固体电解电容器的制作方法

1.本公开内容涉及一种固体电解电容器。


背景技术：

2.近年来，固体电解电容器广泛应用于各个领域，例如电子设备领域。日本未审查专利申请公开no.2004-7105公开了一种与噪声滤波器相关的技术，该噪声滤波器包括钽细线、围绕钽细线设置的电容形成部分和围绕电容形成部分设置的导体层。日本未审查专利申请公开no.2004-7105中公开的包括固体电解电容器的噪声滤波器具有三端子结构，其中，细钽线穿透电容形成部分。


技术实现要素：

3.近年来，随着电子设备的小型化，对固体电解电容器的小型化和薄型化提出了要求。日本未审查专利申请公开no.2004-7105中公开的包括固体电解电容器的噪声滤波器具有带有圆柱形结构的钽细线，即钽细线的截面形状为圆形，并且因此难以实现固体电解电容器的尺寸减小和厚度减小。
4.另一方面，通过将钽引出线制成扁平形状，即如果将其截面制成矩形，则能够减小固体电解电容器的尺寸和厚度。然而，当钽引出线具有矩形截面时，如果钽引出线的尺寸与电容器元件的尺寸之间的关系设置不当，则制造成品率可能会降低。
5.鉴于上述问题，本公开内容的目的在于提供一种固体电解电容器，其能够在减小固体电解电容器的尺寸和厚度的同时提高制造成品率。
6.根据本公开内容的一个示例方面的固体电解电容器包括钽引出线和电容器元件。电容器元件包括：阳极体，其由阀金属形成并覆盖钽引出线的中间部分的外围；介电层，其形成在阳极体的表面上；固体电解质层，其形成在介电层的表面上；以及阴极体，其形成在固体电解质层的表面上。钽引出线在穿透方向上穿透电容器元件，钽引出线和电容器元件的垂直于穿透方向的截面包括矩形形状，该截面的纵向方向在水平方向上延伸，并且wc/wd的值小于0.5，其中wc为钽引出线的垂直于穿透方向的截面的垂直长度，并且wd为电容器元件的垂直于穿透方向的截面的垂直长度。
7.根据本公开内容，能够提供一种固体电解电容器，其能够在减小固体电解电容器的尺寸和厚度的同时提高制造成品率。
8.本公开内容的上述和其他目的、特征和优点将从下文给出的详细描述和附图中得到更充分地理解，附图仅用于说明并因此不应被认为是对本公开的限制。
附图说明
9.图1是示出根据实施例的固体电解电容器的示例的侧视图；
10.图2是示出根据实施例的固体电解电容器的示例的俯视图；
11.图3是沿图1的切割线iii-iii截取的中心部分的局部截面视图；
12.图4是沿图2的切割线iv-iv截取的电容器元件的一部分的截面视图；
13.图5是示出wc/wd的值与失效率之间的关系的表；
14.图6是示出ya/pa的值与各频率下的阻抗之间的关系的表；
15.图7是示出wa/wb的值与各频率下的阻抗之间的关系的表；
16.图8是用于说明本公开内容的优点的示意图；
17.图9是用于说明本公开内容的优点的示意图；
18.图10是用于说明本公开内容的优点的示意图；
19.图11是示出根据实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图；
20.图12是示出根据实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图；
21.图13是示出根据实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图；
22.图14是示出根据实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图；
23.图15是示出根据实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图；
24.图16是用于说明制造根据实施例的固体电解电容器的示例的立体视图；以及
25.图17是用于说明制造根据实施例的固体电解电容器的示例的立体视图。
具体实施方式
26.下面将参考附图描述本公开内容的实施例。
