专利名称：机械稳定性经改进的固体电解电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体点解电容器，特别是一种机械稳定性经改进的固体电解电容器。
背景技术：
固体电解电容器(如钽电容器)对电子电 路的微型化做出了重要贡献，并且使这种电路可以在极端环境中使用。许多常规的固体电解电容器采用可以表面安装到印刷电路板上的端子(termination)形成。例如，阳极端子，其可包含向上朝电容器弯曲并焊接到阳极引出线上的部分。阴极端子同样可包含一用于接收电容器元件底面的平坦部分。然而，这种常规固体电解电容器的一个问题是有时候除气会导致成型材料内部出现裂纹，引发机械稳定性问题以及导致阴极端子与电容器元件出现部分剥离。因此，需要一种改进的固体电解电容器组件。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了一种电容器，其包含固体电解电容器元件、阳极端子、阴极端子和成型材料。固体电解电容器元件限定了上表面、下表面、前表面和后表面，并且包含阳极、覆盖阳极的介电层和覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，其中阳极引线与阳极电连接。阳极端子与阳极引线电连接。阴极端子与阴极电连接，并且包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，及通常与电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过折叠区互相连接，这样，第一平面部分置于第二平面部分的垂直上方。成型材料封装电容器元件，并且使至少一部分阳极端子和至少一部分阴极端子的第二平面部分暴露。在本发明的另一个实施例中，公开了一种由电容器元件和引线框形成电容器的方法。所述引线框包含阳极段(section)和阴极段，阳极段包含基座(base)和从基座延伸的翼片(tab)，阴极段包含基座和翼片，其中阴极段的基座具有第一区和第二区，以及其中阴极段的翼片从基座的第二区延伸。所述方法包括将阳极段的翼片向上弯曲以形成直立的阳极端子部分；将阴极段的翼片朝上弯曲以形成直立的阴极端子部分；将阴极段基座的第一区沿第一折叠轴向上弯曲并沿第二折叠轴向下弯曲，以形成第一平面阴极端子部分，所述第一平面阴极端子部分通过折叠区与第二平面阴极端子部分互相连接，折叠区限定于第一和第二折叠轴之间；将电容器元件放到引线框上；将电容器元件的阳极引线与直立的阳极端子部分电连接；将直立的阴极端子部分、第一平面阴极端子部分、第二平面阴极端子部分或它们的组合与电容器元件电连接；采用成型材料封装电容器元件，使阴极端子第二平面部分的一部分保持暴露。本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。
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方式，将在说明书的其余部分(包括参考附图)更具体地给出，其中
图I是本发明电解电容器的一个实施例的透视 图2是本发明电解电容器的一个实施例的横截面图；以及 图3是可在本发明一个实施例中采用的引线框的顶视图。说明书和附图中重复使用的附图标记意图表示本发明相同或相似的元件特征。
具体实施例方式本领域技术人员将理解，本讨论仅作为示范性 的实施例，并不是对本发明更广阔方面的限制。一般说来，本发明涉及一种包含固体电解电容器元件的电容器，所述固体电解电容器包含阳极、电介质和阴极，其含有固体电解质。阳极引线从阳极引出，并与阳极端子电连接。同样，阴极端子与阴极电连接。阴极端子包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常与电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过折叠区互相连接，使得第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料封装电容器元件后，第二平面部分保持暴露，用于与电气部件的后续连接。然而，由于位于较高的垂直位置，第一平面部分可基本上被成型材料封装。此外，阴极端子的直立部分也完全被成型材料封装。通过用成型材料封装阴极端子的平面部分和直立部分，本发明人发现，即使部分成型材料开裂，剥离的可能性也能得到降低。这改善了机械稳定性和电气性能。参考图1-2，图中显示了电容器30的一个实施例，电容器30包含与电容器元件33电连接的阳极端子62和阴极端子72，电容器元件33具有上表面37、下表面39、前表面36、后表面38、侧表面31及与其相对的侧表面(未显示)。虽然并未具体显示，但是，电容器元件33包含阳极、电介质和固体电解质。阳极可用阀金属组合物形成，所述阀金属组合物具有较高的荷质比，如大约5,000 MF*V/g或以上，在一些实施例中，大约25,000 MF*V/g或以上，在一些实施例中，大约40，000 MF*V/g或以上，以及在一些实施例中，大约70，000至大约200, 000 mF*V/g或以上。