低型面多陽極組件的制作方法

低型面多陽極組件的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種當接觸到高紋波電流時有效散熱的電容器組件。所述組件包括多個電容器元件，每個電容器元件包括陽極體、陽極引線、覆蓋所述陽極體的介質層以及固體電解質。每個電容器元件由上主表面、下主表面以及第一相對的次表面與第二相對的次表面限定。所述主表面的表面面積大于所述相對的次表面的表面面積。具有長度、寬度及高度的密封的殼體限定了內空腔，所述多個電容元件設置在所述內空腔內。所述長度與所述高度的之比為約2至約80。此外，每個電容元件的所述下主表面面向所述殼體的底壁，其中所述底壁由所述殼體的長度及寬度限定。
【專利說明】低型面多陽極組件
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求于2015年3月13日提交的美國專利申請序列號14/657,194的優先權， 其全文通過引用并入本文。
[圓]發明背景
[0004] 電容器設計的許多具體方面都集中在提高用于電子電路中的電容器在極端環境 中的性能特征，例如汽車應用中，包括防抱死制動系統、引擎系統、安全氣囊、客艙娛樂系統 等。固體電解電容器(例如粗電容器)為電子電路的小型化做出了主要貢獻，并使此種電路 應用于極端環境成為可能。傳統的固體電解電容器是通過圍繞金屬引線壓制金屬粉末（比 如粗），燒結壓制部件，陽極氧化燒結的陽極，然后涂覆固體電解質并形成一電容器元件而 形成的。在汽車應用中，電容器組件可能需要在高電容(比如約100微法拉至約500微法拉）， 在高電壓（比如約50伏至約150伏)下工作，持續暴露在高溫（比如約100°C至約150°C)及高 紋波電流(比如約25安培至約100安培）中，而不會出現故障。由于電容器組件暴露在高紋波 電流中可能導致電容器組件內產生高溫，如果不能充分地散熱，電容器組件可能會損壞，降 低其可靠性。當采用多個電容器元件形成具有足夠高的電容的電容器組件時，該問題就更 加復雜。正因如此，已經有人嘗試減小包含多個電容器元件的電容器組件的等效串聯電阻 化SR),運是因為減小的ESR與電容器組件散發其接觸高紋波電流時產生的熱量的能力對 應。
[0005] 然而，目前需要運樣的電容器組件，當其暴露在高紋波電流環境中時具有改善的 ESR及散熱性能，且也能夠在高溫及高壓下可靠地工作，尤其是當電容器組件包含多個電容 器元件時。

【發明內容】

[0006] 根據本發明的一個實施方案，公開了一種電容器組件。該電容器組件包括多個電 容器元件，每個電容器元件包括燒結的多孔陽極體，覆蓋陽極體的介質層W及覆蓋介質層 的固體電解質。陽極引線從每個電容器元件中延伸出來，每個電容器元件由上主表面和下 主表面、第一相對的次表面W及第二相對的次表面限定。上主表面與下主表面的表面面積 均大于每個相對的次表面的表面面積。
[0007] 電容器組件還包括具有長度、寬度及高度的殼體，其中長度與高度之比的范圍是 約2至約80。該殼體密封并限定了內部空腔。多個電容器元件放置于內部空腔中，其中每個 電容器元件的下主表面面向殼體的底壁，而且其中底壁由殼體的長度及寬度限定。
[000引電容器組件進一步包括與每個電容器元件的陽極引線電連接的外部陽極端子W 及與每個電容器元件的固體電解質電連接的外部陰極端子。
[0009] W下更詳細地闡述了本發明的其他特征及方面。
【附圖說明】
[0010] 參考附圖，在說明書的余下部分中將為本領域的普通技術人員更具體地闡述本發 明的完整和可實施的公開內容，包括其最佳實施方式，其中：
[0011] 圖1是本發明的電容器組件的一個實施方案的透視圖；
[0012] 圖2是本發明的電容器組件的另一實施方案的仰視圖；
[0013] 圖3是本發明電容器組件中使用的多個電容器元件之一的透視圖；
[0014] 圖4是本發明的電容器組件的一個實施方案的俯視圖；
[0015] 圖5是本發明的電容器組件的另一實施方案的俯視圖；
[0016] 圖6是本發明的電容器組件的另一實施方案的俯視圖；
[0017] 圖7是圖4與圖5中的電容器組件的殼體的一個實施方案的仰視圖，示出了外部陽 極端子及外部陰極端子；
[0018] 圖8是圖6中的電容器組件的殼體的一個實施方案的仰視圖，示出了外部陽極端子 及外部陰極端子；
[0019] 圖9是本發明的電容器組件的一個實施方案的透視圖，其中已移除蓋子W示出封 裝在殼體內的電容器元件的至少一部分的可選封裝材料。
[0020] 本說明書及附圖中重復使用的附圖標記意在表示本發明的相同或相似的特征或 元件。
【具體實施方式】
[0021] 本領域的普通技術人員應當理解，本公開內容僅描述了示例性實施方案，并非意 在限制本發明的更廣義的內容，該更廣義的內容體現在示例性構造中。
[0022] 總體而言，本發明設及在極端條件下使用的包含內置有多個電容器元件的殼體的 低型面電容器組件。該電容器組件可能需要承受高達100安培的紋波電流，經受100°c或高 于100°C的溫度，并可W用于高壓環境中，比如額定電壓為約50伏或高于50伏。該電容器組 件之所W為低型面（low profile)是因為殼體的長度與殼體的高度之比的范圍為約2至約 80。為了在上述環境下有助于實現良好性能，在本發明中對該組件的各個方面進行了控制， 包括電容器元件的數量、電容器元件的布置方式及并入該組件的方式W及電容器元件的形 成方式。例如，為了有助于減小該組件的ESRW改進該組件的散熱性能并同時提高整體電 容，電容器元件可W并聯電連接。為了進一步有助于提高該組件的散熱性能，多個電容器元 件置于殼體內，W使電容器元件與殼體(例如，在殼體的由其長度與寬度限定的底壁）的接 觸表面面積最大，運可W使與殼體接觸的電容器元件的主表面的總表面面積與殼體的容積 之比范圍為約0.OSmnfi至約0.3mnfi。除了 W某種方式連接并置于殼體內，例如在特定實施 方案中并聯連接，電容器元件也被封閉并密封在殼體內，W限制供應給電容器元件的固體 電解質的氧氣及濕氣量。限制供應給固體電解質的氧氣及濕氣量可有助于進一步減小電容 器組件的ESR，從而提高散熱性能。
[0023] 現在將更詳細地對本發明的各種實施方案進行說明。
[0024] I.電容器元件
[0025] A.陽極
[0026] 每個電容器元件的陽極通常由閥金屬粉末形成。該粉末的比電荷為約每克2000微 法拉*伏(yF*V/g)至約500000yF*V/g。如本領域已知的，比電荷由電容乘W所用的陽極氧化 電壓，再將該乘積除W陽極化之前的電極體的重量而得。在某些實施方案中，該粉末可W有 較高的比電荷，例如約70000iiF*V/g或更高，在一些實施方案中，約8000化F*V/g或更高，在 一些實施方案中，約90000iiF*V/g或更高，在一些實施方案中，約100000至約400000iiF*V/g， 在一些實施方案中，約150000至約350000iiF*V/g。當然，該粉末也可能具有較低的比電荷， 例如約7000化F*V/g或更低，在一些實施方案中，約6000化F*V/g或更低，在一些實施方案 中，約5000化F*V/g或更低，在一些實施方案中，約2000至約4000化F*V/g，在一些實施方案 中，約5000至約35000yF*V/g。
[0027] 該粉末可W包含單個顆粒或此種顆粒的團聚體。形成該粉末的化合物包括閥金屬 (即能夠氧化的金屬)或基于閥金屬的化合物，例如粗、妮、侶、給、鐵、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W包括妮的導電氧化物，比如妮與氧的原子 比為1:1.0± 1.0的妮氧化物，在一些實施方案中，妮與氧的原子比為為1:1.0±0.3，在一些 實施方案中，妮與氧的原子比為為1:1 .〇±〇. 1，在一些實施方案中，妮與氧的原子比為為1: 1.0 ± 0.05。例如，妮氧化物可W是NbOo. 7、NbOi. 0、NbOi.擬及抓〇2。在Fife的美國專利6，32 2， 912、^等人的美國專利6,391，275、^等人的美國專利6,416,730、^的美國專利6， 527,937、1(111111161等人的美國專利6,576,099、尸1'6等人的美國專利6,592,740、1(111111161等人 的美國專利6，639，787、Kimmel等人的美國專利7，220，397 W及Schnitter的美國專利申請 公開2005/0019581、Schnitter等人的美國專利申請公開2005/0103638及化omas等人的美 國專利申請公開2005/0103638中描述了此種閥金屬氧化物的實例。
