專利名稱：機械穩定性經改進的固體電解電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固體點解電容器，特別是一種機械穩定性經改進的固體電解電容器。
背景技術：
固體電解電容器(如鉭電容器)對電子電 路的微型化做出了重要貢獻，并且使這種電路可以在極端環境中使用。許多常規的固體電解電容器采用可以表面安裝到印刷電路板上的端子(termination)形成。例如，陽極端子，其可包含向上朝電容器彎曲并焊接到陽極引出線上的部分。陰極端子同樣可包含一用于接收電容器元件底面的平坦部分。然而，這種常規固體電解電容器的一個問題是有時候除氣會導致成型材料內部出現裂紋，引發機械穩定性問題以及導致陰極端子與電容器元件出現部分剝離。因此，需要一種改進的固體電解電容器組件。
發明內容
在本發明的一個實施例中，公開了一種電容器，其包含固體電解電容器元件、陽極端子、陰極端子和成型材料。固體電解電容器元件限定了上表面、下表面、前表面和后表面，并且包含陽極、覆蓋陽極的介電層和覆蓋含有固體電解質的介電層的陰極，其中陽極引線與陽極電連接。陽極端子與陽極引線電連接。陰極端子與陰極電連接，并且包含通常與電容器元件下表面垂直的直立部分，及通常與電容器元件下表面平行的第一和第二平面部分(planar portion).第一和第二平面部分通過折疊區互相連接，這樣，第一平面部分置于第二平面部分的垂直上方。成型材料封裝電容器元件，并且使至少一部分陽極端子和至少一部分陰極端子的第二平面部分暴露。在本發明的另一個實施例中，公開了一種由電容器元件和引線框形成電容器的方法。所述引線框包含陽極段(section)和陰極段，陽極段包含基座(base)和從基座延伸的翼片(tab)，陰極段包含基座和翼片，其中陰極段的基座具有第一區和第二區，以及其中陰極段的翼片從基座的第二區延伸。所述方法包括將陽極段的翼片向上彎曲以形成直立的陽極端子部分；將陰極段的翼片朝上彎曲以形成直立的陰極端子部分；將陰極段基座的第一區沿第一折疊軸向上彎曲并沿第二折疊軸向下彎曲，以形成第一平面陰極端子部分，所述第一平面陰極端子部分通過折疊區與第二平面陰極端子部分互相連接，折疊區限定于第一和第二折疊軸之間；將電容器元件放到引線框上；將電容器元件的陽極引線與直立的陽極端子部分電連接；將直立的陰極端子部分、第一平面陰極端子部分、第二平面陰極端子部分或它們的組合與電容器元件電連接；采用成型材料封裝電容器元件，使陰極端子第二平面部分的一部分保持暴露。本發明的其它特點和方面將在下文進行更詳細的說明。
本發明的完整和具體說明，包括對于本領域技術人員而言的最佳實施方式，將在說明書的其余部分(包括參考附圖)更具體地給出，其中
圖I是本發明電解電容器的一個實施例的透視 圖2是本發明電解電容器的一個實施例的橫截面圖；以及 圖3是可在本發明一個實施例中采用的引線框的頂視圖。說明書和附圖中重復使用的附圖標記意圖表示本發明相同或相似的元件特征。
具體實施例方式本領域技術人員將理解，本討論僅作為示范性 的實施例，并不是對本發明更廣闊方面的限制。一般說來，本發明涉及一種包含固體電解電容器元件的電容器，所述固體電解電容器包含陽極、電介質和陰極，其含有固體電解質。陽極引線從陽極引出，并與陽極端子電連接。同樣，陰極端子與陰極電連接。陰極端子包含通常與電容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常與電容器下表面平行的第一和第二平面部分。第一和第二平面部分通過折疊區互相連接，使得第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料封裝電容器元件后，第二平面部分保持暴露，用于與電氣部件的后續連接。然而，由于位于較高的垂直位置，第一平面部分可基本上被成型材料封裝。此外，陰極端子的直立部分也完全被成型材料封裝。通過用成型材料封裝陰極端子的平面部分和直立部分，本發明人發現，即使部分成型材料開裂，剝離的可能性也能得到降低。這改善了機械穩定性和電氣性能。