JP2019087592A - コンデンサモジュール、共振器、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、ワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】はんだクラックが発生することを抑制したコンデンサモジュールを提供する。【解決手段】厚み方向において互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する基板と、基板の少なくとも第１の主面上に実装されるコンデンサ素子３とを備え、基板は、コンデンサ素子３の一端側に設けられた第１の端子電極６ａとはんだ接合される第１のパッド電極５ａと、コンデンサ素子３の他端側に設けられた第２の端子電極６ｂとはんだ接合される第２のパッド電極５ｂとを有し、少なくとも第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間の領域Ｅと、その領域Ｅの外側との境界を区画する一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と平面視で重なる位置に、基板を厚み方向に貫通する貫通孔８が各々設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、コンデンサモジュール、そのようなコンデンサモジュールを備える共振器、並びに、そのような共振器を含むワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

近年、磁界共鳴方式を用いてワイヤレス電力伝送を行うワイヤレス電力伝送技術が注目されている。例えば、電気自動車などの電動車両に搭載されたバッテリー（二次電池）に対して充電を行う際に、このワイヤレス電力伝送技術を用いることで、充電ケーブルとの接続を行わずに、外部からの電力をワイヤレスで供給（非接触充電又は非接触給電という。）することが可能である。

また、ワイヤレス電力伝送技術では、２つの共振器の間における共振（共鳴）現象を利用した磁界共鳴方式の検討が活発化してきている（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。磁界共鳴方式では、送電側及び受電側の共振器において、コイルとキャパシタ（コンデンサ）とを含む共振回路を用いる。磁界共鳴方式では、これら２つの共振器間の共振周波数を近づけて（一致させる場合も含む。）、この共振周波数付近の高周波電流及び電圧を送電（一次）側の共振器に印加し、電磁的に共振（共鳴）させた受電（二次）側の共振器に電力をワイヤレスで伝送する仕組みである。

この磁界共鳴方式では、送電側コイルと受電側コイルとを電磁誘導の原理を用いて電磁的に結合させる電磁誘導方式に比べて、送電側コイルと受電側コイルとの間の距離を大きくできるメリットがある。また、磁界共鳴方式では、数ｃｍ〜数十ｃｍ程度の距離で数ｋＷ以上の電力をワイヤレスで伝送できることから、様々なシステムへの応用が模索されている。

特開２０１７−００５７９０号公報 特開２０１７−０５１０８４号公報 特開２０１６−０１８８０２号公報 特開２００１−３２６４４４号公報 国際公開第２００９／０９６００３号 特開２００３−３２４０３０号公報

ところで、上述した電気自動車に対してワイヤレス電力伝送を行う場合には、送電側及び受電側の共振器に対して、大容量の高周波電流及び電圧が印加される。これに対応するため、上述した共振器を構成するキャパシタについては、プリント配線基板の主面上に複数のチップコンデンサ（コンデンサ素子）をアレイ状に並べて実装したコンデンサモジュールが用いられている（例えば、上記特許文献３を参照。）。

また、コンデンサモジュールでは、各チップコンデンサの両端に設けられた一対の端子電極と、プリント配線基板上に設けられた一対のパッド電極とがはんだ接合されることによって、各チップコンデンサがプリント配線基板上に実装された構造となっている。

しかしながら、従来のコンデンサモジュールでは、チップコンデンサとプリント配線基板との熱膨張係数が異なることから、環境温度の変化によって、はんだ接合部にクリープ歪が発生する。さらに、その累積によってはんだクラックが生じた場合、端子電極とパッド電極との間で断線してしまうことがあった。

特に、車両に搭載する用途においては、このはんだクラックによる断線寿命を向上させることが求められる。しかしながら、部品サイズが大きくなるに従って、熱サイクルによる疲労寿命は一般的に短くなる傾向にある。このため、車載用途には、大型の電気部品（例えば、チップタイプのコンデンサや抵抗など。）が使用できない傾向にあった。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、例えば上記特許文献４〜６を挙げることができる。このうち、上記特許文献４には、マイクロストリップライン間のギャップにあたる誘電体基板からグランド層に亘って、直方体状の貫通穴が設けられた構成が開示されている。

一方、上記特許文献５には、チップコンデンサの一対の端子間に薄板を貫通する穴状部が設けられた構成が開示されている。

一方、上記特許文献６には、基板の一面に形成された一方のランドが基板を貫通するスルーホールを介して基板の他面に形成された他方のランドと導電接続された構成が開示されている。