[0028] 該粉末可W采用本領域的技術人員已知的技術形成。例如，前體粗粉可W利用還 原劑（比如氨、鋼、鐘、儀、巧等)還原粗鹽（比如氣粗酸鐘化化F?)、氣粗酸鋼(化2TaF7)、五氯 化粗(TaCls)等)形成。此種粉末可W W各種形式團聚，例如在約700°C至約1400°C的溫度下 通過一個或多個熱處理步驟團聚，在一些實施方案中，溫度為約750°C至約1200°C，在一些 實施方案中，溫度為約8〇o°c至約iioor。熱處理可W在惰性或還原氣氛中進行。例如，熱處 理可W在包含氨氣或釋氨化合物(比如氯化錠、氨化巧、氨化儀等）的氣氛中進行，W部分地 燒結粉末并減少雜質（例如，氣）的含量。如果需要，團聚也可W在存在吸氣材料（比如，儀） 的情況下進行。熱處理后，高度反應的粗團聚體可W被逐漸進入的空氣純化。些2的美國專 利6，576，038等人的美國專利6，238，456、喧邊些^等人的美國專利5，954，856、 的美國專利5,082,491、喧每的美國專利4,555等人的美國專利4,483,819、 Getz等人的美國專利4，441，927?及Bates等人的美國專利4，017，302也描述了其它適合的 團聚技術。
[0029] 為了便于制造該陽極體，粉末也可W包含某些成份。例如，該粉末可W可選地與粘 合劑和/或潤滑劑混合，W便當壓制粉末形成陽極體時確保顆粒相互之間充分粘合。適合的 粘合劑可W包括，比如聚乙締醇縮下醒;聚醋酸乙締;聚乙締醇;聚乙締基化咯燒酬;纖維素 聚合物，比如簇甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、徑乙基纖維素及甲基徑乙基纖維素； 無規立構聚丙締、聚乙締;聚乙二醇(諸如來自于陶氏化學公司的聚乙二醇(化rbowax));聚 苯乙締、聚(苯乙締-下二締）；聚酷胺、聚酷亞胺及聚丙締酷胺;高分子量聚酸;氧化丙締與 氧化丙締的共聚物;含氣聚合物，比如聚四氣乙締、聚偏二氣乙締及氣締控共聚物;丙締酸 類聚合物，比如聚丙締酸鋼、聚(低烷基丙締酸醋）、聚(低甲基丙締酸烷基醋)及低烷基丙締 酸醋與低甲基丙締酸烷基醋的共聚物；W及脂肪酸與蠟，比如硬脂酸及其它皂式脂肪酸、植 物蠟、微晶蠟(精制石蠟)等。該粘合劑可W在溶劑中溶解和分散。示例性溶劑可W包括水、 乙醇等。使用時，粘合劑和/或潤滑劑的百分比W重量計可占總質量的約0.1%至約8%。然 而應當理解的是，本發明不一定需要粘合劑和/或潤滑劑。
[0030] 可采用任何常規的粉末壓制裝置將得到的粉末壓實成小球。例如，可W采用壓模， 其是包含一模具和一個或多個沖頭的單工位壓實壓力機。作為替換，可W使用化臺式壓實 壓力機模具，其僅采用一個模具及單個下沖頭。單工位壓實壓力機模具有幾種基本類型，比 如具有不同性能（比如單動作、雙動作、浮沉模、動型板、對置柱塞(oppoSed ram)、螺釘、沖 擊、熱壓、壓印或精整(sizing))的凸輪壓力機、肘桿/肘節式壓力機W及偏屯、/曲軸壓力機。 該粉末可W圍繞陽極引線（比如粗線)周圍壓實。應當進一步理解的是，作為替換，可在壓制 和燒結陽極體之后將陽極引線連接(例如，焊接)至陽極體。
[0031] 壓實之后，可W通過在一定溫度（比如約150°C至約500°C)的真空下加熱小球幾分 鐘去除任何粘合劑/潤滑劑。作為替換，可通過使小球接觸水溶液去除粘合劑/潤滑劑，比如 Bishop等人的美國專利6，197，252所描述的那樣。之后，燒結小球W形成多孔整體塊。例如， 在一個實施方案中，可W在約1200°C至約2000°C的溫度下燒結小球，而在一些實施方案中， 可在約1500 °C至約1800 °C的真空或惰性氣氛中燒結小球。燒結時，由于顆粒之間的粘合力 增大，小球收縮。燒結后的小球的壓制密度可能變化，但通常為每立方厘米約2.0至約7.0 克，在一些實施方案中，為每立方厘米約2.5至約6.5克，而在一些實施方案中，為每立方厘 米約3.0至約6.0克。壓制密度由材料總量除W壓制小球的體積確定。
[0032] 盡管無此要求，但可W選擇陽極體的厚度W便提高電容器的電氣性能，例如，陽極 的厚度可W為約4毫米或少于4毫米，在一些實施方案中，為約0.05至約2毫米，而在一些實 施方案中，為約0.1到約1毫米。也可W選擇陽極的形狀W便提高所得電容器的電氣性能。例 如，陽極的形狀可W是彎曲的、正弦型的、矩形的、U形的、V形的等。陽極也可W為包含一條 或多條溝痕、凹槽、凹坑或凹口的"溝槽"形狀，W增大表面積與容積之比，從而使ESR最小化 并擴大電容的頻率響應。例如，在We化er等人的美國專利6，191，936，Maeda等人的美國專利 5,949,639 ,Bou巧ault等人的美國專利3，345，545?及化hn等人的美國專利申請公開2005/ 0270725中描述了此種"溝槽"形狀的陽極。
[0033] 陽極引線也可W連接至從其縱向延伸的陽極體。陽極引線可W為導線、薄片等形 式，且可W由閥金屬化合物形成，比如粗、妮、氧化妮等。可W采用已知的技術實現引線連 接，比如在形成期間（例如，在壓實和/或燒結之前)將引線焊接至陽極體，或將引線嵌入陽 極體中。
[0034] B.電介質
[0035] 介質也覆蓋或包覆電容器組件中的每個電容器元件的陽極體。介質通過陽極氧化 (陽極化)燒結的陽極形成，W便在陽極體之上和/或之內形成介質層。例如，可將粗(Ta)陽 極體陽極氧化成五氧化二粗(Ta地5)。通常，首先通過向陽極體上涂覆一溶液，比如將陽極體 浸入電解質中進行陽極氧化。通常采用溶劑，比如水(諸如去離子水）。為了增強離子電導 率，可采用能夠在溶劑中離解形成離子的化合物。此種化合物的實例包括，例如酸，比如下 面針對電解質的詳細描述。例如，酸（比如憐酸）可占陽極氧化液的約0.0 lwt. %至約 5wt. %，在一些實施方案中，占約0.05wt. %至約0.8wt. %，而在一些實施方案中，占約 0.1 wt. %至約0.5wt. %。如果需要，也可W采用酸混合物。
[0036] 電流經過陽極氧化液形成介質層。介質層的厚度由形成電壓值控制。例如，可首先 將電源設置為恒電流模式，直至達到所需的電壓。之后，可將電源切換為恒電壓模式W確保 在陽極體的整個表面上形成所需的介質厚度。當然，也可W采用其它已知的方法，比如脈沖 或階躍電位法。發生陽極氧化的電壓一般為約4V至約400V，在一些實施方案中，為約9V至約 200V，而在一些實施方案中，為約20V至約150V。氧化過程中，可使陽極氧化液保持在一升高 的溫度下，如約30°C或更高，在一些實施方案中，約40°C至約200°C，而在一些實施方案中， 約50°C至約100°C。也可W在環境溫度或更低的溫度下完成陽極氧化反應。得到的介質層可 W在陽極體的表面上和其孔內形成。
[0037] C.固體電解質
[0038] 如上所述，固體電解質覆蓋通常作為電容器的陰極的介質。在一些實施方案中，固 體電解質可W包括二氧化儘。如果固體電解質包括二氧化儘，則二氧化儘固體電解質可W， 例如通過熱分解硝酸儘[Mn (N03 ) 2 ]形成。此種技術在，例如SUirmer等人的美國專利4，945， 452中有所描述，其全文對于各種目的W引用方式并入本文。
[0039] 在其他實施方案中，固體電解質包含導電聚合物，其一般為JT共輛結構且在氧化或 還原之后具有導電性，比如其導電率至少約為化S/cm。此種JT共輛結構的導電聚合物的實例 包括，例如聚雜環化合物(比如聚化咯、聚嚷吩、聚苯胺等）、聚乙烘、聚對苯撐、聚苯酪鹽等。 在一個實施方案中，例如，聚合物是取代聚嚷吩，比如具有下述通式結構的取代聚嚷吩：
[0040]
[0041 ]其中，
[0042] T是 0或 S;
[0043] D是任選取代Ci-Cs締控基（例如，亞甲基、乙締基、正丙締基、正下締基、正戊締基 等)?'
