專利名稱:可靠性提高的固體電解電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的、形成固體電解電容器的方法,以及利用該方法形成的改進(jìn)的電容器。更具體地,本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的、將電容器中的陰極電連接至陰極引線的方法,以及利用該方法形成的改進(jìn)的電容器。
背景技術(shù):
已有大量文獻(xiàn)記載了固體電解電容器的結(jié)構(gòu)和制造。在固體電解電容器的結(jié)構(gòu)中,將閥金屬用作陽極。陽極本體可以為多孔小球,其通過壓制和燒結(jié)高純度粉末而制成; 陽極本體也可以為箔,其經(jīng)過蝕刻以提供增大的陽極表面積。經(jīng)電解而形成閥金屬的氧化物,其覆蓋陽極的全部表面,并且用作電容器的電介質(zhì)。固體陰極電解質(zhì)通常選自種類非常有限的材料,包括二氧化錳;或者導(dǎo)電有機(jī)材料,例如7,7' ,8,8'-四氰代二甲基苯醌 (TCNQ)絡(luò)鹽;或者固有導(dǎo)電聚合物,例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、及其衍生物。施加固體陰極電解質(zhì)以使其覆蓋全部電介質(zhì)表面。固體陰極電解質(zhì)的重要特征為,其可以通過暴露于高溫而被制成具有更大的電阻。此特征允許電容器通過焦耳加熱來彌合泄漏點(diǎn)。除固體電解質(zhì)以外,固體電解電容器的陰極通常由數(shù)層位于陽極本體外部的層構(gòu)成。在表面安裝結(jié)構(gòu)的情況中,這些層通常包括碳層;包含被粘結(jié)在聚合物或樹脂基質(zhì)中的高導(dǎo)電性金屬 (通常為銀)的層;導(dǎo)電粘合劑層,例如填銀粘合劑;和高導(dǎo)電性金屬引線框。這些層將固體電解質(zhì)連接至外部電路,并且還用于保護(hù)電介質(zhì)不受在后續(xù)的加工、板安裝、或者用戶使用過程中可能發(fā)生的熱-機(jī)械損傷。在導(dǎo)電聚合物陰極的情況中,導(dǎo)電聚合物通常通過以下技術(shù)進(jìn)行施加,這些技術(shù)為化學(xué)氧化聚合、電化學(xué)氧化聚合、或者噴射技術(shù),以及其他已報(bào)道的不太理想的技術(shù)。碳層用作固體電解質(zhì)與銀層之間的化學(xué)屏障。該層的重要特性包括與底層的附著性、對(duì)底層的潤(rùn)濕性、均勻覆蓋性、向底層滲透的性能、體電導(dǎo)率、界面阻力、與銀層的相容性、裝配(buildup)性能、以及機(jī)械性能。銀層用于將電流從引線框傳導(dǎo)至陰極,并且環(huán)繞陰極到達(dá)未直接與引線框連接的側(cè)邊。該層的重要特征為高導(dǎo)電性、與碳層的粘合強(qiáng)度、對(duì)碳層的潤(rùn)濕性、以及合適的機(jī)械性能。與隨后施加的用于電容器組裝和封裝過程的那些層之間的相容性也很重要。在使用填銀粘合劑以附著至引線框的情況中,引線框與填銀粘合劑之間的相容性是必要的。在使用焊劑以連接至外部引線的電容器中,可焊性和熱穩(wěn)定性是重要的因素。為了使焊劑潤(rùn)濕銀層,銀層中的樹脂必須在低于焊劑施加溫度的溫度下降解。然而,樹脂的過度降解會(huì)造成被稱為“銀浸出”的結(jié)果,這會(huì)導(dǎo)致外部陰極層與外部陰極引線之間的不良連接。傳統(tǒng)的施加銀層的方法需要在樹脂的熱穩(wěn)定性方面加以精細(xì)的折衷,以同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊劑潤(rùn)濕和避免銀浸出。銀層通過粘合劑而固定至陰極引線框。粘合劑通常為填充銀的樹脂,其在電容器組裝之后被固化。電容器的可靠性需要銀層與碳層之間的界面、以及銀層與粘合劑層之間的界面在熱機(jī)械應(yīng)力期間具有良好的機(jī)械完整性。固體電解電容器在組裝、成型、板安裝回流等過程中受到多種熱機(jī)械應(yīng)力。與銀層之間的界面不牢固能夠?qū)е聦拥姆蛛x,這會(huì)引起可靠性問題。固體電解電容器還需要具有良好的環(huán)境特性,例如良好的耐化學(xué)性和防潮性。由潮濕條件下的銀遷移引起的可靠性問題在電子工業(yè)中是已知的。銀層中的銀金屬能夠遷移至陽極,這會(huì)引起高泄漏電流。由于這些問題,固體電解電容器的制造者希望去除銀層。在碳層上形成導(dǎo)電金屬表面的其他方法為濺射和電鍍。美國(guó)專利No. 4,000, 046和No. 4,104,704教導(dǎo)了用于固體電解電容器的電鍍方法。電鍍?cè)谒繉雍豌y涂漆層上進(jìn)行。再現(xiàn)此專利公開方法的實(shí)驗(yàn)顯示出嚴(yán)重的可靠性問題,例如高泄漏電流和電短路。對(duì)此進(jìn)行的研究表明,鍍層電解質(zhì)從親水且多孔的導(dǎo)電層擴(kuò)散至半導(dǎo)電層和陽極,這影響了可靠性。