參考圖1-2，圖中顯示了電容器30的一個實施例，電容器30包含與電容器元件33電連接的陽極端子62和陰極端子72，電容器元件33具有上表面37、下表面39、前表面36、后表面38、側表面31及與其相對的側表面(未顯示)。雖然并未具體顯示，但是，電容器元件33包含陽極、電介質和固體電解質。陽極可用閥金屬組合物形成，所述閥金屬組合物具有較高的荷質比，如大約5,000 MF*V/g或以上，在一些實施例中，大約25,000 MF*V/g或以上，在一些實施例中，大約40，000 MF*V/g或以上，以及在一些實施例中，大約70，000至大約200, 000 mF*V/g或以上。閥金屬組合物包含閥金屬(即，能夠氧化的金屬)或基于閥金屬的化合物，如鉭、銀、招、鉿、鈦、它們的合金、它們的氧化物、它們的氮化物等。例如，閥金屬組合物可包含導電的鈮氧化物，如鈮/氧原子比為I: I. 0 土 I. 0的鈮氧化物，在一些實施例中，鈮/氧原子比為1:1. 0 土 0.3，在一些實施例中，鈮/氧原子比為1:1.0 土 0.1，以及在一些實施例中，鈮/氧原子比為1:1. 0 土 0.05。例如，鈮的氧化物可以是他0。.7、他01(|、NbOu和他02。在優選的實施例中，組合物包含NbOu，其為導電的鈮氧化物，即使在高溫燒結后仍能保持化學穩定。這類閥金屬氧化物的實例在Fife的美國專利6，322，912、Fife等人的美國專利6，391，275、Fife等人的美國專利6，416，730、Fife的美國專利6，527，937、Kimmel等人的美國專利6，576，099、Fife等人的美國專利6，592，740和Kimmel等人的美國專利6，639，787,及Kimmel等人的美國專利7，220, 397，以及Schnitter的美國專利申請公布2005/0019581、Schnitter等人的美國專利申請公布2005/0103638、Thomas等人的美國專利申請公布2005/0013765中被描述，以上專利對于所有目的通過引用以其整體結合到本文中。通常可以采用常規的制造程序來形成陽極。在一個實施例中，首先選擇具有一定粒徑的氧化鉭或氧化鈮粉末。例如，顆粒可以是片狀、角狀、節狀及它們的混合物或者變體。顆粒的篩分粒度分布通常為至少大約60目，在一些實施例中為大約60目到大約325目，以及在一些實施例中為大約100目到大約200目。此外，比表面積為大約0. I至大約10.0 m2/g，在一些實施例中，為大約0. 5至大約5. 0 m2/g,以及在一些實施例中，為大約I. 0至大約2. 0 m2/g。術語“比表面積”是指按照 Journal of American Chemical Society (《美國化學會志》)1938年第60卷309頁上記載的Bruanauer、Emmet和Teller發表的物理氣體吸附(B.E.T.)法確定的表面積，吸附氣體為氮氣。同樣，體積(或者斯科特)密度通常為大約0. I至大約5. 0 g/cm3,在一些實施例中為大約0. 2至大約4. 0 g/cm3,以及在一些實施例中為大約0. 5至約3. 0 g/cm3。為了便于構造陽極，可在導電顆粒中 加入其它組分。例如，導電顆粒可任選與粘結劑和/或潤滑劑混合，以保證在壓制成陽極體時顆粒彼此充分地粘附在一起。合適的粘結劑可包括樟腦、硬脂酸和其它皂質脂肪酸、聚乙二醇(Carbowax)(聯合碳化物公司)、甘酞樹脂(Glyptal)(通用電氣公司)、聚乙烯醇、萘、植物蠟以及微晶蠟(精制石蠟)。粘結劑可在溶劑中溶解和分散。示范性溶劑可包括水、醇等。使用時，粘結劑和/或潤滑劑的百分比可在總質量的大約0. 1%至大約8%重量之間變化。然而，應該理解的是，本發明并不要求使用粘結劑和潤滑劑。得到的粉末可以采用任一種常規的粉末壓模機壓緊。例如，壓模機可為采用一模具和一個或多個模沖的單站壓模機。或者，可采用僅使用一模具和單下模沖的砧型壓模機。單站壓模機有幾種基本類型，例如，具有不同生產能力的凸輪壓力機、肘桿式壓力機/肘板壓力機和偏心壓力機/曲柄壓力機，例如可以是單動、雙動、浮動模壓力機、可移動平板壓力機、對置柱塞壓力機、螺旋壓力機、沖擊式壓力機、熱壓壓力機、壓印壓力機或精整壓力機。