27.图1和图2分别是示出根据本实施例的固体电解电容器的示例的侧视图和俯视图。如图1和图2所示，根据本实施例的固体电解电容器1包括电容器元件10和钽引出线11a和11b。在本说明书中，钽引出线11a和11b可以统称为钽引出线11。这同样适用于诸如阳极引线框架20a和20b之类的其他部件。
28.钽引出线11在穿透方向即x轴方向上穿透电容器元件10。钽引出线11a和11b(其是钽引出线11的从电容器元件10外露的部分)分别构成阳极引出线。钽引出线11a和11b(其是阳极引出线)分别连接到阳极引线框架20a和20b。
29.具体地，阳极引线框架20a和20b包括分别在水平方向(其是x轴方向)上延伸的基座部分21a和21b，以及分别从基座部分21a和21b在竖直方向(其是z轴方向)上竖立的竖立部分23a和23b。钽引出线11a和11b(即阳极引出线)分别连接到竖立部分23a和23b的顶部表面，由此将钽引出线11a和11b即阳极引出线分别电连接到阳极引线框架20a和20b。例如，钽引出线11a和11b(即阳极引出线)通过焊接分别连接到竖立部分23a和23b。基座部分21a和21b连接到基板(未示出)。
30.电容器元件10的阴极体15(参见图3)电连接到电容器元件10的下部表面侧(也即z轴方向上的负侧)上的阴极端子22。例如，阴极体15使用导电粘合剂连接到阴极端子22。阴极端子22连接到基板(未示出)。
31.如上所述，根据本实施例的固体电解电容器1具有三端子结构，在该结构中钽引出线11a和11b分别在两个位置处连接到阳极引线框架20a和20b，并且阴极体15(参见图3)在一个位置处连接到阴极端子22。
32.图3是用于说明电容器元件10的内部结构的截面视图，并且是沿图1的切割线iii-iii截取的中心部分的局部截面视图。如图3所示，电容器元件10包括阳极体12、介电层13、固体电解质层14和阴极体15。钽引出线11设置在电容器元件10的中心。
33.钽引出线11由金属钽(ta)形成。钽引出线11在yz平面中具有矩形截面(参见图4)，并且能够通过例如对具有圆柱形结构的钽引出线进行轧制来形成。
34.阳极体12覆盖钽引出线11的中间部分的外围，具体地，覆盖钽引出线的从电容器元件10外露的除钽引出线11a和11b以外的部分。阳极体12能够使用作为阀金属的钽(ta)来形成。钽引出线11和阳极体12可以一体地形成。
35.介电层13形成在阳极体12的表面上。例如，介电层13能够通过对阳极体12的表面进行阳极氧化来形成。例如，当阳极体12使用钽时，通过对阳极体12进行阳极氧化，能够在阳极体12的表面上形成钽氧化膜，即介电层13。例如，能够通过阳极氧化的电压来适当调整介电层13的厚度。
36.固体电解质层14形成在介电层13的表面上。例如，能够使用导电聚合物来形成固体电解质层14。为了形成固体电解质层14，例如，可以使用化学氧化聚合或电解聚合。替代地，可以通过用导电聚合物溶液涂覆或浸渍工件并干燥该工件来形成固体电解质层14。
37.固体电解质层14优选包括例如由包括吡咯、噻吩、苯胺及其衍生物中的至少一种的单体构成的聚合物。此外，优选包括磺酸基化合物作为掺杂剂。除了上述导电聚合物之外，固体电解质层14可以包括氧化物材料例如二氧化锰和氧化钌，以及有机半导体例如tcnq(7,7,8,8-四氰基醌二甲烷络盐)。
38.阴极体15形成在固体电解质层14的表面上。例如，阴极体15可以由形成在固体电解质层14的表面上的石墨层和形成在石墨层的表面上的银浆层来形成。阴极体15在电容器元件10的下表面侧(即z轴方向上的负侧)上使用导电性粘合剂来连接到阴极端子22。
39.图4是沿图2的切割线iv-iv截取的用于说明电容器元件10和钽引出线11的截面形状的截面视图。在图4中，未示出阴极端子22。在本实施例中，钽引出线11和电容元件10的垂直于穿透方向(即x轴方向)的截面(其是yz平面)具有矩形形状，其中纵向方向(y轴方向)在水平方向上延伸。
