專(zhuān)利名稱(chēng)：Esr穩(wěn)定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)的形成固體電解質(zhì)電容器的方法，以及由該方法形成的改進(jìn)的電容器。更具體而言，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(xiàn)的方法，以及由該方法形成的改進(jìn)的電容器。
背景技術(shù)：
已有大量文獻(xiàn)記載了固體電解質(zhì)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(yáng)極。陽(yáng)極本體可以為多孔小球，其通過(guò)壓制和燒結(jié)高純度粉末而制成； 陽(yáng)極本體也可以為箔，其經(jīng)過(guò)蝕刻以提供增大的陽(yáng)極表面積。經(jīng)電解而形成閥金屬的氧化物，以覆蓋陽(yáng)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(lèi)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(guò)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(guò)焦耳加熱來(lái)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層通常由數(shù)層位于陽(yáng)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；陰極導(dