JP2009152431A - フィルムコンデンサ - Google Patents

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浩治 岡本
Shinichi Suzawa
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Abstract

【課題】本発明はポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンフィルムなどの高分子フィルムを用いたフィルムコンデンサの耐熱性を改善する事を目的とするものである。
【解決手段】目的を達成するために、コンデンサ素子2を一方の面に熱硬化性樹脂からなる樹脂層7が形成された誘電体フィルム5bと、両面に金属電極膜6a、6bが形成された誘電体フィルム5aとをそれぞれ一枚ずつ重ねて巻回した巻回体15の一対の側面に外部電極10、11を設けた構造とする。
【選択図】図1

Description

本発明は高い耐熱性が要求されるフィルムコンデンサに関するものである。
従来のフィルムコンデンサは、特許文献1に記載されているように、誘電体にポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンフィルムなどの高分子フィルムを用いたコンデンサ素子を樹脂で外装、或いは樹脂製の容器に入れ、隙間に樹脂を充填したものであるが、近年これらのフィルムコンデンサに対して耐熱性の向上への要望が強くなっている。
その理由としては、使用条件が過酷な自動車用途などでは、高温雰囲気での性能や信頼性の更なる向上が求められていること、また、電子部品の小型化や実装の高密度化に伴って電子部品の面実装化が進み、フィルムコンデンサにおいても面実装時の熱により性能・信頼性が劣化しない高い耐熱性を有した製品が強く求められていることである。
特許第2877364号公報
しかしながら、従来のフィルムコンデンサは誘電体に用いられているポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンフィルムなどの高分子フィルムは耐熱性が低いため、このようなフィルムコンデンサを高い温度で使用したり、リフロー法で実装した場合、使用している高分子フィルムが収縮してしまい、フィルムコンデンサの容量が減少するなど、所望の特性、性能が得られず、これらの用途に使うのは難しかった。
そこで、本発明は上記従来のフィルムコンデンサにおける問題を解決し、耐熱性を向上させ、高温での使用、或いはリフロー実装法による面実装が可能なフィルムコンデンサを提供することを目的とするものである。
そしてこの目的を達成するために本発明は、コンデンサ素子を形成する誘電体フィルムに熱硬化性樹脂からなる樹脂層が形成されていることを特徴とするものである。
本発明のフィルムコンデンサは、コンデンサ素子を構成するポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンなどの耐熱性の低い誘電体フィルムに、耐熱性の優れた、高温でも収縮し難い熱硬化性樹脂からなる樹脂層を形成した構成としているので、高温時においてポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンからなる誘電体フィルムの収縮しようとする動きを熱硬化性樹脂が抑える働きをし、コンデンサ素子の収縮が抑えられ、その結果、高温雰囲気に曝されても目的とする特性、性能が得られ、耐熱性の向上が実現できるものである。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
(実施の形態1)
以下本発明の実施の形態1について図を参照しながら説明する。
図1(a)〜図1(c)は本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す部分断面図であり、図2(a)〜図2(c)は本発明の一実施の形態によるフィルムコンデンサの製造方法の概要を示す斜視図である。
ここで、図1(a)は図2(c)に示すフィルムコンデンサ1を構成する巻回型のコンデンサ素子2の断面図で、図1(c)に示すように、一方の面に樹脂層7を有する誘電体フィルム5bと、金属電極膜6a、6bをこの金属電極膜6a、6bが形成されないマージン部8、9とともに両面に有する誘電体フィルム5aとを図1(b)に示すようにそれぞれ一枚ずつ重ねた構成体16を巻回し、巻回体15としたもので、図2(b)に示すように巻回体15の一対の側面には外部電極10、11が設けられている。
詳しく説明すると、図1(a)、(b)、(c)において、誘電体フィルム5bは厚みが2.0μmのポリエチレンテレフタレート(以下PET)フィルムで、この誘電体フィルム5bの一方の面(図1(c)では上面)に設けられた樹脂層7は紫外線硬化型の樹脂で、誘電体フィルム5bの表面に重合開始剤を含む液状のジアクリレートモノマーをロールコート法により塗布し、更に塗布したジアクリレートモノマーに紫外線を照射することによって硬化させたもので、誘電体フィルム5bの表面に1.0μmの厚みで形成されている。この樹脂層7は誘電体としても機能し、誘電体フィルム5bと共に金属電極膜6aと金属電極膜6bとに挟まれることによってコンデンサの容量を形成するものである。