阀金属组合物包含阀金属(即，能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、银、招、铪、钛、它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可包含导电的铌氧化物，如铌/氧原子比为I: I. 0 土 I. 0的铌氧化物，在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1. 0 土 0.3，在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1.0 土 0.1，以及在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1. 0 土 0.05。例如，铌的氧化物可以是他0。.7、他01(|、NbOu和他02。在优选的实施例中，组合物包含NbOu，其为导电的铌氧化物，即使在高温烧结后仍能保持化学稳定。这类阀金属氧化物的实例在Fife的美国专利6，322，912、Fife等人的美国专利6，391，275、Fife等人的美国专利6，416，730、Fife的美国专利6，527，937、Kimmel等人的美国专利6，576，099、Fife等人的美国专利6，592，740和Kimmel等人的美国专利6，639，787,及Kimmel等人的美国专利7，220, 397，以及Schnitter的美国专利申请公布2005/0019581、Schnitter等人的美国专利申请公布2005/0103638、Thomas等人的美国专利申请公布2005/0013765中被描述，以上专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。通常可以采用常规的制造程序来形成阳极。在一个实施例中，首先选择具有一定粒径的氧化钽或氧化铌粉末。例如，颗粒可以是片状、角状、节状及它们的混合物或者变体。颗粒的筛分粒度分布通常为至少大约60目，在一些实施例中为大约60目到大约325目，以及在一些实施例中为大约100目到大约200目。此外，比表面积为大约0. I至大约10.0 m2/g，在一些实施例中，为大约0. 5至大约5. 0 m2/g,以及在一些实施例中，为大约I. 0至大约2. 0 m2/g。术语“比表面积”是指按照 Journal of American Chemical Society (《美国化学会志》)1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、Emmet和Teller发表的物理气体吸附(B.E.T.)法确定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积(或者斯科特)密度通常为大约0. I至大约5. 0 g/cm3,在一些实施例中为大约0. 2至大约4. 0 g/cm3,以及在一些实施例中为大约0. 5至约3. 0 g/cm3。为了便于构造阳极，可在导电颗粒中 加入其它组分。例如，导电颗粒可任选与粘结剂和/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时颗粒彼此充分地粘附在一起。合适的粘结剂可包括樟脑、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)(通用电气公司)、聚乙烯醇、萘、植物蜡以及微晶蜡(精制石蜡)。粘结剂可在溶剂中溶解和分散。示范性溶剂可包括水、醇等。使用时，粘结剂和/或润滑剂的百分比可在总质量的大约0. 1%至大约8%重量之间变化。然而，应该理解的是，本发明并不要求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机压紧。例如，压模机可为采用一模具和一个或多个模冲的单站压模机。或者，可采用仅使用一模具和单下模冲的砧型压模机。单站压模机有几种基本类型，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。粉末可在阳极引线(如钽线)周围压实。或者，应该进一步理解的是，在压制和/或烧结阳极体后，阳极引线可与阳极体连接(如焊接)。在压制后，可在一定温度(例如，大约150°C至大约50(TC)、真空条件下对丸粒(pellet)加热几分钟，脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，也可将丸粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利6，197，252所描述，该专利对于所有目的以其整体结合到本文中。然后，将丸粒烧结以形成多孔的整块物质。例如，在一个实施例中，将丸粒在真空条件下或惰性气氛中在温度大约1200°C至大约2000°C进行烧结，以及在一些实施例中，在温度大约1500°C至大约1800°C进行烧结。烧结后，由于丸粒之间连接增多，颗粒收缩。