40.例如，钽引出线11的截面的垂直长度wc可以为0.05mm以上且0.6mm以下，并且其水平长度wa可以为0.2mm以上且3.3mm以下。此外，电容器元件10的截面的垂直长度wd可以为0.3mm以上且1.2mm以下，并且其水平长度wb可以为1.0mm以上且4.1mm以下。
41.此时，在根据本实施例的固体电解电容器1中，wc/wd的值设置为小于0.5，优选为0.3以下，并且更优选为0.1以上且0.3以下。
42.图5是示出wc/wd的值与失效率之间的关系的表。图5示出了当wc/wd的值为0.05、0.1、0.3、0.5时的插线失效率和颗粒裂纹失效率。此处，插线失效是指例如由于倾斜而导致的线的变形或线从电容器元件暴露。颗粒裂纹失效是指在颗粒成形过程中颗粒中发生裂纹的失效。失效率是已经发生失效的样本数量占样本总数量的比例(％)。图5示出了样本总数为1000时的结果。
43.如图5所示，当wc/wd的值为0.5时，插线失效率为0％，并且颗粒裂纹失效率为0.3％。当wc/wd的值为0.05时，插线失效率为4.2％，并且颗粒裂纹失效率为0％。当wc/wd的值为0.1和0.3时，插线失效率和颗粒裂纹失效率均为0％。因此，当wc/wd的值小于0.5、优选0.3以下、更优选0.1以上且0.3以下时，能够降低插线失效率和颗粒破裂失效率。
44.即，当wc/wd的值为0.5以上时，认为钽引出线11相对于电容器元件10即颗粒的厚度增加，从而增加了颗粒的开裂。此外，当wc/wd的值为0.05以下时，钽引出线11相对于电容
器元件10(即颗粒)的厚度减小，这被认为是导致插线失效的原因。
45.如上所述，在根据本实施例的固体电解电容器中，钽引出线为扁平形状，即其截面为矩形。因此，能够减小固体电解电容器的尺寸和厚度。此外，由于适当地设置了钽引出线的尺寸与电容器元件的尺寸之间的关系，具体地为wc与wd之间的关系，因此能够提高制造成品率。因此，根据本公开内容，能够提供一种固体电解电容器，其能够在减小固体电解电容器的尺寸和厚度的同时提高制造成品率。
46.在上述固体电解电容器中，钽引出线11的截面形状为矩形。然而，在本实施例中，钽引出线11的截面形状也包括大致矩形和大致扁平形状，并且例如可以通过倒圆或倒角在拐角处具有圆角，或者可以具有两端均弯曲的跑道形状。wa和wc的值能够分别通过测量竖直和水平方向上的最大长度来获得。
47.在本实施例中，如图4所示，当钽引出线11的截面的周长为ya(ya＝(wa+wc)
×
2)并且电容器元件10的截面的周长为pa(pa＝(wb+wd)
×
2)时，ya/pa的值可以为0.1以上且0.9以下，优选为0.3以上且0.7以下。
48.图6是示出ya/pa的值与各频率下的阻抗之间的关系的表。图6的表示出了当ya/pa的值为0.1、0.3、0.5、0.7和0.9时固体电解电容器1在1mhz、10mhz和100mhz的频率下的阻抗。作为比较示例，表6还示出了当钽引出线的截面形状为圆形时的阻抗，具体地，当钽引出线具有圆柱形结构时的阻抗。
49.如图6所示，当钽引出线11具有矩形截面时，即当ya/pa的值为0.1以上且0.9以下时，阻抗值整体低于当钽引出线具有圆形截面时的比较示例的情况。特别是当ya/pa的值为0.3以上且0.9以下时，阻抗值较低。
50.这里，ya/pa的值表示钽引出线11的截面的周长ya与电容器元件10的截面的周长pa的比值。因此，ya/pa的值越大，钽引出线11的截面的周长ya与电容器元件10的截面的周长pa的比值越大，并且钽引出线11和电容器元件10的阳极体12彼此接触的面积就变得越大。因此认为，ya/pa的值越大，钽引出线11和阳极体12彼此接触的面积就越大(这减小了接触电阻)，并且固体电解电容器的阻抗值就越低。另外还认为，ya/pa的值越大，钽引出线11的表面积越大，并且能够消除或最小化高频区域中的阻抗由于集肤效应而变高的现象，并且因此固体电解电容器的阻抗值变低。