また、誘電体フィルム5aは厚みが4.0μmのPETフィルムで、この誘電体フィルム5aの両面に設けられた金属電極膜6a、6bは、誘電体を挟んでコンデンサの容量を形成するためのもので、アルミニウムを誘電体フィルム5a端部の、この金属電極膜6a、6bが形成されないマージン部8、9を除いてテープマージン法を用いた真空蒸着法により形成したもので、厚みは0.02μmとなっている。
以上のような誘電体フィルム5bと誘電体フィルム5aとをそれぞれ1枚ずつ重ねて巻回し、円筒状の巻回体15としている。この巻回体15は図1(a)、図1(b)に示すように、表面に熱硬化性樹脂からなる樹脂層7を有する誘電体フィルム5bが1枚と、表面に金属電極膜6a、6bを有する誘電体フィルム5aが1枚との2枚の誘電体フィルムから構成される1単位の構成体16を巻回した構造となっている。
なお、誘電体フィルム5bの幅(図2(a)のA方向)は誘電体フィルム5aの幅より0.5mmほど狭くしてある。これは誘電体フィルム5aの表面に形成された金属電極膜6a、6bの外部電極11、10と電気的に接続される部分を突き出させることによって金属電極膜6a、6bと外部電極11、10との接続面積を大きくし、接続の信頼性を確保するためである。
また、誘電体フィルム5aは幅が600mmで長尺状のPETフィルムに、幅方向に複数個のコンデンサ素子2が取れるように、PETフィルムの表面にストライプ状に金属電極膜6a、6bを形成したものを所定の幅にスリットしたもので、誘電体フィルム5bはPETフィルムの片面全面に樹脂層7を形成したものを所定の幅にスリットしたものである。
次にこの円筒状の巻回体15を図2(b)、図2(c)に示すようにプレスをして楕円円筒状とし、この巻回体15の一対の側面に錫と亜鉛の合金を溶射して外部電極10、11を形成し、この外部電極10、11に錫めっき銅被鋼線からなるリード線12、13を溶接し、更にコンデンサ素子2部分をエポキシ系の粉体樹脂からなる外装14によって外装してフィルムコンデンサ1とする。
以上のような本実施の形態のフィルムコンデンサによれば、1単位の構成体16を構成する誘電体フィルム5a、5bのうち、誘電体フィルム5aに有する金属電極膜6a、6bが、誘電体フィルム5a、5bを挟むことによってフィルムコンデンサ1の容量が形成され、誘電体フィルム5bに有する熱硬化性樹脂からなる樹脂層7が耐熱性に優れ高温でも収縮し難いために、高温雰囲気となる使用条件において、この樹脂層7を有する誘電体フィルム5bおよび誘電体フィルム5bと共に巻回された誘電体フィルム5aの収縮しようとする動きを抑える働きをし、コンデンサ素子2の収縮が抑えられる。その結果、高温雰囲気での使用においても容量変化が小さく、フィルムコンデンサ1の目的とする特性、性能が得られ、耐熱性の向上が実現できるものである。
また、一般的に、誘電体フィルムに真空蒸着法を用いて金属電極膜を形成すると、金属電極膜を形成しない誘電体フィルムに比べて、誘電体フィルム自体の耐電圧性能が低下することが知られているが、本実施の形態のように、構成体16を構成する誘電体フィルム5aと誘電体フィルム5bの内、誘電体フィルム5aの両面にのみ金属電極膜6a、6bを有し、誘電体フィルム5bに金属電極膜を有さないようにすれば、誘電体フィルム5bに金属電極膜6a、6bを形成しなくてよいので、誘電体フィルム5bの耐電圧性能を低下させることが無い。その結果、厚みの薄い誘電体フィルム5bが使用出来、フィルムコンデンサ1の小型化も可能となるものである。
なお、本実施の形態のように樹脂層7は誘電体フィルム5bの片面全面にコーティング形成したものとすれば、樹脂層7を形成しない部分を設けるようなパターンコーティングの必要が無いので、樹脂層7を単純なロールコート法で容易に形成することが出来るものである。
(実施の形態2)
以下本発明の実施の形態2について図を参照しながら説明する。
図3(a)〜図3(c)は本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す断面図であり、図4(a)〜(d)、図5(a)〜(c)は本発明の一実施の形態によるフィルムコンデンサの製造方法の概要を示す斜視図である。
ここで、図3(a)は図5(c)に示すフィルムコンデンサ21を構成する積層型のコンデンサ素子22の断面図で、図3(c)に示すように、片面に金属電極膜26aと熱硬化性樹脂からなる樹脂層27とを有する誘電体フィルム25aと、片面に金属電極膜26bを有する誘電体フィルム25bとをそれぞれ1枚ずつ重ねて図3(b)に示す1単位の構成体32とし、さらにこの構成体32を複数単位積層して積層体35としたもので、積層体35の一対の側面には外部電極30、31が設けられている。