しかしながら、これら特許文献４〜６に記載の貫通孔は、何れもはんだクラックの発生を防ぐことについて検討されておらず、本発明とはその貫通孔を設ける目的が異なっている。

本発明の一態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、コンデンサ素子側の端子電極と基板側のパッド電極とのはんだ接合された部分において、はんだクラックが発生することを抑制したコンデンサモジュール、そのようなコンデンサモジュールを備える共振器、並びに、そのような共振器を含むワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様に係るコンデンサモジュールは、厚み方向において互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する基板と、前記基板の少なくとも前記第１の主面上に実装されるコンデンサ素子とを備え、前記基板は、前記コンデンサ素子の一端側に設けられた第１の端子電極とはんだ接合される第１のパッド電極と、前記コンデンサ素子の他端側に設けられた第２の端子電極とはんだ接合される第２のパッド電極とを有し、少なくとも前記第１のパッド電極と前記第２のパッド電極との間の領域と、その領域の外側との境界を区画する一対の境界ラインと平面視で重なる位置に、前記基板を厚み方向に貫通する貫通孔が各々設けられていることを特徴とする。

以上のように、本発明の一態様によれば、コンデンサ素子側の端子電極と基板側のパッド電極とのはんだ接合された部分において、はんだクラックが発生することを抑制したコンデンサモジュールを提供することが可能である。また、そのようなコンデンサモジュールを備える共振器、並びに、そのような共振器を含むワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの一例を示す構成図である。 図１に示すワイヤレス電力伝送システムの送電側共振器及び受電側共振器の構成を示す回路図である。 本発明を適用したコンデンサモジュールの構成を示す平面図である。 図３に示すコンデンサモジュールの要部を拡大した平面図である。 図４中に示す線分Ａ−Ａによるコンデンサモジュールの断面図である。 図４中に示す線分Ｂ−Ｂによるコンデンサモジュールの断面図である。 図３に示すコンデンサモジュールの基板の要部を拡大した平面図である。 はんだ接合部に発生したクラックのクラック率を説明するための断面図である。 熱サイクル試験後のはんだ接合部のクラック率を測定した結果を示すグラフである。 本発明を適用したコンデンサモジュールの別の構成例の要部を示す平面図である。 本発明を適用したコンデンサモジュールの別の構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料や寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（ワイヤレス電力伝送システム）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１及び図２に示すワイヤレス電力伝送システム１００について説明する。なお、図１は、ワイヤレス電力伝送システム１００の一例を示す構成図である。図２は、ワイヤレス電力伝送システム１００の送電側共振器２０３及び受電側共振器３０１の構成を示す回路図である。

本実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００は、図１及び図２に示すように、電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリー（二次電池）に対して非接触充電を行う非接触充電システムに本発明を適用したものである。なお、電気自動車ＥＶは、バッテリーに充電された電力によりモーターを駆動して走行する電動車両（移動体）である。

具体的に、本実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００は、磁界共鳴方式を用いてワイヤレス電力伝送を行うものであり、充電設備側の地面Ｇに設置されたワイヤレス送電装置（以下、「送電装置」という。）２００と、電気自動車ＥＶに搭載されたワイヤレス受電装置（以下、「受電装置」という。）３００と備えて構成されている。

送電装置２００は、電源回路２０１と、駆動回路２０２と、送電側共振器２０３とを概略備えている。一方、受電装置３００は、受電側共振器３０１と、負荷３０２とを概略備えている。また、負荷３０２は、整流回路３０３と、可変負荷Ｖloadとから構成されている。

電源回路２０１は、外部の商用電源Ｐと電気的に接続されて、商用電源Ｐから入力される交流電力を所望の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ電源として機能する。電源回路２０１は、駆動回路２０２と電気的に接続されている。電源回路２０１は、変換された直流電力を駆動回路２０２に供給する。

なお、電源回路２０１については、駆動回路２０２に対して直流電力を出力するものであればよく、その構成について特に制限されるものではない。例えば、電源回路２０１としては、交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、力率改善を行うＰＦＣ（Power Factor Correction）回路とを組み合わせた電源回路や、同じく整流回路と、スイッチングコンバータ等のスイッチング回路とを組み合わせた電源回路などが挙げられる。

駆動回路２０２は、電源回路２０１から供給される直流電力を高周波電力に変換するものである。駆動回路２０２としては、例えば複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路等が挙げられる。駆動回路２０２は、送電側共振器２０３と電気的に接続されている。駆動回路２０２は、送電側共振器２０３の共振周波数に基づいて駆動周波数が制御された高周波電力を送電側共振器２０３に供給する。

