專利名稱：固態電解電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及固態電解電容器，具體地說，涉及一種利用導電聚合物作為固態電解質的固態電解電容器。
背景技術：
固態電解電容器的結構包括由有整流作用之金屬，如鉭、鈮或鋁形成的陽極；氧化所述陽極的表面，以形成一個電子元件，同時在其上形成氧化錳或導電聚合物的緊密接觸層，還在該緊密接觸層上形成石墨層或銀糊層，作為陰極。
氧化錳或導電聚合物構成固態電解質，近年來特別是廣泛采用導電聚合物，因為它具有較高的導電率，并可減小電容器的等效串聯電阻(ESR)。
譬如日本專利申請未審公開特開平5-275290公開了利用導電聚合物作為固態電解質的固態電解電容器(本文將其引為對比文件1)。
按照對比文件1的固態電解電容器，通過蝕刻而使表面受到延展的鋁箔將被稱作蝕刻鋁箔，它沿著縱長方向從端部開始由環氧樹脂件被分隔成與外部陽極連接的第一區和顯示電容量的第二區。在構成鋁箔一側主要部分的第一區中，形成氧化鋁膜，這是通過陽極氧化處理鋁箔而得到的。由導電聚合物形成聚吡咯(polypyrrole)層，并使其設在這樣的氧化鋁膜上。在所述聚吡咯層上，以緊密接觸的方式依次形成石墨層和銀糊層。由所述鋁箔、氧化鋁膜、聚吡咯層、石墨層和銀糊層形成電容器的基本結構，將它稱為固態電解電容器元件。由所述鋁箔構成陽極，所述氧化鋁膜構成介電元件，而由所述聚吡咯層、石墨層和銀糊層構成陰極。為了與外部電連接，在所述電容器元件上設置外陽極端和外陰極端，并設置外包殼，它封裝所述元件并使所述元件成形為電容器形狀。
由銅基或鐵基金屬形成的基本元件構成所述外陽極端和外陰極端，并表面電鍍金屬，以便能夠錫焊。通過電焊或超聲焊接到構成陽極的鋁箔上，而連接所述外陽極接線端，而用比如導電粘結材料，將外陰極接線端電氣地固定在陰極的最外層上。
現有固態電解電容器中所用的導電聚合物的缺點在于，原來具有較高的導電系數，而在高溫含氧環境中被氧化卻失去導電性。因此，在陰極中未能充分隔絕氧的情況下，當所述固態電解電容器長期始終暴露于高溫下時，將使所述ESR劣化。在相關的固態電解電容器中，通過在導電聚合物層上形成石墨層和銀糊層而構造成陰極。不能密集地形成所述石墨層和銀糊層，因而就不能充分地防止氧的侵入。
另外，在現有的固態電解電容器中，為了能夠焊接，所述外部陰極接線端在基本金屬的表面上有鍍有焊料或者鍍有錫，以便容易裝配。裝置鍍層肯定有利于焊接，但與此相關的缺點在于，部分熔合于被粘結到電容器元件的陰極上的表面中，從而引起外部陰極接線端和導電粘結劑的剝落，同時還增大與陰極的接觸電阻。
發明內容
鑒于上述，本發明的目的在于通過金屬電鍍形成一層密集的膜，以使固態電解電容器元件的陰極中所采用的導電聚合物不被氧化，從而電容器的可靠性。
本發明的另一目的在于，在與固態電解電容器之陰極相連的外部陰極接線端表面上，形成諸如金和銀等具有比焊料更高熔融溫度和化學穩定性的金屬鍍層，從而抑制電容器陰極的安裝件處的界面電阻隨外部陰極接線端而改變，并因此而通過電容器的穩定性。
按照本發明，提供一種固態電解電容器，它包括具有引線的陽極部件，所述引線至少從金屬片的一端延伸，所述金屬片的一部分具有氧化膜；具有導電聚合物層的固態電解質，所述導電聚合物層形成于所述氧化膜上；以及具有導電材料層的陰極部件，所述導電材料層形成于所述導電聚合物層上。
