JP2011018814A

JP2011018814A - コンデンサ

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Publication number: JP2011018814A
Application number: JP2009163296A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Yagi; 光春八木
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: JP5293964B2

Abstract

【課題】耐湿性に優れるとともに、充填樹脂のクラック等が発生するおそれの少ない樹脂封止型コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】電極を有するコンデンサ素子と接続端子の一部を、第一エポキシ樹脂組成物と第二エポキシ樹脂組成物からなる封止樹脂層で外装ケース内に封止する樹脂封止型コンデンサであって、封止樹脂層の最外層を覆うように配置した第二エポキシ樹脂組成物として、破壊靭性値が２．５以上であるエポキシ系樹脂を用いて樹脂封止型コンデンサとしたことによって、充填樹脂のクラックの発生のおそれが少ない樹脂封止型コンデンサとすることができる。また、充填樹脂はエポキシ系の樹脂であるため、耐湿性にも優れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ素子を外装ケースに収納し、外装ケースに樹脂充填して封止してなるコンデンサに関するものである。

樹脂封止型コンデンサとしては、フィルムコンデンサをコンデンサ素子として構成したものが知られている。そして、近年、樹脂封止型フィルムコンデンサは、従来の家電分野から車載分野をはじめとして、あらゆる分野に展開されている。特に産業用や車載用の樹脂封止型フィルムコンデンサには、高電流に耐え得る性能と小型化また高い信頼性が要求される。

図２は、従来の樹脂封止型フィルムコンデンサを示しており、１は樹脂フィルムに金属蒸着した金属化フィルムを巻回または積層してなるコンデンサ素子、２はコンデンサ素子１の端面に設けられた電極、３はコンデンサ素子１を収納する外装ケース、４は外装ケ―ス３内に充填される充填樹脂、５は電極２に取り付けられ、コンデンサ素子１と外部機器等とを電気的に接続する接続端子である。

以上のように構成された従来の樹脂封止型フィルムコンデンサは、コンデンサ素子１の電極２に接続端子５を接続し、それらを外装ケース３に内蔵する。さらに、コンデンサ素子１の耐湿性、耐塵性を向上させるために、外装ケース３内に充填樹脂４をモールドさせていた。この充填樹脂４の材質として、電気特性が優れ、耐水性、耐湿性が良く、他の材料との密着性が良いなどの特性面の理由により、熱硬化性のエポキシ樹脂組成物が多用されていた。

しかし、特に大電流を流し得るために、前記コンデンサ素子１や接続端子５が大型化するのに伴い、従来の樹脂封止型フィルムコンデンサは、それぞれの材質の違いから線膨張係数に差があるため、内部発熱や環境の温度変化によりコンデンサ素子１及び接続端子５に機械的応力がかかる場合がある。そして、充填樹脂剤として多用されるエポキシ樹脂組成物は耐湿性に優れている反面、柔軟性が劣るために低高温時に生ずる応力に耐えきれずにクラックが生じてしまうことがある。このクラックは多くの場合、接続端子５と充填樹脂４の接触界面より発生し、コンデンサ素子近傍へ水分・湿度などを侵入させるため、寿命特性が十分なものではなかった。

これらの課題を克服するために、特許文献１では、充填樹脂剤をエポキシ樹脂組成物とウレタン樹脂組成物の２層構造とし、接続端子の少なくとも外部機器等との接続部に近い部分に充填する樹脂をウレタン樹脂組成物とすることで、接続端子周辺に集中する応力による樹脂クラックの発生を防止することが提案されている。

特開２００３−３３８４２３号

しかしながら、一般的にウレタン樹脂組成物は、ウレタン樹脂組成物自身の耐湿性が劣る上に、他の材料との接着強度が低いため、界面から容易に水分の進入を許してしまう場合があるので、接続端子部における樹脂最外層のクラックは防止できるものの、コンデンサ素子周辺を覆うエポキシ樹脂組成物層部まで、水分が比較的容易に浸入する。一方、コンデンサ素子周辺を覆うエポキシ樹脂組成物は、耐湿性に優れるものの、接続端子との接触界面でクラックを発生しやすいものである。このため、一端接続端子部のエポキシ樹脂組成物にクラックが発生してしまうと、高温高湿雰囲気中に長時間放置された場合においては、ウレタン樹脂組成物層から侵入した水分が、エポキシ樹脂組成物に発生したクラックを通してコンデンサ素子内部まで侵入することを十分に防ぐことができないものであった。

