专利名称：固体电解电容器元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体电解电容器元件，尤其是涉及一种耐激光焊接且电气性能未显著下降的固体电解电容器元件。
背景技术：
常规的固体电解电容器包含阳极体、介质层和固体电解质。一根阳极线从电容器表面引出，用于将阳极体与一个端子电连接。有时采用的一种将阳极线与端子连接的有益技术是激光焊接。激光通常包含谐振器，谐振器包括通过受激发射能够释放光子的激光介质和能够激发激光介质元素的能源。该能源可为激光介质提供连续能量以发射连续激光束，或者能够释放能量以发射脉冲激光束。一种合适的激光类型是其中的激光介质由铝和钇石榴石(YAG)组成，并掺杂钕(Nd)的激光，激发粒子是钕离子Nd3+。这种激光一般发出处于红外光谱区的波长大约为1064纳米的光。不幸的是，采用激光焊接外壳尺寸小的电容器时，常常会出现问题。也就是说，外壳尺寸小要求激光离阳极线和端子相对较近。然而，在如此近的位置，激光容易因阳极线或阳极端子而偏转，从而与电容器的固体电解质接触。由于激光的能量高，偏转的激光束会显著提高固体电解质的温度，使它开始碳化。固体电解质的碳化部分与介质层接触，从而导致电容器的电气性能较差(如漏电流较高)。因此，需要一种能够激光焊接且仍然保持优异性能的固体电解电容器。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种固体电解电容器元件，包括包含阀金属组合物的阳极体、覆盖在所述阳极体上的电介质、覆盖在电介质上的固体电解质及包括光反射层和应力散失层的多层防护涂层。所述光反射层覆盖在固体电解质上，所述应力散失层覆盖在光反射层上。所述光反射层包括很多非金属反射颗粒，所述应力散失层包括很多金属颗粒。在某些实施例中，所述电容器元件还包括一种外部涂层(如碳层和银层)，位于固体电解质和多层防护涂层之间。本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。
参考附图，本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例将在具体实施方式
中作进一步描述，在说明书和附图中，同一附图标记表示相同或者相似元件。其中
图1是本发明固体电解电容器元件的一个实施例的透视图； 图2是图1所述电容器的俯视剖视图3是本发明固体电解电容器元件的另一个实施例的俯视剖视图； 图4是本发明固体电解电容器元件的又一个实施例的俯视剖视图； 图5是图1所示电容器元件激光焊接到阳极端子上的一个实施例的示意图；及
4图6是图1所示电容器元件封装在外壳中的剖视图。
具体实施例方式对于本领域技术人员来说，下面的内容仅作为本发明的具体实施例，并不是对本发明保护范围的限制，仅示范性的体现本发明的更宽的保护范围。总的来说，本发明涉及一种能够耐激光焊接且电气性能未显著下降的固体电解电容器元件。该电容器元件包括阳极体、介质层和固体电解质。为了防止在电容器生产期间损坏固体电解质，本发明采用一种至少覆盖部分固体电解质的多层防护涂层。更具体地说， 该防护涂层包括覆盖在固体电解质上的光反射层和覆盖在光反射层上的应力散失层。光反射层可以帮助反射，例如，激光焊接时不经意间朝电容器射过来的任何光，从而减少了固体电解质和激光的接触，最大程度地减少了因碳化而导致的电解质缺陷。同样，应力散失层可以帮助耗散电容器承受的应力(如封装期间、回流期间等)，从而不会损坏固体电解质。该应力散失层实际上是相对多孔的，这样，电容器中的湿气可以逸出，消除会传递到固体电解质的压力。因此，所得到的电容器具有ESR和漏电流相对较低的性能特点。下面将更为详细地说明本发明的各种实施例。I. 阳极
固体电解电容器的阳极采用阀金属组合物制造，所述阀金属组合物的比电荷范围较宽，大约为2，00(^F*V/g-700，000mF*V/g，在一些实施例中，大约为5，000 g-300，00(^F*V/g或更高，在一些实施例中，大约为20，000-200，000mF*V/g。阀金属组合物包含一种阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及其它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可以包含一种导电的铌的氧化物，如铌-氧原子比为1:1.0士 1.0，在一些实施例中为1:1.0士0.3，在一些实施例中为1:1.0士0. 1，在一些实施例中为1:1.0士0.05的铌的氧化物。例如，铌的氧化物可以是NbOa7、NbO1.ο, NbOu和Nb02。在优选的实施例中，组合物包含NbOu，这是一种导电的氧化铌，即使在高温烧结后仍能保持化学稳定。