金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器及其制造方法，所述金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器包括一基材層、一導電高分子層及一電極層，所述基材層具有一陽極部及一陰極部，其中所述陽極部的厚度較所述陰極部的厚度為薄，所述導電高分子層包覆所述陰極部，所述電極層包覆所述導電高分子層。本發(fā)明的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器用于堆棧式封裝成型時，能大幅提升焊接成功率。
【專利說明】金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器及其制造方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明是關于一種固態(tài)電解電容器，且特別是有關于一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]按，電容器已廣泛地被使用于消費性家電用品、電腦主機板及其周邊、電源供應器、通訊產(chǎn)品、及汽車等的基本元件，其主要的作用包括:濾波、旁路、整流、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等。是電子產(chǎn)品中不可缺少的元件之一。隨著半導體制程技術(shù)的進步，由半導體構(gòu)裝的電子產(chǎn)品因為市場的需求而開始朝更加精密先進的方向發(fā)展。就可攜式電子產(chǎn)品而言，消費者所期待的產(chǎn)品需滿足輕薄化、高頻化、多功能化、高可靠度并且符合RoHS，是以傳統(tǒng)液態(tài)電解電容器已逐漸無法滿足產(chǎn)品需求，固態(tài)電解電容器因此應運而生。
[0003]固態(tài)電解電容器依照不同的材質(zhì)及用途有不同的型態(tài)，目前工業(yè)化生產(chǎn)的固態(tài)電解電容器主要以招質(zhì)固態(tài)電解電容器(Aluminum solid electrolytic capacitor)和組質(zhì)固態(tài)電解電容器(Tantalum solid electrolytic capacitor)為主。一般而言，為增加電容器的電容量，業(yè)界最常利用堆?；?qū)拥姆绞綄⒍鄠€鋁質(zhì)固態(tài)電解電容器單元并聯(lián)連接，并構(gòu)裝成一個高電容量的固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)，其總電容量為各電容量之總和。
[0004]惟，于堆棧構(gòu)裝過程中常會遇到以下問題:首先，相鄰的兩個鋁質(zhì)固態(tài)電解電容器單元的陽極部是透過焊接方式固定連接，但是受到陽極部的厚度限制，往往焊接成功率很低，或是焊接質(zhì)量不佳，造成固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)的可靠度較佳而容易失效；再者，因為陽極部太厚及其機械強度不足的影響，往往鋁質(zhì)固態(tài)電解電容器的堆棧/層迭數(shù)量不能太多，導致電容量增加幅度有限。
[0005]此外，在焊接過程中，當堆棧設置的鋁質(zhì)固態(tài)電解電容器的陽極部受到擠壓時容易發(fā)生熔融鋁芯飛濺之情事，此熔融鋁芯會在凝固后為封裝膠所包覆并占據(jù)部分的空間；只是，封裝完成品在通過回焊爐時，此熔融鋁芯又會發(fā)生二次熔融，從而其騰出的空間會導致封裝體的密封性不佳，使空氣中的水分進入而影響電容器的電氣特性強度。
[0006]針對上述的鋁質(zhì)固態(tài)電解電容器存在的缺陷或不足，本發(fā)明人遂以其多年從事各種電容器的制造經(jīng)驗和技術(shù)累積，積極地研究如何從結(jié)構(gòu)上作改良，以期能改善先前技術(shù)之缺失，終于在各方條件的審慎考慮下開發(fā)出本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明之主要目的在于提供一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器及其制造方法，所述金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器應用于堆棧封裝成型時，能大幅提升焊接成功率，并增加堆棧/層迭的數(shù)量以大幅增加并聯(lián)的總電容量。