[0044] R?是線性或支鏈的任選取代的Ci-Ci偏基（例如，甲基、乙基、正丙基或異丙基、正 下基、異下基、仲下基或叔下基、正戊基、1-甲基下基、2-甲基下基、3-甲基下基、1-乙基丙 基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己 基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十=烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十 八烷基等）；任選取代的C5-C12環烷基（如環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基 等）；任選取代的C6-C14芳基(如苯基、糞基等）；任選取代的C7-C18芳烷基(如芐基，鄰、間、對- 甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2,6、3,4-、3,5-二甲苯基、^甲苯基等）；任選取代的打-〔4徑烷基 取代基或徑基;及
[0045] q是0-8的整數，在一些實施例中，是0-2的整數，在一些實施例中，是0;及
[0046] n是2-5,000,在一些實施例中，n是4-2,000,在一些實施例中，n是5-1，000/'護或 啼7"的取代基實例包括，例如，烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、面基、酸、硫酸、二硫化 物、亞諷、諷、橫酸醋、氨基、醒、酬、簇酸醋、簇酸、碳酸醋、簇酸醋、氯基、烷基硅烷和烷氧基 娃烷基、簇酷胺基等。
[0047] 尤其適合的嚷吩聚合物是"護為任選取代C2-C3締控取代基的嚷吩聚合物。例如，聚 合物可為具有下述通式結構的任選取代的聚(3,4-乙締基二氧嚷吩）：
[004引
[0049]用于形成導電聚合物的方法，例如W上描述的方法，在本領域是眾所周知的。例 如，Merker等人的美國專利6,987,663描述了從前體單體中形成取代聚嚷吩的各種技術。該 前體單體可W例如具有下述結構：
[(K)加]
[0051] 其中，
[0052] T、D、化及q定義如上文所述。特別合適的嚷吩單體是那些"護為任選被取代的C2-C3 締基的嚷吩單體。例如可W采用具有下述通式結構的任選取代的3,4-締控基二氧嚷吩：
[0化3]
[0054] 其中，R?及q如上定義。在一個特定實施方案中，"q"為0。一種合適的3,4-締控基二 氧嚷吩的一個實例可從化raeus Clevios公司購得，名稱為Clevios?M。其它適合的單體在 B Iohm等人的美國專利5,111,327及Groenendaal等人的美國專利6,635,729中也有所描述。 也可W采用運些單體的衍生物，例如上述單體的二聚物或=聚物。單體的更高分子量的衍 生物，即四聚物、五聚物等適用于本發明。該衍生物可W由相同或不同的單體單元組成，可 W W純物質形式使用及W與另一種衍生物和/或與單體的混合物的形式使用。也可W采用 運些前體的氧化或還原形式。
[0055] 可W采用多種方法形成導電聚合物層，例如原位聚合層可W在氧化催化劑存在的 情況下通過化學聚合各單體形成。氧化催化劑一般包括過渡金屬陽離子，諸如鐵（111)、銅 (II)、銘(VI)、姉（IV)、儘(IV)、儘(VII)或釘(III)陽離子等。也可W采用滲雜劑為導電聚合 物提供過量的電荷，并穩定聚合物的導電率。滲雜劑一般包括無機或有機陰離子，諸如橫酸 離子。在某些實施方案中，氧化催化劑具有催化及滲雜功能，運是因為其包括陽離子(諸如 過渡金屬)及陰離子(諸如橫酸）。例如，氧化催化劑可W是過渡金屬鹽，其包括鐵(III)陽離 子，諸如鐵(III)面化物(如化Cl3)或其它無機酸鐵(III)鹽，如化(Cl〇4)3或Fe2(S〇4)3及有機 酸及包含有機基的無機酸鐵（III)鹽。具有有機基的無機酸鐵（III)鹽的實例包括，例如， C1-C2偏醇的硫酸單醋鐵(虹)鹽(如月桂基硫酸鐵(虹)鹽）。同樣，有機酸鹽實例包括，例如， C1-C20烷基橫酸鐵（虹）鹽（例如，甲燒橫酸、乙燒橫酸、丙烷橫酸、下燒橫酸或十二烷基橫 酸）；脂肪族全氣橫酸鐵（虹）鹽(如=氣甲燒橫酸、全氣下燒橫酸或全氣辛燒橫酸）；脂肪族 C1-C20簇酸鐵(虹）鹽(如2-乙基己基簇酸）；脂肪族全氣簇酸鐵（虹）鹽(如S氣乙酸或全氣辛 酸）；任選被C1-C20烷基取代的芳香族橫酸鐵（虹）鹽(如苯橫酸、鄰甲苯橫酸、對甲苯橫酸或 十二烷基苯橫酸）；環燒控橫酸鐵（虹）鹽(如精腦橫酸)等。也可W使用上述鐵（III)鹽的混 合物。特別適合使用對甲苯橫酸鐵(III)鹽、鄰甲苯橫酸鐵（III)鹽及其混合物。合適的對甲 苯橫酸鐵(III)鹽的一個實例可從化raeus Clevios公司購得，命名為Clevios?C。
[0056] 可W順序涂覆或者一起涂覆氧化催化劑及單體W引發聚合反應。施用運些成分的 合適涂覆技術包括絲印、浸潰、電泳涂裝及噴涂。例如，可首先將單體與氧化催化劑混合形 成前體溶液，一旦混合物形成，可將其涂覆到陽極部件，然后使其聚合W便在表面上形成導 電涂層。作為替換，也可W順序涂覆氧化催化劑及單體。在一個實施方案中，例如，將氧化催 化劑溶解在有機溶劑(諸如下醇）中，然后W浸潰溶液的形式涂覆;干燥陽極部件W從其中 去除溶劑，之后，可將陽極部分浸潰在包含單體的溶液中。無論怎樣，聚合反應通常在約-10 °C至約250°C的溫度下進行，在一些實施方案中，在約(TC至約200°C的溫度下進行，運取決 于所使用的氧化劑及所需的反應時間。Biler的美國專利7,515,396更詳細地描述了合適的 聚合技術，例如W上描述的聚合技術。Sakata等人的美國專利5,457,862、Sakata等人的美 國專利5，473，503、Saka化等人的美國專利5，729，428及Kudoh等人的美國專利5，812，367描 述了涂覆運種導電涂層的其它方法。
[0057] 除原位涂覆之外，也可W W導電聚合物顆粒分散體的形式涂覆導電聚合物固體電 解質。采用分散體的一個有利之處在于分散體可使原位聚合過程中產生的離子種類(諸如 Fe2+或Fe3+)最小化，由于離子遷移可能會導致高電場下介質擊穿。因此，通過將導電聚合物 作為分散體涂覆而非通過原位聚合，所得電容器可呈現出相對較高的"擊穿電壓"。為了能 夠更好地浸潰陽極，在分散體中使用的顆粒一般尺寸較小，比如平均尺寸(諸如直徑)為約1 至約150納米，在一些實施方案中，為約2至約50納米，而在一些實施方案中，為約5至約40納 米。顆粒的直徑可W通過已知的技術確定，比如通過超速離屯、機、激光衍射等。同樣地，顆粒 的形狀可改變。在一個特定實施方案中，例如，顆粒為球形。然而應當理解的是，本發明也可 W構想其它形狀，比如板狀、棒狀、盤狀、條狀、管狀、不規則形狀等。分散體中的顆粒濃度的 變化取決于分散體所需的粘度W及將分散體涂覆于電容器的特定方式。一般地，顆粒構成 分散體的約0.1 wt. %至約IOwt. %，在一些實施方案中，構成約0.4wt. %至約5wt. %，而在 一些實施方案中，構成約〇.5wt. %至約4wt. %。
[005引分散體一般也包含提高顆粒穩定性的平衡離子。換言之，導電聚合物（比如聚嚷吩 或其衍生物)的中性或陽性(陽離子)聚合物主鏈上通常具有電荷。例如，聚嚷吩衍生物的聚 合物主鏈上通常攜帶正電荷。在一些情況下，聚合物的結構單元中具有正負電荷，其中正電 荷在主鏈上，而負電荷任選在自由基"R"的取代基上，比如橫酸基團或簇酸基團。自由基"R" 上的任選存在的陰離子基團可W使主鏈中的正電荷部分或全部飽和。從整體看，在一些情 況下，聚嚷吩可W是陽離子、中性離子甚至陰離子。然而，由于聚嚷吩主鏈具有正電荷，其全 部被認為是陽離子聚嚷吩。
