JP3049819B2 - フィルムコンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器に用いる耐湿
特性の優れたフィルムコンデンサおよびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今の電子機器の高信頼性化に伴い、フ
ィルムコンデンサの耐湿特性向上の市場ニーズは年々エ
スカレートしており、この耐湿特性を無視して商品化す
ることはできなくなってきている。従来の４０℃、９５
％ＲＨ雰囲気下での耐湿性保証から、現在では６０℃、
９５％ＲＨ雰囲気下での耐湿性保証への移行、さらには
８５℃、９５％ＲＨまたは８５℃、８５％ＲＨ雰囲気下
での耐湿性保証、１２１℃、９５％ＲＨで２気圧雰囲気
下での試験（プレッシャークッカー試験；以下ＰＣＴと
略す。）での保証といったような、より厳しい環境下で
の耐湿保証が要求されつつある。

【０００３】さて、フィルムコンデンサの中でも耐湿特
性が劣る、金属化フィルムコンデンサについて説明す
る。金属化フィルムコンデンサは、大別して、金属化フ
ィルムの積層構造の違いから、図８に示されるような巻
回形コンデンサ素子２１と図９（Ａ）、（Ｂ）に示され
るような積層形コンデンサ素子２２に分けることができ
る。そのいずれも、通常、メタリコン２３と呼ばれる金
属溶射により形成した外部電極が構成されている。そし
て、コンデンサ全体を外装被覆２７により電極２９を残
して包埋している。このメタリコン２３からなる外部電
極は構造が多孔質であるため、メタリコン２３からなる
外部電極部分から水分がコンデンサ内に侵入する。ま
た、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すような積層形コンデンサ
の場合、このメタリコン２３からなる外部電極からの水
分の侵入のほかに、切断面２４からの水分の侵入も考え
られる。金属化フィルムコンデンサは、図９（Ｂ）に示
すように蒸着電極２５間に、誘電体フィルム２６を介し
て、電圧が印加される。この独特の構造と、ここに外部
から侵入した水蒸気の露結により生じた水分により、金
属化フィルムコンデンサでは、その非常に薄い蒸着電極
２５（通常アルミニウム蒸着膜）が、結露水との電気化
学的反応により容易に溶解する。その結果、コンデンサ
の静電容量低下を引き起こし、コンデンサとしての本来
の機能を失うことになる。このような構造のフィルムコ
ンデンサで、より厳しい環境下での耐湿特性を保証する
ことは非常に難しく、例えばフィルムコンデンサ素子の
周囲を金属で密閉した構造（ハーメチック構造）にす
る。あるいは外装樹脂として水分を透過し難いエポキシ
樹脂などの汎用樹脂を厚めに素子周囲に外装被覆する。
また真空含浸によりコンデンサ素子中にエポキシ樹脂を
充填する。さらに、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すような積
層形コンデンサ素子２２の場合は、少なくともその切断
面２４上に、エポキシ樹脂などで被覆外装２８をしたり
して、湿度に対応を行っているのが一般的である。

【０００４】しかし、これらの方法は、その加工コスト
や工程の煩雑さに加え、エポキシ樹脂などを外装として
用いた場合、耐湿特性を根本的に解決できないという理
由で、必ずしも有効な手段となっていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エポキシ樹脂など外装
被覆材として用いた場合、根本的な解決ができない理由
は、次のような理由によると考えられる。

【０００６】（１）エポキシ樹脂など外装材として一般
的に用いられている樹脂は、その構造が密で、短期的に
は水分を通し難い透湿性の少ない樹脂であるが、エポキ
シ樹脂自体がある吸湿量を有するので、長期的には素子
内部に水分が侵入する。

【０００７】（２）エポキシ樹脂など外装材として一般
的に用いられている透湿性の少ない樹脂は、コンデンサ
素子内部と外部の系とを非平衡にし、コンデンサ素子内
部に侵入した水蒸気がコンデンサ内で露結した場合、そ
の結露水は外部に抜けることなく内部に滞留する。

【０００８】（３）エポキシ樹脂などを外装材として用
いた場合、通常は弾性を有さないほど硬く、熱的応力や
機械的応力などにより、容易にコンデンサ素子との界面
で剥離を生じやすい。