[0008]為達上述的目的及功效，本發(fā)明采用以下技術(shù)內(nèi)容:一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，包括一基材層、一導電高分子層及一電極層，所述基材層具有一陽極部及一陰極部，其中所述陽極部的厚度較所述陰極部的厚度為薄，所述導電高分子層包覆所述陰極部，所述電極層包覆所述導電高分子層。
[0009]本發(fā)明另采用以下技術(shù)內(nèi)容來達到上述的目的及功效:一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法，包括下列步驟:首先，提供一基材層，所述基材層具有一陽極部及一陰極部，而且所述陽極部及所述陰極部各包含一金屬芯體及分別形成于所述金屬芯層之雙面的兩層腐蝕層；接著，至少移除部分所述陽極部之腐蝕層，使所述陽極部的厚度較所述陰極部的厚度為薄；然后，形成一導電高分子層以包覆所述陰極部；以及最后，形成一電極層以包覆所述導電高分子層。
[0010]本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明透過“陽極部的厚度較陰極部的厚度為薄”的設計，當應用于堆棧封裝以增加電容量時，不僅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加電容器并聯(lián)的數(shù)量。
[0011]本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)內(nèi)容得到進一步的了解。為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例并配合所附圖式作詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明之金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器之剖面示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明之薄化處理前之基材層之示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明之第一實施例之薄化處理后之基材層之示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明之第一腐蝕層或第二腐蝕層之示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明之第二實施例之薄化處理后之基材層之示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明之金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法之流程示意圖。
[0018]圖7A及圖7B為本發(fā)明之基材層于薄化前與薄化后的剖面照片。
[0019]圖8為應用本發(fā)明金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器之固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)之示意圖。
[0020]【符號說明】
[0021]C電容單元
[0022]I金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器
[0023]10基材層
[0024]11陽極部
[0025]111第一金屬芯體
[0026]112第一腐蝕層
[0027]1121多孔質(zhì)金屬層
[0028]1122氧化皮膜
[0029]12陰極部
[0030]121第二金屬芯體
[0031]122第二腐蝕層
[0032]1221多孔質(zhì)金屬層
[0033]1222氧化皮膜
[0034]13導電高分子層
[0035]14電極層
[0036]141碳膠層
[0037]142銀膠層
[0038]15絕緣層
[0039]2封裝體
[0040]3導線架
[0041]31第一導電端子
[0042]32第二導電端子
[0043]tl、t2 厚度

【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明所揭示之內(nèi)容涉及一種構(gòu)造新穎的芯片型固態(tài)電解電容器(Stack-typesolid electrolytic capacitor),其主要技術(shù)特點在于，電容器陽極部經(jīng)過激光雕刻或機械壓密等方式處理而使其厚度減少，當利用數(shù)個所述芯片型固態(tài)電解電容器進行堆棧封裝以增加電容量時，不僅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加電容器并聯(lián)的數(shù)量，更重要的是，還能防止熔融金屬飛濺，使封裝結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性及可靠度。
