JPH08288174A - 高周波電力用積層セラミックコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繰り返し熱応力に対する劣化の少ない信頼性
の高い高周波電力用積層セラミックコンデンサを提供す
る。 【構成】 ２枚の電極板１１、１１間に複数の積層セラ
ミックコンデンサ１２を並列に配置し、このコンデンサ
１２のそれぞれの外部電極１３、１３を対応する電極板
１１、１１に、導電性接着剤１４、１４を用い、電気的
に接続した状態で固定化する。導電性接着剤１４、１４
を使用することで、繰り返し熱応力に対する劣化が少な
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、大電力容量、大静電
容量、大電流容量を有する、高周波電力用積層セラミッ
クコンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、金属の焼き入れ、溶接加工等に使
用されている誘導加熱装置は、真空管方式から半導体素
子方式に変わりつつあり、半導体素子方式では、共振回
路用コンデンサに耐電圧１ｋＶ程度の大電力容量、大静
電容量、大電流容量のものが必要とされている。

【０００３】この共振回路用コンデンサには、フィルム
コンデンサ、マイカコンデンサや積層セラミックコンデ
ンサをブロック化したモジュール等が用いられる。

【０００４】図３は、従来の積層セラミックコンデンサ
をブロック化したモジュールを示し、２枚の電極板１、
１間に複数の積層セラミックコンデンサ２を並列に配置
し、前記コンデンサ２のそれぞれの外部電極を対応する
電極板１、１に半田付け３、３によって、電気的に接続
した状態で固定化し、該コンデンサ２群の外側を外装樹
脂４で覆った構造になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、積層セラミ
ックコンデンサには大電力が負荷されるため、発熱が多
く、モジュールは水冷した状態で使用されている。実際
には水冷時でも、２０〜３０℃程度周囲温度より高く、
しかも、稼働時のみ発熱するため、高温と低温に繰り返
し曝されることになる。

【０００６】従来の共振回路用積層セラミックコンデン
サモジュールは、積層コンデンサを半田付けで金属電極
板に固定保持しているため、半田付け部分に、高温と低
温での、金属とセラミックの熱膨張差による熱応力がか
かり、このため、半田付け部分に繰り返しの応力が加わ
り、ヒートショックによりクラックが発生しやすく、導
電不良が発生したり、ついには破断して電極板と積層セ
ラミックコンデンサが外れてしまうという問題がある。

【０００７】そこで、この発明の課題は、積層セラミッ
クコンデンサと電極板の固定部分に繰り返し熱応力が加
わっても劣化の発生が少なく、信頼性の高い高周波電力
用積層セラミックコンデンサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、この発明は、２枚の電極板間に複数の積層セ
ラミックコンデンサを並列に配置し、前記コンデンサの
それぞれの外部電極を対応する電極板に電気的に接続し
た状態で固定するために、厚みが５００μｍ以下の導電
性接着剤を使用した構成を採用したものである。

【０００９】この発明において、導電性接着剤は、エポ
キシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂など
の内の何れか一つと、銀、銅、アルミニウムの粒子の内
の少なくとも一つ以上を混合したものを用いることがで
きる。

【００１０】

【作用】電極板と積層セラミックコンデンサの固定に、
導電性接着剤を使用することで、初期引張応力は半田付
けよりやや低いが、繰り返しの熱応力がかかっても劣化
の発生が少なく、半田による銀喰われ現象がなくなり、
接続の信頼性が向上すると共に、導電性接着剤に含まれ
る金属粒子を導電率の高いものを使用することにより、
半田に比較し、導電性は同等となる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面の図１と
図２に基づいて説明する。

【００１２】図示のように、この発明の高周波電力用積
層セラミックコンデンサは、２枚の電極板１１と１１間
に複数の積層セラミックコンデンサ１２を並列に配置
し、該コンデンサ１２のそれぞれの外部電極１３、１３
を対応する電極板１１、１１に導電性接着剤１４、１４
を用いて電気的に接続した状態で固定し、コンデンサ１
２群の外側を外装樹脂１５で覆った構造になっている。

【００１３】上記導電性接着剤１４は、エポキシ系樹
脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂などの内の何
れか一つと、導電性フィラーとして、銀、銅、アルミニ
ウムの粒子の内の少なくとも一つ以上を混合した熱硬化
性の接着剤であり、その厚みが５００μｍ以下となるよ
うに塗布使用する。

【００１４】この導電性接着剤に含まれる樹脂として、
エポキシ系樹脂やフェノール系樹脂は、１００℃で連続
使用できると共に、ポリイミド系樹脂を使用した場合は
更に効果が高い。

【００１５】また、上記した導電性フィラーとして例示
した高い導電率の金属粒子を使用することで、接着剤の
導電率を高くし、かつ高周波で低損失となり、半田に比
較し、導電性は同等となる。

【００１６】なお、導電性接着剤層１４の厚みが５００
μｍより厚くなると、破壊時に接着剤層内部より亀裂が
進展するようになり、接着強度が低くなる。また、熱伝
導性も低下して、コンデンサの放熱が妨げられ、コンデ
ンサの温度上昇が顕著になる。

【００１７】実施例１ 次に、導電性接着剤を用い、その厚みの異なるコンデン
サモジュールと半田付けによるコンデンサモジュールを
作製し、発熱温度や引張強度を比較した結果を説明す
る。作製方法は以下の通りである。

【００１８】１つのモジュール当たり、静電容量６．８
ｎＦの積層セラミックコンデンサ３０個を使用し、静電
容量２００ｎＦのコンデンサモジュールを作製した。

【００１９】積層セラミックコンデンサのサイズは、長
さ５．７ｍｍ×幅５．０ｍｍ×厚み２．０ｍｍであり、
積層セラミックコンデンサの外部電極間方向は５．７ｍ
ｍである。

