專利名稱:固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及固體電解電容器生產(chǎn)過程中的具體工序,特別涉及固體電解電容器形 成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝。
背景技術(shù):
電容器屬于電子信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)元器件產(chǎn)品,是一種使用最廣,用量最大,且不可取 代的電子元件,其產(chǎn)量約占電子元件的40%,隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電子信息產(chǎn)品產(chǎn) 量、品種不斷增加,與之配套的電容器的需求量也不斷增長。電容器的性能、品種與質(zhì)量直 接決定或影響著電子信息產(chǎn)品的發(fā)展。為了解決傳統(tǒng)液體電解電容器適應(yīng)表面貼裝技術(shù)、 片式化、小型化,必須解決電解質(zhì)的固體化。固體電解電容器具有體積更小、性能更好、寬 溫、長壽命、耐高頻、高可靠性和高環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)電子整機(jī)小型化、高頻化、高速化、 高可靠、高環(huán)保的發(fā)展趨勢和表面貼裝技術(shù)要求。固體電解電容器是在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬或一氧化鈮等氧化物的表面采用陽極 氧化法生成一薄層氧化物作為電介質(zhì),以固體電解質(zhì)作為陰極而構(gòu)成的電容器。該類型的 固體電解電容器的固體電解質(zhì)可以為導(dǎo)電性聚合物,比如聚吡咯,聚噻吩,聚苯胺或其衍生 物。導(dǎo)電高分子的聚合條件對固體電解電容器的化學(xué)聚合過程和聚合物的性質(zhì)有很大影 響,特別是聚合溶液的溫度,對其反應(yīng)速度和聚合得到的導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能有重要影 響。在不同的聚合溶液溫度條件下,導(dǎo)電聚合物的聚合速度和導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能差異 很大,同樣地,把導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于聚合物固體電解電容器中時(shí),在不同的聚合溶液溫度條 件下聚合得到導(dǎo)電聚合物膜然后形成成的固體電解電容器,其固體電容器的容量、損耗和 ESR也有較大差異。
公開日為2008年02月20日的中國專利號為200510041690. 6的發(fā)明專利,其名 稱為《固體片式電解電容器的制造方法》,該專利文獻(xiàn)中公開了固體電解電容器的化學(xué)聚合 過程,在形成預(yù)導(dǎo)電層即第一固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合過程中,對聚合溶液的溫度范圍沒 有進(jìn)行限定,在超出合適溫度范圍形成的導(dǎo)電層的導(dǎo)電性能不能得到控制,從而導(dǎo)致固體 電解電容器的性能不能達(dá)到預(yù)期的目的。
公開日為2009年07月22日的公開號為CN101486836的中國發(fā)明專利,其名稱 為《導(dǎo)電性高分子溶液、導(dǎo)電性高分子涂膜導(dǎo)電性高分子溶液的形成方法以及固體電解電 容器》,該專利文獻(xiàn)中公開了一種卷繞式固體電容器的化學(xué)聚合工藝,其化學(xué)聚合溶液主要 為聚合物與溶劑形成的混合溶液,聚合物可以是聚吡咯、噻吩等,其是直接將聚合物應(yīng)用于 該工藝,工藝過程是將上述溶液浸到閥金屬(鋁箔)上,然后將溶劑烘干除去。該專利文獻(xiàn) 中,混合溶液的溫度可以控制在-30-200°C的范圍內(nèi)。
公開日為2007年09月12日的公開號為CN101034629的中國發(fā)明專利,其名稱 為《一種卷繞型固體電解電容器的制造方法》,該專利文獻(xiàn)中也公開了一種卷繞式固體電 容器的化學(xué)聚合工藝,其化學(xué)聚合溶液是氧化劑與單體的混合溶液,該工藝是將氧化液與 還原液混合在一起,為防止氧化劑與單體反應(yīng),該專利文獻(xiàn)中,混合溶液的溫度可以控制
3在-70-60°C的范圍內(nèi)。
公開日為2006年05月17日的公開號為CN1773640的中國發(fā)明專利,其名稱為 《固體電解電容器及其制造方法》,該專利文獻(xiàn)中也公開了卷繞式固體電容器(非片式)的 化學(xué)聚合工藝,其化學(xué)聚合溶液也是氧化劑與單體的混合溶液,采用的溶劑是有機(jī)溶劑,該 工藝是將氧化液與單體液混合在一起,為防止氧化劑與單體反應(yīng),該專利文獻(xiàn)中,混合溶液 的溫度可以控制在20-35°C的范圍內(nèi)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題,在于提供一種固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化 學(xué)聚合工藝,通過對導(dǎo)電聚合物聚合溶液的溫度范圍進(jìn)行限定,保證導(dǎo)電聚合物的聚合過 程是可控的,從而使得形成得到的固體電解電容器的性能也是可控的,能夠解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的聚合溶液的溫度范圍沒有進(jìn)行限定,在超出合適溫度范圍形成的導(dǎo)電層的導(dǎo)電性 能不能得到控制,導(dǎo)致固體電解電容器的性能不能達(dá)到預(yù)期的目的的問題。