[0045]接下來將透過數(shù)個實施例并配合所附圖式，說明本發(fā)明與先前技術(shù)相比具有創(chuàng)新、進步或功效等獨特技術(shù)部分，使本領域普通技術(shù)人員能據(jù)以實現(xiàn)。須說明的是，本領域普通技術(shù)人員在不悖離本發(fā)明的精神下所進行的修飾與變更，均不脫離本發(fā)明的保護范疇。
[0046][第一實施例]
[0047]請參閱圖1，為本發(fā)明第一實施例之金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器之剖面示意圖。如圖1所示，本實施例之金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I主要包括一基材層10、一導電高分子層13及一電極層14，其中基材層10具有一陽極部11及一陰極部12，導電高分子層13包覆陰極部12，電極層14包覆導電高分子層13 ;值得注意的是，陽極部11的厚度tl小于陰極部12的厚度t2。
[0048]金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I是利用絕緣層15區(qū)隔出電容器的陽極區(qū)域及陰極區(qū)域(圖中未標示)，并以此方式在基材層10上定義出彼此電性絕緣的陽極部11及陰極部12。配合參閱圖2所示，基材層10于薄化處理前，陽極部11包括第一金屬芯體111與形成于第一金屬芯體111之雙面的兩層第一腐蝕層112,陰極部12包括第二金屬芯體121與形成于第二金屬芯體121之雙面的兩層第二腐蝕層122，并且第一腐蝕層112的厚度與第二腐蝕層122的厚度相同。配合參閱圖3所示，基材層10于薄化處理前后，陽極部11之第一腐蝕層112比陰極部12之第二腐蝕層122還薄，如此本實施例之陽極部11的厚度約介于25?100 μ m,陰極部12的厚度約介于70?130 μ m,雖然本實施例是以純度99.8%以上之鋁箔做為金屬芯體，但本發(fā)明并不限制于此。
[0049]請一并參閱圖2、圖3及圖4，第一和第二金屬芯體111、121可為一特定尺寸的鉭燒結(jié)體、鋁箔或鈮錠，而且第一金屬芯體111與第二金屬芯體121的厚度相同；值得注意的是，第一和第二腐蝕層112、122雖然都是由一多孔質(zhì)金屬層1121、1221與覆蓋多孔質(zhì)金屬層1121、1221的一層氧化皮膜1122、1222所組成，但是第一腐蝕層112與第二腐蝕層122的厚度并不相同。更進一步來說，第一腐蝕層112是利用激光雕刻或機械壓密等方式進行薄化處理，而且經(jīng)薄化處理后之第一腐蝕層112的厚度小于第二腐蝕層122的厚度。附帶一提，熟習此項技藝者能根據(jù)電容器的性能要求而使陽極部11達到所需之特定厚度，本發(fā)明并不加以限制。據(jù)此，當本發(fā)明使用于堆棧式封裝時能增加焊接的成功率和質(zhì)量，并增加電容器的堆棧層數(shù)，最大堆棧層數(shù)為8層。
[0050]導電高分子層13被覆在陰極部12之第二腐蝕層122的表面上，主要當作芯片型固態(tài)電解電容器的固態(tài)電解質(zhì)。導電高分子層13可包括聚乙烯二氧噻吩(polyethylened1xyth1phene, PED0T)、聚噻吩(Polyth1phene, PT)、聚乙塊(Polyacetylene, PA)、聚苯胺(Polyaniline, PAni)或聚卩比咯(Polypyrrole, PPy),雖然本實施例是以PEDOT為例,但本發(fā)明并不限制導電高分子層13的材質(zhì)。附帶一提，上述所有的導電高分子材料皆具備高導電度、優(yōu)異的耐熱性和溫度特性、易附著于介電層上且不會破壞介電層、及在外加電壓下不會劣化等特性，因而相當適合被使用于固態(tài)電解電容器的電解質(zhì)。
[0051]電極層14被覆在導電高分子層13的表面上，具體結(jié)構(gòu)為一雙層電極層；在本實施例中，電極層14包括一碳膠層141及一銀膠層142，碳膠層141被覆在導電高分子層13的表面上，銀膠層142被覆在碳膠層141的表面上。
[0052][第二實施例]
[0053]請一并參閱圖1及圖5，在本實施例中，陽極部11僅為單一第一金屬芯體111所構(gòu)成，而陰極部12包括第二金屬芯體121與形成于第二金屬芯體121之雙面的兩層第二腐蝕層122。由圖5與圖3的比較可知，本實施例與前一實施例最大的差別在于:陽極部11在經(jīng)過薄化處理后，不只是完全移除第一金屬芯體111上之腐蝕層，視需求還能移除部分的第一金屬芯體111，以此方式，經(jīng)薄化處理后之陽極部11的厚度tl可小于陰極部12的厚度t2。
