专利名称：固体电解电容器的外壳结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在极端条件下稳定的电容器组件。更具体地说，所述组件包括位于外壳内部空腔内的电容器兀件。
背景技术：
由于电解电容器(如钽电容器)体积效率、可靠性和エ艺兼容性，其在电路设计中的应用日益增长。例如，已经开发的ー类电容器是固体电解电容器，包括阳极(如钽)、在阳极上形成的介质氧化物膜(如五氧化ニ钽(Ta2O5)).固体电解质层及阴扱。固体电解质层可由导电聚合物形成，如Sakata等人的美国专利US5, 457，862>Sakata等人的美国专利US 5，473，503、Sakata等人的美国专利US5, 729，428及Kudoh等人的美国专利US 5，812，367中所述。然而，遗憾的是，由于此类固体电解质在高温时存在从掺杂状态向不掺杂状态转变的倾向或从不掺杂状态向掺杂状态转变的倾向，其高温稳定性较差。为了解决这些问题和其它问题，人们已经开发了密封的电容器，以限制使用期间氧气与导电聚合物接触。例如，Rawal等人的美国专利公开US 2009/0244812描述了ー种电容器组件，包括导电聚合物电容器，所述电容器封闭和密封在含惰性气体的陶瓷外壳内。所述外壳包括焊接到基础结构侧壁上的盖子。据Rawal等人所述，陶瓷外壳限制供应给导电聚合物的氧气量和水分量，因此，降低了在高温环境中氧化的可能性，从而提高了电容器组件的热稳定性。然而，不管实现的好处如何，问题却依然存在。例如，盖子与侧壁的焊接存在问题，导致密封不完全，从而会透进少量水分与/或氧气。虽然，并非在所有情况下这都是ー个问题，但是，在高温(如大约超过175°C )和高压(如大约超过35V)极端条件下，密封不完全尤其会出现问题。因此，目前需要ー种密封性得到改善的外壳结构。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了ー种包括外壳的电容器组件。所述外壳包括沿侧向延伸的基板和覆盖在基板上的盖子，基板和盖子之间定义了一内部空腔。所述盖子包含一外壁及ー从外壁向基板沿纵向延伸的侧壁。盖子从侧壁与纵向呈一定角度延伸，并密封所述基板。盖子有超出侧壁外围的围边。电容器元件位于内部空腔内，并与外壳基板连接。电容器元件包括由阳极氧化的烧结多孔体形成的阳极及覆盖在所述阳极上的固体电解质。所述组件还包括与阳极体电连接的阳极端子及与固体电解质电连接的阴极端子。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例，结合附图和附图标记在具体实施方式
中作进ー步描述，在附图中，同一附图标记表示相同或者相似部件。
如下
图I是本发明电容器组件的一个实施例的剖视图；图2是图I盖子侧壁的分解剖视图；图3是本发明电容器组件另一个实施例的剖视图。
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，保护范围在示范性结构中得到体现。一般说来，本发明涉及一种在极端条件下稳定的电容器组件。更具体地说，所述组件包括位于外壳内部空腔内的电容器兀件。所述外壳包括与电容器兀件连接的基板。所述 外壳还包括盖子，所述盖子包含一外壁，从外壁延伸ー侧壁。盖子从密封基板的侧壁延伸。盖子有超出侧壁外围的围边。在某些情况下，盖子的围边还与基板的边缘共平面。采用这种盖子能够使部件之间连接更稳定，改善电容器组件的密封效果和机械稳定性，从而使其能够在极端条件下更好地工作。下面将更为详细地说明本发明的各种实施例。
_4] I.电容器元件对于高压应用来说，通常希望电容器元件的阳极是由比电荷相对较低的粉末形成，例如，大约低于70，000微法拉*伏特/克(“ U F*V/g”)，在一些实施例中为大约2，000 u F*V/g-大约 65，000 u F*V/g，在一些实施例中为大约 5，000-大约 50，000 u F*V/g。当然，虽然有时候希望采用比电荷低的粉末，但是，这并不意味着要求采用。也就是说，粉末也可以具有相对较高的大约70，000微法拉*伏特/克(“ U F*V/g”)或更高的比电荷，在一些实施例中，大约是80，000 u F*V/g或更高，在一些实施例中，是大约90，000 u F*V/g或更高，在一些实施例中，是大约100，000 u F*V/g或更高，在一些实施例中，是大约120，000至大约 250，OOOu F*V/go所述粉末可能包含ー种阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及其各自的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可能包含ー种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为I : I. 0±1. 0的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为I : I. 0±0. 3，在一些实施例中，铌氧原子比为I : I. 0±0. 1，在一些实施例中，铌氧原子比为I 1.0±0.05。例如，铌的氧化物可能是NbOa^NbO1.^NbO1-JPNbO2tj这种阀金属氧化物的实例在Fife的美国专利专利US 6,322,912、Fife等人的美国专利US 6，391，275、El包等人的美国专利US 6，416，730、Ei包的美国专利US 6,527,937、Kimmel等人的美国专利US 6，576，099、Ei包等人的美国专利US 6. 592. 740、Kimmel等人的美国专利US6，639，787、Kimmel等人的美国专利US 7，220, 397，及Schnitter公开的美国专利申请US2005/0019581、. Schnitter等人公开的美国专利申请US 2005/0103638及Thomas等人公开的美国专利申请US 2005/0013765中均有所描述，以上专利以全文的形式引入到本专利中。