JP2019110214A - Capacitor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックコンデンサを絶縁基板に配置したコンデンサモジュールに関する。 The present invention relates to a capacitor module in which a ceramic capacitor is disposed on an insulating substrate.
この種のコンデンサモジュールとして、複数のセラミックコンデンサと絶縁基板とを有し、セラミックコンデンサが絶縁基板に形成されたランドに導電接続されたものが開示されている(特許文献1参照)。このコンデンサモジュールにおいては、複数のセラミックコンデンサが絶縁基板のランドに並列に配置されている。 As this type of capacitor module, one having a plurality of ceramic capacitors and an insulating substrate, and in which the ceramic capacitors are conductively connected to lands formed on the insulating substrate is disclosed (see Patent Document 1). In this capacitor module, a plurality of ceramic capacitors are arranged in parallel on the lands of the insulating substrate.
しかしながら、特許文献1に記載のコンデンサモジュールは、複数のセラミックコンデンサが絶縁基板のランドに並列に配置されているので、いずれかのセラミックコンデンサ内の導体間を隔離している絶縁体が破壊され、絶縁状態が保てなくなった場合に問題がある。このセラミックコンデンサのいわゆる絶縁破壊モードが、導体間を短絡させるショート破壊のときは、コンデンサモジュール全体を短絡させてしまうことになり、コンデンサモジュールの全容量が失われてしまうことになる。その結果、コンデンサモジュールの使用を継続することができないという問題がある。 However, in the capacitor module described in Patent Document 1, since the plurality of ceramic capacitors are arranged in parallel to the lands of the insulating substrate, the insulator separating the conductors in any of the ceramic capacitors is broken, There is a problem if the insulation can not be maintained. When the so-called dielectric breakdown mode of this ceramic capacitor is a short circuit that shorts between the conductors, the entire capacitor module is shorted, and the entire capacity of the capacitor module is lost. As a result, there is a problem that the use of the capacitor module can not be continued.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、いずれかのセラミックコンデンサが破壊されてもコンデンサモジュールとしての機能が維持され、使用を継続することができるコンデンサモジュールを提供することを課題とする。 The present invention was made to solve such a problem, and provides a capacitor module that can maintain its function as a capacitor module and can be used even if any ceramic capacitor is destroyed. As an issue.
本発明に係るコンデンサモジュールは、第1の金属蒸着パターンと第2の金属蒸着パターンとが形成された絶縁基板と、前記第1の金属蒸着パターンに一方の電極が接続され、前記第2の金属蒸着パターンに他方の電極が接続された複数のセラミックコンデンサとを有し、前記第1の金属蒸着パターンおよび前記第2の金属蒸着パターンが、互いに並列に配置される並列パターンと、前記並列パターンからそれぞれ延びる複数の直列パターンと、前記直列パターンから延びるとともに前記セラミックコンデンサの前記電極が配置される複数のコンデンサ配置パターンと、を有することを特徴とする。 In the capacitor module according to the present invention, an insulating substrate on which a first metal deposition pattern and a second metal deposition pattern are formed, and one electrode connected to the first metal deposition pattern, the second metal And a parallel pattern in which the first metal vapor deposition pattern and the second metal vapor deposition pattern are disposed in parallel with each other, and a plurality of ceramic capacitors in which the other electrode is connected to the vapor deposition pattern, and A plurality of series patterns extending respectively, and a plurality of capacitor arrangement patterns extending from the series pattern and in which the electrodes of the ceramic capacitor are arranged are characterized.
本発明に係るコンデンサモジュールは、複数のセラミックコンデンサが、第1の金属蒸着パターンおよび第2の金属蒸着パターンの並列パターンと、並列パターンからそれぞれ延びた複数の直列パターンと、直列パターンから延びた複数のコンデンサ配置パターンに接続されている。これらのセラミックコンデンサは、電気的機能としては互いに並列に接続されている。そして、いずれかのセラミックコンデンサが破壊され、短絡が生じたときに、破壊されたセラミックコンデンサを接続しているコンデンサ配置パターンの一部が蒸散し電気的接続が遮断される。この構成により、いずれかのセラミックコンデンサが破壊され短絡が生じても、破壊されたセラミックコンデンサのみが機能せず、他のセラミックコンデンサは機能が維持されることになる。その結果、コンデンサモジュールの使用が継続される。 In the capacitor module according to the present invention, the plurality of ceramic capacitors includes the parallel pattern of the first metal vapor deposition pattern and the second metal vapor deposition pattern, the plurality of serial patterns respectively extending from the parallel pattern, and the plurality of ceramic capacitors extending from the serial pattern Connected to the capacitor arrangement pattern of These ceramic capacitors are electrically connected in parallel with one another. Then, when any of the ceramic capacitors is broken and a short circuit occurs, a part of the capacitor arrangement pattern connecting the broken ceramic capacitors is evaporated and the electrical connection is cut off. With this configuration, even if one of the ceramic capacitors is broken and a short circuit occurs, only the broken ceramic capacitor does not function, and the other ceramic capacitors maintain the function. As a result, the use of the capacitor module is continued.