詳しく説明すると、図3(c)において誘電体フィルム25aは厚みが3.5μmのPETフィルムで、この誘電体フィルム25aの片面に設けられた金属電極膜26aは金属電極膜26bと共に誘電体を挟んでコンデンサの容量を形成するためのもので、アルミニウムを誘電体フィルム25a端部の、この金属電極膜26aが形成されないマージン部28aを残してテープマージン法を用いた真空蒸着法により形成し、厚みは0.02μmとなっている。この金属電極膜26aの表面に設けられた樹脂層27は紫外線硬化型の樹脂で、重合開始剤を含む液状のジアクリレートモノマーをロールコート法により塗布し、更に塗布したジアクリレートモノマーに紫外線を照射することによって硬化させたもので、誘電体フィルム25a端部の、樹脂層27が形成されない金属電極膜26aの外部電極30と接続する接続部29aを除いて形成され、厚みは1.0μmとなっている。この樹脂層27は誘電体としても機能し、金属電極膜26aと金属電極膜26bとに挟まれることによってコンデンサの容量を形成するものである。
また、誘電体フィルム25bは、厚みが2.5μmのPETフィルムで、この誘電体フィルム25bの片面には、誘電体フィルム25aに形成された金属電極膜26aと共に誘電体を挟んでコンデンサの容量を形成するための金属電極膜26bが形成されており、アルミニウムを誘電体フィルム25b端部の、この金属電極膜26bが形成されないマージン部28bを除いて、テープマージン法を用いた真空蒸着法により0.02μmの厚みで形成されている。
なお、誘電体フィルム25a、25bは幅が600mmで長尺状のものを使用し、幅方向に複数個のコンデンサ素子22が取れるように、幅方向に複数条の金属電極膜26a、26bを形成し、誘電体フィルム25aに形成した金属電極膜26aの表面には更に複数条の樹脂層27を形成したものである。
そして図4(a)、図4(b)に示すように幅が600mmの誘電体フィルム25aと誘電体フィルム25bとをそれぞれ1枚ずつを一組として平板状の鉄芯33に600周巻き取り、この鉄芯33表面に積層された誘電体フィルム25aと誘電体フィルム25bとを加熱しながら加圧した後、鉄芯33の表面から2つの積層体35の母材36を取りはずし、この母材36を図4(c)、図4(d)、図5(a)に示すように、誘電体フィルム25a、25bの長手方向にスリットして複数の積層体の条37とした。この条37のスリットされた面に、錫と亜鉛の合金からなる外部電極30、31を形成し、その後にコンデンサ素子22の個片に切断している。ここで積層体35は、図3(a)、図3(b)に示すように、片面に金属電極膜26aを有し、この金属電極膜26aの表面に熱硬化性樹脂からなる樹脂層27を有する誘電体フィルム25aと、片面に金属電極膜26bを有する誘電体フィルム25bの2枚からなる1単位の構成体32が複数単位積層した構造となっている。
次に図5(b)、図5(c)に示すように、このコンデンサ素子22の外部電極30、31に錫めっき銅被鋼線からなるリード線38、39を溶接し、更にコンデンサ素子22部分をエポキシ系の粉体樹脂からなる外装40によって外装してフィルムコンデンサ21とする。
以上のような本実施の形態のフィルムコンデンサ21によれば、1単位の構成体32を構成する誘電体フィルム25a、25bに有する金属電極膜26a、26bが、誘電体フィルム25a、25bを挟むことによってフィルムコンデンサ21の容量が形成され、誘電体フィルム25aに有する熱硬化性樹脂からなる樹脂層27が耐熱性に優れ、高温でも収縮し難いために、高温雰囲気となる使用条件において、この樹脂層27を有する誘電体フィルム25aおよび誘電体フィルム25aと共に積層された誘電体フィルム25bの収縮しようとする動きを抑える働きをし、コンデンサ素子22の収縮が抑えられる。その結果、高温雰囲気での使用においても容量変化が小さく、目的とする特性、性能が得られ、フィルムコンデンサ21の耐熱性の向上が実現できるものである。
また、本実施の形態のように片面に金属電極膜26aを有する誘電体フィルム25aと、片面に金属電極膜26bを有する誘電体フィルム25bとによって1単位の構成体32とすれば、真空蒸着法等で誘電体フィルムの両面に金属電極膜を形成する場合のように、一方の面のマージンと他方の面のマージンとの幅方向における距離を管理、調整する必要が無いので、容易に且つ歩留まり良く誘電体フィルムの表面に金属電極膜を形成することが出来、フィルムコンデンサ21の品質の向上とコスト低減の効果が得られるものである。
(実施の形態3)
以下本発明の実施の形態3について図を参照しながら説明する。
図6(a)、図6(b)は本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す断面図であり、図7は同コンデンサの構成を示す断面図、図8は同コンデンサ素子の構成を示す斜視図である。