[0054]請參閱圖6，本發(fā)明之金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I的結(jié)構(gòu)特征已詳述如上，接下來將進一步說明金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I之制造方法，其主要包括下列步驟:
[0055]首先，執(zhí)行步驟S100:提供一基材層10，其具有一陽極部11及一陰極部12。如圖2所不，陽極部11包括第一金屬芯體111與形成于第一金屬芯體111之雙面的兩層第一腐蝕層112，陰極部12包括第二金屬芯體121與形成于第二金屬芯體121之雙面的兩層第二腐蝕層122。
[0056]此步驟包含兩個實施要項:如圖3所示，第一，對第一和第二金屬芯體111、121進行腐蝕處理，腐蝕處理可為不施加電壓之化學性腐蝕或施加電壓之電氣化學性腐蝕，以分別在第一和第二金屬芯體111、121之雙面上形成一多孔質(zhì)金屬層1121、1221,多孔質(zhì)金屬層1121、1221大致呈現(xiàn)海綿狀，能使有效面積增加約1.5?100倍，進而能獲得較大的容量；第二，利用含硼酸或硝酸之化成液，并配合適當?shù)幕蓷l件，形成氧化皮膜1122、1222以覆蓋每一多孔質(zhì)金屬層1121、1221，如此便完成基材層10的準備。附帶一提，熟習此項技藝者能根據(jù)電容器的性能要求而腐蝕出具不同凹穴形貌的多孔質(zhì)金屬層1121、1221，并能控制化成條件而形成特定厚度的氧化皮膜，藉此得到所需之容量，本發(fā)明并不限制多孔質(zhì)金屬層1121、1221上之凹穴形貌。
[0057]接著，執(zhí)行步驟S102:至少移除部分陽極部11之腐蝕層(第一腐蝕層112)，使陽極部11的厚度較陰極部12的厚度為薄。首先，如圖3所示，執(zhí)行此步驟時主要利用激光雕刻方式(Laser trimming or Laser stripping),并沿著基材層10的厚度方向來移除陽極部11中一部分的第一腐蝕層112，但本發(fā)明非限制于此。再者，如圖5所示，基于電容器的性能或制程上的考慮，執(zhí)行此步驟時也能選擇將陽極部11之第一腐蝕層112完全移除，甚至是進一步移除部分的第一金屬芯體111。另外，基材層10于薄化處理前后的剖面照片如圖7A及圖7B所示，薄化處理前之陽極部11的厚度為110 μ m(即基材層的厚度)，薄化處理后之陽極部11的厚度為70 μ m。
[0058]執(zhí)行此步驟時還能利用機械壓密方式，例如以平板壓力機(圖中未顯示)自基材層的厚度方向上壓下陽極部11之第一腐蝕層112，以使陽極部11的薄化。據(jù)此，本發(fā)明能大幅提升焊接成功率與封裝的氣密性質(zhì)量，并能在不降低電容量不影響電容量的前提下提升自身的機械強度。
[0059]此后，如圖1所示，執(zhí)行步驟S104:形成一導電高分子層13以包覆陰極部12，并執(zhí)行步驟S106:形成一電極層14以包覆導電高分子層13。當以上步驟SlOO至S106逐步完成之后，即制得本發(fā)明的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I。
[0060][應用實施例]
[0061]請參閱圖8，為應用本發(fā)明之固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)之示意圖。如圖所示，固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)中之數(shù)個金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I是依序堆棧而達成并聯(lián)連接，以構(gòu)成電容單元C ;就相鄰的兩個金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I而言，堆棧設置的兩個陰極部12可透過彼此的電極層14電性連接，堆棧設置的兩個陽極部11可透過焊接層(圖中未標不)結(jié)合在一起。
[0062]所述固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)并包括一封裝體2及一導線架3，封裝體2包含不透光的封裝材料(如Epoxy或Silicone),用于將電容單元C完全包覆,導線架3包括彼此分離的第一導電端子31及第二導電端子32,第一導電端子31 —端與位于最下方的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I的陽極部11相接，另一端則由封裝體2—側(cè)延伸至外部環(huán)境，第二導電端子32 —端與位于最下方的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器I的陰極部12相接，另一端則由封裝體2另一側(cè)延伸至外部環(huán)境。值得注意的是，應用本發(fā)明的固態(tài)電解電容器封裝結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性及可靠度。