这种阀金属氧化物的实例在 Fife的专利号为6，322，912、Fife等人的专利号为6，391，275,6, 416，730、Fife的专利号为6，527，937、Kimmel等人的专利号为6，576，099、Fife等人的专利号为6，592，740、 Kimmel等人的专利号为6，639，787,7, 220，397的美国专利，及khnitter的申请公开号为 2005/0019581、Schnitter等人的申请公开号为2005/0103638及Thomas等人的申请公开号为2005/0013765的美国专利申请中均有所描述，以上专利以全文的形式引入本专利中作为参考。通常可以采用常规的制造程序来形成阳极体。在一个实施例中，首先选择具有某种粒径的氧化钽或氧化铌粉末。例如，颗粒可以是片状、角状、节状及上述混合体或者变体。 颗粒的筛分粒度分布至少大约为60目，在一些实施例中大约为60目到325目，一些实施例中大约为100目到200目。另外，比表面积大约为0. l-10.0m2/g，在一些实施例中大约为 0.5-5. 0m2/g，在一些实施例中大约为1.0-2.0 m2/g。术语“比表面积”是指按照《美国化学会志》(American Chemical Society) 1938 年第 60 卷 309 页上记载的 Bruanauer、Emmet 和Teller发表的物理气体吸附法(B. Ε. T.)测定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积(或者斯科特)密度一般大约为0. 1-5. Og/cm3，在一些实施例中大约为0. 2-4. Og/cm3，一些实施例中大约为0. 5-3. Og/cm3。为了便于制造阳极体，在导电颗粒中还会加入其它组分。例如，导电颗粒可任选与粘结剂(binder)和/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此适当地粘结在一起。合适的粘结剂包括樟脑、硬脂酸和其它皂质脂肪酸、聚乙二醇(Carbowax)(联合碳化物公司)、甘酞树脂(Glyptal)(美国通用电气公司)、萘、植物蜡以及微晶蜡(精制石蜡)、聚合物粘结剂(例如聚乙烯醇、聚(乙基-2-唑啉)等)。粘结剂可在溶剂中溶解和分散。溶剂实例包括水、醇等。使用粘结剂和/或润滑剂时，其百分含量大约为总重量的0. 1%-8%。但是， 应该理解的是，本发明并不一定需要使用粘结剂和润滑剂。得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模压紧。例如，压模可为采用单模具和一个或多个模冲的单站压模。或者，还可采用仅使用单模具和单个下模冲的砧型压模。单站压模有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、 对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。如果需要的话，在压制后，可在某一温度(例如，大约150°C -50(TC)、真空条件下对颗粒加热几分钟，脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，如Bishop等人的专利号为6，197，252的美国专利所述，也可以采用将颗粒与水溶液接触来脱除粘结剂/润滑剂，此专利以全文的方式引入本专利中作为参考。压制阳极体的厚度相对较薄，例如大约等于或小于4mm，在一些实施例中，大约为 0. 05-2mm，在一些实施例中，大约为0. l_lmm。也可以选择阳极体的形状，以改善电容器的电气性能。例如，阳极体可以为弯曲形状、正弦曲线形状、长方形、U形、V形等。阳极体还可以为“槽”形，槽内包括一个或多个沟槽、凹槽、低洼或者凹陷，以增加表面积-体积比，最小化 ESR并延长电容的频率响应。例如，此种“槽形”阳极在ffelAer等人的美国专利6，191，936 和Bourgault等人的美国专利3，345，545及Hahn等人的美国专利申请No. 2005/0270725 中均有所描述。以上专利以全文的方式引入到本专利中作为参考。如果需要的话，还可将一阳极引线与阳极体连接。该阳极引线可以是线、片等形式，可以采用阀金属化合物如钽、铌、氧化铌等形成。引线的连接可以采用已知的技术完成， 如将引线焊接到阳极体上或在阳极体形成期间将引线嵌入到阳极体内。该阳极还涂覆一层介质层。介质可以这样形成对烧结的阳极进行阳极氧化(“阳极氧化”(anodizing))，在阳极上面和/或内部形成一层介质层。例如，钽(Ta)阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta205)。一般说来，阳极氧化首先是在阳极上涂覆一种溶液，例如将阳极浸到电解质中。通常采用溶剂，如水(如去离子水)。为了增强离子电导率，可以采用在溶剂中能够离解而形成离子的化合物。此类化合物的实例包括，例如，酸，如下文电解质一节所述。例如，酸(如磷酸)占阳极氧化溶液的含量可以大约为0.01wt%-5wt%，在一些实施例中大约为0. 05wt%-0. 