[0059]平衡離子可W是抵消導電聚合物電荷的單體陰離子或聚合陰離子。聚合陰離子可 W是例如聚簇酸（比如聚丙締酸、聚甲基丙締酸、聚馬來酸等）陰離子、聚橫酸（比如聚苯乙 締橫酸（"PSS")、聚乙締醇橫酸酸等）陰離子等。運些酸也可W是共聚物，比如乙締基簇酸及 乙締基橫酸與其它可聚合單體(諸如丙締酸醋與苯乙締）的共聚物。同樣地，適合的單體陰 離子包括例如C1-C20烷基橫酸(如十二烷基橫酸）的陰離子;脂肪族全氣橫酸(如S氣甲燒橫 酸、全氣下燒橫酸或全氣辛燒橫酸）的陰離子;脂肪族C1-C20簇酸(2-乙基己基簇酸）的陰離 子;脂肪族全氣簇酸(如=氣乙酸或全氣辛酸）的陰離子;任選被C1-C20烷基取代的芳香族橫 酸(如苯橫酸、鄰-甲苯橫酸、對-甲苯橫酸或十二烷基苯橫酸）的陰離子;環燒控橫酸(如精 腦橫酸或四氣棚酸鹽、六氣憐酸鹽、高氯酸鹽、六氣錬酸鹽、六氣神酸鹽或六氯錬酸鹽)的陰 離子；等等。特別適合的反離子是聚合物陰離子，如聚簇酸或聚橫酸（如聚苯乙締橫酸 ("PSS"))。此種聚合陰離子的分子量一般為約1000至約2000000,而在一些實施方案中，為 約 2000 至約 500000。
[0060] 使用時，分散體及所得層中的此種平衡離子與導電聚合物的重量比一般為約0.5: 1至約50:1，在一些實施方案中，為約1:1至約30:1，而在一些實施方案中，為約2:1至約20: 1。假設聚合反應過程中發生完全轉化，則對應于上述提到的重量比的導電聚合物的重量指 所使用的單體的稱重部分。除導電聚合物及平衡離子之外，分散體也可W包含一種或多種 粘合劑、分散劑、填充劑、膠粘劑、交聯劑等。
[0061] 可采用各種已知的技術涂覆聚合物分散體，比如旋轉涂布、浸潰、誘注、滴加、注 射、噴涂、刮涂、刷涂、印刷（比如噴墨、絲印或移印）或浸涂。盡管根據所采用的技術可有所 不同，但分散體的粘度一般為約O.lmPas至約lOOOOOmPas(在剪切率為IOOs-I下測量），在一 些實施方案中，未約Im化S至約lOOOOmPas，在一些實施方案中，為約IOmPas至約1500mPas， 而在一些實施方案中，為約100m化S至約1000 mPas。一旦涂覆完成，可W烘干和/或清洗該 層。也可W通過此種方式形成一層或多層附加層，W獲得所需的厚度。通常，由該顆粒分散 體形成的層的總厚度為約1至約50微米，而在一些實施方案中，為約5至約20微米。同樣地， 平衡離子與導電聚合物的重量比為約0.5:1至約50:1，在一些實施方案中，為約1:1至約30: 1，而在一些實施方案中，為約2:1至約20:1。
[0062] 如果需要，固體電解質也可W包含徑基官能非離子聚合物。術語"徑基官能"一般 指化合物包含至少一個徑基官能團或在存在溶劑的情況下能夠具有運種官能團。無意于受 理論限制，徑基官能非離子聚合物能夠提高導電聚合物與內部電介質表面之間的接觸度， 由于形成電壓較高，該表面在本質上通常相對平滑，運出乎意料地提高了所得電容器的擊 穿電壓和濕干電容。此外，一般認為使用一定分子量的徑基官能聚合物也能夠最大程度的 降低高壓下化學分解的可能性，例如，徑基官能聚合物的分子量可W為每摩爾約100至 10000克，在一些實施方案中，為約200至2000,在一些實施方案中，為約300至約1200,而在 一些實施方案中，為約400至約800。
[0063] -般任何種類的徑基官能非離子聚合物均可用于此目的。在一個實施方案中，例 如徑基官能聚合物是聚締控基酸。聚締控基酸可W包括聚締控基二醇（比如聚乙二醇、聚丙 二醇、聚下二醇、聚環氧氯丙烷等）、聚氧雜環下燒、聚苯酸、聚酸酬等。聚酸酬通常主要為線 性的，含末端徑基基團的非離子聚合物。尤其適合的是聚乙二醇、聚丙二醇及聚下二醇(聚 四氨巧喃），其通過將環氧乙燒、環氧丙烷或四氨巧喃在水中經加聚反應而得。可W利用二 醇或多元醇通過縮聚反應制備聚締控基酸。二醇組分優選的選擇飽和或不飽和的、有支鏈 或無支鏈的包含5至36個碳原子的脂肪族二徑化合物或芳香族二徑化合物，比如戊基-1，5- 二醇、己基-I，6-二醇、新戊二醇、雙巧圣甲基)-環己燒、雙酪A、二聚二元醇、氨化二聚二醇或 甚至所述的二醇的混合物。此外，也可W在聚合反應中使用多徑基醇，包括，比如甘油、雙甘 油及聚甘油、=徑甲基丙烷、季戊四醇或山梨醇。
[0064] 除了 W上提到的那些之外，本發明也可W采用其他徑基官能非離子聚合物。此種 聚合物的一些實例包括，比如乙氧基烷基酪；乙氧基或丙氧基C6-C24脂肪醇；具有通式C曲- (CH2)1〇-16-(〇-C2H4)1-25-〇H的聚氧乙締二醇烷基酸(比如辛二醇單十二酸及五甘醇單十二燒 基酸）；具有通式C出-(C出）10-16-(〇-C抽6)1-25-OH的聚氧丙締二醇烷基酸；具有下述通式 C曲7-(C6H4)-(0-C2H4)i-25-OH的聚氧乙締二醇辛基酪酸（比如IYitorTx-IOO);具有下述通 式C曲9-(C6H4)-(0-C2H4)1-2日-OH的聚氧乙締二醇烷基酪酸（比如壬苯醇酸-9);C8-C24脂肪酸 的聚氧乙締二醇醋，比如聚氧乙締二醇山梨醇酢烷基醋（諸如聚氧乙締（20)山梨醇酢單月 桂酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢單棟桐酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢單硬脂酸醋、聚氧乙締 (20)山梨醇酢單油酸醋、PEG-20甲基葡萄糖二硬脂酸醋、PEG-20甲基葡糖倍半硬脂酸醋、 陽G-80藍麻油及陽G-20藍麻油、PEG-3藍麻油、PEG 600二油酸醋及陽G 400二油酸醋）W及 聚氧乙締烷基甘油醋（比如聚氧乙締-23月桂酸甘油醋及聚氧乙締-20硬脂酸甘油醋）；Cs- C24脂肪酸的聚氧乙締二醇酸(比如聚氧乙締-10十六烷基酸、聚氧乙締-10硬脂酷基酸、聚氧 乙締-20十六烷基酸、聚氧乙締-10油締基酸、聚氧乙締-20油締基酸、聚氧乙締-20十六烷基 酸、聚氧乙締-15十=烷基酸及聚氧乙締-6十=烷基酸）；聚乙二醇與聚丙二醇的嵌段共聚 物(如，泊咯沙姆)等及其混合物。
[0065] 該徑基官能非離子聚合物可W W多種不同的方式結合到固體電解質中。在某些實 施方案中，例如，非離子聚合物可簡單地結合到通過如W上描述的方法(比如原位聚合或預 聚合顆粒分散體)形成的任何導電聚合物層中。然而在其它實施方案中，非離子聚合物可W 在形成首層聚合物層之后涂覆。
[0化引 D.外部聚合物涂層
[0067]盡管未要求，但外部聚合物涂層可W涂覆于陽極體并覆蓋電容器組件中的每個電 容器元件的固體電解質。如W上更詳細地描述的那樣，外部聚合物涂層一般包括由預聚合 導電顆粒分散體形成的一個或多個層。外部涂層可W進一步滲入電容器體的邊緣區域，W 增加對介質的附著力，從而得到機械穩定性更強的部件，降低等效串聯電阻及漏電電流。如 果需要，可W在外部聚合物涂層中采用交聯劑W提高對固體電解質的附著度。通常，交聯劑 在涂覆用于外部涂層的分散體之前涂覆。例如，Merker等人的美國專利公開2007/0064376 描述了適合的交聯劑，其包括，例如胺類（比如二元胺、=元胺、低聚胺、多胺等）；多價金屬 陽離子，比如Mg、Al、Ca Je、Cr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Qi、Ru、Ce或化的鹽或化合物、憐化合物、梳 化合物等。
[00側 E.電容器元件的其它組成
[0069]如果需要，電容器元件也可W包含本領域已知的其它層。例如，可選擇性地在在介 質與固體電解質之間形成保護涂層，比如由相對絕緣的樹脂材料(天然的或合成的）制成的 涂層，如蟲膠漆樹脂。Fife等人的美國專利6,674,635詳細描述了運些及其它保護涂層材 料。如果需要，還可W分別對該部件涂覆碳涂層（比如石墨)及銀涂層。銀涂層可W作為，例 如用于電容器的可焊接導體、接觸層和/或電荷收集器，而碳涂層可W限制銀涂層與固體電 解質的接觸。此種涂層可W包覆部分或全部固體電解質。
