JP2008277505A

JP2008277505A - 金属化フィルムコンデンサ

Info

Publication number: JP2008277505A
Application number: JP2007118604A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Masuyama; 孝弘増山
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】車載時等の過酷な温度サイクルに耐え得る金属化フィルムコンデンサを提供する。
【解決手段】少なくとも片面の蒸着電極を複数個のセグメントに分割し、セグメントをヒューズにより並列接続した金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ素子８の端面にメタリコン電極引き出し部７が形成された金属化フィルムコンデンサであって、メタリコン電極引き出し部７にはんだ付けされる金属バー９の接合部が、はんだ接続範囲１箇所に対し複数個の凸部１０を有し、凸部１０間の間隔Ｌ１が、はんだ接続範囲１箇所の径方向長さの０．１２５〜０．６２５倍に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属化フィルムコンデンサに関し、詳細には車載時等の過酷な温度サイクルに耐え得る乾式金属化フィルムコンデンサのメタリコン電極引き出し部の接合改善に関するものである。

周知のように、高周波、大電流を通電するインバータ回路に使用される乾式金属化フィルムコンデンサには、耐電圧・耐電流性等の高信頼性が要求される。

図５に示すように、従来の乾式金属化フィルムコンデンサのメタリコン引き出し電極部７と金属バー１４の接合において、金属バー１４にはんだ接続範囲１箇所に対して１個の凸部１５を設け、この凸部１５ではんだ接続することにより、コンデンサ素子８への熱の影響を少なくして信頼性の向上が図られている（特許文献１）。なお、図中１１ははんだ接続範囲、１２はケース、１３はエポキシ樹脂である。

特開２００４−３４９４４７号公報

上記特許文献１に係る金属化フィルムコンデンサを高周波、大電流を通電するインバータ回路に使用する場合、上記引き出し電極部と金属バーとの接続は、金属バーに上記の凸部を設け、この凸部ではんだ接合する方法により行っている。この方法によると、コンデンサ素子への熱影響を抑えた状態で、凸部によるはんだ付けが可能であり、上記引き出し電極部としてのメタリコンと金属化フィルムの蒸着電極との接合の劣化は少なくなり、通電時の耐電流性を改善することができる。

しかしながら、上記特許文献１に係る金属化フィルムコンデンサを車載用として使用した場合、−４０〜＋１２０℃、２０００サイクルの温度サイクル条件が要求されるが、このとき、金属バーに上記の凸部を設けても、はんだ接続範囲に付加される熱ストレスは低減されず、はんだ接続範囲の中心部（凸部端部中央部）からはんだクラックが発生するため、これを改善する必要がある。

本発明は、上記技術的課題に鑑みなされたもので、車載時等の過酷な温度サイクルに耐え得る金属化フィルムコンデンサの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも片面の蒸着電極を複数個のセグメントに分割し、該セグメントをヒューズ部により並列接続した金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ素子の端面にメタリコン電極引き出し部が形成された金属化フィルムコンデンサであって、上記メタリコン電極引き出し部にはんだ付けされる金属バーの接合部が、はんだ接続範囲１箇所に対し複数個の凸部を有し、該凸部間の間隔が、上記はんだ接続範囲１箇所の径方向の長さの０．１２５〜０．６２５倍に設定されていることを特徴とする。

例えば、上記はんだ接続範囲の直径が８ｍｍのときには、上記凸部間の間隔は１〜５ｍｍとされる。

また、上記はんだ接続範囲１箇所における凸部の長さが、上記はんだ接続範囲１箇所の径方向の長さの１．２５〜３．１２５倍に設定されていることを特徴とする。

例えば、上記はんだ接続範囲の直径が８ｍｍのときには、上記凸部の長さは１０〜２５ｍｍとされる。

ところで、上記凸部に角部が存在すると、その角部に熱的影響により発生する応力が集中するという問題がある。

そこで、上記各凸部の角部は、角落としされていることが好ましい。これは、例えば、凸部の先端部に丸味を持たせるなどして角ばった部分や尖った部分がないようにする、すなわち凸部の先端部を非尖状形状とすることを意味する。

温度サイクル試験でのはんだ接続範囲のクラック発生は、試験時のひずみ（熱ストレス）が最も集中する中央部が起点となるが、該中央部に金属バーが存在しないようにすることで、ひずみが緩和されてクラックが発生しにくくなる。また、凸部（はんだ接合部）を複数個として、その長さを長くすることにより、熱ストレスが吸収、緩和され、温度サイクル試験で、はんだ接合部が断線に至るまでの時間が長くなり、その結果、温度サイクル性の改善を図ることができる。よって、工業的かつ実用的に極めて大きな効果を奏する。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。