除上面所描述的技术外，根据本发明，还可以采用任何其它构造阳极体的技术，例如GalvaRni的美国专利4，085, 435 Sturmer等人的美国专利 4，945，452 Galvagni 的美国专利 5，198，968 Salisbury 的美国专利 5，357，399 ；Galvagni等人的美国专利5，394，295 KuIkarni的美国专利5，495，386 :以及Fife的美国专利6，322，912中所描述的技术，以上专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。虽然并不要求，但是，可以选择阳极的厚度以改善电容器的电气性能。例如，阳极的厚度为大约4 mm或以下,在一些实施例中，为大约0. 05 mm至大约2 mm,以及在一些实施例中，为大约0.1 mm至大约I mm。也可以选择阳极的形状，以改善所得电容器的电气性质。例如，阳极可以是弧形、正弦曲线形、矩形、U形、V形等形状。阳极还可以具有“槽”形，其包含一个或多个沟槽、凹槽、凹陷或者缺口( identation),以增加表面积/体积比，最小化ESR并延长电容的频率响应。这类“槽”阳极描沭于例如Webber等人的美国专利6, 191,936 ；Maeda等人的美国专利5，949, 639 ;和Bourgault等人的美国专利3，345, 545,以及Hahn等人的美国专利申请公开2005/0270725中，所有这些专利对于所有目的以其整体结合到本文中。阳极引线16 (例如，线、片等)也与阳极电连接。引线16通常由任何导电材料制成，所述导电材料例如钽、铌、镍、铝、铪、钛等，以及它们的氧化物和/或氮化物。正如本领域所知的那样，引线16的连接方式可以有所不同，例如采用电阻或激光焊接来耦合引线、在形成期间(例如，在烧结前)将引线埋入阳极体内等。例如，在所示实施例中，引线16的形式是从电容器元件33的前表面3 6延伸出的埋入线。一旦构造好，阳极即可进行阳极氧化，以在阳极上面和/或内部形成介电层。阳极氧化是电化学过程，通过阳极氧化，阳极被氧化以形成介电常数较高的材料。例如，氧化铌(NbO)阳极可经阳极氧化以形成五氧化二铌(Nb2O5)15 —般说来，阳极氧化的进行首先是在阳极上涂覆电解质，例如将阳极浸入电解质中。电解质的形式通常为液体，如溶液(例如水溶液或非水溶液)、分散体、熔体等。电解质中通常使用溶剂，如水(如去离子水);醚类(如二乙醚和四氢呋喃)；醇类(如甲醇、乙醇、正丙醇(n-propanol)、异丙醇和丁醇)；甘油三酯；酮类(例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)；酯类(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);酰胺类(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);腈类(如乙腈、丙腈、丁腈和苄腈);亚砜或砜(例如，二甲亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。溶剂可占电解质的大约50 wt. %至约99. 9 wt. %,在一些实施例中占大约75 wt. %至大约99 wt. %,以及在一些实施例中占大约80 wt. %至大约95 wt. %。虽然并非必须要求这样，但是，为了获得想要的氧化物，通常需要使用水溶剂(例如水)。实际上，水可占电解质中所用溶剂的大约50 wt. %或以上，在一些实施例中，占大约70 wt%*以上，以及在一些实施例中占大约90 wt%至100 wt%。电解质是离子电导的，并且在温度25°C下测定的离子电导率是大约I毫西门子/厘米(“mS/cm”)或以上，在一些实施例中，为大约30 mS/cm或以上，以及在一些实施例中，为大约40 mS/cm至大约100 mS/cm。为了提高电解质的离子电导率,可以采用能够在溶剂中离解以形成离子的化合物。用于此目的的合适的离子化合物包括例如，酸，如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多聚磷酸、硼酸、有机硼酸(boronic acid)等；有机酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、没食子酸、酒石酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡萄糖酸、乳酸、天门冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、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、对苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸、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，马来酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸共聚物)、角叉菜胶酸(carageenic acid)、羧甲基纤维素、海藻酸等。选择离子化合物的浓度以获得想要的离子电导率。例如，酸(如磷酸)可占电解质的大约0.01 wt.%至大约5 wt. %，在一些实施例中占大约0. 05 wt. %至大约0. 8 wt. %,以及在一些实施例中占大约0. I wt. %至大约0. 