[0070] 不管用于形成多個電容器元件的每一個的各種組成如何，如圖3所示，每個電容器 元件20具有在X方向上的長度L2，y方向上的寬度化及Z方向上的高度此，其中，長度L2的范圍 為約3毫米至約6毫米，比如約3.5毫米至約5.5毫米，比如約4毫米至約5毫米;寬度化的范圍 為約2毫米至約10毫米，比如約2.5毫米至約8毫米，比如約3毫米至約6毫米;且高度此的范 圍為約0.5毫米至約5毫米，比如約1.25毫米至約4毫米，比如約1.5毫米至約3毫米。此夕h每 個電容器元件20可W包括相對的主表面2：3a與23b，第一相對的次表面25a與25b及第二相對 的次表面27a與27b。術語"主表面"用于指電容器元件20的表面面積大于電容器元件的其它 表面(比如次表面）的表面面積的表面。如圖所示，陽極引線6可W從第二相對的次表面27b 中的一處延伸出，然而應當理解的是，陽極引線6可W從另一相對的次表面27a或第一相對 的次表面25a與25b中的一處延伸出。在一些實施方案中，根據本發明的電容器組件采用的 電容器元件20的特定布置及尺寸，每個電容器元件20的相對的主表面2：3a或23b(例如，上主 表面23a或下主表面23b)之一的表面面積范圍可W為約10平方毫米至45平方毫米，比如約 12.5平方毫米至約40平方毫米，比如約15平方毫米至約30平方毫米。同時，參考圖3至圖6， 在一些實施方案中，與外殼的底壁123接觸的電容器元件20(1)至20(40)的所有相對的下主 表面23b的總表面面積可W為約600平方毫米至約1200平方毫米，比如約700平方毫米至約 1100平方毫米，比如約800平方毫米至約1000平方毫米。
[0071] II.殼體
[0072] 如上所述，多個電容器元件密封在殼體內W形成本發明的電容器組件。密封在殼 體內的電容器元件的數量可W為約2個至約200個，比如約10個至約100個，比如約20個至約 50個。在一實施方案中，可W在包含至少一種惰性氣體的氛圍下進行密封W便在使用過程 中抑制固體電解質氧化。惰性氣體可W包括，例如氮氣、氮氣、氣氣、氣氣、氛氣、氯氣、氮氣 等及它們的混合物。通常，殼體內的氣氛大部分是惰性氣體，占氣氛的比如約50wt. %至約 IOOwt. %，在一些實施方案中，約75wt. %至約IOOwt. %，而在一些實施方案中，約90wt. % 至99wt. %。如果需要，也可W采用相對少量的非惰性氣體，比如二氧化碳、氧氣，水蒸汽等。 在一些情況下，非惰性氣體通常占殼體內的氣氛的約15wt. %或更少;在一些實施方案中， 為IOwt. %或更少;在一些實施方案中，為約5wt. %或更少;在一些實施方案中，為約Iwt. % 比或更少；而在一些實施方案中，為約0.0 lwt. %至約Iwt. %。例如，水分含量（W相對濕度 表示)可W為約10%或更低;在一些實施方案中，約5%為更低;在一些實施方案中，約1 %或 更低;在一些實施方案中，約0.01 %至約5%。
[0073] 可W使用各種不同材料形成殼體，比如金屬、塑料、陶瓷等。在一個實施方案中，例 如，殼體包括一層或多層金屬，比如粗、妮、侶、儀、給、鐵、銅、銀、鋼（比如不誘鋼）、它們的合 金(比如導電氧化物）、它們的復合物(比如包覆導電氧化物的金屬)等。在另一實施方案中， 殼體包括一層或多層陶瓷材料，比如氮化侶、氧化侶、二氧化娃、二氧化儘、氧化巧、玻璃等 及它們的組合物。通常將殼體的厚度或高度選擇成使得低型面電容器組件的厚度或高度最 小化。例如，參考圖l，z方向上的殼體高度出的范圍可W為約1毫米至約20毫米，比如約2毫 米至約10毫米，比如約3毫米至約6毫米。同時，X方向上的殼體長度^的范圍可W為約20毫 米至約100毫米，比如約40毫米至約70毫米，比如約45毫米至約65毫米;而y方向上的殼體寬 度Wi的范圍可W為約10毫米至約60毫米，比如約20毫米至約50毫米，比如約25毫米至約45 毫米。進一步地，在一些實施方案中，殼體的容積可W為約7000立方毫米至約12000立方毫 米，比如約7500立方毫米至約11500立方毫米，比如約8000立方毫米至約11000立方毫米。此 夕h殼體具有低型面，W便殼體在X方向上的長度^與殼體在Z方向上的高度化之比至少為2。 例如，長度^與高度化之比可W為約2至80，比如約4至約60，比如約10至約40。
[0074] 可W采用各種不同技術之中的任一種將多個電容器元件固定附接至殼體。盡管并 非必須如此，但電容器元件可WW在殼體外部形成陽極端子及陰極端子W便后續集成至電 路中的方式附接至殼體。端子的具體構造可W取決于預期應用。在一個實施方案中，例如， 形成的電容器組件是可表面安裝的，但仍具有機械強度。例如，電容器元件的陽極引線及陰 極可W電連接至外部可表面安裝的端子(比如插腳、襯墊、板片、平板、框架等），其可W延伸 穿過殼體W便通過陽極引線框（比如通過W下更詳細地描述的導電構件、鍛層、焊墊等)與 電容器元件的陽極連接，且其可W延伸穿過殼體W通過鍛層與陰極連接。在另一實施方案 中，電容器元件的陽極引線及陰極可W直接電連接至外部可表面安裝的端子(比如插腳、襯 墊、板片、平板、框架等），其可W延伸穿過殼體W與陰極及陽極引線連接。
[0075] 通常將外部端子的厚度或高度選擇為使得電容器組件的厚度最小化。例如，該端 子的厚度范圍可W為約0.05毫米至約1毫米，比如約0.05毫米至約0.5毫米，比如約0.1毫米 至約0.2毫米。如果需要，該端子的表面可W如本領域已知的電鍛了儀、銀、金、錫、鉆等或它 們的合金，W確保最終部件能夠安裝到電路板。在一個特定實施方案中，端子分別沉積有亮 儀及亮銀，安裝表面也電鍛有錫焊層。在另一實施方案中，端子在基底金屬層(比如銅合金） 上沉積有薄薄的外部金屬層(比如金），W進一步增加導電率。
[0076] 參考圖1、2及4，例如，示出了電容器組件100的一個特定實施方案，其包含40個電 容器元件，設置在殼體內且布置成平行排列的多排(例如，1-4排），其中每排10個電容器元 件沿殼體的長度^在縱向Lg上延伸。然而應當理解的是，每排都可W包含任意數量的電容器 元件，且根據對電容器組件的特定要求，可使用任意數量的排。如圖所示，電容器組件100的 殼體包括底壁123及相對的側壁124和125,相對的側壁124和125之間形成有包括40個電容 器元件20(1)-20(40)的空腔526。底壁123及側壁124和125可W由上述描述的一層或多層金 屬、塑料或陶瓷材料形成。電容器元件20(1)-20(40)平行布置在殼體的空腔526內，其中此 種平行布置有助于減小電容器元件100的ESR，減小的ESR有效地提高電容器組件100的散熱 能力。
[0077] 在圖4至6中的實施方案中，電容器元件20(1)-20(40)對齊，W便一個電容器元件 (比如電容器元件20(1))的次表面25b與相鄰電容器元件(比如電容器元件20(2))的次表面 25a相鄰并面向該次表面25a。同時，每個電容器元件20 (1) -20 (40)的下次表面23b (見圖3) 面向殼體的底壁123,并通過例如W下更詳細地討論的鍛層與底壁123接觸，其中將電容器 元件20(1)-20(40)布置成使其下次表面23b與底壁123而非與其相對的次表面25a、25b、27a 及27b(見圖3)接觸增大了與外殼接觸的電容器元件20(1)-20(40)的表面面積，運進一步有 效地提高了電容器組件100的散熱能力。本發明的電容器組件的散熱能力可W W借助鍛層 與外殼接觸的電容器元件的下主表面的總表面積與殼體的容積之比表示，其中該比值大于 0.05mm 1可提高電容器組件的散熱性能。例如，通過鍛層與殼體接觸的電容器元件的下主表 面的總表面積與殼體的容積之比可W大于約0.06mnfi，且在一些實施方案中，其范圍可W為 約0.06mm-i 至約 0.3mm-i，比如約0.065mm-i 至約0.25mm-i，比如約 0.07臟-1 至約0.20mm-i，比如 約 0.075mm-i 至約 0.15臟-1。