［実施例１］複数個の凸部（Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝２０ｍｍ、Ｗ１＝２ｍｍ）
図１〜３において、１はポリプロピレンフィルム（以下、「ＰＰフィルム」という）、２はアルミニウム蒸着電極、３は分割蒸着電極フィルム、４はマージン部、５はセグメント（分割蒸着電極）、６はヒューズ部、７はメタリコン引き出し電極部、８はコンデンサ素子、９は結線用金属バー、１０は金属バー９の凸部、１１ははんだ接続範囲、１２は樹脂ケース、１３はエポキシ樹脂である。

図３に示すように、分割蒸着電極フィルム３は、７μｍのＰＰフィルム１に片側端部にマージン部４を残してアルミニウム蒸着電極２を形成し、複数個に分割したセグメント５をヒューズ部６で並列接続してなる。

図２に示すように、コンデンサ素子８は、上記の金属化フィルム（分割蒸着電極フィルム）３を巻回し、この端面に引き出し電極としてメタリコン７を形成してなる。

本実施例１に係る乾式金属化フィルムコンデンサは、定格７５０Ｖ、３００μＦであって、図１（ａ）に示すように、上記の３個の金属化フィルムコンデンサ素子８に金属バー９をはんだ付けし、その後、ケース１２に収納しエポキシ樹脂１３を充填・硬化させて作製される。

特に、本実施例１では、図１（ｂ）に示すように、上記のメタリコン引き出し電極部７と金属バー９との接合部において、金属バー９にはんだ接続範囲１箇所に対し２つの凸部１０が設けられている。このはんだ接続範囲１箇所の径方向の長さ（円形状のはんだバンプの直径）は、８ｍｍに設定されている。

図１（ｃ）に示すように、上記凸部１０は、その長さＬ２が２０ｍｍに設定されていると共に、その間隔Ｌ１は２ｍｍに設定されている。また、各凸部１０の幅Ｗ１は、２ｍｍに設定されている。

（従来例）単数個の凸部（Ｌ２＝２０ｍｍ、Ｗ＝６ｍｍ）
従来例（特許文献１）では、図５（ｃ）に示すように、上記のメタリコン引き出し電極部７に接合する金属バー１４に、はんだ接続範囲１箇所に対し１個の凸部１５を設け、この凸部１５の長さＬ２＝２０ｍｍ、幅Ｗ＝６ｍｍとした以外は、実施例１と同様に、定格７５０Ｖ、３００μＦの乾式金属化フィルムコンデンサを作製した。

実施例１および従来例の金属化フィルムコンデンサを各５個、−４０〜＋１２０℃の温度サイクル試験（各温度保持時間：２時間、降温・昇温時間：各１時間、１サイクル：６時間、以下同じ）を２０００サイクル行って、1ｋＨｚでのｔａｎδを測定した結果を表１に示す。

この結果、実施例１では、５個全数で１ｋＨｚでのｔａｎδが小さく、安定しているが、従来例では、全数１ｋＨｚでのｔａｎδが大きく、５個中３個は接合部はんだにクラックが生じ、これが進行したことにより断線している。これに対して、実施例１は、クラックの起点であるはんだ接続範囲の中央部に金属バー９が存在しないこと、および２つの凸部１０を合せたはんだ接合長さ（１箇所のはんだ接続範囲内における２つの凸部１０の全長の和）が、単一の凸部１５のはんだ接合長さ（１箇所のはんだ接続範囲内における凸部１５の全長）よりも長いことから、断線に至るまでの時間が長くなり、ヒートサイクル性が向上していることが分かる。

［実施例２］凸部間の間隔比較（Ｌ１＝０．５〜７．０ｍｍ、Ｌ２＝２０ｍｍ、Ｗ１＝２ｍｍ）
本実施例２では、上記のメタリコン引き出し電極部７に接合する金属バー９に設けた上記金属バー凸部１０の長さＬ２を２０ｍｍ、間隔Ｌ１を０．５〜７ｍｍの範囲に設定した以外は、実施例１と同様にして、定格７５０Ｖ、３００μＦの乾式金属化フィルムコンデンサを作製した。

この実施例２の金属化フィルムコンデンサを各５個、−４０〜＋１２０℃の温度サイクル試験を２０００サイクル行って、1ｋＨｚでのｔａｎδを測定した結果を表２に示す。

この結果、間隔Ｌ１が１〜５ｍｍであれば、５個全数１ｋＨｚでのｔａｎδが小さく、安定していることが分かる。

これに対し、凸部１０の間隔Ｌ１が０．５ｍｍの場合は、断線不良は発生していないが、１ｋＨｚでのｔａｎδが大きく、−４０〜＋１２０℃の過酷な温度サイクル試験では好ましくない。他方、凸部１０の間隔Ｌ１が７．０ｍｍになると、はんだ接合面積も大きくなって、はんだ接合時の熱の影響によりメタリコン引き出し電極部７と金属化フィルム３との接合が弱くなり、ｔａｎδが大きくなる傾向にあり、好ましくない。