5 wt. %。如果需要，电解质中还可以采用离子化合物的共混物。电流通过电解质，形成介电层。电压值控制介电层的厚度。例如，一开始电源可以以恒电流模式启动，直到达到要求的电压。然后，可将电源切换到恒电势模式，以确保在阳极表面形成要求的介电厚度。当然，也可以采用其它已知的方法，如脉冲或阶跃恒电势法(step potentiostatic method)。电压通常为大约4V至大约200 V,以及在一些实施例中，为大约9 V至大约100 V。在阳极氧化期间，电解质可保持在经提高的温度，如大约30°C或以上，在一些实施例中，大约40°C至大约200°C，以及在一些实施例中，大约50°C至大约100°C。阳极氧化还可在环境温度或更低温度下进行。所得到的介电层可在阳极表面及其孔内形成。一旦形成了介电层，可任选涂覆保护涂层，例如由相对绝缘的树脂材料(天然树脂或合成树脂)制成的保护涂层。此类材料的电阻率大于约10 W/cm，在一些实施例中，大于约100 W/cm，在一些实施例中，大于约1,000 W/cm，在一些实施例中，大于约IXlO5 ff/cm,以及在一些实施例中，大于约IXIOki W/cm。本发明可以采用的某些树脂材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸的酯(如甘油酯)等。例如，合适的脂肪酸酯包括但不限于月桂酸酯、肉豆蘧酸酯、棕 榈酸酯、硬脂酸酯、桐酸酯、油酸酯、亚油酸酯、亚麻酸酯、油桐酸酯、虫胶酸酯等。人们发现，这些脂肪酸酯用在相对复杂的组合中以形成“干性油(drying oil)”时特别有用，其能够使得到的膜快速聚合形成稳定的层。这类干性油可包括甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它们的甘油骨架分别有一个、两个和三个被酯化的脂肪酰基。例如，可以使用的某些合适的干性油包括但不限于橄榄油、亚麻子油、蓖麻油、桐油、豆油和虫胶。各种保护性涂层材料在Fife等人的美国专利6，674，635中有更详细的说明，其对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。然后，经阳极氧化的部件经历一用于形成包含固体电解质(如二氧化锰、导电聚合物等)的阴极的步骤。例如，二氧化锰固体电解质可通过硝酸锰(Mn (NO3)2)热解形成。这类技术在例如Sturmer等人的美国专利4，945，452中进行了描述，该专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。还可以采用导电聚合物涂层，所述涂层包含一种或多种聚杂环类(如聚吡咯；聚噻吩、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDT);聚苯胺)；聚乙炔；聚对苯撑(poly-p-phenylenes);聚苯酚；及它们的衍生物。导电聚合物涂层还可以由多层导电聚合物层形成。例如，在一个实施例中，导电聚合物阴极可包含由PEDT形成的一层及由聚吡咯形成的另一层。可以采用各种方法将导电聚合物涂覆到阳极部件上。例如，可以采用常规的技术形成导电聚合物涂层，所述常规的技术例如电聚合、丝网印刷、浸溃、电泳涂覆和喷涂法。在一个具体实施例中，导电涂层含有JI-共轭且具有内在电导率(例如电导率为至少大约I叱^nT1)的取代聚噻吩。取代聚噻吩可具有通式(I)、通式(II)的重复单元或具有通式(I)和通式(II)两者的重复单元
权利要求
1.一种电容器,其包含 固体电解电容器元件，其限定了上表面、下表面、前表面和后表面，其中所述电容器元件包含阳极、覆盖所述阳极的介电层、覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，以及阳极引线，所述阳极引线与沿纵向延伸的所述阳极电连接； 与所述阳极引线电连接的阳极端子；及 与所述阴极电连接的阴极端子，其包含通常与所述电容器元件下表面垂直的直立部分和通常与所述电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过折叠区互相连接，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，其封装所述电容器元件，并使至少部分所述阳极端子及至少部分所述阴极端子的第二平面部分暴露。
2.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第一平面部分和第二平面部分与所述电容器元件的下表面相邻。
3.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第一平面部分与所述电容器元件直接接触。
4.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第一平面部分采用导电粘合剂或绝缘材料附着到所述电容器上。
5.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第二平面部分不附着到所述电容器元件上。
6.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第二平面部分采用导电粘合剂或绝缘材料附着到所述电容器上。
