专利名称：固态电解电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态电解电容器，具体地说，涉及一种利用导电聚合物作为固态电解质的固态电解电容器。
背景技术：
固态电解电容器的结构包括由有整流作用之金属，如钽、铌或铝形成的阳极；氧化所述阳极的表面，以形成一个电子元件，同时在其上形成氧化锰或导电聚合物的紧密接触层，还在该紧密接触层上形成石墨层或银糊层，作为阴极。
氧化锰或导电聚合物构成固态电解质，近年来特别是广泛采用导电聚合物，因为它具有较高的导电率，并可减小电容器的等效串联电阻(ESR)。
譬如日本专利申请未审公开特开平5-275290公开了利用导电聚合物作为固态电解质的固态电解电容器(本文将其引为对比文件1)。
按照对比文件1的固态电解电容器，通过蚀刻而使表面受到延展的铝箔将被称作蚀刻铝箔，它沿着纵长方向从端部开始由环氧树脂件被分隔成与外部阳极连接的第一区和显示电容量的第二区。在构成铝箔一侧主要部分的第一区中，形成氧化铝膜，这是通过阳极氧化处理铝箔而得到的。由导电聚合物形成聚吡咯(polypyrrole)层，并使其设在这样的氧化铝膜上。在所述聚吡咯层上，以紧密接触的方式依次形成石墨层和银糊层。由所述铝箔、氧化铝膜、聚吡咯层、石墨层和银糊层形成电容器的基本结构，将它称为固态电解电容器元件。由所述铝箔构成阳极，所述氧化铝膜构成介电元件，而由所述聚吡咯层、石墨层和银糊层构成阴极。为了与外部电连接，在所述电容器元件上设置外阳极端和外阴极端，并设置外包壳，它封装所述元件并使所述元件成形为电容器形状。
由铜基或铁基金属形成的基本元件构成所述外阳极端和外阴极端，并表面电镀金属，以便能够锡焊。通过电焊或超声焊接到构成阳极的铝箔上，而连接所述外阳极接线端，而用比如导电粘结材料，将外阴极接线端电气地固定在阴极的最外层上。
现有固态电解电容器中所用的导电聚合物的缺点在于，原来具有较高的导电系数，而在高温含氧环境中被氧化却失去导电性。因此，在阴极中未能充分隔绝氧的情况下，当所述固态电解电容器长期始终暴露于高温下时，将使所述ESR劣化。在相关的固态电解电容器中，通过在导电聚合物层上形成石墨层和银糊层而构造成阴极。不能密集地形成所述石墨层和银糊层，因而就不能充分地防止氧的侵入。
另外，在现有的固态电解电容器中，为了能够焊接，所述外部阴极接线端在基本金属的表面上有镀有焊料或者镀有锡，以便容易装配。装置镀层肯定有利于焊接，但与此相关的缺点在于，部分熔合于被粘结到电容器元件的阴极上的表面中，从而引起外部阴极接线端和导电粘结剂的剥落，同时还增大与阴极的接触电阻。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于通过金属电镀形成一层密集的膜，以使固态电解电容器元件的阴极中所采用的导电聚合物不被氧化，从而电容器的可靠性。
本发明的另一目的在于，在与固态电解电容器之阴极相连的外部阴极接线端表面上，形成诸如金和银等具有比焊料更高熔融温度和化学稳定性的金属镀层，从而抑制电容器阴极的安装件处的界面电阻随外部阴极接线端而改变，并因此而通过电容器的稳定性。
按照本发明，提供一种固态电解电容器，它包括具有引线的阳极部件，所述引线至少从金属片的一端延伸，所述金属片的一部分具有氧化膜；具有导电聚合物层的固态电解质，所述导电聚合物层形成于所述氧化膜上；以及具有导电材料层的阴极部件，所述导电材料层形成于所述导电聚合物层上。
在这种固态电解电容器中，所述阴极部件还包括第一金属镀层。
按照本发明的固态电解电容器，所述阴极部件最好设有前述第一金属镀层和可焊接的第二金属层。
图1是相关技术的铝固态电解电容器的纵向剖面视图；图2是本发明第一种实施例铝固态电解电容器的纵向剖面视图；图3是表示相关技术的固态电解电容器和所述第一实施例固态电解电容器在高温条件试验中ESR随时间变化的比较图线；图4是本发明第二种实施例铝固态电解电容器的纵向剖面视图；图5是本发明第三种实施例铝固态电解电容器的纵向剖面视图；图6是本发明第三种实施例铝固态电解电容器的横向剖面视图。
具体实施例方式
为了有助于理解本发明，首先参照图1说明相关技术的固态电解电容器。在以下的叙述中，为了说明的方便，可用不同于前述专利参考文献各部件的名称和符号表示所述电容器的各个部件。
参照图1，经蚀刻而延展其表面的铝箔7将被称为蚀刻铝箔，从该图的左手侧由环氧树脂件9将它分成与外部阳极接线端连接的区域和用以显示电容量的第二区域。在所述电容量显示区域，在该图的右手侧构成铝箔7的主要部分，形成氧化铝膜11，这是通过阳极氧化处理构成基本件的所述铝箔7而得到的。