本発明によれば、いずれかのセラミックコンデンサが破壊されてもコンデンサモジュールとしての機能が維持され、使用を継続することができるコンデンサモジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a capacitor module which can maintain its function as a capacitor module even if any ceramic capacitor is broken and can be used continuously.
本発明に係るコンデンサモジュールを適用した実施形態に係るコンデンサモジュール10について図面を参照して説明する。
A
実施形態に係るコンデンサモジュール10は、図1に示すように、絶縁基板11と、9個のセラミックコンデンサ12とにより構成されている。
As shown in FIG. 1, the
絶縁基板11は、図2に示すように、縦L1(mm)、横L2(mm)、厚みt(mm)の平板状に形成されており、電気的な絶縁性および熱伝導性の良好な基板、例えば、窒化アルミニウム(AlN)などのセラミックス基板やガラス繊維(Glass Fiber)の布を重ねたものにエポキシ樹脂(EP)を含浸したガラスエポキシ基板などの基板からなる。L1、L2、tおよび基板の材料は、コンデンサモジュール10の構造、大きさ、セラミックコンデンサ12の配置などの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
As shown in FIG. 2, the
絶縁基板11は、上面11aに、第1の金属蒸着パターン21と、第2の金属蒸着パターン22とが形成されている。第1の金属蒸着パターン21は、第2の金属蒸着パターン22と並列に配置された並列パターン21aと、並列パターン21aからそれぞれ延びる3個の直列パターン21bと、各直列パターン21bから延びるとともに、セラミックコンデンサ12の後述する外部電極34が配置される9個のコンデンサ配置パターン21cとを有している。
The
第1の金属蒸着パターン21は、高真空中で蒸着材料を加熱し気化、昇華させ気体分子となった蒸着材料を絶縁基板11に衝突付着させる真空蒸着により形成された蒸着薄膜からなる。蒸着材料は、アルミニウム(Al)や亜鉛(Zn)などの良好な耐電圧特性を有する金属材料からなる。
The first metal
具体的には、第1の金属蒸着パターン21は、幅が0.3mm程度で形成され、均一な厚みを有する薄い膜やフィルム状物質の電気抵抗を表す量からなる表面抵抗率、いわゆるシート抵抗(Ω)が10Ω程度で形成されている。この厚みおよびシート抵抗は、セラミックコンデンサ12がショート破壊により短絡した際に流れる流入電流(A)により、第1の金属蒸着パターン21の一部が蒸散するように設定されている。
Specifically, the first metal
第2の金属蒸着パターン22は、第1の金属蒸着パターン21と並列に配置された並列パターン22aと、並列パターン22aからそれぞれ延びる3個の直列パターン22bと、各直列パターン22bから延びるとともに、セラミックコンデンサ12の後述する外部電極35が配置される9個のコンデンサ配置パターン22cとを有している。第2の金属蒸着パターン22も、第1の金属蒸着パターン21と同様の蒸着薄膜からなり、第1の金属蒸着パターン21と同様の厚みおよびシート抵抗で形成されている。
The second metal
コンデンサモジュール10は、図1に示すように、第1の金属蒸着パターン21の9個のコンデンサ配置パターン21cに9個のセラミックコンデンサ12の外部電極34が接続され、第2の金属蒸着パターン22の9個のコンデンサ配置パターン22cに9個のセラミックコンデンサ12の外部電極35が接続されている。
In the
したがって、9個のセラミックコンデンサ12は、第1の金属蒸着パターン21および第2の金属蒸着パターン22との間で電気的にはすべて並列に接続されている。この構成により、いずれかのセラミックコンデンサ12がショート破壊により短絡しても、第1の金属蒸着パターン21のコンデンサ配置パターン21cまたは第2の金属蒸着パターン22のコンデンサ配置パターン22cが蒸散することで、他のセラミックコンデンサ12の機能は失われず、コンデンサモジュール10としての使用が継続される。
Therefore, the nine