在這種固態電解電容器中，所述陰極部件還包括第一金屬鍍層。
按照本發明的固態電解電容器，所述陰極部件最好設有前述第一金屬鍍層和可焊接的第二金屬層。
圖1是相關技術的鋁固態電解電容器的縱向剖面視圖；圖2是本發明第一種實施例鋁固態電解電容器的縱向剖面視圖；圖3是表示相關技術的固態電解電容器和所述第一實施例固態電解電容器在高溫條件試驗中ESR隨時間變化的比較圖線；圖4是本發明第二種實施例鋁固態電解電容器的縱向剖面視圖；圖5是本發明第三種實施例鋁固態電解電容器的縱向剖面視圖；圖6是本發明第三種實施例鋁固態電解電容器的橫向剖面視圖。
具體實施例方式
為了有助于理解本發明，首先參照圖1說明相關技術的固態電解電容器。在以下的敘述中，為了說明的方便，可用不同于前述專利參考文獻各部件的名稱和符號表示所述電容器的各個部件。
參照圖1，經蝕刻而延展其表面的鋁箔7將被稱為蝕刻鋁箔，從該圖的左手側由環氧樹脂件9將它分成與外部陽極接線端連接的區域和用以顯示電容量的第二區域。在所述電容量顯示區域，在該圖的右手側構成鋁箔7的主要部分，形成氧化鋁膜11，這是通過陽極氧化處理構成基本件的所述鋁箔7而得到的。
與所述氧化鋁膜11緊密接觸，形成聚吡咯層13，這是一種導電聚合物。在聚吡咯層13上，依序緊密地形成石墨層15和銀糊層17。由鋁箔7、氧化鋁膜11、聚吡咯層13、石墨層15和銀糊層17構成電容器的基本結構，下面將其稱為固態電解電容器元件。于是，鋁箔7用作陽極，石墨層15和銀糊層17構成陰極。
在這樣的電容器元件上，安裝外部陽極接線端19和外部陰極接線端21，用以與外部電連接。設置外部包殼23，為的是封裝所述電容器元件并成形電容器的外部形狀。
由基本元件形成所述外部陽極接線端19和外部陰極接線端21，所述基本元件是由銅基或鐵基金屬制成的，而且它的表面鍍有可焊接的金屬。通過電焊或超聲焊接到構成陽極的鋁箔7上，而連接所述外陽極接線端19；而用比如導電粘結材料(未表示)，將外陰極接線端21電氣地固定在陰極的最外層上。
以下將參照圖2-6描述本發明的優選實施例。
參照圖2，表示本發明第一實施例的固態電解電容器25。設置鋁箔27用作陽極，它通過蝕刻受到表面延展。比如，采用鹽酸水溶液作為蝕刻溶液。于是，在鋁箔27中，第一區域用作電容量顯示區，它占據圖2中右手側的主要部分，并被陽極氧化，形成氧化鋁(Al2O3)膜29。對于陽極氧化而言，譬如使用脂肪酸、檸檬酸或磷酸的銨鹽水溶液實現所述陽極氧化。
然后，在經陽極氧化的氧化鋁膜29上，形成聚吡咯層的導電聚合物層31，作為固態電解質，然后再在其上形成石墨層33。
然后再使石墨層33和鋁箔27的構成陽極的部分經受電鍍處理，形成電鍍層35，接著再形成焊料層37。
按照本發明，由于在所述元件的外圍上面形成密集的金屬層，所以與現有技術的元件相比，能夠可靠地防止氧的侵入。
接下去將描述本發明第一實施例固態電解電容器的可靠性試驗。
這種試驗是持續高溫的試驗，其中使試樣處于125℃的溫度環境中，并對所述試樣的電特性進行一段時間的測試。為了評價所述電特性，利用在100kHz頻率下的等效串聯電阻(ESR)。
參照圖3，把由曲線45表示的第一實施例試樣和由曲線43表示的現有技術試樣二者近似表示為在試驗開始之前有同樣的初始值約3mΩ。在試驗開始之后，在最初的大約50小時，現有技術的電容器和本實施例電容器有近似相同的曲線。這之后，曲線43表示的現有技術電容器的ESR開始表現出增大的趨勢，從而與曲線45表示的本實施例電容器的曲線分開。