与所述氧化铝膜11紧密接触，形成聚吡咯层13，这是一种导电聚合物。在聚吡咯层13上，依序紧密地形成石墨层15和银糊层17。由铝箔7、氧化铝膜11、聚吡咯层13、石墨层15和银糊层17构成电容器的基本结构，下面将其称为固态电解电容器元件。于是，铝箔7用作阳极，石墨层15和银糊层17构成阴极。
在这样的电容器元件上，安装外部阳极接线端19和外部阴极接线端21，用以与外部电连接。设置外部包壳23，为的是封装所述电容器元件并成形电容器的外部形状。
由基本元件形成所述外部阳极接线端19和外部阴极接线端21，所述基本元件是由铜基或铁基金属制成的，而且它的表面镀有可焊接的金属。通过电焊或超声焊接到构成阳极的铝箔7上，而连接所述外阳极接线端19；而用比如导电粘结材料(未表示)，将外阴极接线端21电气地固定在阴极的最外层上。
以下将参照图2-6描述本发明的优选实施例。
参照图2，表示本发明第一实施例的固态电解电容器25。设置铝箔27用作阳极，它通过蚀刻受到表面延展。比如，采用盐酸水溶液作为蚀刻溶液。于是，在铝箔27中，第一区域用作电容量显示区，它占据图2中右手侧的主要部分，并被阳极氧化，形成氧化铝(Al2O3)膜29。对于阳极氧化而言，譬如使用脂肪酸、柠檬酸或磷酸的铵盐水溶液实现所述阳极氧化。
然后，在经阳极氧化的氧化铝膜29上，形成聚吡咯层的导电聚合物层31，作为固态电解质，然后再在其上形成石墨层33。
然后再使石墨层33和铝箔27的构成阳极的部分经受电镀处理，形成电镀层35，接着再形成焊料层37。
按照本发明，由于在所述元件的外围上面形成密集的金属层，所以与现有技术的元件相比，能够可靠地防止氧的侵入。
接下去将描述本发明第一实施例固态电解电容器的可靠性试验。
这种试验是持续高温的试验，其中使试样处于125℃的温度环境中，并对所述试样的电特性进行一段时间的测试。为了评价所述电特性，利用在100kHz频率下的等效串联电阻(ESR)。
参照图3，把由曲线45表示的第一实施例试样和由曲线43表示的现有技术试样二者近似表示为在试验开始之前有同样的初始值约3mΩ。在试验开始之后，在最初的大约50小时，现有技术的电容器和本实施例电容器有近似相同的曲线。这之后，曲线43表示的现有技术电容器的ESR开始表现出增大的趋势，从而与曲线45表示的本实施例电容器的曲线分开。
在经过500小时之后，曲线45表示的本实施例电容器表现出大约为6mΩ的ESR，约为初始值的2倍，而曲线43表示的现有技术的电容器表现出ESR增大到大约为30mΩ，这为初始值的大约10倍之高。
如上述试验结果所示，特别是把在氧存在条件下有降低导电率趋势的导电聚合物用作固态电解质的时候，本实施例电容器的高度封闭能力在改善ESR的随时间而劣化和电特性稳定性方面，以及在高可靠性和更长的使用寿命方面，都产生重要的效果。
在本实施例中，对于电镀金属而言，采用比如铜、镍、银或金等。另外，就电镀而言，采用电解电镀方法或无电解电镀方法。既可以通过焊料镀覆方法、镀锡方法等形成所述焊料层，也可通过浸入熔融焊料槽中的方法形成所述焊料层。
本第一实施例采用通过吡咯单体的化学氧化聚合反应得到的聚吡咯层，作为导电聚合物，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学氧化聚合反应，而是为此目的也可以采用电解氧化聚合反应方法。
继而，将参照图4说明本发明第二实施例的铝固态电解电容器。参照图4，本发明第二实施例的固态电解电容器51包括固态电解电容器元件63，它是如下被得到的通过在脂肪酸、柠檬酸或磷酸的铵盐水处理溶液中，使得在通过比如盐酸等蚀刻水溶液中所形成之蚀刻铝箔53(作为整流作用的金属)的预定部分中形成氧化铝膜55，然后再涂敷绝缘树脂57，并使之固化，从而形成掩膜，并在氧化铝膜55的预定部分上依次形成导电聚合物层59和石墨层61。
随后将金属镀覆层加于石墨层61上和设在所述固态电解电容器元件63两端的阳极部件65上，从而除事先形成的部分绝缘树脂57外，形成镀层67。然后再通过在所述元件63和阳极部件65的镀层67上形成焊料层，完成固态电解电容器。
本发明第二实施例的铝固态电解电容器51是所谓三端结构的固态电解电容器，通过类似于第一实施例那样，在所述元件的外周上形成密集金属层，能够防止氧、潮气等从外面的侵入。
本发明并不限于上述各实施例，而可以在本发明的范围内进行改型，除上述构造外，还可以考虑如下结构