粉末可在陽極引線(如鉭線)周圍壓實。或者，應該進一步理解的是，在壓制和/或燒結陽極體后，陽極引線可與陽極體連接(如焊接)。在壓制后，可在一定溫度(例如，大約150°C至大約50(TC)、真空條件下對丸粒(pellet)加熱幾分鐘，脫除任何粘結劑/潤滑劑。或者，也可將丸粒與水溶液接觸而脫除粘結劑/潤滑劑，如Bishop等人的美國專利6，197，252所描述，該專利對于所有目的以其整體結合到本文中。然后，將丸粒燒結以形成多孔的整塊物質。例如，在一個實施例中，將丸粒在真空條件下或惰性氣氛中在溫度大約1200°C至大約2000°C進行燒結，以及在一些實施例中，在溫度大約1500°C至大約1800°C進行燒結。燒結后，由于丸粒之間連接增多，顆粒收縮。除上面所描述的技術外，根據本發明，還可以采用任何其它構造陽極體的技術，例如GalvaRni的美國專利4，085, 435 Sturmer等人的美國專利 4，945，452 Galvagni 的美國專利 5，198，968 Salisbury 的美國專利 5，357，399 ；Galvagni等人的美國專利5，394，295 KuIkarni的美國專利5，495，386 :以及Fife的美國專利6，322，912中所描述的技術，以上專利對于所有目的通過引用以其整體結合到本文中。雖然并不要求，但是，可以選擇陽極的厚度以改善電容器的電氣性能。例如，陽極的厚度為大約4 mm或以下,在一些實施例中，為大約0. 05 mm至大約2 mm,以及在一些實施例中，為大約0.1 mm至大約I mm。也可以選擇陽極的形狀，以改善所得電容器的電氣性質。例如，陽極可以是弧形、正弦曲線形、矩形、U形、V形等形狀。陽極還可以具有“槽”形，其包含一個或多個溝槽、凹槽、凹陷或者缺口( identation),以增加表面積/體積比，最小化ESR并延長電容的頻率響應。這類“槽”陽極描沭于例如Webber等人的美國專利6, 191,936 ；Maeda等人的美國專利5，949, 639 ;和Bourgault等人的美國專利3，345, 545,以及Hahn等人的美國專利申請公開2005/0270725中，所有這些專利對于所有目的以其整體結合到本文中。陽極引線16 (例如，線、片等)也與陽極電連接。引線16通常由任何導電材料制成，所述導電材料例如鉭、鈮、鎳、鋁、鉿、鈦等，以及它們的氧化物和/或氮化物。正如本領域所知的那樣，引線16的連接方式可以有所不同，例如采用電阻或激光焊接來耦合引線、在形成期間(例如，在燒結前)將引線埋入陽極體內等。例如，在所示實施例中，引線16的形式是從電容器元件33的前表面3 6延伸出的埋入線。一旦構造好，陽極即可進行陽極氧化，以在陽極上面和/或內部形成介電層。陽極氧化是電化學過程，通過陽極氧化，陽極被氧化以形成介電常數較高的材料。例如，氧化鈮(NbO)陽極可經陽極氧化以形成五氧化二鈮(Nb2O5)15 —般說來，陽極氧化的進行首先是在陽極上涂覆電解質，例如將陽極浸入電解質中。電解質的形式通常為液體，如溶液(例如水溶液或非水溶液)、分散體、熔體等。電解質中通常使用溶劑，如水(如去離子水);醚類(如二乙醚和四氫呋喃)；醇類(如甲醇、乙醇、正丙醇(n-propanol)、異丙醇和丁醇)；甘油三酯；酮類(例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基異丁基酮)；酯類(例如，乙酸乙酯、醋酸丁酯、二乙二醇乙醚乙酸酯和甲氧基丙基乙酸酯);酰胺類(例如，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮);腈類(如乙腈、丙腈、丁腈和芐腈);亞砜或砜(例如，二甲亞砜(DMSO)和環丁砜)；等等。溶劑可占電解質的大約50 wt. %至約99. 9 wt. %,在一些實施例中占大約75 wt. %至大約99 wt. %,以及在一些實施例中占大約80 wt. %至大約95 wt. %。