ここで、図6(a)は図7に示すフィルムコンデンサ41を構成する巻回型のコンデンサ素子42の断面図で、図6(b)に示すように両面に金属電極膜46と、さらにその表面に樹脂層47とを有する誘電体フィルム45を1単位の構成体43とし、1単位の構成体43を巻回して円筒状の巻回体55としている。この巻回体55の一対の側面には外部電極50、51が設けられている。
そして図7、図8に示すように、コンデンサ素子42に設けられた外部電極50、51にリード線72、73を接続し、外部電極50と外部電極51とが上下に位置するように金属ケース78に収納し、この金属ケース78の下面開口部に設けられた封口体76で金属ケース78を絞り部79によって絞ることで密閉している。リード線72、73は封口体76とこの封口体76の下面に設けられた端子台77とを貫通し、リード線の端子部74、75は端子台77の下面に装着されてフィルムコンデンサ41となっている。
詳しく説明すると、図6(b)において誘電体フィルム45は厚みが3.5μmのPETフィルムで、この誘電体フィルム45の両面に有する金属電極膜46は、この金属電極膜46と樹脂層47とを有する誘電体フィルム45を巻回したときに、隣り合う金属電極膜46が誘電体を挟むことによってコンデンサの容量を形成するためのもので、アルミニウムを誘電体フィルム45の一方の面の幅方向で一方の端部と、他方の面の幅方向で他方の端部との、この金属電極膜49が形成されないマージン部48を除いてテープマージン法を用いた真空蒸着法により形成され、厚みは0.02μmとなっている。
そしてこの金属電極膜46の表面に有する樹脂層47は紫外線硬化型の樹脂で、重合開始剤を含む液状のジアクリレートモノマーをロールコート法により塗布し、さらに塗布したジアクリレートモノマーに紫外線を照射することによって硬化させたもので、誘電体フィルム45端部の樹脂層47が形成されない、金属電極膜46の外部電極50、51と接続される接続部49を除いて1.5μmの厚みで形成されている。この樹脂層47は誘電体としても機能し、金属電極膜46と金属電極膜49とに挟まれることによってコンデンサの容量を形成するものである。
なお、誘電体フィルム45は幅が600mmで長尺状のPETフィルムを使用し、幅方向に複数のコンデンサ素子42が取れるように、PETフィルムの表面にストライプ状に金属電極膜46と樹脂層47を形成し所定の幅にスリットしたものである。
上記のように作成した1枚の誘電体フィルム45を実施の形態1と同様の形状に巻回して円筒状の巻回体55としている。このとき巻回体55は図6(a)、図6(b)に示すように、両面に金属電極膜46を有し、更にこの金属電極膜46の表面に熱硬化性樹脂からなる樹脂層47を有する1枚の誘電体フィルム45を1単位とする構成体43を1単位巻回した構造となっている。この巻回体55の一対の側面に錫と亜鉛の合金を溶射して外部電極50、51が形成されたコンデンサ素子42とし、このコンデンサ素子42の外部電極50、51には錫めっき銅被鋼線からなるリード線72、73がスポット溶接により接続されている。
次にリード線72、73が接続されたコンデンサ素子42をアルミニウム製の有天筒状の金属ケース78に収納し、金属ケース78の開口部にゴム製の封口体76を挿入して、この封口体76が挿入された部分の金属ケース78を外側から絞り、絞り部79を設けることにより密封されている。このときリード線72、73は封口体76に設けられた貫通孔から金属ケース78の外に出されている。そして封口体76の下面には絶縁材からなる端子台77が設けられ、リード線72、73の下端部はこの端子台77に設けられた貫通孔を上方から下方に貫通し、端子台77の下面に沿ってそれぞれ端子台77の外縁方向へ屈曲した構造となっている。
このリード線72、73の端子台77の下面に沿った部分は、図示していない回路基板等に実装したときにハンダ等でこの回路基板に電気的に接続される端子部74、75となっている。
以上のような構成の本実施の形態のフィルムコンデンサ41によれば、1単位の構成体43を構成する誘電体フィルム45に有する金属電極膜46、49が、誘電体フィルム45を挟むことによってフィルムコンデンサ41の容量が形成され、誘電体フィルム45に有する熱硬化性樹脂からなる樹脂層47が耐熱性に優れ高温でも収縮し難いために、高温雰囲気となる使用条件において、この樹脂層47を有する誘電体フィルム45の収縮しようとする動きを抑える働きをしてコンデンサ素子42の収縮が抑えられ、容量変化が小さく、目的とする特性、性能が得られフィルムコンデンサの耐熱性を向上出来、さらにコンデンサ素子42を金属ケース78に収納することによる断熱作用で、誘電体フィルム45の収縮を緩和することが出来る。その結果、より高い耐熱性が要求される面実装にも使用できるフィルムコンデンサ41が実現できるものである。
また、本実施の形態のように1単位の構成体を、両面に金属電極膜を有する誘電体フィルム1枚で構成すれば、コンデンサ素子42を構成する材料点数が少なくなり、また誘電体フィルムを巻回するための巻取装置の構造も簡素化できるので、フィルムコンデンサのコスト低減の効果が得られる。