【０００９】すなわち、図１０に示すようにエポキシ樹
脂のようにその構造が密で、水分、水蒸気を通し難い透
湿性の少ない樹脂を外装３０として用いた場合、外部の
系３１からの水分や蒸気３２の侵入を遅らせることはで
きても、外装３０への侵入３３自体を止めることはでき
ない。そのため外部の系３１と素子内部とが、非平衡状
態３４となる。そして熱的応力や機械的応力とも合いま
って、コンデンサ素子３５と、外装３０との界面で剥離
面３６を生じ、その剥離面３６や素子内部に、露結した
水分３７や水分３８が滞留することとなる。この剥離面
３６とは、フィルムコンデンサ素子と外装との界面、ま
たは図９（Ａ）に示す積層形コンデンサの場合では切断
面２４と外装２８との界面も含まれる。そして、透湿性
の少ない、水蒸気を通しにくい性質の被覆材を通過して
素子内に一度水分が侵入すると、例えば露結した水分は
素子内に滞留することとなる。図１０に示すように、例
えば露結した水分３７の侵入が発端となり、上記のよう
にフィルムコンデンサ独特の構造とも合いまって、蒸着
電極３９が電気化学的反応により溶出、腐食４０し始
め、静電容量の低下現象を引き起こす。とくに、積層形
コンデンサの場合、その独特の構造とも合いまって、図
１０に示すように、蒸着電極３９が露出している切断面
４１と外装３０とが界面となっており、この界面に剥離
３６が生じ、ここに露結した水分３８が滞留したとすれ
ば、この切断面４１の蒸着電極３９の電気化学的反応に
より急速な溶出、腐食４２が生じることは明らかであ
る。特に、コンデンサ素子に直流電圧４３を印加する負
荷状態の場合、その電解腐食はエッヂに集中しやすく、
積層コンデンサの切断面４１（エッヂ）は当然、その電
解腐食にさらされ易いことは容易に理解される。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、金属化フィルムを、積層または巻回してな
るコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の周囲に、高
分子材料を主体とする被覆層を形成したフィルムコンデ
ンサであって、高分子材料が、以下の構造式を有するゴ
ム状のシリコーン樹脂からなることにより、水蒸気透過
性の三次元網目構造を有することを特徴とする：

【化４】 。

【００１１】また、金属化フィルムを、積層または巻回
してなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の端面
の切断面上に、高分子材料を主体とする被覆層を形成し
たフィルムコンデンサであって、高分子材料が、以下の
構造式を有するゴム状のシリコーン樹脂からなることに
より、水蒸気透過性の三次元網目構造を有することを特
徴とする、フィルムコンデンサ：

【化５】 もまた、本発明に含まれる。

【００１２】さらに、金属化フィルムを積層または巻回
してなるコンデンサ素子の周囲に、上記の化５の構造式
を有するシリコーン樹脂を用いて水蒸気透過性の三次元
網目構造を有するゴム状の被覆層を前記コンデンサ素子
の周囲に形成するフィルムコンデンサの製造方法もま
た、本発明に含まれる。

【００１３】

【作用】この構成のフィルムコンデンサにより、上記の
構造式を有する水蒸気透過性の三次元網目構造のシリコ
ーン樹脂を主体とする被覆層を被覆した構成のフィルム
コンデンサは、ある程度の水蒸気を透過させることがで
きるので、フィルムコンデンサ内部に水分として侵入す
ることはほとんどない。すなわち、水蒸気分子が、比較
的自由に被覆層内を透過することができ、外部の系とフ
ィルムコンデンサ内とを平衡状態に保つことができる。
そのため、理論的には被覆層中とフィルムコンデンサ中
は、水蒸気分子しか存在しない。さらに、フィルムコン
デンサが積層形の場合は、コンデンサの切断面を水蒸気
透過性の三次元網目構造の樹脂を主体とする被覆層で被
覆外装した構成にすれば、この被覆層と蒸着電極が露出
している切断面の界面に露結した水分が滞留することが
なく、直流電圧を印加した負荷状態でも、切断面の蒸着
電極の電気化学的反応の進行を抑制することができ、耐
湿特性の良好なフィルムコンデンサを構成することが可
能である。