雖然并非必須要求這樣，但是，為了獲得想要的氧化物，通常需要使用水溶劑(例如水)。實際上，水可占電解質中所用溶劑的大約50 wt. %或以上，在一些實施例中，占大約70 wt%*以上，以及在一些實施例中占大約90 wt%至100 wt%。電解質是離子電導的，并且在溫度25°C下測定的離子電導率是大約I毫西門子/厘米(“mS/cm”)或以上，在一些實施例中，為大約30 mS/cm或以上，以及在一些實施例中，為大約40 mS/cm至大約100 mS/cm。為了提高電解質的離子電導率,可以采用能夠在溶劑中離解以形成離子的化合物。用于此目的的合適的離子化合物包括例如，酸，如鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、多聚磷酸、硼酸、有機硼酸(boronic acid)等；有機酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水楊酸、磺基水楊酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、油酸、沒食子酸、酒石酸、檸檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、戊二酸、葡萄糖酸、乳酸、天門冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羥基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、對苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羥基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚酸，例如，聚(丙烯)或聚(甲基丙烯)酸及其共聚物(例如，馬來酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸共聚物)、角叉菜膠酸(carageenic acid)、羧甲基纖維素、海藻酸等。選擇離子化合物的濃度以獲得想要的離子電導率。例如，酸(如磷酸)可占電解質的大約0.01 wt.%至大約5 wt. %，在一些實施例中占大約0. 05 wt. %至大約0. 8 wt. %,以及在一些實施例中占大約0. I wt. %至大約0. 5 wt. %。如果需要，電解質中還可以采用離子化合物的共混物。電流通過電解質，形成介電層。電壓值控制介電層的厚度。例如，一開始電源可以以恒電流模式啟動，直到達到要求的電壓。然后，可將電源切換到恒電勢模式，以確保在陽極表面形成要求的介電厚度。當然，也可以采用其它已知的方法，如脈沖或階躍恒電勢法(step potentiostatic method)。電壓通常為大約4V至大約200 V,以及在一些實施例中，為大約9 V至大約100 V。在陽極氧化期間，電解質可保持在經提高的溫度，如大約30°C或以上，在一些實施例中，大約40°C至大約200°C，以及在一些實施例中，大約50°C至大約100°C。陽極氧化還可在環境溫度或更低溫度下進行。所得到的介電層可在陽極表面及其孔內形成。一旦形成了介電層，可任選涂覆保護涂層，例如由相對絕緣的樹脂材料(天然樹脂或合成樹脂)制成的保護涂層。此類材料的電阻率大于約10 W/cm，在一些實施例中，大于約100 W/cm，在一些實施例中，大于約1,000 W/cm，在一些實施例中，大于約IXlO5 ff/cm,以及在一些實施例中，大于約IXIOki W/cm。本發明可以采用的某些樹脂材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不飽和或飽和脂肪酸的酯(如甘油酯)等。例如，合適的脂肪酸酯包括但不限于月桂酸酯、肉豆蘧酸酯、棕 櫚酸酯、硬脂酸酯、桐酸酯、油酸酯、亞油酸酯、亞麻酸酯、油桐酸酯、蟲膠酸酯等。人們發現，這些脂肪酸酯用在相對復雜的組合中以形成“干性油(drying oil)”時特別有用，其能夠使得到的膜快速聚合形成穩定的層。