送電側共振器２０３は、送電側コイルＬ１と、送電側キャパシタＣ１とを含むＬＣ共振回路を構成している。この送電側共振器２０３側の共振周波数を受電側共振器３０１側の共振周波数に近づける（一致させる場合も含む。）ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。

本実施形態の送電側共振器２０３では、リアクトルＬｓが送電側キャパシタＣ１に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、送電側共振器２０３、受電側共振器３０１及び負荷３０２で構成されるワイヤレス電力伝送網のインピーダンスの虚部が正となるように制御し易くなる。また、リアクトルＬｓは、送電側共振器２０３側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分が除去された電力を送電側コイルＬ１に供給するフィルターとしての役割を果たすことになる。

送電側コイルＬ１は、例えば銅やアルミニウム等からなるリッツ線をスパイラル状に巻き回したワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の送電側コイルＬ１は、電気自動車ＥＶのフロア下と向かい合うように、地面Ｇの上に設置又は地面Ｇに埋設されている。なお、本実施形態では、送電側コイルＬ１（送電側共振器２０３）が電源回路２０１と共に地面Ｇの上に設置された構成となっている。

送電側キャパシタＣ１は、駆動周波数及び負荷３０２の両端電圧を調整する機能を有している。本実施形態の送電側キャパシタＣ１は、送電側コイルＬ１に対して直列に接続された第１のキャパシタＣ１１と、送電側コイルＬ１に対して並列に接続された第２のキャパシタＣ１２とにより構成されているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、送電側コイルＬ１に直列に接続された第１のキャパシタＣ１１のみからなる構成であってもよい。

受電側共振器３０１は、受電側コイルＬ２と、受電側キャパシタＣ２とを含むＬＣ共振回路を構成している。この受電側共振器３０１側の共振周波数を送電側共振器２０３側の共振周波数に近づける（一致させる場合も含む。）ことで、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送が可能となっている。

本実施形態の受電側共振器３０１では、リアクトルＬｒが受電側キャパシタＣ２に対して直列に挿入された構成となっている。この構成の場合、リアクトルＬｒは、受電側共振器３０１側の共振周波数よりも十分高い周波数成分に対してハイインピーダンスとなる。これにより、高周波成分が除去された電力を負荷３０２に供給するフィルターとしての役割を果たすことになる。

受電側コイルＬ２は、例えば銅やアルミニウム等からなるリッツ線をスパイラル状に巻き回したワイヤレス電力伝送用コイルにより構成されている。本実施形態の受電側コイルＬ２は、上述した地面Ｇの上に設置又は地面Ｇに埋設された送電側コイルＬ１と向かい合うように、電気自動車ＥＶのフロア下に設置されている。

受電側キャパシタＣ２は、駆動周波数及び負荷３０２の両端電圧を調整する機能を有している。本実施形態の受電側キャパシタＣ２は、受電側コイルＬ２に対して直列に接続された第３のキャパシタＣ２１と、受電側コイルＬ２に対して並列に接続された第４のキャパシタＣ２２とにより構成されているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、受電側コイルＬ２に直列に接続された第３のキャパシタＣ２１のみからなる構成であってもよい。

整流回路３０３は、受電側共振器３０１と電気的に接続されて、受電側コイルＬ２が受電した高周波電力を整流して直流電力に変換するものである。整流回路３０３としては、例えば１つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される半波整流回路や、ブリッジ接続された４つのスイッチング素子又はダイオードと平滑コンデンサとから構成される全波整流回路等が挙げられる。整流回路３０３は、可変負荷Ｖloadと電気的に接続されている。整流回路３０３は、変換された直流電力を可変負荷Ｖloadに供給する。なお、受電装置３００では、整流回路３０３と可変負荷Ｖloadとの間に充電器を備えた構成としてもよい。

可変負荷Ｖloadは、整流回路３０３の出力端子の間に接続されて、この整流回路３０３から供給される直流電力を貯蔵又は消費する。可変負荷Ｖｌｏａｄとしては、上述した電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリーやモーター等が挙げられる。

可変負荷Ｖloadは、電力の需要状態（貯蔵状態又は消費状態）によって、負荷３０２の等価抵抗値が時間と共に変わる抵抗負荷と見なすことができる。なお、整流回路３０３での消費電力は、可変負荷Ｖloadでの消費電力に比べて十分小さいため、負荷３０２の等価抵抗値は、ほぼ可変負荷Ｖloadの等価抵抗値とみなしてよい。