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，在一些实施例中为大约60目到大约325目，一些实施例中为大约100目到大约200目。此外，比表面积大约是0. I-大约10. 0m2/g，在一些实施例中，是大约0. 5-大约5. 0m2/g,在一些实施例中，大约是I. 0-大约2. 0m2/g。术语“比表面积”是指按照《美国化学会志》(Journal of 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. E. T.)测定的表面积,吸附气体为氮气。同样，体积(或者斯科特)密度一般为大约O. I-大约5. Og/cm3，在一些实施例中为大约O. 2-大约4. Og/cm3, 一些实施例中为大约O. 5-大约3. Og/cm3。在粉末中还可加入其它组分，以促进阳极体的形成。例如，可采用粘结剂与/或润滑剂，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、硬脂酸和其它阜质脂肪酸、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)、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。溶剂实例包括水、醇等。使用粘结剂和/或润滑剂时，其百分含量是总重量的大约O. 1% -大约8%。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压紧。例如，压模可为采用单模具和一个或多个模冲的一站式压力机。或者，还可采用仅使用单模具和单下模冲的砧型压模。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。压制后，所得阳极体可以切割为任何要求的形状，如正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形、八边形、七边形、五边形等。所述阳极体还可以具有“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，最大程度地降低ESR并延长电容的频率响应。然后，阳极体将经历一个加热步骤，脱除其中大部分粘结剂/润滑剂，如果不是全部脱除的话。例如，阳极体一般采用温度大约150°C-500°C的烘箱加热。或者，也可将颗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US 6，197，252所述。阳极体一旦形成后，即进行烧结。烧结温度、气氛和时间取决于多种因素，如阳极类型、阳极尺寸等。一般来说，烧结在大约800°C -大约1900°C条件下进行，在一些实施例中，在大约1000°C -大约1500°C，在一些实施例中，在大约1100°C -大约1400°C条件下进行，烧结时间为大约5分钟-大约100分钟,在一些实施例中，为大约30分钟-大约60分钟。如果要求的话，烧结可在限制氧原子转移到阳极的气氛中进行。例如，烧结可在还原性气氛中进行，如在真空、惰性气体、氢气中进行。还原性气氛的压力大约是10托至大约2000托，在一些实施例中，大约是100托至大约1000托，在一些实施例中，大约是100托至大约930托。也可以使用氢气和其它气体(如氩气或氮气)的混合物。阳极引线还可与阳极体连接，并从阳极体沿侧向引出。阳极引线可以是线状、片状等，可以采用阀金属化合物，如钽、铌、铌的氧化物等形成。所述引线的连接可采用任何已知的方法完成，例如将引线焊接到阳极体上或在形成期间(例如，在压紧与/或烧结之前)将引线嵌入阳极体内。该阳极还涂覆介质层。介质可以这样形成对烧结的阳极进行阳极氧化(“阳极氧化”)，在阳极上面与/或内部形成介质层。例如，钽(Ta)阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta2O5)。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能是大约0. OIwt % -大约5wt%，在一些实施例中是大约O. 05wt% -大约O. 8wt%,在一些实施例中是大约O. Iwt% -大约O. 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，直到达到要求的电压。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要求的介质层厚度。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是大约4-大约250V，在一些实施例中，是大约9-大约200V，在一些实施例中，是大约20-大约150V。在阳极氧化期间，阳极氧化溶液可保持在较高温度，如大约30°C或更高，在一些实施例中，大约40°C -大约200°C，在一些实施例中，大约50°C -大约100°C。阳极氧化还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。电容器元件还包含作为电容器阴极的固体电解质。例如，二氧化锰固体电解质可通过硝酸猛(Mn(NO3)2)热解形成。例如，这种热解方法在Sturmer等人的美国专利US4，945，452中进行了描述，该专利以全文的形式引入到本专利中。或者，固体电解质可由一层或多层导电聚合物层形成。这些层中的导电聚合物通常是η-共轭的，并在氧化或还原后具有导电性，例如，氧化后电导率至少约为lys.cnr1。此类η-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、聚苯胺等)；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结构通式的取代聚噻吩