這類干性油可包括甘油單酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它們的甘油骨架分別有一個、兩個和三個被酯化的脂肪酰基。例如，可以使用的某些合適的干性油包括但不限于橄欖油、亞麻子油、蓖麻油、桐油、豆油和蟲膠。各種保護性涂層材料在Fife等人的美國專利6，674，635中有更詳細的說明，其對于所有目的通過引用以其整體結合到本文中。然后，經陽極氧化的部件經歷一用于形成包含固體電解質(如二氧化錳、導電聚合物等)的陰極的步驟。例如，二氧化錳固體電解質可通過硝酸錳(Mn (NO3)2)熱解形成。這類技術在例如Sturmer等人的美國專利4，945，452中進行了描述，該專利對于所有目的通過引用以其整體結合到本文中。還可以采用導電聚合物涂層，所述涂層包含一種或多種聚雜環類(如聚吡咯；聚噻吩、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDT);聚苯胺)；聚乙炔；聚對苯撐(poly-p-phenylenes);聚苯酚；及它們的衍生物。導電聚合物涂層還可以由多層導電聚合物層形成。例如，在一個實施例中，導電聚合物陰極可包含由PEDT形成的一層及由聚吡咯形成的另一層。可以采用各種方法將導電聚合物涂覆到陽極部件上。例如，可以采用常規的技術形成導電聚合物涂層，所述常規的技術例如電聚合、絲網印刷、浸潰、電泳涂覆和噴涂法。在一個具體實施例中，導電涂層含有JI-共軛且具有內在電導率(例如電導率為至少大約I叱^nT1)的取代聚噻吩。取代聚噻吩可具有通式(I)、通式(II)的重復單元或具有通式(I)和通式(II)兩者的重復單元
權利要求
1.一種電容器,其包含 固體電解電容器元件，其限定了上表面、下表面、前表面和后表面，其中所述電容器元件包含陽極、覆蓋所述陽極的介電層、覆蓋含有固體電解質的介電層的陰極，以及陽極引線，所述陽極引線與沿縱向延伸的所述陽極電連接； 與所述陽極引線電連接的陽極端子；及 與所述陰極電連接的陰極端子，其包含通常與所述電容器元件下表面垂直的直立部分和通常與所述電容器元件下表面平行的第一平面部分和第二平面部分，其中所述第一平面部分和第二平面部分通過折疊區互相連接，使得所述第一平面部分置于所述第二平面部分的垂直上方；以及成型材料，其封裝所述電容器元件，并使至少部分所述陽極端子及至少部分所述陰極端子的第二平面部分暴露。
2.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第一平面部分和第二平面部分與所述電容器元件的下表面相鄰。
3.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第一平面部分與所述電容器元件直接接觸。
4.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第一平面部分采用導電粘合劑或絕緣材料附著到所述電容器上。
5.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第二平面部分不附著到所述電容器元件上。
6.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第二平面部分采用導電粘合劑或絕緣材料附著到所述電容器上。
7.根據權利要求I所述的電容器，其中所述折疊區相對于所述縱向以大約10°至大約50°的角度定向。
8.根據權利要求I所述的電容器，其中所述陰極端子的直立部分與所述電容器元件的后表面相鄰。
9.根據權利要求I所述的電容器，其中所述第一平面部分被成型材料完全封裝。
10.根據權利要求I所述的電容器，其中所述陰極端子的直立部分被所述成型材料完全封裝。
11.根據權利要求I所述的電容器，其中所述陽極端子包含通常與所述電容器元件下表面垂直的直立部分和通常與所述電容器元件下表面平行的平面部分。
12.根據權利要求11所述的電容器，其中所述陽極引線與所述陽極端子的直立部分電連接。