[0063][本發(fā)明實際達成的功效]
[0064]綜上所述，本發(fā)明的有益效果可以在于，本發(fā)明實施例透過“基材層10之陽極部11包括第一金屬芯體111與形成于第一金屬芯體111之雙面的兩層第一腐蝕層112,而陰極部12包括第二金屬芯體121與形成于第二金屬芯體121之雙面的兩層第二腐蝕層122,且第一腐蝕層112的厚度要比第二腐蝕層122還薄”及“陽極部11僅為單一第一金屬芯體111所構(gòu)成，而陰極部12包括第二金屬芯體121與形成于第二金屬芯體121之雙面的兩層第二腐蝕層122”的設計，當應用于堆棧封裝以增加電容量時，不僅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加電容器并聯(lián)的數(shù)量，更重要的是，還能防止熔融金屬飛濺，使封裝結(jié)構(gòu)具有良好的氣密性及可靠度。
[0065]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，其并非用以限定本發(fā)明的專利保護范圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)，所作的更動及潤飾的等效替換，仍落入本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，包括: 一基材層，具有一陽極部及一陰極部，其中，所述陽極部的厚度較所述陰極部的厚度為薄； 一導電高分子層，系包覆所述陰極部；以及 一電極層，系包覆所述導電高分子層。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，其中所述陽極部及所述陰極部各包括: 一金屬芯體；以及 兩層腐蝕層，系分別形成于所述金屬芯體之雙面； 其中，所述陽極部之腐蝕層的厚度較所述陰極部之腐蝕層的厚度為薄。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，其中所述陽極部為一第一金屬芯體，所述陰極部包括一第二金屬芯體及分別形成于所述第二金屬芯體之雙面的兩層腐蝕層，所述第一金屬芯體的厚度較所述第二金屬芯體的厚度為薄。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，其中所述第一金屬芯體為一鉭燒結(jié)體、一鋁箔或一鈮錠。
5.如權(quán)利要求3所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，其中所述第二金屬芯體為一鉭燒結(jié)體、一鋁箔或一鈮錠。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器，其特征在于，其中所述電極層包括一包覆所述導電高分子層的碳膠層及一包覆所述碳膠層的銀膠層。
7.一種金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供一基材層，所述基材層具有一陽極部及一陰極部，而且所述陽極部及所述陰極部各包含一金屬芯體及分別形成于所述金屬芯層之雙面的兩層腐蝕層； 至少移除部分所述陽極部之腐蝕層，使所述陽極部的厚度較所述陰極部的厚度為薄； 形成一導電高分子層以包覆所述陰極部；以及 形成一電極層以包覆所述導電高分子層。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法，其特征在于，其中在所述至少移除部分所述陽極部之腐蝕層的步驟中，系以激光雕刻方式沿著所述基材層的厚度方向?qū)⑺鲫枠O部之腐蝕層完全移除或局部移除。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法，其特征在于，其中在以激光雕刻方式沿著所述基材層的厚度方向?qū)⑺鲫枠O部之腐蝕層完全移除的步驟中，系進一步移除部分的所述陽極部之金屬芯體。
10.如權(quán)利要求7所述的金屬陽極改良之固態(tài)電解電容器的制造方法，其特征在于，其中在所述至少移除部分所述陽極部之腐蝕層的步驟中，系以機械壓密方式于所述基材層的厚度方向上壓下所述陽極部之腐蝕層。
【文檔編號】H01G9/048GK104319105SQ201410589012
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】陳明宗, 邱繼晧, 宋佳卿 申請人:鈺邦電子（無錫）有限公司