還發(fā)現(xiàn),在陽極頂部沒有碳層的情況下,會(huì)給鍍層電解質(zhì)擴(kuò)散提供顯著更大的滲透性。通過辛勤的研究,本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)了一種電鍍方法,其避免了在現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可靠性提高的固體電解電容器,這通過在陰極和鍍層之間采用一種改進(jìn)的過渡層來實(shí)現(xiàn)。這種改進(jìn)的陰極其特別的特征在于提高了可靠性。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電容器,其包括改進(jìn)的陰極結(jié)構(gòu),其中,所述電容器由于在過渡層中具有阻擋層而使得泄漏電流減小因而具有改善的性能,其中所述阻擋層防止電解質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入陽極。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,阻擋層為疏水層或者絕緣層。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供第一和第二導(dǎo)電碳層,其中所述第一導(dǎo)電碳層對(duì)半導(dǎo)電表面具有良好的可潤(rùn)濕性,所述第二導(dǎo)電碳層對(duì)絕緣或疏水表面具有良好的可潤(rùn)濕性,并且對(duì)金屬鍍層具有優(yōu)異的附著性。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電容器,其包括改進(jìn)的帶鍍層的陰極,其中所述電容器由于碳層和陰極鍍層之間的附著力增大而具有改善的性能。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的用于制備電容器的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電容器,其導(dǎo)電層和引線框之間具有提高的導(dǎo)電性,并且不會(huì)有損這兩層之間的附著力。本發(fā)明的特別特征在于,能夠在制備工藝改變較少而生產(chǎn)率提高的同時(shí)提供改進(jìn)。在一種電容器中提供了將被認(rèn)識(shí)到的這些優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)。所述電容器具有陽極、位于陽極上的電介質(zhì)、和位于電介質(zhì)上的陰極。過渡層位于陰極之上,其中該過渡層具有阻擋層。鍍層位于過渡層之上。陰極通過過渡層被電連接至陰極接線端。在一種形成電容器的方法中提供了另一個(gè)實(shí)施方案。所述方法包括提供陽極; 在陽極上形成電介質(zhì);在電介質(zhì)上施加陰極;在陰極上施加過渡層,其中所述過渡層包含阻擋層;在過渡層上鍍覆鍍層;以及通過過渡層將陰極接線端電連接至陰極。在一種改進(jìn)的電容器中提供了另一個(gè)實(shí)施方案。所述電容器具有陽極、位于陽極上的電介質(zhì)、位于電介質(zhì)上的陰極、位于陰極上的阻擋層、和位于阻擋層上的鍍層。陰極通過過渡層被電連接至陰極接線端。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電容器的截面示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施方案的截面示意圖。圖3為本發(fā)明的優(yōu)選的過渡層的部分截面示意圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施方案的示意性圖例。圖5為本發(fā)明的實(shí)施方案的部分截面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過在陰極與鍍層之間提供改進(jìn)的過渡層來減少現(xiàn)有技術(shù)的不足。所述改進(jìn)的過渡層增加了生產(chǎn)率,而不會(huì)損害電容器的電性能?,F(xiàn)參照各個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明,這些附圖旨在示例而非限制本發(fā)明。在整個(gè)說明書中,對(duì)相似的元件進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)。圖1示例了現(xiàn)有技術(shù)中的電容器的截面示意圖,其整體上以附圖標(biāo)記10來表示。 該電容器包括優(yōu)選包含本文將進(jìn)一步說明的閥金屬的陽極11,陽極11具有從其延伸出來的陽極絲18。在陽極11的表面上提供電介質(zhì)層12。覆蓋在電介質(zhì)層12的表面上的是陰極層13。碳層14和金屬鍍層16提供導(dǎo)電性,并且提供與陰極層13相比更易于附著至陰極接線端17的表面。