なお、本実施の形態のように金属電極膜46を介して誘電体フィルム45の両面に誘電体を兼ねる樹脂層47を形成することによって、誘電体フィルム45を積層した状態では2層の樹脂層47で一つの誘電体を構成することになり、一つの樹脂層47の欠陥をお互いに補完しあうため、誘電体フィルムの片面のみに樹脂層47を設けるよりもフィルムコンデンサ41の耐電圧性能を向上させることが出来る。
また、本発明の実施の形態1、2、3のように、樹脂層7、27、47となる熱硬化型樹脂に熱硬化型樹脂の中でも硬化速度の速い紫外線硬化型樹脂を用いれば、量産性に優れ、さらに紫外線硬化型樹脂としてジアクリレートモノマーとすれば、ジアクリレートモノマーは紫外線硬化型の樹脂の中でも更に硬化速度が速いので、より量産性に優れるものである。
以上のように、本発明のフィルムコンデンサによれば、高温雰囲気においても安定して特性を確保できるので、広い分野での電子、電気機器に使用することができる。
(a)〜(c)本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す断面図 (a)〜(c)本発明の一実施の形態によるフィルムコンデンサの製造方法を示す斜視図 (a)〜(c)本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す断面図 (a)〜(d)本発明の一実施の形態によるフィルムコンデンサの製造方法を示す斜視図 (a)〜(c)本発明の一実施の形態によるフィルムコンデンサの製造方法を示す斜視図 (a)、(b)本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す断面図 本発明の一実施の形態によるコンデンサ構成を示す断面図 本発明の一実施の形態によるコンデンサ素子の構成を示す斜視図
符号の説明
1、21、41 フィルムコンデンサ
2、22、42 コンデンサ素子
5a、5b、25a、25b、45 誘電体フィルム
6a、6b、26a、26b、46、49 金属電極膜
7、27、47 樹脂層
8、9、28a、28b、48 マージン部
10、11、30、31、50、51 外部電極
14、40 外装
15、55 巻回体
16、32、43 構成体
29a 接続部
33 鉄芯
35 積層体
36 母材
37 条
38、39、72、73 リード線
74、75 端子部
76 封口体
77 端子台
78 金属ケース
79 絞り部

Claims (6)

  1. 誘電体フィルムを巻回または積層して巻回体または積層体とし、この巻回体または積層体の、対向する一対の側面に外部電極を設けたコンデンサ素子を備え、前記巻回体または前記積層体は、1枚または複数枚の前記誘電体フィルムより構成される1単位の構成体を1単位または複数単位巻回または積層した構造で、1単位の前記構成体を構成する前記誘電体フィルムの内、少なくとも1枚には金属電極膜を有し、少なくとも1枚には熱硬化性樹脂からなる樹脂層を有することを特徴とするフィルムコンデンサ。
  2. 1単位の前記構成体が、両面に前記金属電極膜を有する前記誘電体フィルム1枚と前記誘電体フィルム1枚とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルムコンデンサ。
  3. 1単位の前記構成体が、片面に前記金属電極膜を有する前記誘電体フィルム2枚から構成されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルムコンデンサ。
  4. 1単位の前記構成体が、両面に前記金属電極膜を有する前記誘電体フィルム1枚から構成されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルムコンデンサ。
  5. 前記熱硬化性樹脂が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のフィルムコンデンサ。
  6. 前記コンデンサ素子を金属ケースに収納し、前記コンデンサ素子の前記外部電極にはリード線が設けられ、前記ケースの下面開口部に装着された封口体と、この封口体の下面側に設けると共に、前記リード線の端子部が装着された端子台とを備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載のフィルムコンデンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009267089A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Panasonic Corp フィルムコンデンサ

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JP2009267089A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Panasonic Corp フィルムコンデンサ

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