51.另一方面，ya/pa的值越大，wc的值也越大，并且wc/wd的值(参见图5)也越大。因此，颗粒裂纹失效率有可能变高。此外，固体电解电容器的电容也减小。考虑到这一点，需要将ya/pa的值设置在最佳范围内。在本实施例中，优选的是将ya/pa的值设置为0.3以上且0.7以下。
52.根据本实施例的固体电解电容器1的wa/wb的值可以为0.2以上且0.8以下，优选为0.3以上且0.7以下。
53.图7是示出wa/wb的值与各频率下的阻抗之间的关系的表。图7的表示出了当wa/wb的值为0.2、0.3、0.5、0.7和0.8时固体电解电容器1在1mhz、10mhz和100mhz的频率下的阻抗。作为比较示例，表7示出了当钽引出线的截面形状为圆形时的阻抗，具体地，当钽引出线具有圆柱形结构时的阻抗。
54.如图7所示，当钽引出线11具有矩形截面时，即当wa/wb的值为0.2以上且0.8以下时，阻抗值整体低于当钽引出线具有圆形截面时的比较示例的情况。特别是当wa/wb的值为
0.3以上且0.8以下时，阻抗值较低。
55.这里，wa/wb的值表示钽引出线11的截面的纵向长度wa与电容器元件10的截面的纵向长度wb的比值。因此，wa/wb的值越大，钽引出线11和电容器元件10的阳极体12彼此接触的面积就变得越大。因此认为，wa/wb的值越大，钽引出线11和电容器元件10的阳极体12彼此接触的面积就越大(这减小了接触电阻)，并且固体电解电容器的阻抗值变得越低。
56.另一方面，当wa/wb的值较高时，钽引出线11的截面的纵向长度wa较长。如上所述，当钽引出线11的截面的纵向长度wa变长时，颗粒破裂失效率可能变高。考虑到这一点，wa/wb的值优选为0.3以上且0.7以下。
57.日本未审查专利申请公开no.2004-7105中公开的包括固体电解电容器的噪声滤波器旨在在高频区域保持低阻抗，但是该噪声滤波器不能充分满足进一步减小尺寸和厚度并且在高频区域具有低阻抗的需求。具体地，在日本未审查专利申请公开no.2004-7105中公开的噪声滤波器中，由于钽细线具有圆柱形结构，即钽细线的截面形状为圆形，因此等效串联电感(esl)和等效串联电阻(esr)在高频区域中的影响变大，并且在有些情况下无法充分减小高频区域中的阻抗。
58.另一方面，在根据本实施例的固体电解电容器1中，通过将ya/pa的值和/或wa/wb的值设置在上述范围内，能够增大电容器元件10的阳极体12与钽引出线11之间的接触面积。这减小了阳极体12与钽引出线之间的接触电阻，以及固体电解电容器的阻抗的值。此外，在根据本实施例的固体电解电容器1中，通过将ya/pa的值设定在上述范围内，能够增大钽引出线的表面积。这种配置考虑了电流趋向于在高频区域中流过导体的表面侧的集肤效应。通过增加钽引出线的表面积，即通过增加电流流过的截面面积，高频区域中的电阻变低并且能够减小固体电解电容器的阻抗的值。
59.本公开内容的优点将参照图8至10来进一步描述。
60.如图8的左图所示，在根据现有技术的固体电解电容器101中，钽引出线111具有圆柱形结构，即钽引出线111的截面形状是圆形的。因此，在其中从基座部分121竖立的竖立部分123与钽引出线111进行接触的部分是点，并且固体电解电容器变得不稳定。为此，固体电解电容器101倾斜，并且当使用导电粘合剂将阴极体粘合到阴极端子时，在某些情况下会出现粘合失效或电容器元件从外部树脂暴露的暴露失效的情况。
61.另一方面，在根据本实施例的固体电解电容器1中，如图8的右图所示，钽引出线11具有矩形截面。因此，在其中竖立部分23与钽引出线11进行接触的部分是线性的，并且固体电解电容器是稳定的。因此可以消除或最小化粘合失效和暴露失效的发生。具体地，当钽引出线111具有圆柱形结构时，暴露失效率为5.0％。另一方面，当钽引出线11具有如本实施例中的矩形截面时，暴露失效率为0.1％，这意味着暴露失效的发生减少了。