[0078] 如上所述及圖I至2所示，電容器組件100也可W包含外部陽極端子135及外部陰極 端子137,每個電容器元件20(1)-20(40)的下主表面23b上的陽極引線6及固體電解質/陰極 并聯電連接至外部陽極端子135及外部陰極端子137。進一步地，殼體的內空腔內可采用引 線框及鍛層W便W機械穩定的方式促進外部端子135和137形成。例如，參考圖4,電容器組 件100可W包括陽極引線框，其具有第一平面部分65和"直立"的第二平面部分67,稱之為 "直立"是因為其設置在大致與每個電容器元件20(1)-20(40)的陽極引線6延伸的方向垂直 的平面內。采用運種方式，第二部分67可W限制引線6的運動，W便使用時提高表面接觸及 機械穩定性。此外，如果需要，可W在引線6的周圍使用絕緣材料7(比如化flon?墊圈）。第二 部分67具有連接至陽極引線6的安裝區域(未示出）。該區域為U形，用于進一步提高引線6的 表面接觸及機械穩定性。此外，陽極引線6可W通過激光焊接、電阻焊接、導電粘合劑或任何 其它適合的方式連接至陽極引線框的第二部分67。
[0079] 例如，陽極引線框包括每排電容器元件的第一部分65a、65b、65c與65d及與40個電 容器元件的每一個對應的40個第二部分67(1)-67(40)(為簡單起見，標為67)，該陽極引線 框可用于連接4排電容器元件(每排包括10個），例如第1排包括通過其陽極引線6在第二部 分67(1)-(10)連接至陽極引線框的電容器元件20(1)-20(10);第2排包括通過其陽極引線6 在第二部分67(11)-67(20)連接至陽極引線框的電容器元件20(11)-20(20);第3排包括通 過其陽極引線6在第二部分67(21 )-67(30)連接至陽極引線框的電容器元件20(21)-20 (30);第4排包括通過其陽極引線6在第二部分67(31)-67(40連接至陽極引線框的電容器元 件20(31)-20(40)。此外，盡管未示出，但是如果需要，與第2排及第3排關聯的陽極引線框的 第一部分6f5b及65c可W合并成陽極引線框的單個的第一部分，運是因為電容器元件20 (11) -20 (20)及20 (21) -20 (30)設置成其陽極引線6彼此相向。如上所述，在一個特定實施方 案中，每條陽極引線6激光焊接至陽極引線框的每個第二部分67。然而應當理解的是，運些 組件可W通過電阻焊接、導電粘合劑等連接。同時，在一個特定實施方案中，陽極引線框的 第一部分65a-65d可通過電阻焊接連接至殼體的底壁123。然而還應當理解的是，也可W使 用任何其它適合的方法，比如通過導電粘合劑將第一部分65a-65d連接至殼體的底壁123。
[0080] 此外，陽極引線框的第一部分65a-65d及第二部分67(1)-67(40)的表面可W電鍛 有本領域已知的儀、銀、金、錫、鉆等或它們的合金，W確保通過陽極引線6充分地連接至電 容器元件20(1)-20(40)及殼體的底壁123。在一個特定實施方案中，陽線引線框可W分別沉 積有亮儀及亮銀，安裝表面也可W鍛有一層錫焊層。在另一實施方案中，陽線引線框可W在 基底金屬層(比如銅合金)上沉積薄薄的外部金屬層(比如金）W進一步增加導電率。在又一 個實施方案中，儀-鐵合金條(NIL0?條)或任何其它適合的金屬材料條(未示出）可W焊接 在陽極引線框的第一部分65a-65d之下的殼體底壁123上。
[0081] 此外，也可W采用各種組件將4排電容器元件(每一排包括10個)連接至殼體的底 壁123,例如第1排包括在其下主表面23b連接至底壁123的電容器元件20(1)-20(10),第2排 包括在其下主表面23b連接至底壁123的電容器元件20(11)-20(20),第3排包括在其下主表 面23b連接至底壁123的電容器元件20(21)-20(30),且第4排包括在其下主表面23b連接至 底壁123的電容器元件20(31)-20(40)。在一個實施方案中，例如，電容器元件20(1)-20(40) 的下主表面23b可W通過導電粘合劑(未示出）連接至殼體的底壁123,其中底壁123包括4排 金屬鍛層29a、29b、29c及29d。金屬鍛層29a、29b、29c及29d可W由任何適合的金屬形成，在 一個特定實施方案中，金屬鍛層可W是鍛儀層。
[0082] 如上所述，應當理解的是，一般通過各種已知的技術之任一種將電容器元件附接 在陽極側或陰極側，比如焊接、激光焊接、導電粘合劑等。使用時，導電粘合劑可W由包含樹 脂組合物的導電金屬顆粒形成。金屬顆粒可W是銀、銅、金、銷、儀、鋒、祕等。樹脂組合物可 W包括熱固樹脂（比如環氧樹脂）、固化劑（比如酸酢)及偶聯劑（比如硅烷偶聯劑）。在Osako 等人的美國申請公開2006/0038304中描述了合適的導電粘合劑。
[0083] 此外，如圖5所示，為了進一步增強電容器組件的散熱能力，電容器組件可W包括 其它部件。例如，電容器元件200包括y方向上的金屬條133及X方向上的金屬條131，x方向上 的金屬條131與幾個電容器元件20的上主表面23a接觸。金屬材料可W是銅或任何其它散熱 材料，用于進一步增加可用于散熱的表面面積。
[0084] 現在回到圖6,圖示了電容器組件300,其布置為圖4至5所示布置的替代方案，其中 與如上定義的第1排中的電容器元件20(1)-20(10)及第2排中的電容器元件20(11)-20(20) 關聯的陽極引線6彼此相向，使得如果需要，可將第1排和第巧醜陽極引線框的第一部分 65a及65b合并成單個組件。同樣地，與如上定義的第3排中的電容器元件20(21)-20(30)及 第4排中的電容器元件20(31)-20(40)關聯的陽極引線6彼此相向，使得如果需要，可將第3 排及第4排的陽極引線框的第一部65c及65d合并成單個組件。此外，如上定義的第2排及第3 排的電容器元件的上主表面23a相互相鄰，使得如果需要，可將鍛層29b及29c合并成單個組 件。
[0085] 如上所述，電容器組件包括陽極端子135及陰極端子137,其可設置在殼體之外并 由單獨的板材、薄板等形成。此外，運種端子可W通過延伸穿過殼體底壁123的導電跡線連 接至陽極引線框及陰極鍛層/金屬條（NILC)K條）。參照用于說明圖4至5的電容器元件布置 的圖7及用于說明圖6的電容器元件布置的圖8,由于陽極引線框的第一部分65a-65d及金屬 鍛層29a-29d沿電容器組件100的外殼的長度b及寬度Wi延伸，因此將陽極引線框的第一部 分65a-65d連接至外部陽極端子135的導電跡線139僅通過相鄰設置在外部陽極端子135之 上且相鄰設置在陽極引線框部件的第一部分65a-65d之下的外殼底壁123的部件形成，而將 金屬鍛層29a-29d連接至外部陰極端子137的導電跡線141僅通過相鄰設置在外部陰極端子 137之上及相鄰設置在金屬鍛層65a-65d之下的外殼底壁123的部件形成。當然，本發明并不 限制于使用導電跡線形成所需的端子，可W采用任何其它合適的連接方式。例如，在一些實 施方案(未示出）中，應當理解的是，部分陽極引線框及陰極鍛層可W延伸穿過殼體，也形成 外部陽極端子及外部陰極端子。
[0086] 如上所述，將電容器元件20連接至底壁123之后，電容器元件20可涂覆樹脂或封裝 材料。在一個特定實施方案中，封裝材料可W是導熱材料。參照圖9,在按所需方式將電容器 元件連接至電容器組件的底座123之后，可將封裝材料143設置在電容器元件周圍（未示 出），W便電容器元件至少部分被封裝材料143封裝，之后可固化封裝材料143。此外，在一些 實施方案中，封裝材料143能夠完全封裝電容器元件。利用封裝材料143W運種方式封裝電 容器元件可進一步提高本發明的電容器組件的散熱能力。
[0087] 如上所述，封裝材料可W是導熱材料。該導熱材料通常具有例如約IW/m-K或更高 的導熱系數，在一些實施方案中，為約2W/m-K至約20W/m-K，而在一些實施方案中，為約 2.5胖/111-1(至約10胖/111-1(，該系數是根據例如150 22007-2:2014確定的。盡管是導熱的，但該 材料通常不導電，因此具有較高的體積電阻率，比如約I X l〇i2ohm-cm或更高，在一些實施方 案中，為約1 X l〇i3ohm-cm或更高，而在一些實施方案中，為約1 X l〇i4ohm-cm至1 X IO2Dohm- cm，該體積電阻率是根據例如ASTM D257-14確定的。通過將高導熱系數與低導電率結合，本 發明的發明人已發現當將封裝材料應用于電容器組件的殼體中時可W提供各種不同的有 益之處。例如，當電容器組件接觸高紋波電流，導熱封裝材料可W作為散熱器，將熱量傳遞 給殼體的表面，從而提高散熱效率并延長電容器組件的壽命。封裝材料也表現出低吸濕度， 比如約1 %或更低，在一些實施方案中，為約0.5%或更低，而在一些實施方案中，為約0.1 % 或更低，該吸濕度是根據例如ASTM D570-98(2010)e-l確定的。如此，封裝材料可W抑制與 可能進入殼體的水發生不希望的降解反應。