【００１４】また、耐湿性の効果を保持しつつ、被覆樹
脂の取扱いを容易にしたり、樹脂の硬度の調整や、外部
からの有機溶剤の侵入などを最小限に抑えたり、被覆層
とコンデンサ素子との密着力を向上させために、被覆層
として用いる三次元網目構造の樹脂を変性したり、他の
系列、構造を有する樹脂を混合することができる。

【００１５】本発明の水蒸気透過性の三次元網目構造の
樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているので、透湿
性が優れている上に適度の弾性を有し、密着性よくコン
デンサ素子に被覆外装される。例えば、被覆層とコンデ
ンサのリード線との界面、あるいは、積層形コンデンサ
の切断面と被覆層との界面などが、熱的応力や機械的応
力などにより剥離することがなく、接着界面に沿って水
分が侵入することがない。そのため、フィルムコンデン
サの蒸着電極の電気化学的な腐食が発生し難くなること
となる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の一実施例のフィルムコンデン
サを図面を参照しながら説明する。（表１）に本発明の
実施例に用いた、水蒸気透過性の三次元網目構造の樹脂
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの詳細を示す。樹脂Ａ，Ｂ，Ｃは一
般的な主ポリマ骨格構造を有するシリコーン樹脂、樹脂
Ｄはエポキシ変性の主ポリマ骨格構造を有する変性シリ
コーン樹脂、樹脂Ｄはポリエステル変性の主ポリマ骨格
構造を有する変性シリコーン樹脂である。

【００１７】

【表１】

【００１８】（実施例１） アルミニウムを蒸着した膜厚３．０μｍの金属化ポリエ
チレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムおよびポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、図１に
示すように、外部電極としてメタリコン１を用いた巻回
形構造および積層形構造のフィルムコンデンサ素子２を
得た。この素子周囲に（表１）に示したような樹脂によ
り被覆外装３を行い、フィルムコンデンサを得た。な
お、４はリード線である。

【００１９】比較例１として、同じ構成のコンデンサ素
子周囲に、図８に示すようにビスフェノールＡ系エポキ
シ樹脂およびポリブタジエン系ウレタン樹脂により被覆
外装２７したフィルムコンデンサを作製した。これらの
各種被覆厚みは、０．５mmに統一した。

【００２０】これらのフィルムコンデンサを、６０℃、
９５％ＲＨ雰囲気下でＤＣ１５０ｖ印加の耐湿負荷試験
およびＰＣＴ−１５０ｖ印加の耐湿負荷試験を行った。
ＰＥＮフィルムおよびＰＥＴフィルムを用いた場合の、
巻回形構造および積層形構造のフィルムコンデンサ素子
に対する、各種被覆樹脂で被覆したコンデンサの各試験
に対する寿命時間を、初期の静電容量に比べ−５％の静
電容量になった時点での時間とし、比較例１のエポキシ
樹脂の場合の寿命時間を１００として換算した結果を
（表２）に示す。ＰＥＮフィルムおよびＰＥＴフィルム
を用いたコンデンサを比較すると、その結果は同様の傾
向となった。

【００２１】

【表２】

【００２２】（表２）に示す結果の一例として、巻回形
構造のフィルムコンデンサ素子と樹脂Ａとの組合せで、
６０℃、９５％ＲＨ雰囲気下でＤＣ１５０ｖ印加時の耐
湿負荷特性図を図４に、ＰＣＴ−１５０ｖ印加時の耐湿
負荷特性図を図５に示す。図に示すように実施例１のフ
ィルムコンデンサは、比較例２のフィルムコンデンサに
比べ大幅な耐湿性向上の効果が得られた。

【００２３】（実施例２） 図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アルミニウムを片面
に蒸着した膜厚３．５μｍの金属化ＰＥＮフィルムを用
い、巻回積層し、メタリコン７外部電極を形成した母体
コンデンサを２４０℃リフローハンダ付けに耐えられる
ように熱エージング処理を行った後に、所定の長さに切
断して単位コンデンサとし、図２（Ａ）に示すような積
層形構造の面実装チップタイプのフィルムコンデンサ素
子８を得た。この素子の切断面９上に（表１）に示すよ
うな樹脂により被覆外装１０を行い、積層型チップフィ
ルムコンデンサを得た。比較例２として、同様の積層形
コンデンサ素子の切断面上に、図９に示すようにビスフ
ェノールＡ系エポキシ樹脂およびポリブタジエン系ウレ
タン樹脂により被覆外装２８した積層型チップフィルム
コンデンサを作製した。これらの各種被覆厚みは、０．
１mmであった。