62.如图9的左图所示，在其中根据现有技术的固体电解电容器101与竖立部分123和钽引出线111进行接触的部分是点，并且因此根据现有技术的固体电解电容器101在该点处电连接到竖立部分123和钽引出线111。因此，存在钽引出线111与竖立部分123之间的连接电阻增大的问题。如果连接电阻以这种方式增加，则通过电阻也增加了，该通过电阻是两个阳极端子之间的电阻，在图1中具体地是基座部分21a-竖立部分23a-钽引出线11-竖立部分23b-基座部分21b之间的电阻。如果通过电阻较高，则产品内部生成的热量可能会增加，从而对产品质量产生不利影响。
63.另一方面，在根据本实施例的固体电解电容器1中，如图9的右图所示，钽引出线11具有矩形截面。因此，在其中竖立部分23与钽引出线11进行接触的部分具有线性形状，并且连接是表面连接。因此，能够减小钽引出线11与竖立部分23之间的连接电阻。具体地，当钽引出线111具有圆柱形结构时，通过电阻为7.5mω。另一方面，当钽引出线11的截面如本实施例中一样为矩形并且降低连接电阻时，通过电阻能够减小为低至6.8mω。
64.此外，如图10的左图所示，在根据现有技术的固体电解电容器101中，钽引出线111具有圆柱形结构，即钽引出线111的截面形状是圆形的。因此，当将钽引出线111焊接到竖立部分123时，在某些情况下会发生焊接失效。即，当钽引出线111具有圆柱形结构时，要熔化的线的体积根据激光照射位置而变化，从而线熔化不均匀。例如，在钽引出线111的中心部分131中，由于要熔化的线的体积较大，因此线难以熔化。另一方面，在钽引出线111的端侧132处，由于要熔化的线的体积较小，因此线容易熔化。如上所述，当钽引出线111具有圆柱形结构时，熔化的容易程度取决于激光照射位置而不同，并且因此有时会发生焊接失效。
65.另一方面，在根据本实施例的固体电解电容器1中，如图10的右图所示，由于钽引出线11具有矩形截面，当竖立部分23和钽引出线11焊接时，无论激光照射位置如何，线都能均匀熔化。例如，在激光照射位置31处和在激光照射位置32处的要熔化的线的体积是相同的，并且因此要熔化的线的体积是相同的。因此，钽引出线11能够稳定地焊接到竖立部分23。具体地，当钽引出线111具有圆柱形结构时，开路失效率为1.5％。另一方面，当钽引出线11具有如本实施例中的矩形截面时，开路失效率为0.1％以下，并且钽引出线11能够稳定地焊接到竖立部分23。
66.接下来将描述根据本实施例的固体电解电容器的构造示例。图11至图15是示出根据本实施例的固体电解电容器的构造示例的立体视图。
67.图11所示的固体电解电容器1_1包括电容器元件10和钽引出线11a和11b。钽引出线11在穿透方向上穿透电容器元件10。钽引出线11a和11b分别连接到阳极引线框架20a和20b。阳极引线框架20a和20b分别包括基座部分21a和21b，并且包括分别从基座部分21a和21b竖直地竖立的竖立部分23a和23b。在图11所示的构造示例中，竖立部分23a和23b通过焊接等分别结合到基座部分21a和21b。
68.钽引出线11a和11b分别在焊接部分33a和33b处焊接到竖立部分23a和23b。电容器元件10的阴极体15(参见图3)电连接到电容器元件10的下部表面侧上的阴极端子22。固体电解电容器1_1覆盖有外部树脂40。通过设置外部树脂40，能够保护固体电解电容器1_1免受外部环境的影响。
69.图12所示的固体电解电容器1_2包括电容器元件10和钽引出线11a和11b。钽引出线11a和11b分别连接到阳极引线框架20a和20b。在图12所示的构造示例中，竖立部分23a和23b是分别通过将基座部分21a和21b的一部分弯折而形成的。即，在基座部分21a和21b的弯折位置24处，基座部分21a和21b的一部分从电容器元件10侧向外侧弯折以分别形成竖立部分23a和23b。除此以外的构造与图11所示的固体电解电容器1_1的构造相同。在图12所示的构造示例中，由于竖立部分23a和23b是分别通过将基座部分21a和21b的一部分弯折而形成的，因此能够简化阳极引线框架20a和20b的制造。