[0088] 為了有助于獲得所需的性能，封裝材料包括一種或多種分散在聚合物基體中的導 熱填料。合適的導熱填料材料包括金屬填料，比如侶、銀、銅、儀、鐵、鉆等及它們的組合物 (比如鍛銀銅或鍛銀儀）；金屬氧化物，比如氧化侶、氧化鋒、氧化儀等及它們的組合物;氮化 物，比如氮化侶、氮化棚、氮化娃等及它們的組合物；W及碳填料，比如碳化娃、碳黑、富勒 締、石墨片、碳納米管、碳納米纖維等及它們的組合物。侶、氧化鋒、氮化侶、氮化棚和/或碳 化娃粉末尤其適用于本發明。如果需要，填料可W涂有功能性涂層，W增強填料及聚合物基 體之間的親合力。例如此種涂層可W包括不飽和或飽和脂肪酸，比如鏈燒酸、鏈締酸、丙酸、 月桂酸、棟桐酸、硬脂酸等;有機硅烷、有機鐵酸、有機錯酸鹽、異氯酸鹽、徑基封端的締控或 燒控等。
[0089] 本發明中可W選擇性地控制導熱填料的尺寸W幫助獲得所需的性能。一般來說， 此種填料的平均尺寸（比如直徑)為約10納米至約75微米，在一些實施方案中，為約15納米 至約50微米，而在一些實施方案中，為約20納米至約40微米。在一些實施方案中，填料具有 納米級尺寸，比如約10納米至約500納米，在一些實施方案中，為約20納米至約350納米，在 一些實施方案中，為約50納米至約200納米;而在其它實施方案中，填料可W具有微米級尺 寸，比如約1微米至約50微米，在一些實施方案中，為約2微米至約30微米，而在一些實施方 案中，為約5微米至約15微米。封裝材料也可W同時采用納米級及微米級導熱填料的混合 物。在此種實施方案中，微米級填料與納米級填料的比例可W較大，W確保較高的填充密 度，比如50:1或更大，在一些實施方案中，約70:1至約150:1。
[0090] 雖然封裝材料的基體可W采用各種不同的聚合樹脂，但已發現可固化的熱固樹脂 尤其適用于本發明。此種樹脂的實例包括，例如娃酬聚合物、雙酪A縮水甘油酸聚合物、丙締 酸鹽聚合物、氨基甲酸醋聚合物等。在某些實施方案中，例如，封裝材料可W采用一種或多 種聚硅氧烷。運些聚合物中使用的娃鍵合的有機基團可W包含單價控基團和/或單價面代 控基團。此種單價基團一般具有約1個至約20個碳原子，優選1個至10個碳原子，實例有，但 不限于烷基（比如甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一基及十八基）、環烷基（比如環己基）、締 基（比如乙締基、締丙基、下締基及己締基）、芳基（比如苯基、甲苯基、二甲苯基、芐基及2-苯 乙基），W及面代控基團（比如3,3,3-S氣丙基、3-氯丙締及二氯苯基）。通常，至少50%及更 理想的是至少80 %的有機基團為甲基。此種聚甲基硅氧烷的實例可W包括，例如聚二甲娃 氧燒（"PDMS")、聚甲基娃氨燒等。其它適合的聚甲基硅氧烷可W包括二甲基二苯基聚娃氧 燒、二甲基/甲基苯基聚硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、甲基苯基/二甲基硅氧烷、乙締基二甲 基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基甲基/二甲基聚硅氧烷、乙締基二甲基封端的乙締基甲 基/二甲基聚硅氧烷、二乙締基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基苯基甲基封端的聚二甲 基硅氧烷、二甲基氨封端的聚二甲基硅氧烷、甲基氨/二甲基聚硅氧烷、甲基氨封端的甲基 辛基聚硅氧烷、甲基氨/苯基甲基聚硅氧烷等。
[0091] 有機聚硅氧烷也可W包括一個或多個側基和/端基極性官能團，比如徑基、環氧 基、簇基、氨基、烷氧基、甲基丙酸締基或琉基，其賦予聚合物一定的親水性。例如，有機聚娃 氧燒可W包括至少一個徑基基團，且任選地每分子平均至少兩個娃鍵合的徑基基團（硅烷 醇基）。此種有機聚硅氧烷的實例包括，例如二徑基聚二甲基硅烷、徑基甲基娃烷氧基聚 二甲基硅氧烷等。也可W采用烷氧基改性的有機聚硅氧烷，比如二甲氧基聚二甲基硅氧烷、 甲氧基-二甲基娃烷氧基-聚^甲基硅氧烷、^乙氧基聚^甲基硅氧烷、乙氧基-二甲基硅烷 氧基-聚二甲基硅氧烷等。其它適合的有機聚硅氧烷是那些采用至少一個氨基官能團改性 的有機聚硅氧烷。此種氨基官能團聚硅氧烷包括，例如二氨基官能團的聚二甲基氧燒。
[0092] 理想的是，有機聚硅氧烷的分子量相對較低，W提高封裝材料固化前的粘性及流 動性。在一個實施方案中，例如有機聚硅氧烷(如聚二甲硅氧烷)的分子量為約100000克/摩 爾或更低，在一些實施方案中，為約60000克/摩爾或更低，而在一些實施方案中，為約5000 至約30000克/摩爾。封裝材料(固化前）的粘度可W為，例如，約SOOPa-S或更低，在一些實施 方案中，為約IOOPa-S或更低，而在一些實施方案中，為約1至約50化-S，該粘度是比如使用 配備有WO. 5毫米的間隙設置的20毫米平行板的ARES R550PS應力控制流變儀在25°C的溫 度下確定的。
[0093] 可W選擇性的控制導熱填料及聚合物基體的相對含量，W便獲得需要的性能。例 如，含有的封裝材料一般為約25vol. %至約95vol. %，在一些實施方案中，為約40vol. %至 約90vol. %，在一些實施方案中，為約50vol. %至約85vol. %。同樣地，聚合物基體占材料 體積的約5vol. %至約75vol. %，在一些實施方案中，為約IOvol. %至約50vol. %，在一些 實施方案中，為約15vol. %至約40vol. %。如果需要，封裝材料中也可采用其它添加劑，比 如增容劑、固化劑、光引發劑、粘度改進劑、染料、偶聯劑(比如硅烷偶聯劑）、穩定劑等。
[0094] -旦按所需要的方式組裝及連接，所得的封裝件如上所述那樣進行密封。再參照 圖1，例如，殼體也可W包括蓋子127,將電容器元件放置在殼體中之后，將蓋子127放置在側 壁124與125的上表面上。蓋子可W由陶瓷、金屬(鐵、銅、儀、鉆等及它們的合金）、塑料等形 成。如果需要，可W在蓋子與側壁124和125之間設置密封件(未示出），W便更好地密封。在 一個實施方案中，例如，密封件可W包括玻璃與金屬密封Kov恥霞環(Goo壯e 1 low Camridge 公司）等。側壁的高度一般使得蓋子不與電容器元件的任何表面接觸，W便電容器元件不受 污染。當放置在所需位置時，通過已知的技術將蓋子密封于側壁124與125,比如焊接(如電 阻焊接、激光焊接等）、針焊等。在一些實施方案中，可在存在惰性氣體的情況下進行密封， 如W上描述的那樣，W便所得的組件基本上無活性氣體，比如氧氣或水蒸汽。
[00M]在圖4至6所示的實施方案中，電容器組件包括40個電容器元件。然而如上所述，本 發明可W采用任意數量的電容器元件，比如約2個至約200個，在一些實施方案中，約10個至 約100個，在一些實施方案中，約20個至約50個。
[0096]不管其特定構造如何，本發明的電容器組件即使在接觸高電壓環境及高溫時也具 有極佳的電氣性能。例如，由于本發明的電容器組件的散熱性能，可W獲得相對較高的紋波 電流且不會損壞電容器組件。例如，最大紋波電流可W為約25安培或更高，在一些實施方案 中，為約50安培或更高，兒在一些實施方案中，為約75安培或更高。此外，電容器組件的等效 串聯電阻化SR)可W小于約50毫歐姆，在一些實施方案中，小于約25毫歐姆，在一些實施方 案中，小于約10毫歐姆。例如，ESR可W為約0.5毫歐姆至約10毫歐姆，比如約1毫歐姆至約8 毫歐姆，比如約2毫歐姆至約6毫歐姆。
[0097]可W通過參考下述實例更好地理解本發明。
[00側測試程序
[0099] 等效串聯電阻化SR)