13.根據權利要求12所述的電容器，其中絕緣材料置于所述電容器元件和所述陽極端子平面部分之間。
14.根據權利要求12所述的電容器，其中所述陽極端子的直立部分限定了用于接收所述陽極引線的槽。
15.根據權利要求I所述的電容器，其中所述陽極包括鉭、鈮或它們的導電氧化物。
16.根據權利要求I所述的電容器，其中所述固體電解質包括導電聚合物。
17.根據權利要求16所述的電容器，其中所述導電聚合物是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
18.一種由電容器元件和引線框形成電容器的方法，其中所述電容器元件包含陽極、覆蓋所述陽極的介電層、覆蓋含有固體電解質的介電層的陰極，以及陽極引線，所述陽極引線與沿縱向延伸的所述陽極電連接，以及其中所述引線框包含陽極段和陰極段，所述陽極段包含基座和從基座延伸的翼片，而所述陰極段包含基座和翼片，其中所述陰極段的基座具有第一區和第二區，以及其中所述陰極段的翼片從所述基座的第二區延伸，其中所述方法包括 將所述陽極段的翼片向上彎曲以形成直立的陽極端子部分； 將所述陰極段的翼片向上彎曲以形成直立的陰極端子部分； 將所述陰極段的基座的第一區沿第一折疊軸向上彎曲并沿第二折疊軸向下彎曲，以形成第一平面陰極端子部分，所述第一平面陰極端子部分通過折疊區與第二平面陰極端子部分互相連接，所述折疊區限定于所述第一折疊軸和第二折疊軸之間； 將所述電容器元件放在所述引線框上； 將所述電容器元件的陽極引線與直立的陽極端子部分電連接； 將所述直立的陰極端子部分、所述第一平面陰極端子部分、所述第二平面陰極端子或它們的組合與所述電容器元件電連接；以及 用成型材料封裝所述電容器元件，使部分所述陰極端子的第二平面部分保持暴露。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述第一平面陰極端子部分置于所述第二平面陰極端子部分的垂直上方。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述電容器元件的下表面與所述引線框的陰極段相鄰。
21.根據權利要求18所述的方法，其中所述折疊區相對于所述縱向以大約10°至大約50°的角度定向。
22.根據權利要求18所述的方法，其中所述第一平面陰極端子部分被所述成型材料完全封裝。
23.根據權利要求18所述的方法，其中所述直立的陰極端子部分被所述成型材料完全封裝。
24.根據權利要求18所述的方法，其中所述第二平面陰極端子部分保持未折疊。
25.根據權利要求18所述的方法，其中所述陽極段的基座構成平面陽極端子部分。
26.根據權利要求18所述的方法，其中所述直立的陽極端子部分限定了用于接收所述陽極引線的槽。
全文摘要
本發明提供了一種包含固體電解電容器元件的電容器，所述固體電解電容器元件包含陽極、電介質和的陰極，其含有固體電解質。陽極引線從陽極延伸，并與陽極端子電連接。同樣，陰極端子與陰極電連接。陰極端子包含通常與電容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常與電容器下表面平行的第一平面部分和第二平面部分。第一平面部分和第二平面部分通過折疊區互相連接，使第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料將電容器元件封裝后，第二平面部分保持暴露，用于與電氣部件的后續連接。然而，由于其垂直位置較高，第一平面部分可被成型材料完全封裝。此外，陰極端子的直立部分也基本被成型材料封裝。本發明人發現，通過采用成型材料封裝陰極端子的平面部分和直立部分，即使在部分成型材料開裂時，剝離的可能性也能得到降低。這改善了機械穩定性和電氣性能。
文檔編號H01G9/048GK102683026SQ20121005227
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月2日 優先權日2011年3月11日
發明者S·策德尼克 申請人:Avx公司