ここで、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレン等のフィルムにアルミニウム、亜鉛等の金属を蒸着した金属化フィルムを用いたフィルムコンデンサでは、コンデンサ素子内に進入した水分の影響により、金属化フィルムの蒸着された金属層が劣化する。これは、酸素や水蒸気がコンデンサ素子内に侵入すると、蒸着膜の金属が酸化され、その酸化物（アルミニウム蒸着膜で起きやすい水玉状透明部分の酸化物）が高絶縁物であればストレス集中が続くため、電圧印加時間に比例して酸化反応が進むため、コンデンサ容量が大きく減少してしまうという現象を引き起こす。このように、コンデンサ素子内部への酸素や水蒸気の侵入は、結果としてコンデンサの特性を劣化させるために、金属化フィルムコンデンサにおいては、耐湿性を向上させることが必要となる。

以上にように、ウレタン樹脂組成物は樹脂の柔軟性に優れクラック発生を抑制できるものの、耐湿性の観点では十分ではなく、耐湿性に優れるがクラック発生のあるエポキシ樹脂組成物と組み合わせても、コンデンサとして十分な耐湿性を得ることができないという欠点を有していた。

この発明は、以上のような問題点に鑑み、耐湿性に優れるとともに、充填樹脂のクラック等が発生するおそれの少ない樹脂封止型コンデンサを提供することを目的とする。

この出願の発明は、電極を有するコンデンサ素子と、コンデンサ素子の電極と接続する接続端子と、コンデンサ素子と接続端子の少なくとも一部とを収納する外装ケースとを備え、コンデンサ素子と接続端子とが、第一エポキシ樹脂組成物と第二エポキシ樹脂組成物とによって外装ケース内で封止されたものであって、硬化後のＡＳＴＭＤ−５０４５に準拠して測定される破壊靭性値が２．５ＭＰａ・ｍ^１／２以上である第二エポキシ樹脂組成物で封止樹脂層の最外層を覆うように配置してコンデンサとしたものである。

また、この発明において、第一エポキシ樹脂組成物の硬化後のＡＳＴＭＤ−５０４５に準拠して測定される破壊靭性値を２．０ＭＰａ・ｍ^１／２以上としてコンデンサとしたものである。

破壊靭性値は樹脂の亀裂進展の抵抗値を示す値であり、その試験法としてはＡＳＴＭ（米国材料試験協会；American Society for Testing and Materials）規格のＤ−５０４５「プラスチック材料の平面歪み破壊靭性およびエネルギー解放率」で規格化されている。

この発明は、この破壊靭性値に着目してなされたものであり、コンデンサ素子と接続端子の一部を外装ケース内に封止する第一エポキシ樹脂組成物と第二エポキシ樹脂組成物からなる封止樹脂層の最外層を覆う第二エポキシ樹脂組成物として、この破壊靭性値が２．５以上であるエポキシ系樹脂を用いて樹脂封止型コンデンサとしたことによって、充填樹脂のクラックの発生のおそれが少ない樹脂封止型コンデンサとすることができる。また、充填樹脂はエポキシ系の樹脂であるため、耐湿性にも優れる。

さらに、第一エポキシ樹脂組成物の破壊靭性値を２．０以上とすることで、封止樹脂層内層部におけるクラックの発生も最小限に抑えられることにより、耐湿性が更に優れた樹脂封止型コンデンサが得られるものである。

本発明の樹脂封止型フィルムコンデンサの内部構造を示す断面図である。従来例１の樹脂封止型フィルムコンデンサの内部構造を示す断面図である。従来例２の樹脂封止型フィルムコンデンサの内部構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態の樹脂封止型フィルムコンデンサの断面図であり、１は樹脂フィルムに金属蒸着した金属化フィルムを巻回または積層してなるコンデンサ素子、２はコンデンサ素子１の端面に設けられた電極、３はコンデンサ素子１を収納する外装ケース、４は外装ケ―ス３内に充填される充填樹脂であり、５は電極２に取り付けられ、コンデンサ素子１と外部機器等と電気的に接続する接続端子である。

そして、充填樹脂４は、コンデンサ素子１の周囲を覆うように封止樹脂層の内層部に配置された第一エポキシ樹脂組成物４ａと、封止樹脂層の最外層を覆うように配置された第二エポキシ樹脂組成物４ｂとからなるものであり、コンデンサ素子１を水分や塵から保護し、さらに外装ケース３はコンデンサ素子１や接続端子５および充填樹脂４を保持、保護していて、これらによって樹脂封止型フィルムコンデンサが構成されている。

（実施例１）上記実施の形態において、第二エポキシ樹脂組成物としてＡＳＴＭ／Ｄ−５０４５で規定される破壊靭性値が２．５以上であるエポキシ系樹脂を使用し、第一エポキシ樹脂組成物としてＡＳＴＭ／Ｄ−５０４５で規定される破壊靭性値が２．０以上であるエポキシ系樹脂を使用した樹脂封止型フィルムコンデンサである。