セラミックコンデンサ12は、図3(a)、図3(b)に示すように、複数のセラミック誘電体31と、複数の内部電極32、33と、外部電極34、35とにより構成されている。複数のセラミック誘電体31と複数の内部電極32、33とは交互に積層されている。セラミック誘電体31は、チタン酸バリウム(BaTiO3:BTO)などの誘電率の高い材料を使った高誘電率系で構成されている。各内部電極32は、外部電極34にそれぞれ接続されており、各内部電極33は、外部電極35にそれぞれ接続されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
外部電極34は、銅(Cu)などの導電性の高い金属材料で形成されており、表面にはニッケル(Ni)や錫(Sn)などのメッキ処理が施されている。外部電極34は、第1の金属蒸着パターン21におけるコンデンサ配置パターン21cに半田付けなどの接合手段により電気的に接続されるよう構成されている。外部電極35も、外部電極34と同様に形成されており、第2の金属蒸着パターン22におけるコンデンサ配置パターン22cに半田付けなどの接合手段により電気的に接続されるよう構成されている。
The
セラミックコンデンサ12は、具体的には、必要最低限の耐電圧(V)が確保されるよう600V以上の耐電圧を有している。また、好ましい静電容量(μF)は、0.5μF以下になるよう構成されている。静電容量は、コンデンサモジュール10の一部のセラミックコンデンサ12が絶縁破壊されても許容可能な容量の変動の範囲内になるよう各セラミックコンデンサ12の容量が設定される。
Specifically, the
以下、本実施形態に係るコンデンサモジュール10の効果について説明する。
Hereinafter, the effects of the
本実施形態に係るコンデンサモジュール10は、絶縁基板11に形成された第1の金属蒸着パターン21および第2の金属蒸着パターン22が、互いに並列に配置される並列パターン21a、22aと、複数の直列パターン21b、22bと、セラミックコンデンサの外部電極34、35が配置される複数のコンデンサ配置パターン21c、22cとを有している。したがって、実施形態の9個のセラミックコンデンサ12は、第1の金属蒸着パターン21および第2の金属蒸着パターン22との間で電気的にはすべて並列に接続されている。
In the
この構成により、いずれかのセラミックコンデンサ12がショート破壊により短絡しても、その短絡したセラミックコンデンサ12に接続されている第1の金属蒸着パターン21のコンデンサ配置パターン21cまたは第2の金属蒸着パターン22のコンデンサ配置パターン22cが蒸散することで、他のセラミックコンデンサ12の機能は失われず、コンデンサモジュール10としての使用を継続することができるという効果が得られる。
With this configuration, even if any of the
本実施形態に係るコンデンサモジュール10におけるセラミックコンデンサ12の配置に対して、複数のセラミックコンデンサを電気的に直列に接続し、いずれかのセラミックコンデンサがショート破壊されたとき、コンデンサモジュール全体の短絡が起きないよう構成することができる。しかしながら、複数のセラミックコンデンサを直列に接続すると、静電容量を確保するのに必要な素子数が著しく増加してしまうため、コンデンサモジュールの体格が大きくなってしまうという問題がある。
A plurality of ceramic capacitors are electrically connected in series to the arrangement of the
本実施形態に係るコンデンサモジュール10は、並列パターン21a、22aと、複数の直列パターン21b、22bと、複数のコンデンサ配置パターン21c、22cとを絶縁基板11に形成することにより、従来の問題を解消することができ、セラミックコンデンサの数が多くなっても、高い耐熱性を有し、コンデンサモジュールの体格を小型にすることができるという効果が得られる。
The
具体的には、図5に示すように、他の構造のコンデンサの体格と比較して著しく小型にすることができた。図5は、上段の横欄にコンデンサモジュールの静電容量(μF)を示し、左側の縦欄にコンデンサモジュールの構成を示している。 Specifically, as shown in FIG. 5, the size of the capacitor can be made significantly smaller than that of capacitors of other structures. FIG. 5 shows the capacitance (μF) of the capacitor module in the upper row, and the configuration of the capacitor module in the left column.