以上のような構成を有する本実施形態の電力伝送システム１００では、送電側共振器２０３と受電側共振器３０１との間における共振（共鳴）現象を利用した磁界共鳴方式によって、送電装置２００から受電装置３００に向けて、電力をワイヤレスで伝送することが可能である。すなわち、この磁界共鳴方式では、これら２つの共振器２０３，３０１間の共振周波数を近づけて（一致させる場合も含む。）、この共振周波数付近の高周波電流及び電圧を送電側共振器２０３に印加し、電磁的に共振（共鳴）させた受電側共振器３０１に電力をワイヤレスで伝送（供給）することが可能である。

したがって、本実施形態の電力伝送システム１００では、充電ケーブルとの接続を行わずに、充電設備側から供給される電力をワイヤレスで電気自動車ＥＶに伝送しながら、この電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリーに対して非接触充電を行うことが可能である。

（コンデンサモジュール）
次に、本発明を適用したコンデンサモジュールとして、例えば図３〜図７に示すコンデンサモジュール１について説明する。

なお、図３は、コンデンサモジュール１の構成を示す平面図である。図４は、コンデンサモジュール１の要部を拡大した平面図である。図５は、図４中に示す線分Ａ−Ａによるコンデンサモジュール１の断面図である。図６は、図４中に示す線分Ｂ−Ｂによるコンデンサモジュール１の断面図である。図７は、コンデンサモジュール１の基板２の要部を拡大した平面図である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向をコンデンサモジュール１の水平面内における第１の方向、Ｙ軸方向をコンデンサモジュール１の水平面内における第２の方向、Ｚ軸方向をコンデンサモジュール１の厚み方向として、それぞれ示すものとする。

本実施形態のコンデンサモジュール１は、図３〜図７に示すように、厚み方向において互いに対向する第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを有する基板２と、この基板２の少なくとも第１の主面２ａ（本実施形態では両主面２ａ，２ｂ）上にアレイ状に並んで実装された複数のコンデンサ素子３を含むコンデンサ素子群３０とを備えている。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１は、第１の主面２ａ上及び第２の主面２ｂ上の平面視で重なる位置に、複数のコンデンサ素子３が各々実装された構造を有している。すなわち、このコンデンサモジュール１は、基板２の第１の主面２ａ側と第２の主面２ｂ側とにおいて、基本的に同じ（基板２を挟んで対称となる）実装構造を有している。

したがって、本実施形態では、基板２の第１の主面（上面）２ａ側の実装構造について説明し、特に断りがない限り、基板２の第２の主面（下面）２ｂ側の実装構造については、その説明を省略するものとする。

コンデンサ素子群３０は、基板２の面内において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向（Ｘ軸方向）と第２の方向（Ｙ軸方向）とのうち、第１の方向に並ぶ複数のコンデンサ素子３が互いに直列に接続された複数のコンデンサ素子列３Ａを有し、且つ、第２の方向に並ぶ複数のコンデンサ素子列３Ａが互いに並列に接続された構造を有している。

基板２は、全体として略矩形平板状に形成された絶縁基板の両面に複数の配線パターンが設けられた両面プリント配線板からなる。具体的に、この基板２は、コンデンサ素子列３Ａを構成する複数のコンデンサ素子３のうち、第１の方向において隣り合う各コンデンサ素子３の間を電気的に接続する第１の配線４ａと、複数のコンデンサ素子列３Ａの第１の方向の一端側に位置する各コンデンサ素子３の間を第２の方向において電気的に接続する第２の配線４ｂと、複数のコンデンサ素子列３Ａの第１の方向の他端側に位置する各コンデンサ素子３の間を第２の方向において電気的に接続する第３の配線４ｃとを有している。

また、基板２の各コンデンサ素子３に対応した位置には、それぞれ第１のパッド電極５ａ及び第２のパッド電極５ｂが設けられている。第１のパッド電極５ａ及び第２のパッド電極５ｂは、ランドと呼ばれる各配線４ａ〜４ｃの一部を矩形状にパターニングした部分からなる。第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとは、互いに同一形状を有して第１の方向に並んで設けられている。

複数のコンデンサ素子３は、平面視で略矩形状に形成された積層セラミックチップコンデンサからなる。各コンデンサ素子３は、その長手方向（第１の方向）の一端側に短手方向（第２の方向）の端縁部に沿って設けられた第１の端子電極６ａと、長手方向（第１の方向）の他端側に短手方向（第２の方向）の端縁部に沿って設けられた第２の端子電極６ｂとを有している。