本發(fā)明是通過采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的固體電解電容器形成固體 電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,所述化學(xué)聚合工藝包括將已形成氧化膜介質(zhì)的陽極體表面置于 氧化液中浸泡一定時(shí)間的氧化液浸液步驟以及置于單體溶液中浸泡一定時(shí)間的單體溶液 浸液步驟,其中,所述單體溶液浸液步驟中,將所述單體溶液的溫度范圍控制在10-50°C。進(jìn)一步地,所述氧化液浸液步驟中,所述的氧化液溫度為5-35°C。進(jìn)一步地,所述單體溶液浸液步驟中,將所述單體溶液的溫度范圍控制在 15-40 "C。進(jìn)一步地,所述單體溶液至少包含單體、摻雜劑和溶劑。進(jìn)一步地,所述單體可以為吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺 的衍生物。進(jìn)一步地,所述摻雜劑可以為對甲苯磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽、十二烷基磺酸 鹽、萘磺酸鹽、烷基水楊酸、苯甲酸鹽或樟腦磺酸鹽。進(jìn)一步地,所述氧化液至少包含氧化劑和溶劑,所述氧化劑為高錳酸鉀、過氧化 氫、三價(jià)鐵鹽或過硫酸鹽中的至少一種。進(jìn)一步地,所述氧化液浸液步驟后包括清洗烘干的步驟,所述單體溶液浸液步驟 后也包括清洗烘干的步驟。進(jìn)一步地,所述固體電容器的生產(chǎn)工藝主要包括在電容器陽極體表面上形成氧 化膜介質(zhì)的工序;在氧化膜介質(zhì)外表面上形成固體電解質(zhì)層的工序;在固體電解質(zhì)層外 表面形成含碳陰極層的工序;在含碳陰極層外表面形成含銀陰極層的工序;制得電容器元 件,將電容器元件組裝并封裝,制得固體電解電容器的工序,所述固體電解質(zhì)層的形成采用 化學(xué)聚合方法或者化學(xué)聚合與電化學(xué)聚合結(jié)合的方法。進(jìn)一步地,所述固體電解電容器的陽極體可以為閥金屬及氧化物,所述閥金屬可 以為鋁、鉭、鈮或鈦,所述氧化物為一氧化鈮。本發(fā)明所涉及的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝具有如下有 益效果通過控制化學(xué)聚合過程中單體溶液的溫度范圍在10-50°C,使得聚合得到的導(dǎo)電 聚合物層的性質(zhì)可控,從而使得形成得到的聚合物電解電容器的性能可控,并且,在該溶液溫度范圍下形成得到的電解電容器的電容量、損耗、ESR等性能更好。
具體實(shí)施方式本發(fā)明所涉及的固體電解電容器的生產(chǎn)工藝主要包括在電容器陽極體表面上形 成氧化膜介質(zhì)的工序;在氧化膜介質(zhì)外表面上形成固體電解質(zhì)層的工序;在固體電解質(zhì)層 外表面形成含碳陰極層的工序;在含碳陰極層外表面形成含銀陰極層的工序;制得電容器 元件,將電容器元件組裝并封裝,制得固體電解電容器的工序。以閥金屬為鋁的固體電解電 容器為例,在氧化膜介質(zhì)外表面上形成固體電解質(zhì)層的工序是通過采用化學(xué)聚合的工藝在 鋁箔表面上形成第一固體電解質(zhì)層,然后第一固體電解質(zhì)層表面通過電化學(xué)聚合的方法形 成第二固體電解質(zhì)層。具體地,化學(xué)聚合工藝中,是先將鋁箔置于氧化液中浸泡一定時(shí)間, 然后取出烘干,再將鋁箔置于單體溶液中浸泡一定時(shí)間取出烘干,重復(fù)循環(huán)上述的步驟多 次后在鋁箔表面形成固體電解質(zhì)層,所述氧化液可以為高錳酸鉀、過氧化氫、三價(jià)鐵鹽、過 硫酸鹽的水溶液,首選為包含高錳酸鉀的溶液;所述單體溶液可以為單體和摻雜劑組成的 混合水溶液,所述單體可以為吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺的衍生 物,首選吡咯及吡咯衍生物;所述摻雜劑可以為對甲苯磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽、十二烷 基磺酸鹽、萘磺酸鹽、烷基水楊酸鹽、苯甲酸鹽、樟腦磺酸鹽,首選對甲苯磺酸鹽。所述單體 溶液的溫度范圍控制在10-50°C,所述的氧化液溫度為5-35°C。實(shí)施例1在化學(xué)聚合工藝中,先將包含氧化鋁13VF鋁箔(有效面積3. 5mmX4.0mm)置于 0. 3M的KMnO4水溶液中浸泡1分鐘,取出烘干,再在pH值為0. 5含0. 4M的Py (吡咯單體) 和0. 5M的對甲苯磺酸鹽的混合水溶液中浸泡2分鐘,取出烘干,重復(fù)重復(fù)以上步驟3次后 清洗烘干,即在鋁箔表面形成第一固體電解質(zhì)層聚吡咯。其中,通過水浴控溫,保持單體溶 液的溫度為20°C。氧化液溫度在5-35°C的室溫范圍內(nèi)均可?;瘜W(xué)聚合工藝完成后,然后在 第一固體電解質(zhì)層表面通過電化學(xué)聚合的方法形成第二固體電解質(zhì)層聚吡咯。