7.根据权利要求I所述的电容器，其中所述折叠区相对于所述纵向以大约10°至大约50°的角度定向。
8.根据权利要求I所述的电容器，其中所述阴极端子的直立部分与所述电容器元件的后表面相邻。
9.根据权利要求I所述的电容器，其中所述第一平面部分被成型材料完全封装。
10.根据权利要求I所述的电容器，其中所述阴极端子的直立部分被所述成型材料完全封装。
11.根据权利要求I所述的电容器，其中所述阳极端子包含通常与所述电容器元件下表面垂直的直立部分和通常与所述电容器元件下表面平行的平面部分。
12.根据权利要求11所述的电容器，其中所述阳极引线与所述阳极端子的直立部分电连接。
13.根据权利要求12所述的电容器，其中绝缘材料置于所述电容器元件和所述阳极端子平面部分之间。
14.根据权利要求12所述的电容器，其中所述阳极端子的直立部分限定了用于接收所述阳极引线的槽。
15.根据权利要求I所述的电容器，其中所述阳极包括钽、铌或它们的导电氧化物。
16.根据权利要求I所述的电容器，其中所述固体电解质包括导电聚合物。
17.根据权利要求16所述的电容器，其中所述导电聚合物是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
18.一种由电容器元件和引线框形成电容器的方法，其中所述电容器元件包含阳极、覆盖所述阳极的介电层、覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，以及阳极引线，所述阳极引线与沿纵向延伸的所述阳极电连接，以及其中所述引线框包含阳极段和阴极段，所述阳极段包含基座和从基座延伸的翼片，而所述阴极段包含基座和翼片，其中所述阴极段的基座具有第一区和第二区，以及其中所述阴极段的翼片从所述基座的第二区延伸，其中所述方法包括 将所述阳极段的翼片向上弯曲以形成直立的阳极端子部分； 将所述阴极段的翼片向上弯曲以形成直立的阴极端子部分； 将所述阴极段的基座的第一区沿第一折叠轴向上弯曲并沿第二折叠轴向下弯曲，以形成第一平面阴极端子部分，所述第一平面阴极端子部分通过折叠区与第二平面阴极端子部分互相连接，所述折叠区限定于所述第一折叠轴和第二折叠轴之间； 将所述电容器元件放在所述引线框上； 将所述电容器元件的阳极引线与直立的阳极端子部分电连接； 将所述直立的阴极端子部分、所述第一平面阴极端子部分、所述第二平面阴极端子或它们的组合与所述电容器元件电连接；以及 用成型材料封装所述电容器元件，使部分所述阴极端子的第二平面部分保持暴露。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一平面阴极端子部分置于所述第二平面阴极端子部分的垂直上方。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述电容器元件的下表面与所述引线框的阴极段相邻。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述折叠区相对于所述纵向以大约10°至大约50°的角度定向。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一平面阴极端子部分被所述成型材料完全封装。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述直立的阴极端子部分被所述成型材料完全封装。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二平面阴极端子部分保持未折叠。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述阳极段的基座构成平面阳极端子部分。
26.根据权利要求18所述的方法，其中所述直立的阳极端子部分限定了用于接收所述阳极引线的槽。
全文摘要
本发明提供了一种包含固体电解电容器元件的电容器，所述固体电解电容器元件包含阳极、电介质和的阴极，其含有固体电解质。阳极引线从阳极延伸，并与阳极端子电连接。同样，阴极端子与阴极电连接。阴极端子包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常与电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过折叠区互相连接，使第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料将电容器元件封装后，第二平面部分保持暴露，用于与电气部件的后续连接。然而，由于其垂直位置较高，第一平面部分可被成型材料完全封装。此外，阴极端子的直立部分也基本被成型材料封装。本发明人发现，通过采用成型材料封装阴极端子的平面部分和直立部分，即使在部分成型材料开裂时，剥离的可能性也能得到降低。这改善了机械稳定性和电气性能。
文档编号H01G9/048GK102683026SQ20121005227
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年3月11日
发明者S·策德尼克 申请人:Avx公司