［実施例３］凸部の長さ比較（Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝５〜３０ｍｍ、Ｗ１＝２ｍｍ）
本実施例３では、上記のメタリコン引き出し電極部７に接合する金属バー９に設けた上記２つの凸部１０の長さＬ２を変化させて、各凸部１０の長さＬ２を５〜３０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、定格７５０Ｖ、３００μＦの乾式金属化フィルムコンデンサを作製した。

この実施例３の金属化フィルムコンデンサを各５個、−４０〜＋１２０℃の温度サイクル試験を２０００サイクル行って１ｋＨｚでのｔａｎδを測定した結果を表３に示す。

この結果、金属バー９の凸部１０の長さＬ２が１０〜２５ｍｍであると、５個全数１ｋＨｚでのｔａｎδが小さく、安定している。

これに対し、上記の凸部１０の長さＬ２が５ｍｍの場合、断線不良は発生していないが、１ｋＨｚでのｔａｎδが大きく、−４０〜＋１２０℃の過酷な温度サイクル試験では好ましくない。他方、上記の凸部１０の長さＬ２が３０ｍｍになると、はんだ接合面積も大きくなって、はんだ接合時の熱の影響によりメタリコンと金属化フィルムの接合が弱くなり、ｔａｎδが大きくなる傾向にあり、好ましくない。

［実施例４］凸部の角落としの比較（Ｌ１＝２ｍｍ、Ｌ２＝２０ｍｍ、Ｗ＝２ｍｍ）
本実施例４では、図４に示すように、上記金属バー９の凸部１０の先端部がほぼ円弧状に丸味を帯びるようにその角部を角落としした（凸部１０の先端部に角落とし部１６を設けた）以外は、実施例１と同様に、乾式金属化フィルムコンデンサを作製した。この金属化フィルムコンデンサについて、上記の温度サイクル試験を行ったところ、凸部１０に熱膨張・熱収縮により発生する応力が集中する角部がなくなることにより、角部がある、実施例１よりもさらに良好な結果が得られた。その結果を表４に示す。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。

本発明では、−４０〜＋１２０℃のような過酷な温度サイクル性の改善が図れ、以って車載用途のインバータ回路の平滑用コンデンサとしての利用が可能となり、その工業的・実用的価値が大きいゆえ、金属化フィルムコンデンサ、特に乾式金属化フィルムコンデンサとして有用である。

（ａ）は本発明の実施例１に係る乾式金属化フィルムコンデンサのコンデンサ素子３個を金属バーではんだ接続してケースに収納してエポキシ樹脂を充填、硬化させた状態を示す正面内部構造図、（ｂ）は同じく側面内部構造図、（ｃ）は金属バーとその凸部の拡大図である。金属化フィルムコンデンサ素子の構成を示す図である。分割蒸着電極フィルムの構成を模式的に示す図である。本発明の実施例４に係る乾式金属化フィルムコンデンサの金属バーとその凸部の拡大図である。（ａ）は従来例に係る乾式金属化フィルムコンデンサのコンデンサ素子３個を金属バーではんだ接続してケースに収納してエポキシ樹脂を充填、硬化させた状態を示す正面内部構造図、（ｂ）は同じく側面内部構造図、（ｃ）は金属バーとその凸部の拡大図である。

符号の説明

１ＰＰフィルム
２アルミニウム蒸着電極
３分割蒸着電極フィルム（金属化フィルム）
４マージン部
５セグメント（分割蒸着電極）
６ヒューズ部
７メタリコン電極引き出し部
８コンデンサ素子
９金属バー
１０凸部
１１はんだ接続範囲
１２ケース
１３エポキシ樹脂
１４金属バー
１５凸部
１６角落とし部
Ｌ１凸部間の間隔
Ｌ２凸部の長さ
Ｗ１凸部の幅
Ｗ凸部の幅

Claims

少なくとも片面の蒸着電極を複数個のセグメントに分割し、該セグメントをヒューズ部により並列接続した金属化フィルムを巻回してなるコンデンサ素子の端面にメタリコン電極引き出し部が形成された金属化フィルムコンデンサであって、
上記メタリコン電極引き出し部にはんだ付けされる金属バーの接合部が、はんだ接続範囲１箇所に対し複数個の凸部を有し、
該凸部間の間隔が、上記はんだ接続範囲１箇所の径方向長さの０．１２５〜０．６２５倍に設定されていることを特徴とする金属化フィルムコンデンサ。
上記はんだ接続範囲１箇所における凸部の長さが、上記はんだ接続範囲１箇所の径方向長さの１．２５〜３．１２５倍に設定されていることを特徴とする請求項１記載の金属化フィルムコンデンサ。
上記凸部の角部が角落としされていることを特徴する請求項１または２に記載の金属化フィルムコンデンサ。