在固體電解 質(zhì)層外表面依次形成含碳陰極層,含銀陰極層;制得單片電容器元件,將單片電容器元件疊 層并封裝,制得固體鋁電解電容器。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是,通過水浴控溫,保持單體溶液的溫度為30°C。實(shí)施例3與實(shí)施例1不同的是,通過水浴控溫,保持單體溶液的溫度為35°C。實(shí)施例4與實(shí)施例1不同的是,通過水浴控溫,保持單體溶液的溫度為40°C。對比例1與實(shí)施例1不同的是,通過水浴控溫,保持單體溶液的溫度為5°C。對比例2與實(shí)施例1不同的是,通過水浴控溫,保持單體溶液的溫度為70°C。通過應(yīng)用上述的化學(xué)聚合工藝,最后疊6層,形成成6. 3V/100 μ F電容器,上述各 實(shí)施例與對比例所測得的30只電容器的電容量、損耗、ESR的平均值數(shù)據(jù)如表1所示。表1實(shí)施例與對比例電性能比較表
5 表1的數(shù)據(jù)顯示,通過將固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合的單體溶 液溫度控制在合適的范圍內(nèi),所得到的電容器的電性能明顯優(yōu)于對比例。
權(quán)利要求
固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,所述化學(xué)聚合工藝包括將已形成氧化膜介質(zhì)的陽極體表面置于氧化液中浸泡一定時(shí)間的氧化液浸液步驟以及置于單體溶液中浸泡一定時(shí)間的單體溶液浸液步驟,其特征在于所述單體溶液浸液步驟中,將所述單體溶液的溫度范圍控制在10 50℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合溶液,其特征 在于所述氧化液浸液步驟中,所述的氧化液溫度為5-35°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合溶液,其 特征在于所述單體溶液浸液步驟中,將所述單體溶液的溫度范圍控制在15-40°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其 特征在于所述單體溶液至少包含單體、摻雜劑和溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其特征 在于所述單體可以為吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺的衍生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其特征 在于所述摻雜劑可以為對甲苯磺酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽、十二烷基磺酸鹽、萘磺酸鹽、烷 基水楊酸、苯甲酸鹽或樟腦磺酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其 特征在于所述氧化液至少包含氧化劑和溶劑,所述氧化劑為高錳酸鉀、過氧化氫、三價(jià)鐵 鹽或過硫酸鹽中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其特征 在于所述氧化液浸液步驟后包括清洗烘干的步驟,所述單體溶液浸液步驟后也包括清洗 烘干的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,其特征 在于所述固體電容器的生產(chǎn)工藝主要包括在電容器陽極體表面上形成氧化膜介質(zhì)的工 序;在氧化膜介質(zhì)外表面上形成固體電解質(zhì)層的工序;在固體電解質(zhì)層外表面形成含碳陰 極層的工序;在含碳陰極層外表面形成含銀陰極層的工序;制得電容器元件,將電容器元 件組裝并封裝,制得固體電解電容器的工序,所述固體電解質(zhì)層的形成采用化學(xué)聚合方法 或者化學(xué)聚合與電化學(xué)聚合結(jié)合的方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合溶液,其特 征在于所述固體電解電容器的陽極體可以為閥金屬及氧化物,所述閥金屬可以為鋁、鉭、 鈮或鈦,所述氧化物為一氧化鈮。
全文摘要
本發(fā)明提供了固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝,所述化學(xué)聚合工藝包括將已形成氧化膜介質(zhì)的陽極體表面置于氧化液中浸泡一定時(shí)間的氧化液浸液步驟以及置于單體溶液中浸泡一定時(shí)間的單體溶液浸液步驟,所述單體溶液浸液步驟中,將所述單體溶液的溫度范圍控制在10-50℃。所述氧化液浸液步驟中,所述的氧化液溫度為5-35℃。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的固體電解電容器形成固體電解質(zhì)層的化學(xué)聚合工藝使得通過該化學(xué)聚合工藝生產(chǎn)出來的電解電容器的性能更加可控,并且,在該溫度范圍下形成得到的電解電容器的電容量、損耗、ESR等性能更好。
文檔編號H01G9/025GK101894671SQ20101020767
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者張易寧, 林俊鴻 申請人:福建國光電子科技股份有限公司