8wt%，在一些实施例中大约为0. lwt%-0. 5wt%。若需要的话，也可以采用酸的混合物。使电流通过阳极氧化溶液，形成介质层。形成电压值决定介质层的厚度。例如，一开始以恒电流模式建立电源供应，直到达到需要的电压。然后，可将电源供应切换到恒电位模式，以确保在阳极整个表面形成需要的介质层厚度。当然，也可以采用人们熟悉的其它方法，如脉冲或阶跃恒电位法。阳极氧化发生时的电压一般大约为4-250V，在一些实施例中，大约为9-200V，在一些实施例中，大约为20-150V。在阳极氧化期间，阳极氧化溶液保持在较高温度，例如，大约30°C或更高，在一些实施例中，大约为40°C _200°C，在一些实施例中， 大约为50°C-10(TC。阳极氧化也可在室温或更低温度下进行。所得到的介质层可在阳极表面形成或在阳极孔内形成。
II.阴极
如上所述，固体电解质覆盖在通常作为电容器的阴极的介质上。固体电解质可以采用本领域已知的各种材料制造，如无机材料(如二氧化锰)或有机材料(如导电聚合物、7，7’， 8，8’ -四氰代二甲基苯醌(“TCNQ”)络合物等)。在一个具体实施例中，采用一种导电聚合物作为固体电解质。一般说来，此类导电聚合物是η-共轭的，并在氧化或还原后具有本征导电性，例如，氧化后电导率至少大约为IPS· cm—1。此类π-共轭的导电聚合物的实例包括， 例如，聚杂环类(例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺)、聚乙炔、聚-对苯撑、聚苯酚盐等。尤其适合的导电聚合物是具有下述通式结构的取代聚噻吩
式中
T是0或S ；
D是任选C1-C5烯烃取代基(例如，亚甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等)； R7是线性或支链的任选C1-C18烷基取代基(例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、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i^一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等)；任选C5-C12环烷基取代基(如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等)；任选C6-C14芳基取代基(如苯基、萘基等)；任选C7-C18芳烷基取代基(如苄基，邻、间、 对-甲苯基、2，3-,2, 4-,2, 5-,2, 6、3，4-,3, 5- 二甲苯基、三甲苯基等)；任选C1-C4羟烷基取代基或羟基取代基；及
q是0-8的整数，在一些实施例中，是0-2的整数，在一些实施例中，是0 ；及 η是2-5000，在一些实施例中，是4-2000，在一些实施例中，是5-1000。“D”或“R/，的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤基、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、 砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸酯、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。 尤其适合的噻吩聚合物是“D”为任选取代C2-C3烯烃取代基的噻吩聚合物。例如， 聚合物可为具有下述通式结构的任选取代聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)
A ,肝
权利要求
1.一种固体电解电容器元件，包括 包含阀金属组合物的阳极体； 覆盖在阳极体上的介质层；覆盖在介质层上的固体电解质；及包括光反射层和应力散失层的多层防护涂层，其中所述光反射层覆盖在固体电解质上，应力散失层覆盖在光反射层上，其中光反射层包含很多非金属反射颗粒，应力散失层包括很多金属颗粒。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述颗粒的折光率大约为1.7或更高。
3.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述颗粒包括无机颗粒。
4.根据权利要求3所述的固体电解电容器元件，其中所述无机颗粒包括二氧化钛。
5.根据权利要求4所述的固体电解电容器元件，其中所述二氧化钛是金红石型二氧化钛、锐钛型二氧化钛或两者的混合物。
6.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述反射颗粒的平均粒径大约为 0. 1-1 μ m。
7.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述反射颗粒大约占光反射层的 80wt%-100wt%o