在經過500小時之后，曲線45表示的本實施例電容器表現出大約為6mΩ的ESR，約為初始值的2倍，而曲線43表示的現有技術的電容器表現出ESR增大到大約為30mΩ，這為初始值的大約10倍之高。
如上述試驗結果所示，特別是把在氧存在條件下有降低導電率趨勢的導電聚合物用作固態電解質的時候，本實施例電容器的高度封閉能力在改善ESR的隨時間而劣化和電特性穩定性方面，以及在高可靠性和更長的使用壽命方面，都產生重要的效果。
在本實施例中，對于電鍍金屬而言，采用比如銅、鎳、銀或金等。另外，就電鍍而言，采用電解電鍍方法或無電解電鍍方法。既可以通過焊料鍍覆方法、鍍錫方法等形成所述焊料層，也可通過浸入熔融焊料槽中的方法形成所述焊料層。
本第一實施例采用通過吡咯單體的化學氧化聚合反應得到的聚吡咯層，作為導電聚合物，但也可以采用其它材料，如聚噻吩或聚苯胺。另外，形成聚合物的方法也不限于化學氧化聚合反應，而是為此目的也可以采用電解氧化聚合反應方法。
繼而，將參照圖4說明本發明第二實施例的鋁固態電解電容器。參照圖4，本發明第二實施例的固態電解電容器51包括固態電解電容器元件63，它是如下被得到的通過在脂肪酸、檸檬酸或磷酸的銨鹽水處理溶液中，使得在通過比如鹽酸等蝕刻水溶液中所形成之蝕刻鋁箔53(作為整流作用的金屬)的預定部分中形成氧化鋁膜55，然后再涂敷絕緣樹脂57，并使之固化，從而形成掩膜，并在氧化鋁膜55的預定部分上依次形成導電聚合物層59和石墨層61。
隨后將金屬鍍覆層加于石墨層61上和設在所述固態電解電容器元件63兩端的陽極部件65上，從而除事先形成的部分絕緣樹脂57外，形成鍍層67。然后再通過在所述元件63和陽極部件65的鍍層67上形成焊料層，完成固態電解電容器。
本發明第二實施例的鋁固態電解電容器51是所謂三端結構的固態電解電容器，通過類似于第一實施例那樣，在所述元件的外周上形成密集金屬層，能夠防止氧、潮氣等從外面的侵入。
本發明并不限于上述各實施例，而可以在本發明的范圍內進行改型，除上述構造外，還可以考慮如下結構
(1)蝕刻鋁箔+導電聚合物層+石墨層+金屬鍍層(2)蝕刻鋁箔+導電聚合物層+石墨層+金屬鍍層+銀糊層(3)蝕刻鋁箔+導電聚合物層+金屬鍍層+焊料層(4)蝕刻鋁箔+導電聚合物層+石墨層+金屬鍍層+焊料層本發明還可應用于利用其它整流作用的金屬，如鉭或鈮作陽極的固態電解電容器。
接下去參照圖5和6描述有關本發明第三實施例的鋁固態電解電容器。對照圖5和6，本發明第三實施例的固態電解電容器97采用與現有技術同樣結構的固態電解元件81的陰極部分。于是，把外部陽極接線端73安裝在部分鋁箔71中，該部分被制成可適于安裝外部陽極接線端。所述外部陽極接線端73是由能夠焊接的材料，如42合金或銅板制成，它上面加裝有焊料鍍覆。作為舉例，通過超聲焊接或電阻焊接，使它緊接于鋁箔71。
然后，用導電粘合劑77，如銀糊把外部陰極接線端75粘附到陰極部件上。外部陰極接線端75具有陰極線端金屬79，如42合金、銅或鐵，該層在要緊靠所述元件81的表面上具有陰極連接面鍍層83，如金鍍層或銀鍍層，該層的另一表面上還具有可被焊接的安裝表面鍍層85，如焊料鍍覆層或錫鍍層。
按照本發明，在化學方面類似于構成導電粘合劑之銀糊的銀鍍層或金鍍層附近，實現化學穩定性，而且這種鍍層的熔融溫度比焊料的高，通過保持所述鄰接界面處于穩定狀態，在安裝操作時，它不會被熔解在那里。
