΔC1)均较大。尤其是ESR变化率(ΔESR)较大。这被认为是因为在热处理后直至被密封为止的期间，水分一下子浸入到电容器内部或者密封树脂侵入到外部电极的空隙。
产业上的可利用性
本发明的电容器由于由水分引起的性能下降被抑制，因此能够应用于各种电子设备。
本申请主张基于2021年9月27日在日本申请的特愿2021-156871的优先权，其全部的记载内容通过参照被援引到本说明书中。
附图标记说明
10 电容器；
1 电容器元件；
2A 第一外部电极；
2B 第二外部电极；
3A 第一引线端子；
3B 第二引线端子。
Claims (5)
1.一种电容器，具备：
电容器元件；
外部电极，其配置于所述电容器元件的端面；以及
引线端子，其与所述外部电极电连接，
所述外部电极的水分透过率是18g/(24小时·m2)以上且70g/(24小时·m2)以下。
2.根据权利要求1所述的电容器，其中，
所述外部电极的最大高度Rz是120μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的电容器，其中，
所述外部电极是金属喷镀电极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容器，其中，
所述外部电极包括锌与铝的合金。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容器，其中，
所述电容器元件具备内部电极，
所述内部电极由金属化薄膜构成，
所述金属化薄膜具备树脂薄膜以及形成于所述树脂薄膜的至少一个主面的金属层。
Applications Claiming Priority (3)
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| JP2021-156871 | 2021-09-27 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117981024A true CN117981024A (zh) | 2024-05-03 |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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