各コンデンサ素子３は、第１の端子電極６ａと第１のパッド電極５ａとがはんだ接合された第１のはんだ接合部７ａと、第２の端子電極６ｂと第２のパッド電極５ｂとがはんだ接合された第２のはんだ接合部７ｂとを介して基板２上に実装されている。これにより、各コンデンサ素子３は、第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間を跨ぐようにして基板２上に実装されている。

ところで、本実施形態のコンデンサモジュール１は、複数のコンデンサ素子３に各々対応した位置に、基板２を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通する複数の貫通孔８を有している。貫通孔８は、平面視で円形状であり、少なくとも第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間の領域Ｅと、その領域Ｅの外側との境界を区画する一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と平面視で重なる位置に各々設けられている。また、貫通孔８は、基板２上に実装された各コンデンサ素子３の輪郭と平面視で重なる位置に各々設けられている。

一対の境界ラインＳ１，Ｓ２は、第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの第１の方向（Ｘ軸方向）に沿った端縁部同士を結ぶ直線状のラインである。また、これら一対の境界ラインＳ１，Ｓ２は、基板２上に実装されたコンデンサ素子３の第１の方向（Ｘ軸方向）に沿った輪郭とほぼ一致したラインを構成している。領域Ｅは、第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの互いに対向する第２の方向（Ｙ軸方向）に沿った端縁部と、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２とで囲まれた領域である。

したがって、貫通孔８は、平面視で境界ラインＳ１，Ｓ２よりも内側となる領域８ａと、境界ラインＳ１，Ｓ２よりも外側となる領域８ｂとを含んでいる。また、貫通孔８は、平面視でコンデンサ素子３と重なる領域と、コンデンサ素子３と重ならない領域とを含んでいる。

本実施形態のコンデンサモジュール１では、このような貫通孔８を設けることによって、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおいてはんだクラックが発生することを抑制することが可能である。

すなわち、本実施形態のコンデンサモジュール１では、上述した一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と平面視で重なる位置に貫通孔８を設けることで、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂに発生するクリープ歪を低減することができる。すなわち、クリープ歪は、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２上に最大値を示す点が存在し、クラックはその点を起点に進行していく。したがって、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２上に貫通孔８を設けることで、クラックの発生を抑制することが可能である。

これにより、本実施形態のコンデンサモジュール１では、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおいてはんだクラックが発生することを抑制しながら、この第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおける断線寿命を向上させることが可能である。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１では、第２の方向（Ｙ軸方向）に並ぶ複数のコンデンサ素子３の互いに隣り合う一方のコンデンサ素子３側の境界ラインＳ１と、他方のコンデンサ素子３側の境界ラインＳ２とに、それぞれ平面視で重なった状態で貫通孔８が設けられている。

この場合、コンデンサ素子３毎に一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と重なる２つの貫通孔８を設ける場合よりも、互いに隣り合う一方のコンデンサ素子３と他方のコンデンサ素子３との間で貫通孔８を兼用することができる。したがって、より少ない貫通孔８によって、上述した第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおいてはんだクラックが発生することを抑制することが可能である。

さらに、本実施形態のコンデンサモジュール１では、第１の主面２ａ側の第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間の領域Ｅを区画する一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と、第２の主面２ｂ側の第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間の領域Ｅを区画する一対の境界ラインＳ１，Ｓ２とに、それぞれ平面視で重なった状態で貫通孔８が設けられている。

この場合、基板２の第１の主面２ａ側と第２の主面２ｂ側との間で貫通孔８を兼用することが可能である。これにより、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおいてはんだクラックが発生することを抑制しながら、コンデンサモジュール１の小型化及び集積化を図ることが可能である。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１では、第１のパッド電極５ａと第２のパッド電極５ｂとの間の境界ラインＳ１，Ｓ２上における長さ（以下、「電極間長さ」という。）をＬとし、貫通孔８の境界ラインＳ１，Ｓ２上における長さ（以下、「孔長さ」という。）をＤとしたときに、下記（１）の関係を満足することが好ましい。
０．１５≦Ｄ／Ｌ≦０．８５ …（１）

ここで、本実施形態では、上記（１）の値を変更したコンデンサモジュール１に対して熱サイクル試験を行い、はんだクラックの発生の有無について確認を行った。

具体的には、外形サイズが２．２ｍｍ×２．５ｍｍ、電極間長さＬが１．３ｍｍの第１及び第２のパッド電極５ａ，５ｂが設けられた基板２の上に、３２２５サイズ（外形サイズが３．２ｍｍ×２．５ｍｍ）のコンデンサ素子３を実装した。また、基板２には、コンデンサ素子列３Ａ毎に孔長さＤを変更した貫通孔８を設けた。