陰極層13和鍍層16之間的層在這里統(tǒng)稱為過渡層,其通常包括多層, 設(shè)計(jì)為使一面附著至聚合物陰極,而另一面附著至鍍層16。粘合劑層21將陰極引線固定至過渡層。陽極絲18通過連接器(可以與引線框集成為一體)23而電連接至陽極接線端19。 之后,除接線端的端點(diǎn)以外,整個(gè)元件優(yōu)選被包入非導(dǎo)電性材料(例如環(huán)氧樹脂)20中。本發(fā)明主要涉及改進(jìn)的過渡層。該過渡層中包含優(yōu)選選自疏水層和絕緣層的阻擋層,其抑制金屬和金屬離子向電介質(zhì)的遷移。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中,阻擋層位于第一和第二碳層之間。在圖2中以附圖標(biāo)記50示意性示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。在圖2中,陽極11、 電介質(zhì)12、陰極13、陰極接線端17、陽極絲18、陽極接線端19、非導(dǎo)電性材料20、和連接器 23如參照?qǐng)D1所說明的那樣。層16’為鍍層,在這里將對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)地說明。過渡層30 包含阻擋層,在這里將對(duì)該阻擋層進(jìn)行更詳細(xì)地說明。過渡層優(yōu)選包住整個(gè)底層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選包含第二阻擋層的第二過渡層30’優(yōu)選布置在底層單片(underlying monolith)的至少部分表面上,陽極絲18從該底層單片延伸出來。第二阻擋層除了遠(yuǎn)離過渡層的區(qū)域延伸以外,與過渡層的阻擋層可以相同??蛇x擇的是,第二阻擋層可以與過渡層的阻擋層不同。過渡層的功能為電連接陰極13和金屬鍍層16’,同時(shí)抑制金屬和金屬離子遷移通過其中。過渡層的一個(gè)表面必須與陰極層相容,并且相對(duì)表面必須與陰極接線端或者粘合劑層相容,所述粘合劑層將過渡層附著至陰極接線端。為了完成這些任務(wù),過渡層通常為多層,為了直接附著至陰極并且隨后附著至金屬層,其優(yōu)選以碳基層作為起始層,然后是用以附著至該碳層以及陰極接線端或者粘合劑層的金屬層。在圖3中示出了過渡層的一個(gè)實(shí)施方案,其中單獨(dú)示出了過渡層30和金屬鍍層 34的部分截面。優(yōu)選的過渡層包含第一碳層31,其被設(shè)計(jì)為充分附著至陰極,同時(shí)該層仍然具有足夠的導(dǎo)電性。提供阻擋層32,其抑制電鍍電解質(zhì)中的金屬離子遷移進(jìn)入或通過阻擋層。優(yōu)選的是,沒有金屬遷移通過阻擋層。實(shí)際上,極少量的金屬會(huì)發(fā)生遷移,這并非理想的但卻是可接受的。這里將更加完備地對(duì)阻擋層進(jìn)行說明。設(shè)計(jì)第二碳層33,以提供對(duì)阻擋層和金屬鍍層34的附著。金屬鍍層34在電路中為最終的接觸點(diǎn),并且其優(yōu)選通過導(dǎo)電粘合劑而電連接至陰極引線或者電路布線(circuit trace)。阻擋層優(yōu)選位于兩碳層之間,這是因?yàn)檫@樣可以提供最大的附著力。阻擋層可以位于碳層和金屬層之間,或者位于陰極和碳層之間。在可選擇的實(shí)施方案中,碳層可以是阻擋層。阻擋層優(yōu)選為疏水層或者絕緣層。陰極層為導(dǎo)電層,其優(yōu)選包含導(dǎo)電聚合物,例如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、或者它們的衍生物;二氧化錳、氧化鉛、或者它們的組合。固有導(dǎo)電聚合物更為優(yōu)選。特別優(yōu)選的導(dǎo)電聚合物在式I中示例
權(quán)利要求
1.一種電容器,其包括 陽極;位于所述陽極上的電介質(zhì); 位于所述電介質(zhì)上的陰極;位于所述陰極上的過渡層,其中所述過渡層包含阻擋層;以及位于所述過渡層上的鍍層,其中,所述陰極通過所述過渡層而被電連接至陰極接線端。
2.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述阻擋層選自由疏水層和絕緣層組成的組。
3.權(quán)利要求2所述的電容器,其中所述疏水層還包含多面體低聚倍半硅氧烷、二氧化硅、和具有疏水聚合物覆層的納米粘土中的至少一種。
4.權(quán)利要求2所述的電容器,其中所述疏水層包含交聯(lián)聚合物。
5.權(quán)利要求2所述的電容器,其中所述絕緣覆層包含疏水聚合物和疏水添加劑中的至少一種。
6.權(quán)利要求2所述的電容器,其中所述絕緣覆層包含熱固性聚合物。
7.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述過渡層不包括碳層。
8.權(quán)利要求1所述的電容器,其還包括位于表面上的第二阻擋層。