8.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述光反射层的厚度大约为 20-80mm。
9.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述应力散失层的厚度大约为 1-100 μ m。
10.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述金属颗粒包括银。
11.根据权利要求10所述的固体电解电容器元件，其中所述金属颗粒的平均粒径大约为 0.1-50 μ m。
12.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，还包括一位于固体电解质和多层防护涂层之间的外部涂层，其中所述外部涂层包括覆盖在固体电解质上的碳层和覆盖在碳层上的金属层。
13.根据权利要求12所述的固体电解电容器元件，其中所述金属层包括银颗粒。
14.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述电容器元件包括前表面、后表面，以及至少一个在前表面和后面表之间扩展的侧表面。
15.根据权利要求14所述的固体电解电容器元件，其中所述防护涂层涂覆在侧表面上。
16.根据权利要求15所述的固体电解电容器元件，其中所述防护涂层基本上覆盖整个侧表面。
17.根据权利要求15所述的固体电解电容器元件，其中所述防护涂层仅覆盖侧表面的一部分。
18.根据权利要求14所述的固体电解电容器元件，其中在电容器元件的前表面还另外涂覆光反射层。
19.根据权利要求14所述的固体电解电容器元件，其中在电容器元件的后表面还另外涂覆应力散失层。
20.根据权利要求14所述的固体电解电容器元件，其中阳极引线从电容器元件的前表面引出。
21.根据权利要求20所述的固体电解电容器元件，其中所述阳极端子激光焊接到阳极引线上。
22.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述阀金属组合物包括钽、铌或两者的导电氧化物。
23.根据权利要求1所述的固体电解电容器元件，其中所述固体电解质包含一种导电聚合物。
24.根据权利要求23所述的固体电解电容器元件，其中所述导电聚合物是取代聚噻吩。
25.根据权利要求M所述的固体电解电容器元件，其中所述取代聚噻吩是聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)。
26.根据权利要求23所述的固体电解电容器元件，其中所述固体电解质是由预聚合的导电聚合物颗粒分散体形成。
27.根据权利要求沈所述的固体电解电容器元件，其中所述固体电解质还包括一种反1 子。
28.根据权利要求沈所述的固体电解电容器元件，其中所述导电聚合物颗粒与介质接触。
29.一种固体电解电容器元件，包括包含阀金属组合物的阳极体，其中所述阀金属组合物包括钽、铌或两者的导电氧化物；覆盖在阳极体上的介质层；覆盖在介质层上的固体电解质，其中所述固体电解质包括取代聚噻吩；及包括光反射层和应力散失层的多层防护涂层，其中所述光反射层覆盖在固体电解质上，应力散失层覆盖在光反射层上，其中光反射层包含很多无机氧化物颗粒，应力散失层包括很多金属颗粒。
30.根据权利要求四所述的固体电解电容器元件，其中所述取代聚噻吩是聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)。
31.根据权利要求四所述的固体电解电容器元件，其中所述固体电解质是由预聚合的取代聚噻吩颗粒分散体形成。
32.根据权利要求四所述的固体电解电容器元件，其中所述无机氧化物颗粒包括二氧化钛。
33.根据权利要求四所述的固体电解电容器元件，其中所述金属颗粒是银颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种能够耐激光焊接且电气性能未显著下降的固体电解电容器元件，包括阳极体、介质层和固体电解质。为防止在电容器生产期间损坏固体电解质，本发明采用一种至少覆盖部分固体电解质的多层防护涂层。更具体地说，防护涂层包括覆盖固体电解质的光反射层和覆盖光反射层的应力散失层。光反射层可以帮助反射，例如，激光焊接时不经意间朝电容器射过来的任何光，减少固体电解质和激光的接触，最大程度地减少因碳化导致的电解质缺陷。同样，应力散失层可以帮助耗散电容器承受的应力(如封装期间、回流期间等)，从而不会损坏固体电解质。应力散失层实际上是相对多孔的，这样电容器中的湿气可以逸出，消除会传递到固体电解质的压力。
文档编号H01G9/025GK102543442SQ201110327378
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年11月12日
发明者J·彼得日莱克, L·维尔克 申请人:Avx公司