そして、この基板２に対して、−４０℃で３０分、１２５℃で３０分を１サイクルとして、合計１３００サイクルの熱サイクル試験を行った後、はんだクラックの発生の有無について確認を行った。

はんだクラックの発生の有無については、孔長さＤ毎に第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂに発生したクラックのクラック率を求めた。クラック率は、図８に示すように、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂに発生したクラックの長さをＬ１とし、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂの残存する最短長さをＬ２としたときに、下記（２）により求まる値である。
クラック率（％）＝｛Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）｝×１００ …（２）

本実施形態では、上述した孔長さＤが異なるコンデンサ素子列３Ａ毎にクラック率の平均値を求めた。そして、はんだクラックの発生の有無については、クラック率が５０％となる位置を基準にして最適な孔長さＤを求めた。その結果をまとめたものを図９のグラフに示す。

図９のグラフに示すように、上記（１）の下限値（Ｄ／Ｌ＝０．１５）から外れた場合は、クラック率が５０％以上となった。この場合、貫通孔８を設けたことによるはんだクラックの発生を抑制する効果が不十分となり、熱サイクルによる疲労寿命が低くなってしまう。

一方、上記（１）の上限値（Ｄ／Ｌ＝０．８５）から外れた場合は、クラック率がほとんど減少しなくなった（このときのクラック率は１０％以下である。）。この場合、孔長さＤが大きくなるほど、基板２の機械的強度が低下することになる。

したがって、本実施形態のコンデンサモジュール１では、上記（１）の関係を満足することによって、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおけるはんだクラックの発生を低減し、且つ、基板２の機械的強度を保ちつつ、このコンデンサモジュール１の熱サイクルによる疲労寿命を伸ばすことが可能である。

なお、本実施形態のコンデンサモジュール１では、基板２に対する加工のし易さから、平面視で円形状の貫通孔８を形成しているが、このような貫通孔８の形状に限らず、例えば平面視で楕円形状や長孔形状、異形状などの貫通孔８を形成することも可能である。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１では、実装によるセルフアライメント効果によって、コンデンサ素子３の輪郭と一対の境界ラインＳ１，Ｓ２とがほぼ一致した状態となっている。一方、第１及び第２の端子電極６ａ，６ｂ（チップ）と第１及び第２のパッド電極５ａ，５ｂ（ランド）とのサイズ等の違いによって、コンデンサ素子３の輪郭と一対の境界ラインＳ１，Ｓ２とがずれる場合も考えられる。この場合、境界ラインＳ１，Ｓ２を基準に貫通孔８の位置を決定し、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２に対するコンデンサ素子３の輪郭のずれ量を考慮して、貫通孔８の一対の境界ラインＳ１，Ｓ２上における孔長さＤを決定すればよい。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１は、図３に示すように、第２の配線４ｂの第２の方向の一端側と電気的に接続される第１の接続端子１０ａと、第３の配線４ｃの第２の方向の他端側と電気的に接続される第２の接続端子１０ｂとを有している。

第１の接続端子１０ａ及び第２の接続端子１０ｂは、このコンデンサモジュール１の外部接続用端子であり、第２の配線４ｂの一端側及び第３の配線４ｃの他端側から第１の方向の外側に向かって矩形状に張り出したランド部１１ａ，１１ｂ上に設けられている。これにより、第１の接続端子１０ａと第２の接続端子１０ｂとは、基板２の面内においてコンデンサ素子群３０を挟んで対称（本実施形態では対角）となる位置に設けられている。

この場合、第１の接続端子１０ａと第２の接続端子１０ｂとのうち、一方の接続端子（本実施形態では第１の接続端子１０ａ）から他方の接続端子（本実施形態では第２の接続端子１０ｂ）に至る電流経路を、コンデンサ素子群３０を構成する各コンデンサ素子列３Ａの間で等しくすることが可能である。

すなわち、第１の接続端子１０ａから入力された電流は、第２の配線４ｂを経由して、コンデンサ素子群３０を構成する各コンデンサ素子列３Ａの一端側から他端側へと至り、第３の配線４ｂを経由して、第２の接続端子１０ｂへと出力されることになる。

このとき、コンデンサ素子群３０を構成するコンデンサ素子列３Ａのうち、第２の方向の一端側に位置するコンデンサ素子列３Ａに流れる電流Ｉ１と、第２の方向の中央側に位置するコンデンサ素子列３Ａに流れる電流Ｉ２と、第２の方向の他端側に位置するコンデンサ素子列３Ａに流れる電流Ｉ３とは、第１の接続端子１０ａと第２の接続端子１０ｂとの間で電流経路の長さが等しくなっている。