9.權(quán)利要求8所述的電容器,其中所述表面具有從其延伸出來的陽極絲。
10.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述過渡層還包括第一導(dǎo)電碳層。
11.權(quán)利要求10所述的電容器,其中所述過渡層還包括第二導(dǎo)電層。
12.權(quán)利要求11所述的電容器,其中所述第二導(dǎo)電層包含碳。
13.權(quán)利要求12所述的電容器,其中所述第一導(dǎo)電碳層和所述第二導(dǎo)電碳層中的至少一層包含選自由石墨、炭黑、碳納米管、和石墨烯組成的組中的碳顆粒。
14.權(quán)利要求11所述的電容器,其中所述阻擋層位于所述第一導(dǎo)電碳層和所述第二導(dǎo)電層之間。
15.權(quán)利要求11所述的電容器,其中所述第二導(dǎo)電層還包含金屬顆粒。
16.權(quán)利要求11所述的電容器,其中所述第二導(dǎo)電層包含干重至少為20%的樹脂。
17.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述阻擋層包含聚合物。
18.權(quán)利要求17所述的電容器,其中所述聚合物為選自氟化單體和硅氧烷單體中的至少一種單體的聚合物。
19.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述阻擋層防止電解質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入所述陽極。
20.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述陰極包含Μη02。
21.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述陰極包含導(dǎo)電聚合物。
22.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述阻擋層包住所述陰極和所述電介質(zhì)。
23.權(quán)利要求22所述的電容器,其中所述阻擋層包住陽極絲的一部分。
24.權(quán)利要求1所述的電容器,其中所述阻擋層的厚度小于2微米。
25.一種形成電容器的方法,其包括 提供陽極;在所述陽極上形成電介質(zhì); 在所述電介質(zhì)上施加陰極;在所述陰極上施加過渡層,其中所述過渡層包含阻擋層; 在所述過渡層上鍍覆鍍層;以及通過所述過渡層將陰極接線端電連接至所述陰極。
26.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中,利用選自由電鍍和化學(xué)鍍組成的組中的方法進(jìn)行所述鍍覆。
27.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層防止鍍層電解質(zhì)擴(kuò)散。
28.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層包括選自由疏水層和絕緣層組成的組中的至少一種層。
29.權(quán)利要求觀所述的形成電容器的方法,其中所述疏水層包含交聯(lián)聚合物。
30.權(quán)利要求觀所述的形成電容器的方法,其中所述絕緣覆層包含疏水聚合物和疏水添加劑中的至少一種。
31.權(quán)利要求觀所述的形成電容器的方法,其中所述絕緣覆層包含熱固性聚合物。
32.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述過渡層還包括第一導(dǎo)電碳層。
33.權(quán)利要求32所述的形成電容器的方法,其中所述過渡層還包括第二導(dǎo)電層。
34.權(quán)利要求33所述的形成電容器的方法,其中所述第二導(dǎo)電層包含碳。
35.權(quán)利要求33所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層位于所述第一導(dǎo)電碳層和所述第二導(dǎo)電層之間。
36.權(quán)利要求33所述的形成電容器的方法,其中,所述第一導(dǎo)電碳層和所述第二導(dǎo)電層中的至少一層包含選自由石墨、炭黑、碳納米管、和石墨烯組成的組中的碳顆粒。
37.權(quán)利要求33所述的形成電容器的方法,其中所述第二導(dǎo)電層還包含金屬顆粒。
38.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述陰極包含Μη02。
39.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述陰極接線端為陰極引線。
40.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層包含聚合物。
41.權(quán)利要求40所述的形成電容器的方法,其中所述聚合物為選自氟化單體和硅氧烷單體中的至少一種單體的聚合物。