70.图13所示的固体电解电容器1_3包括电容器元件10和钽引出线11a和11b。钽引出线11a和11b分别连接到阳极引线框架20a和20b。在图13所示的构造示例中，竖立部分23a和
23b是分别通过将基座部分21a和21b的一部分弯折而形成。即，在基座部分21a和21b的弯曲位置24处，基座部分21a和21b的一部分从外侧向电容器元件10侧弯折以分别形成竖立部分23a和23b。除此以外的构造与图11所示的固体电解电容器1_1的构造相同。在图13所示的构造示例中，由于竖立部分23a和23b是分别通过将基座部分21a和21b的一部分弯折而形成的，因此能够简化阳极引线框架20a和20b的制造。
71.图14所示的固体电解电容器1_4包括电容器元件10和钽引出线11a和11b。钽引出线11a和11b分别连接到阳极引线框架20a和20b。在图14所示的构造示例中，阳极引线框架20a和20b分别具有竖立部分26a和26b，该竖立部分是通过将基座部分21a和21b的一部分(具体地为中心部分)分别形成为呈u形截面来形成的。竖立部分26a和26b能够通过拉伸(这将在后面详细描述)或弯折来形成。相应的钽引出线11a和11b分别在焊接部分33a和33b处焊接到竖立部分26a和26b。
72.图15是从后表面侧观察的图14所示的固体电解电容器1_4的立体视图。如图15所示，在固体电解电容器1_4的阳极引线框架20a和20b中，竖立部分26a和26b分别由焊接到钽引出线11a和11b的部分形成为u形截面。基座部分21a和21b形成在比竖立部分26a和26b更靠近电容器元件10的部分处，而不形成u形截面。通过这样的构造，能够增大阳极端子即基座部分21a和21b的安装面积。除此以外的构造与图11所示的固体电解电容器1_1的构造相同。在图14和图15所示的构造示例中，基座部分21a和21b的中心部分具有u形截面以分别形成竖立部分26a和26b，并且因此能够简化阳极引线框架20a和20b的制造。
73.图16和图17是用于说明根据本实施例的固体电解电容器的制造示例的立体视图，并且是用于说明图14和图15所示的固体电解电容器1_4的制造示例的视图。图16是从上表面侧观察到的固体电解电容器1_4的立体视图。图17是从后表面侧观察到的固体电解电容器1_4的立体视图。
74.如图16所示，当制造固体电解电容器1_4时，首先，对板状构件50的区域51a和51b进行拉伸，以分别形成突出部52a和52b。突出部52a和52b分别对应于图14和图15所示的竖立部分26a和26b。之后，将电容器元件10布置为使得突出部52a和52b的上表面与钽引出线11a和11b的下表面分别彼此进行接触。
75.接下来，利用激光束照射钽引出线11a和11b的焊接部分33a和33b，以将钽引出线11a和11b分别焊接到突出部52a和52b。之后，将外部树脂40形成为覆盖电容器元件10和钽引出线11a和11b。此时，防止外部树脂40进入突出部52a和52b的后表面侧(参见图17)。然后，如图14和图15所示的固体电解电容器1_4能够通过切割来形成，该切割通过在图17所示的切割位置55a和55b处划割(dicing)来进行。
76.在图14和图15所示的固体电解电容器1_4中，分别对应于图16和图17中的突出部52a和52b的后表面的竖立部分26a和26b的后表面是空心的。因此，在安装固体电解电容器1_4时，焊料流入到竖立部分26a和26b的后表面侧上的空间中，这有利于焊角的形成，使得能够减小固体电解电容器1_4的安装面积并且固体电解电容器1_4能够可靠地安装在基板上。
77.从如此描述的公开内容中明显的是，可以以多种方式改变本公开内容的实施例。这样的变化不应被视为背离本公开内容的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言显而易见的所有此类修改旨在包含在所附权利要求的范围内。