【００２４】これらの積層形チップフィルムコンデンサ
を、６０℃、９５％ＲＨ雰囲気下でＤＣ１００ｖ印加の
耐湿負荷試験およびＰＣＴ−１００ｖ印加の耐湿負荷試
験を行った。積層形チップフィルムコンデンサを各種樹
脂で被覆したコンデンサの各試験に対する寿命時間を、
初期の静電容量に比べ−５％の静電容量になった時点で
の時間とし、比較例２のエポキシ樹脂で被覆したコンデ
ンサの寿命時間を１００として換算した結果を（表３）
に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】（表３）の一例で、積層形構造のフィルム
コンデンサ素子と樹脂Ａとの組合せでの、６０℃、９５
％ＲＨ雰囲気下でＤＣ１００ｖ印加時の耐湿負荷特性図
を図６（Ａ）〜（Ｃ）に、ＰＣＴ−１００v印加時の耐
湿負荷特性図を図７に示す。図から解るように実施例２
の積層形チップコンデンサは、比較例２の積層形チップ
コンデンサに比べ大幅な耐湿性向上の効果が得られた。

【００２７】以上の結果から、本実施例のコンデンサ
は、従来の構成の比較例のコンデンサに比べ、大幅な耐
湿性の向上を図ることができた。また、（表１）および
（表２）に示されるように、ＰＣＴ耐湿負荷試験の結果
において、より弾性を有するシリコーン樹脂をコンデン
サ素子に被覆外装したほうが良好な結果が得られた。シ
リコーン樹脂の弾性により高温高湿度下において安定し
た特性を発揮することがわかる。

【００２８】一方、従来の構成の比較例２の積層形コン
デンサの場合、図６（Ｃ）に示される絶縁抵抗特性図か
ら、その切断面に水分が侵入し電極膜が腐食するため急
激な絶縁抵抗の低下をきたすこともわかる。図６（Ｃ）
に示されるように、本実施例のコンデンサにおいては、
その絶縁抵抗特性にほとんど変化は認められず、非常に
良好な特性を得ることができた。

【００２９】さらに、本実施例で用いたシリコーン樹脂
は、一般的に高い耐熱性を有する樹脂としても知られて
おり、高温度下での信頼性も十分に兼ね備えている。

【００３０】なお、本発明のフィルムコンデンサにおい
て、誘電体フィルムとしてＰＥＮフィルムおよびＰＥＴ
フィルムを用いたが、ポリフェニレンサルファイドフィ
ルム、ポリプロピレンフィルムなど一般的なフィルムコ
ンデンサに用いられる有機フィルムであれば、２種類以
上の有機フィルムを組み合わせたり、ラッカリング膜な
ど塗工膜誘電体を用いた場合を含め同様の効果が得られ
る。

【００３１】また、本発明の実施例２において積層形コ
ンデンサの切断面にのみ水蒸気透過性の三次元網目構造
の樹脂を被覆したが、リード線を形成し、コンデンサ素
子周囲に被覆外装すれば、より良好な耐湿特性が得られ
ることは明白である。

【００３２】そして、これら被覆層として用いる三次元
網目構造の樹脂を変性したり、また、他の系列、構造を
有する樹脂を混合、合成することで、本発明による耐湿
性の効果を保持しつつ、その樹脂の取扱いを容易にした
り、樹脂硬度の調整や、外部からの有機溶剤の侵入など
を最小限に抑えたり、被覆層とコンデンサ素子との密着
力を向上させるなどのことができる。