(1)蚀刻铝箔+导电聚合物层+石墨层+金属镀层(2)蚀刻铝箔+导电聚合物层+石墨层+金属镀层+银糊层(3)蚀刻铝箔+导电聚合物层+金属镀层+焊料层(4)蚀刻铝箔+导电聚合物层+石墨层+金属镀层+焊料层本发明还可应用于利用其它整流作用的金属，如钽或铌作阳极的固态电解电容器。
接下去参照图5和6描述有关本发明第三实施例的铝固态电解电容器。对照图5和6，本发明第三实施例的固态电解电容器97采用与现有技术同样结构的固态电解元件81的阴极部分。于是，把外部阳极接线端73安装在部分铝箔71中，该部分被制成可适于安装外部阳极接线端。所述外部阳极接线端73是由能够焊接的材料，如42合金或铜板制成，它上面加装有焊料镀覆。作为举例，通过超声焊接或电阻焊接，使它紧接于铝箔71。
然后，用导电粘合剂77，如银糊把外部阴极接线端75粘附到阴极部件上。外部阴极接线端75具有阴极线端金属79，如42合金、铜或铁，该层在要紧靠所述元件81的表面上具有阴极连接面镀层83，如金镀层或银镀层，该层的另一表面上还具有可被焊接的安装表面镀层85，如焊料镀覆层或锡镀层。
按照本发明，在化学方面类似于构成导电粘合剂之银糊的银镀层或金镀层附近，实现化学稳定性，而且这种镀层的熔融温度比焊料的高，通过保持所述邻接界面处于稳定状态，在安装操作时，它不会被熔解在那里。
在本发明的应用中，可将第一或第二实施例可按与第三实施例联合的形式被使用。
按照本发明，有如前面所述的那样，在所述固态电解电容器的阴极部件中设置金属镀层，从而防止了氧的侵入，并使导电聚合物特性的劣化受到抑制。另外，在所述外部阴极接线端的表面内设置金镀层或银镀层，用以与电容器元件紧接，从而，在安装状态下，避免了等效串联电阻的变化。
权利要求
1.一种固态电解电容器，它包括具有引线的阳极部件，所述引线至少从金属片的一端延伸，所述金属片的一部分具有氧化膜；具有导电聚合物层的固态电解质，所述导电聚合物层形成于所述氧化膜上；以及具有导电材料层的阴极部件，所述导电材料层形成于所述导电聚合物层上；其中，所述阴极部件还包括第一金属镀层。
2.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述阴极部件还包括在所述第一金属镀层上形成的可焊接的第二金属层。
3.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述第一金属镀层至少包括铜镀层、镍镀层、金镀层和银镀层中之一。
4.根据权利要求2所述的固态电解电容器，其中，所述第二金属层至少包括焊料层、锡层和可焊接的银糊层之一。
5.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述电容器是采用所述导电聚合物作为固态电解质的表面安装型固态电解电容器，并且所述电容器还包括与所述阴极部件相连的阴极接线端；所述阴极接线端包含在该阴极接线端安装表面上的可焊接的第三金属镀层和在该阴极接线端表面上与所述阴极部件紧接的第四金属镀层，所述第四金属镀层的熔点高于所述第三金属镀层的熔点，并且是化学稳定的。
6.根据权利要求5所述的固态电解电容器，其中，所述第三金属镀层至少包含焊料镀覆层和锡镀层之一。
7.根据权利要求5所述的固态电解电容器，其中，所述第四金属镀层至少包含金镀层和银镀层之一。
8.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述阴极部件包含在所述导电聚合物层上形成的石墨层和在所述石墨层上形成的银糊。
9.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述阳极部件的金属片包含铝，所述氧化膜包含氧化铝。
10.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，在所述金属片的中心部分和阳极部件之间的边界周围设置绝缘树脂，把所述金属片分成用于显示电容量的第一区和与外部阳极接线端连接的第二区。
11.根据权利要求1所述的固态电解电容器，其中，所述阳极部件形成于构成部分所述金属片的两端。
全文摘要
一种固态电解电容器，在阴极部件中具有金属镀层结构，以防止导电率因导电聚合物的氧化而降低，并实现高可靠性。本发明还提供一种结构，其中所述固态电解电容器的阴极部件包括第一金属镀层和可焊接的第二金属层。
文档编号H01G9/045GK1484262SQ0312789
公开日2004年3月24日 申请日期2003年8月14日 优先权日2002年8月28日
发明者荒井智次, 猪井隆之, 斋木义彦, 户井田刚, 之, 刚, 彦 申请人:Nec东金株式会社