[0100] 利用具有Kelvin引線的Agilent E4980A精密LCR測試計W2.2伏直流偏壓及0.5伏 峰-峰正弦信號測量等效串聯電阻。工作頻率為100曲Z，且溫度為23°C±2°C。
[0101] 電容(CAP)
[0102] 利用具有Kelvin引線的Agilent E4980A精密LCR測試計W2.2伏直流偏壓及0.5伏 峰-峰正弦信號測量電容。工作頻率為120Hz。
[0103] 漏電流(D化）
[0104] 利用Keithl巧2410源表測量在達到合適的電壓（25°C-85°C為化，125°C為化的 60%，而150°C為化的50% )下至少60秒后的漏電流。
[0105] 紋波電流：
[0106] 利用GoldStar GP 505電源、Agilent 33210信號發生器，帶PtlOO熱電偶的Almemo 2590-9數據記錄器及Fl址e 80i示波器測量紋波電流。當合適的紋波電流值經過電容器時， 工作頻率為20千赫，且帶交流信號及10伏直流偏壓。紋波電流增加時，溫度也上升并由熱像 照相機監控。
[0…7] 實施例
[0108] 使用9000yFV/g鐵粉形成陽極樣品。每個陽極樣品都嵌有鐵絲，在1800°C下燒結， 且壓制成密度為5.3g/cm3。得到的小球的尺寸為4.6mm X 5.25mm X 2.6mm。在導電率為8.6mS 的水/憐酸電解質中在85°C的溫度下將小球陽極氧化至260伏，形成介質層;然后將陽極浸 潰在固體含量為1.1 %且粘度為20mPa. S(Clevios?K，H. C. S化rck)的聚(3，4-締控基二氧嚷 吩）的分散液中形成導電聚合物涂層;一旦涂覆完成，將該部件在125°C干燥20分鐘;重量該 步驟10次;之后，該部件浸潰在固體含量為2%且粘度為20mPa.s(Clevios?K，H.C.Starck) 的聚(3，4-締控基二氧嚷吩）的分散液中；一旦涂覆完成，將該部件在125°C下干燥20分鐘； 不重復該步驟；然后，該部件浸潰在固體含量為2%且粘度為160mPa.s(Clevios?K， H. C. Starck)的聚（3，4-締控基二氧嚷吩）的分散液中；一旦涂覆完成，在125°C下將該部件 干燥20分鐘；重量該步驟8次;將該部件浸潰在石墨分散液中，并干燥;最后，將該部件浸潰 在銀分散液中，并干燥。通過該方式便制作了多個100伏電容器。
[0109] 采用銅基引線框材料完成組裝工藝，將電容器元件放置于陶瓷殼體內。電容器組 件包括36個電容器元件，其分4排并列連接(每排9個電容器元件）。然后將陰極連接構件粘 接至儀陰極端子，將陽極引線框焊接至長度為58.0mm、寬度為35.Omm且厚度為5.45mm的陶 瓷殼體的底壁上的儀陽極端子。殼體具有鍛儀扣圧0?焊墊，其焊接在陶瓷殼體底壁的內表 面上。
[0110] 用于進行所有連接的粘合劑是銀膏。然后將組件裝入對流烤箱中W焊接銀膏。之 后，用于陽極連接的焊接為電阻焊接，其使用在引線框部件與陶瓷殼體的鍛儀焊墊之間施 加的時長100毫秒的300W的能量。然后，將導熱娃封裝劑(Thermoset SC-320)涂覆在電容器 元件的陽極及陰極部分的頂部，然后在150°C下烘干24小時；之后，將Kovar?蓋子放置在殼 體的頂部，緊密地放置在陶瓷密封環上。將所得的組件放置在焊接室內，并在進行密封環及 蓋子之間的縫焊之前采用氮氣凈化。
[0111] 測試之后，確定了電容為340.化F，ESR為4.3m Q。W下示出了漏電流及紋波電流的 測試結果總結：
[0112]
[0113]
[0114] 如表所示，根據實施例制造的電容器組件能夠承受25安培的紋波電流，且僅達到 103.6°C的溫度。
[0115] 在不脫離本發明的精神及范圍的情況下，本領域的普通技術人員可對本發明進行 運些及其它修改及變動。此外，應當理解，各種實施方案的方面可W整體或部分互換。另外， 本領域的普通技術人員應當理解，上述描述僅為舉例，并非旨在限制所附權利要求進一步 描述的本發明。
【主權項】
1. 一種電容器組件，其包括： 多個電容器元件，每個電容器元件包含燒結的多孔陽極體，覆蓋所述陽極體的介質層 以及覆蓋所述介質層的固體電解質，其中陽極引線從每個電容器元件延伸出來，每個電容 器元件由上主表面、下主表面、第一相對的次表面與第二相對的次表面限定，其中每個所述 上主表面與所述下主表面的表面面積大于每個所述相對的次表面的表面面積； 殼體，其具有長度、寬度及高度，其中所述長度與所述高度之比的范圍為約2至約80,所 述殼體是密封的并限定有內空腔，所述多個電容器元件設置在所述內空腔內，其中每個電 容器元件的所述下主表面面向所述殼體的底壁，并且其中所述底壁由所述殼體的長度及寬 度限定； 外部陽極端子，其與每個電容器元件的所述陽極引線電連接；以及 外部陰極端子，其與每個電容器元件的所述固體電解質電連接。2. 根據權利要求1所述的電容器組件，其中所述內空腔具有包含惰性氣體的氣氛。3. 根據權利要求1或2所述的電容器組件，其中所述殼體由金屬、塑料、陶瓷或其組合物 形成。4. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，進一步包括將每個電容器元件的所述 陽極引線與所述外部陽極端子連接的陽極引線框。5. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述固體電解質通過導電粘合劑 電連接至所述外部陰極端子。6. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述電容器元件以多排平行布 置，其中每排電容器元件沿所述殼體的長度縱向延伸。7. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述電容器組件包括2個至約200 個電容器元件。8. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述多個電容器元件并列連接。9. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述殼體的高度范圍為約1毫米 至約20毫米。10. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述電容器元件的所述下主表 面的總表面積與所述殼體的容積之比范圍為約0. Οδ??πΓ1至約0. Smnf1。11. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述陽極體由包含鉭、鈮或它們 的導電氧化物的粉末形成。12. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述固體電解質包括導電聚合 物或二氧化錳。13. 根據權利要求12所述的電容器組件，其中所述導電聚合物是取代聚噻吩。14. 根據權利要求13所述的電容器組件，其中所述取代聚噻吩是聚(3,4_乙烯基二氧噻 吩）。15. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述固體電解質包括多種預聚 合的導電聚合物顆粒。16. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述電容器組件的最大紋波電 流為約25安培或更高。17. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中所述電容器組件的等效串聯電 阻小于約10毫歐姆。18. 根據前述權利要求任一項所述的電容器組件，其中封裝材料至少部分地封裝所述 多個電容器元件。19. 根據權利要求18所述的電容器組件，其中所述封裝材料是導熱的。20. 根據權利要求19所述的電容器組件，其中所述封裝材料的導熱系數為約lW/m-K或 更1?。
【文檔編號】H01G9/15GK105977036SQ201610141272
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】J·彼得日萊克, J·奈華德, M·比樂
【申請人】Avx公司