<現行フィルムコンデンサとの比較>
実施形態のセラミックコンデンサ12により構成されたコンデンサモジュール10は、現行フィルムコンデンサで構成されるコンデンサモジュールに対して、体格が50μFで56%小さくなり、100μFで46%小さくなり、500μFで26%小さくなり、1000μFで20%小さくなった。なお、比較対象の現行フィルムコンデンサは、誘電体フィルムがポリプロピレン(PP)で形成され、誘電率εが2.2、膜厚が2.3μmで構成され、コンデンサ素子の周りに耐湿目的の外装が5mmの厚みで被覆されている。
Comparison with current film capacitors
The
なお、実施形態に係るコンデンサモジュール10は、前述のように、第1の金属蒸着パターン21および第2の金属蒸着パターン22がアルミニウム(Al)からなり、セラミックコンデンサ12の近傍のアルミニウムパターンの幅が、0.3mm、シート抵抗が10Ωで形成されている。
In the
<耐熱フィルムコンデンサとの比較>
実施形態のコンデンサモジュール10は、耐熱フィルムコンデンサで構成されるコンデンサモジュールに対して、体格が50μF、100μF、500μF、1000μFで、それぞれ著しく小さくなった。なお、耐熱フィルムコンデンサは、誘電体フィルムがポリフェニレンサルファイド(PPS)で形成され、誘電率εが3.0、膜厚が3.0μmで構成され、コンデンサ素子の周りに耐湿目的の外装が5mmの厚みで被覆されている。
Comparison with heat-resistant film capacitors
The
<セラミックコンデンサとの比較>
実施形態のコンデンサモジュール10は、セラミックコンデンサで構成されるコンデンサモジュールに対して、体格が50μF、100μF、500μF、1000μFで、それぞれ著しく小さくなった。
<Comparison with ceramic capacitors>
The
なお、セラミックコンデンサは、大きさがJIS規格の5750に相当し、6.0mm×5.0mm×5.0mmの立方体からなる。また、セラミックコンデンサは、耐電圧(V)が、630V、静電容量(μF)が負荷使用時で0.3μF、高誘電系セラミックコンデンサで構成され、2個の直列配置と必要数の並列配置がなされている。 The ceramic capacitor has a size of 5750 according to the JIS standard, and is a cube of 6.0 mm × 5.0 mm × 5.0 mm. The ceramic capacitor has a withstand voltage (V) of 630 V, an electrostatic capacity (μF) of 0.3 μF when using a load, and a high dielectric ceramic capacitor, and two series arrangement and necessary number of parallel arrangement Is being done.
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 As mentioned above, although the embodiment of the present invention was explained in full detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various designs are possible in the range which does not deviate from the spirit of the present invention described in the claim. It is possible to make changes.
10・・・コンデンサモジュール、11・・・絶縁基板、11a・・・上面、12・・・セラミックコンデンサ、21・・・第1の金属蒸着パターン、21a,22a・・・並列パターン、21b,22b・・・直列パターン、21c,22c・・・コンデンサ配置パターン、22・・・第2の金属蒸着パターン、31・・・セラミック誘電体、32,33・・・内部電極、34,35・・・外部電極
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1の金属蒸着パターンに一方の電極が接続され、前記第2の金属蒸着パターンに他方の電極が接続された複数のセラミックコンデンサとを有し、
前記第1の金属蒸着パターンおよび前記第2の金属蒸着パターンが、互いに並列に配置された並列パターンと、前記並列パターンからそれぞれ延びた複数の直列パターンと、前記直列パターンから延びるとともに前記セラミックコンデンサの前記電極が配置された複数のコンデンサ配置パターンと、を有することを特徴とするコンデンサモジュール。 An insulating substrate on which a first metal deposition pattern and a second metal deposition pattern are formed;
A plurality of ceramic capacitors having one electrode connected to the first metal vapor deposition pattern and the other electrode connected to the second metal vapor deposition pattern;
The first metal vapor deposition pattern and the second metal vapor deposition pattern are parallel patterns arranged in parallel with each other, a plurality of series patterns extending respectively from the parallel patterns, and extending from the series patterns and the ceramic capacitor And a plurality of capacitor arrangement patterns in which the electrodes are arranged.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019145771A (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | Electronic component |
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2017
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