42.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層防止電解質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入所述陽極。
43.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述陰極包含導(dǎo)電聚合物。
44.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層包住所述陰極和所述電介質(zhì)。
45.權(quán)利要求44所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層包住陽極絲的一部分。
46.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層的厚度小于2微米。
47.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其中所述阻擋層包含交聯(lián)聚合物。
48.權(quán)利要求25所述的形成電容器的方法,其還包括施加第二阻擋層。
49.權(quán)利要求48所述的形成電容器的方法,其中在進(jìn)行所述鍍覆之前施加所述第二阻擋層。
50.權(quán)利要求48所述的形成電容器的方法,其中,將所述第二阻擋層施加至這樣的表面,該表面具有從其延伸出來的陽極絲。
51.一種電容器,其包括陽極;位于所述陽極上的電介質(zhì); 位于所述電介質(zhì)上的陰極; 位于所述陰極上的阻擋層;以及位于所述阻擋層上的鍍層;其中,所述陰極通過所述阻擋層被電連接至陰極接線端。
52.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層選自由疏水層和絕緣層組成的組。
53.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述疏水層還包含多面體低聚倍半硅氧烷、二氧化硅、和具有疏水聚合物覆層的納米粘土中的至少一種。
54.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述疏水層包含交聯(lián)聚合物。
55.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述絕緣覆層包含疏水聚合物和疏水添加劑中的至少一種。
56.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述絕緣覆層包含熱固性聚合物。
57.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述阻擋層不包括碳層。
58.權(quán)利要求52所述的電容器,其中所述阻擋層還包括第一導(dǎo)電碳層。
59.權(quán)利要求51所述的電容器,其還包括位于表面上的第二阻擋層。
60.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述表面具有從其延伸出來的陽極絲。
61.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層包含聚合物。
62.權(quán)利要求61所述的電容器,其中所述聚合物為選自氟化單體和硅氧烷單體中的至少一種單體的聚合物。
63.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層防止電解質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入所述陽極。
64.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層包含選自由石墨、炭黑、碳納米管、和石墨烯組成的組中的碳顆粒。
65.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述陰極包含Μη02。
66.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述陰極包含導(dǎo)電聚合物。
67.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層包住所述陰極和所述電介質(zhì)。
68.權(quán)利要求67所述的電容器,其中所述阻擋層包住陽極絲的一部分。
69.權(quán)利要求51所述的電容器,其中所述阻擋層的厚度小于2微米。
全文摘要
一種電容器,其包括陽極、位于陽極上的電介質(zhì)、和位于電介質(zhì)上的陰極。過渡層位于陰極之上,其中該過渡層具有阻擋層。鍍層位于過渡層之上。陰極通過過渡層被電連接至陰極接線端。
文檔編號(hào)H01G4/30GK102439670SQ201080022113
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者安東尼·查科 申請(qǐng)人:凱米特電子公司