在本發明的應用中，可將第一或第二實施例可按與第三實施例聯合的形式被使用。
按照本發明，有如前面所述的那樣，在所述固態電解電容器的陰極部件中設置金屬鍍層，從而防止了氧的侵入，并使導電聚合物特性的劣化受到抑制。另外，在所述外部陰極接線端的表面內設置金鍍層或銀鍍層，用以與電容器元件緊接，從而，在安裝狀態下，避免了等效串聯電阻的變化。
權利要求
1.一種固態電解電容器，它包括具有引線的陽極部件，所述引線至少從金屬片的一端延伸，所述金屬片的一部分具有氧化膜；具有導電聚合物層的固態電解質，所述導電聚合物層形成于所述氧化膜上；以及具有導電材料層的陰極部件，所述導電材料層形成于所述導電聚合物層上；其中，所述陰極部件還包括第一金屬鍍層。
2.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述陰極部件還包括在所述第一金屬鍍層上形成的可焊接的第二金屬層。
3.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述第一金屬鍍層至少包括銅鍍層、鎳鍍層、金鍍層和銀鍍層中之一。
4.根據權利要求2所述的固態電解電容器，其中，所述第二金屬層至少包括焊料層、錫層和可焊接的銀糊層之一。
5.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述電容器是采用所述導電聚合物作為固態電解質的表面安裝型固態電解電容器，并且所述電容器還包括與所述陰極部件相連的陰極接線端；所述陰極接線端包含在該陰極接線端安裝表面上的可焊接的第三金屬鍍層和在該陰極接線端表面上與所述陰極部件緊接的第四金屬鍍層，所述第四金屬鍍層的熔點高于所述第三金屬鍍層的熔點，并且是化學穩定的。
6.根據權利要求5所述的固態電解電容器，其中，所述第三金屬鍍層至少包含焊料鍍覆層和錫鍍層之一。
7.根據權利要求5所述的固態電解電容器，其中，所述第四金屬鍍層至少包含金鍍層和銀鍍層之一。
8.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述陰極部件包含在所述導電聚合物層上形成的石墨層和在所述石墨層上形成的銀糊。
9.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述陽極部件的金屬片包含鋁，所述氧化膜包含氧化鋁。
10.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，在所述金屬片的中心部分和陽極部件之間的邊界周圍設置絕緣樹脂，把所述金屬片分成用于顯示電容量的第一區和與外部陽極接線端連接的第二區。
11.根據權利要求1所述的固態電解電容器，其中，所述陽極部件形成于構成部分所述金屬片的兩端。
全文摘要
一種固態電解電容器，在陰極部件中具有金屬鍍層結構，以防止導電率因導電聚合物的氧化而降低，并實現高可靠性。本發明還提供一種結構，其中所述固態電解電容器的陰極部件包括第一金屬鍍層和可焊接的第二金屬層。
文檔編號H01G9/045GK1484262SQ0312789
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月14日 優先權日2002年8月28日
發明者荒井智次, 豬井隆之, 齋木義彥, 戶井田剛, 之, 剛, 彥 申請人:Nec東金株式會社