（実施例２）第一エポキシ樹脂組成物に一般的な破壊靭性値を持つエポキシ系樹脂を使用した以外は、実施例１と同様に構成した樹脂封止型フィルムコンデンサである。

（従来例１）図２に示すように、１種類の一般的な破壊靭性値を持つエポキシ系樹脂のみで充填樹脂４層を形成する以外は、本発明の実施の形態と同様に構成した樹脂封止型フィルムコンデンサである。

（従来例２）図３に示すように、コンデンサ素子１の周囲を覆うように封止樹脂層の内層部に配置された一般的な破壊靭性値を持つエポキシ系樹脂からなるエポキシ樹脂組成物４ａと、封止樹脂層の最外層を覆うように配置されたウレタン樹脂組成物４ｃから封止樹脂層を構成する以外は、本発明の実施の形態と同様に構成した樹脂封止型フィルムコンデンサである。

上記の実施例１、２および従来例１、２の充填樹脂の構成、および、各エポキシ樹脂組成物の破壊靭性値を表１に示す。

そして、これらの充填樹脂構成で実施例１、２、および、従来例１、２の樹脂封止型フィルムコンデンサを作成し、−４０℃から＋１２０℃まで周囲温度を変化させることを繰り返す冷熱衝撃試験、および、周囲温度８５℃、湿度８５％における耐湿放置試験を行った結果を表２に示す。なお、冷熱衝撃試験については、１０００サイクル後の樹脂クラック発生の大きさの結果、耐湿放置試験については、１０００時間後、および、２０００時間後の静電容量変化率を示す。

以上の結果より、実施例１、および、実施例２は、冷熱衝撃試験でのクラック発生の大きさが小さく、耐湿放置試験での静電容量変化率も小さいことが判る。これは、封止樹脂層の最外層に破壊靭性値が２．５以上の第二エポキシ樹脂組成物を用いたことで、クラック発生が抑制され、その結果、外装樹脂と接続端子の接触界面からの水分の浸入がないことと、エポキシ樹脂自身の耐湿性の高さの相乗効果で耐湿放置特性が向上したものである。

また、封止樹脂層の内層部に破壊靭性値が２．０以上の第一エポキシ樹脂組成物を用いた実施例１では、破壊靭性値が１．５４である通常のエポキシ樹脂を用いた実施例２に比較して、耐湿放置試験後の静電容量変化率が、更に小さいことが判る。これは、封止樹脂層内層部におけるクラックの発生も最小限に抑えられることにより、更に優れた耐湿性が得られたものである。

これに対して、従来例１では、冷熱衝撃試験でのクラック発生の大きさが大きく、耐湿放置試験での静電容量変化率も大きいことが判る。これは、破壊靭性値が１．５４である通常のエポキシ樹脂充填樹脂と接続端子の接触界面に、冷熱衝撃試験により大きなクラックが発生し、この部分からコンデンサ素子部に水分が浸入することで、耐湿放置特性も悪化したものである。

また、従来例２では、冷熱衝撃試験でのクラック発生は見られないものの、耐湿放置試験での静電容量変化率が大きいことが判る。これは、封止樹脂層の最外層に柔軟性に優れるウレタン樹脂を用いることでクラック発生は抑制されるものの、耐湿性に劣るウレタン樹脂部より侵入した水分が、封止樹脂層の内層部に配置された破壊靭性値が１．５４である通常のエポキシ樹脂組成物に発生したクラックを通してコンデンサ素子内部まで侵入するためである。

本発明の樹脂封止型コンデンサは、充填樹脂にクラックが発生するおそれが少なく、耐湿性に優れるという効果を有し、高電流に耐え得る性能と小型化また高い信頼性が要求される車載用などに用いられるコンデンサとして有用である。

１コンデンサ素子
２電極
３外装ケース
４充填樹脂
４ａ第一エポキシ樹脂組成物
４ｂ第二エポキシ樹脂組成物
４ｃウレタン樹脂組成物
５接続端子

Claims

電極を有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の電極と接続する接続端子と、前記コンデンサ素子と前記接続端子の少なくとも一部とを収納する外装ケースとを備え、前記コンデンサ素子と接続端子とが、第一エポキシ樹脂組成物と第二エポキシ樹脂組成物とによって外装ケース内で封止されたものであって、硬化後のＡＳＴＭＤ−５０４５に準拠して測定される破壊靭性値が２．５ＭＰａ・ｍ^１／２以上の第二エポキシ樹脂組成物が封止樹脂層の最外層を覆うように配置されたコンデンサ。
前記第一エポキシ樹脂組成物の硬化後のＡＳＴＭＤ−５０４５に準拠して測定される破壊靭性値が２．０ＭＰａ・ｍ^１／２以上である請求項１記載のコンデンサ。