cAT
其中，T 是 O 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、I-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、I-乙基丙基、1，I- 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羟烷基取代基或轻基取代基；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O ;及η是2-5，000，在一些实施例中，η是4-2，000，在一些实施例中，η是5-1，000 ;“D”或“R7”的取代基实例包括，例如，烧基、环烧基、芳基、芳烧基、烧氧基、齒素、酿、硫酿、_■硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧化物、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结构通式的任选取代聚(3，4_乙烯基二氧噻吩)
权利要求
1.ー种电容器组件,包括 外壳，包括沿侧向延伸的基板及覆盖在基板上的盖子，基板和盖子之间定义一内部空腔，其中所述盖子含外壁和从外壁朝基板沿纵向延伸的侧壁，其中一唇部从侧壁与纵向呈一定角度延伸并密封基板，所述唇部有一超出所述侧壁外围的围边； 位于内部空腔内并与外壳基板连接的电容器元件，所述电容器元件包括一由阳极氧化的烧结多孔体形成的阳极及覆盖在所述阳极上的固体电解质； 与所述阳极体电连接的阳极端子；及 与所述固体电解质电连接的阴极端子。
2.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述外壁定义盖子远端，所述唇部定义盖子的近端。
3.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述唇部围边通常与基板围边共平面。
4.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述唇部围边沿通常与基板侧向垂直的方向延伸。
5.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述侧壁沿通常与基板侧向垂直的方向延伸。
6.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述唇部沿通常与基板侧向平行的方向延伸。
7.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述侧壁和唇部之间的角度是大约80°至大约100。。
8.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述密封元件位于唇部和基板之间。
9.根据权利要求I所述的电容器组件，其中相对的侧壁从盖子外壁沿纵向向基板延イ申，其中唇部从每个侧壁相对纵向呈一定角度延伸并密封基板，每个唇部有一超出侧壁外围的围边。
10.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述内部空腔具有包含惰性气体的气氛。
11.根据权利要求10所述的电容器组件，其中所述电容器元件占据内部空腔的大约30vol*%或更多。
12.根据权利要求10所述的电容器组件，其中所述惰性气体占气体氛围的大约50wt%至 IOOwt %。
13.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述多孔体由钽的氧化物或铌的氧化物形成。
14.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述固体电解质包括导电聚合物。
15.根据权利要求14所述的电容器组件，其中所述导电聚合物是颗粒分散体的形式。
16.根据权利要求I所述的电容器组件，其中所述基板和盖子采用金属、塑料、陶瓷或它们的组合制造。
17.根据权利要求16所述的电容器组件，其中所述盖子由金属形成。
18.根据权利要求I所述的电容器组件，进ー步包括从阳极多孔体侧向延伸的引线，其中所述引线位于外壳的内部空腔内。
19.根据权利要求18所述的电容器组件，进ー步包括连接元件，所述连接元件包含通常与阳极引线侧向垂直并与阳极引线连接的第一部分。
20.根据权利要求19所述的电容器组件，其中所述连接元件进ー步包含通常与阳极引线延伸侧向平行的第二部分。
21.根据权利要求20所述的电容器组件，其中所述第二部分位于外壳内。
全文摘要
本发明提供了一种在极端条件下稳定的电容器组件。更具体地说，所述组件包括位于外壳内部空腔内的电容器元件。所述外壳包括与电容器元件连接的基板。所述外壳还包括一盖子，所述盖子包含一外壁，从外壁延伸一侧壁。侧壁端部由相对纵向呈一定角度延伸的唇部定义，并具有超出侧壁外围的围边。唇部密封基板。在某些情况下，盖子的围边还与基板的边共平面。采用这种盖子能够使部件之间连接更稳定，改善电容器组件的密封效果和机械稳定性，从而使其能够在极端条件下更好地工作。
文档编号H01G9/15GK102737855SQ20121009748
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月1日 优先权日2011年4月7日
发明者I·泽尼科娃, J·彼得日莱克, M·比乐, S·策德尼克 申请人:Avx公司