これにより、本実施形態のコンデンサモジュール１では、基板２上に実装された複数のコンデンサ素子３に対して電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を略均等に流すことできる。したがって、本実施形態のコンデンサモジュール１では、一部のコンデンサ素子３に電流が集中して破壊に至る可能性を回避しながら、各コンデンサ素子３の発熱を抑制することが可能である。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１では、上述した第１の主面２ａ上及び第２の主面２ｂ上の平面視で重なる位置に、複数のコンデンサ素子３が各々実装された構造を有している。この場合、基板２の両主面２ａ，２ｂにおいて各コンデンサ素子３の発熱を抑制しながら、このコンデンサモジュール１の小型化及び集積化を図ることが可能である。

また、本実施形態のコンデンサモジュール１では、上述した基板２の面内においてコンデンサ素子群３０を挟んで対角となる位置に第１の接続端子１０ａ及び第２の接続端子１０ｂが設けられている。この場合、第２の配線４ｂの一端側と第１の接続端子１０ａとを電気的に接続する電流経路の長さと、第３の配線４ｃの他端側と第２の接続端子１０ｂとを電気的に接続する電流経路の長さを最短化することができる。これにより、配線パターンによる損失を最小化することが可能である。

本実施形態のコンデンサモジュール１は、上述した送電側共振器２０３及び受電側共振器３０１を構成する送電側キャパシタＣ１及び受電側キャパシタＣ２として、好適に用いることが可能である。すなわち、本実施形態のコンデンサモジュール１は、大容量の高周波電流及び電圧が印加される送電側共振器２０３及び受電側共振器３０１に対応可能な送電側キャパシタＣ１及び受電側キャパシタＣ２を構成することが可能である。

したがって、本実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００では、そのような送電側共振器２０３を含む送電装置２００と、そのような受電側共振器３０１を含む受電装置３００との間で、磁界共鳴方式を用いてワイヤレス電力伝送を安定して行うことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記コンデンサモジュール１では、上述した貫通孔８以外にも、例えば図１０に示すように、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２の間に位置して、基板２を厚み方向に貫通する貫通孔９が設けられた構成としてもよい。

具体的に、本実施形態では、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と平面視で重なる位置にある貫通孔８の間（本実施形態では中間）に、平面視で円形状の貫通孔９が設けられている。なお、貫通孔９の形状については、上述した貫通孔８と同様に、例えば平面視で楕円形状や、長孔形状、異形状等としてもよい。さらに、複数の貫通孔９を形成することも可能である。

この構成の場合、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２と平面視で重なる位置にある貫通孔８の開口面積（孔径）は、一対の境界ラインＳ１，Ｓ２の間に位置する貫通孔９の開口面積（孔径）よりも大きいことが好ましい。これにより、貫通孔９の開口面積（孔径）が大きくなり過ぎることを防ぎつつ、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂに発生するクリープ歪を更に低減できるため、第１及び第２のはんだ接合部７ａ，７ｂにおいてはんだクラックが発生することを更に抑制することが可能である。

また、上記コンデンサモジュール１は、上述したコンデンサ素子群３０を挟んで対角となる位置に第１の接続端子１０ａ及び第２の接続端子１０ｂが設けられ構成に必ずしも限定されるものではない。

例えば、図１１に示すように、第２の配線４ｂの一端側から第２の方向の他端側に向けて延長された第１の延長配線４ｄを介して第２の配線４ｂの一端側と第１の接続端子１０ａとが電気的に接続された構成とすることも可能である。この構成では、第１の接続端子１０ａの位置をコンデンサ素子群３の対角位置から第１の延長配線４ｄによって第２の方向の中央付近まで持ってくることが可能である。

同様に、第３の配線４ｃの他端側から第２の方向の一端側に向けて延長された第２の延長配線４ｅを介して第３の配線４ｃの他端側と第２の接続端子１０ｂとが電気的に接続された構成とすることも可能である。この構成では、第２の接続端子１０ｂの位置をコンデンサ素子群３０の対角位置から第２の延長配線４ｅによって第２の方向の中央付近まで持ってくることが可能である。

何れの場合も、第１の延長配線４ｄや第２の延長配線４ｅの延長する長さに因らずに、コンデンサ素子群３０を構成する各コンデンサ素子列３Ａの間で、第１の接続端子１０ａから第２の接続端子１０ｂに至る電流経路の長さを等しくすることが可能である。したがって、各コンデンサ素子３の発熱を抑制しながら、第１の接続端子１０ａ及び第２の接続端子１０ｂの配置の設計自由度を向上させることが可能である。