【００３３】なお、本発明の実施例の構成のフィルムコ
ンデンサの周囲に、さらに外装材として一般的に用いら
れているポーラスな状態の粉体樹脂や成形樹脂、そして
また、例えば薄いエポキシ樹脂やウレタン樹脂等を外装
として構成しても本実施例と同じ効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明によれば、水蒸気透過性の三次元網目構造を有
する上記化４により示されるゴム状の樹脂を主体とする
被覆層を被覆外装した構造のフィルムコンデンサは、水
蒸気をほぼ自由に透過させることができる。そのため、
コンデンサ素子内部と外部の系との水蒸気を平衡状態に
保つことができるので、フィルムコンデンサ内部に水分
として侵入したり、露結した水分が内部に滞留すること
はほとんどなくなり、良好な耐湿特性を有するフィルム
コンデンサを得ることができる。とくに、積層形のフィ
ルムコンデンサの場合は、水蒸気透過性の三次元網目構
造を有する上記化４により示される樹脂を主体とする被
覆層で、その切断面を被覆外装する構成にすることによ
り、この被覆樹脂と蒸着金属が露出している切断面との
界面に、水分が滞留することがなくなり、切断面の蒸着
金属の電気化学的腐食の進行を抑制することができ、非
常に優れた耐湿特性を有する積層形フィルムコンデンサ
を得ることができる。

【００３５】さらに、本発明においては、透湿性が優れ
ている上に弾力性を有し、密着性よくコンデンサ素子に
被覆外装するため、例えば、被覆層とコンデンサのリー
ド線との界面、あるいは、積層形コンデンサの切断面と
被覆層との界面などが、熱的応力や機械的応力などによ
り剥離することがなく、その界面に沿って水分が侵入す
ることがない。よって、蒸着電極の電気化学的な腐食が
起こり難く、優れた耐湿特性を有する、高温度下でも安
定した信頼性を示すフィルムコンデンサを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のフィルムコンデンサの断面
図

【図２】（Ａ）は同実施例２の積層形フィルムコンデン
サの斜視図 （Ｂ）は図２（Ａ）のフィルムコンデンサのＡ’Ｂ’
Ｃ’Ｄ’線断面図

【図３】同フィルムコンデンサの耐湿メカニズムの概念
図

【図４】同実施例１のフィルムコンデンサの６０℃耐湿
負荷特性図

【図５】同実施例１のフィルムコンデンサのＰＣＴ耐湿
負荷特性図

【図６】（Ａ）は同実施例２の積層形フィルムコンデン
サの静電容量の６０℃耐湿特性図 （Ｂ）は同実施例２の積層形フィルムコンデンサのtan
δの６０℃耐湿特性図 （Ｃ）は同実施例２の積層形フィルムコンデンサの絶縁
抵抗の６０℃耐湿特性図

【図７】本発明の実施例２の積層形フィルムコンデンサ
のＰＣＴ耐湿負荷特性図

【図８】従来のフィルムコンデンサの斜視図

【図９】（Ａ）は従来の積層形フィルムコンデンサの斜
視図 （Ｂ）は図９（Ａ）のフィルムコンデンサのＡ’Ｂ’
Ｃ’Ｄ’線断面図

【図１０】従来のフィルムコンデンサの蒸着電極の腐食
メカニズムの概念図

【符号の説明】

１ メタリコン ２ コンデンサ素子 ３，１０ 水蒸気透過性の三次元網目構造の樹脂を主体
とする被覆外装 ５ 誘電体フィルム ６ 蒸着電極 ７ メタリコン ８ フィルムコンデンサ素子 ９ 切断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑田 健治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−186512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−181409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 4/00 - 4/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属化フィルムを、積層または巻回してな
   るコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の周囲に、高
   分子材料を主体とする被覆層を形成したフィルムコンデ
   ンサであって、 前記高分子材料が、以下の構造式を有するゴム状のシリ
   コーン樹脂からなることにより、前記被覆層が水蒸気透
   過性の三次元網目構造を有することを特徴とする、フィ
   ルムコンデンサ： 【化１】 。
2. 【請求項２】金属化フィルムを、積層または巻回してな
   るコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の端面の切断
   面上に、高分子材料を主体とする被覆層を形成したフィ
   ルムコンデンサであって、 前記高分子材料が、以下の構造式を有するゴム状のシリ
   コーン樹脂からなることにより、水蒸気透過性の三次元
   網目構造を有することを特徴とする、フィルムコンデン
   サ： 【化２】 。
3. 【請求項３】金属化フィルムを積層または巻回してなる
   コンデンサ素子の周囲に、以下の構造式を有するシリコ
   ーン樹脂を用いて水蒸気透過性の三次元網目構造を有す
   るゴム状の被覆層を前記コンデンサ素子の周囲に形成す
   るフィルムコンデンサの製造方法： 【化３】 。