【００２０】組立工程としては、まず、図２に示すよう
に積層セラミックコンデンサ同士を密接配置させて、シ
リコン系樹脂接着剤で接着し、室温乾燥して、一体化し
たブロックを作製した。

【００２１】積層セラミックコンデンサ同士の接着には
シリコーン系樹脂接着剤の他、エポキシ系樹脂接着剤、
無機材質接着剤等の絶縁性のある接着剤ならば、何れも
使用可能である。

【００２２】次に、銀粒子とエポキシ系樹脂からなる導
電性接着剤で、図１に示すように、前記ブロックを挟ん
で、幅３０ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚み１ｍｍの銅板より
なる電極板２枚を対応するように接着させ、１５０℃に
１時間保持し導電性接着剤を硬化させた。最後に、ワー
クを金型にセットし、エポキシ系樹脂からなる外装樹脂
を注型し、１５０℃に２時間保持し外装樹脂を硬化さ
せ、コンデンサモジュールを完成させた。

【００２３】電極板には銅の他、銀、アルミニウム、お
よび銅合金、アルミニウム合金等の高周波低抵抗導体な
らば何れも使用可能である。

【００２４】外装樹脂にはエポキシ系樹脂の他、シリコ
ーン系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂など絶
縁性があり、密着性に優れ、１００℃までの耐熱性があ
るものならば、何れも使用可能である。

【００２５】表１に電極板に銅板を使用したモジュール
における、半田と導電性接着剤の比較、および接着剤層
の厚みの違いによる試料の発熱、及び引張強度の結果を
示す。負荷は周波数３００ｋＨｚ、皮相電力２５ｋＶＡ
であり、試料には水冷をおこなっている。表１の発熱温
度は内蔵した積層コンデンサの表面温度と周囲温度との
差である。

【００２６】発熱温度は接着剤層厚さ５００μｍ以下で
は導電性接着剤と半田を使用した場合では、発熱温度は
同等であり、放熱性に差はなかった。

【００２７】引張強度は接着剤層厚さ５００μｍ以下で
は導電性接着剤と半田を使用した場合では、半田を使用
した方が高いが、導電性接着剤を使用したものでも十分
に有効であった。

【００２８】また、接着剤を使用した場合、接着剤層の
厚さが５００μｍを越えると引張強度の低下と発熱温度
の上昇が起き、使用に適さなくなった。

【００２９】

【表１】

【００３０】次にヒートサイクル試験の結果を表２に示
す。試験条件は温度範囲−３０℃〜８５℃、１サイクル
当たり３時間である。対向する電極板を反対方向に引っ
張った時の引張強度を測定した。

【００３１】引張強度は初期値では半田の方が高いが、
少ないサイクル数で低下し、長期的には導電性接着剤の
方が強度が高い。

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例２ 導電性接着剤に樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリイミド樹脂と導電フィラーとして、銀、銅、
アルミニウムを用いてそれぞれ一種類ごと組み合わせ、
電極板に銅を使用して、実施例１と同様にして、コンデ
ンサモジュールを作製した。

【００３４】試料の発熱試験、ヒートサイクル試験の結
果を合わせて表３に示す。

【００３５】発熱試験の負荷は周波数３００ｋＨｚ、皮
相電力２５ｋＶＡであり、試料には水冷をおこなってい
る。発熱温度は内蔵した積層コンデンサの表面温度と周
囲温度との差である。

【００３６】ヒートサイクル試験条件は温度範囲−３０
℃〜８５℃、１サイクル当たり３時間である。対向する
電極板を反対方向に引っ張った時の引張強度を測定し
た。

【００３７】どの導電性接着剤においても発熱は２０ｄ
ｅｇ以下であり、使用に適していた。また、５０００回
ヒートサイクル後の引張強度についても半田より強度は
高く有効であった。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、電極
板と積層セラミックコンデンサの外部電極の固定を、半
田に代えて導電性接着剤を使用することで、繰り返し熱
応力に対する劣化の少ない高周波電力用積層セラミック
コンデンサを提供できる。

【００４０】また、半田に代えて導電性接着剤とするこ
とで、積層セラミックコンデンサの外部電極を半田付け
する際に問題となっていた、半田による外部電極の銀喰
われ現象もなくなり、接続の信頼性も向上する。

【００４１】更に、半田付けの場合のような後洗浄が不
要となり、鉛元素の不使用など、環境に対しても悪影響
が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る高周波電力用積層セラミックコ
ンデンサモジュールの一部切欠正面図。

【図２】同上の組立工程を示す説明図。

【図３】従来の高周波電力用積層セラミックコンデンサ
モジュールを示す一部切欠正面図。

【符号の説明】

１１ 電極板 １２ 積層セラミックコンデンサ １３ 外部電極 １４ 導電性接着剤 １５ 外装樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の電極板間に複数の積層セラミック
   コンデンサを並列に配置し、前記コンデンサのそれぞれ
   の外部電極を対応する電極板に電気的に接続した状態で
   固定するために、厚みが５００μｍ以下の導電性接着剤
   を使用したことを特徴とする高周波電力用積層セラミッ
   クコンデンサ。
2. 【請求項２】 導電性接着剤は、エポキシ系樹脂、フェ
   ノール系樹脂、ポリイミド系樹脂の内の何れか一つと、
   銀、銅、アルミニウムの粒子の内の少なくとも一つ以上
   を混合したものである請求項１記載の高周波電力用積層
   セラミックコンデンサ。