なお、上記実施形態では、電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリーに対して非接触充電を行う非接触充電システムに本発明を適用した場合を例示しているが、電気自動車ＥＶ以外にも、例えばプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の電動車両（移動体）にも本発明を幅広く適用することが可能である。

また、本発明が適用される電力伝送システムについては、このような非接触充電システムに必ずしも限定されるものではない。それ以外にも、例えば、テーブルの上に置かれたタブレット端末やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの携帯型電子機器等に対して非接触充電を行う非接触充電システムや、走行する電動車両に対して非接触給電を行う非接触給電システム等に対しても、本発明を幅広く適用することが可能である。

１…コンデンサモジュール ２…基板 ２ａ…第１の主面 ２ｂ…第２の主面 ３…コンデンサ素子 ４ａ…第１の配線 ４ｂ…第２の配線 ４ｃ…第３の配線 ５ａ…第１のパッド電極 ５ｂ…第２のパッド電極 ６ａ…第１の端子電極 ６ｂ…第２の端子電極 ７ａ…第１のはんだ接合部 ７ｂ…第２のはんだ接合部 ８，９…貫通孔 Ｅ…領域 Ｓ１，Ｓ２…境界ライン １００…ワイヤレス電力伝送システム ２００…ワイヤレス送電装置 ２０１…電源回路 ２０２…駆動回路 ２０３…送電側共振器 ３００…ワイヤレス受電装置 ３０１…受電側共振器 ３０２…負荷 ３０３…整流回路 Ｌ１…送電側コイル Ｌ２…受電側コイル Ｃ１…送電側キャパシタ Ｃ２…受電側キャパシタ ＥＶ…電気自動車

Claims (10)

1. 厚み方向において互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する基板と、
   前記基板の少なくとも前記第１の主面上に実装されるコンデンサ素子とを備え、
   前記基板は、前記コンデンサ素子の一端側に設けられた第１の端子電極とはんだ接合される第１のパッド電極と、前記コンデンサ素子の他端側に設けられた第２の端子電極とはんだ接合される第２のパッド電極とを有し、
   少なくとも前記第１のパッド電極と前記第２のパッド電極との間の領域と、その領域の外側との境界を区画する一対の境界ラインと平面視で重なる位置に、前記基板を厚み方向に貫通する貫通孔が各々設けられていることを特徴とするコンデンサモジュール。
2. 前記貫通孔は、前記コンデンサ素子の輪郭と平面視で重なる位置に各々設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサモジュール。
3. 前記基板の面内において前記一対の境界ラインと交差する方向に複数の前記コンデンサ素子が並んで設けられ、
   前記貫通孔は、前記コンデンサ素子の並び方向において隣り合う一方のコンデンサ素子側の境界ラインと、他方のコンデンサ素子側の境界ラインとに、それぞれ平面視で重なった状態で設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサモジュール。
4. 前記コンデンサ素子は、前記第１の主面上及び前記第２の主面上の平面視で重なる位置に各々実装され、
   前記貫通孔は、前記第１の主面側の前記第１のパッド電極と前記第２のパッド電極との間の領域を区画する前記一対の境界ラインと、前記第２の主面側の前記第１のパッド電極と前記第２のパッド電極との間の領域を区画する前記一対の境界ラインとに、それぞれ平面視で重なった状態で設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のコンデンサモジュール。
5. 前記第１のパッド電極と前記第２のパッド電極との間の前記境界ライン上における長さをＬとし、前記貫通孔の前記境界ライン上における長さをＤとしたときに、
   ０．１５≦Ｄ／Ｌ≦０．８５
   の関係を満足することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のコンデンサモジュール。
6. 前記一対の境界ラインよりも内側の領域に位置して、前記基板を厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、
   前記境界ラインと平面視で重なる位置にある貫通孔の開口面積は、前記一対の境界ラインよりも内側の領域に位置する貫通孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のコンデンサモジュール。
7. コイルとキャパシタとを含む共振器であって、
   前記キャパシタとして、請求項１〜６の何れか一項に記載のコンデンサモジュールを備えることを特徴とする共振器。
8. 請求項７に記載の共振器を含むことを特徴とするワイヤレス送電装置。
9. 請求項７に記載の共振器を含むことを特徴とするワイヤレス受電装置。
10. 送電装置から受電装置へのワイヤレス電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、
    前記送電装置と前記受電装置との少なくとも一方は、請求項７に記載の共振器を含むことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。

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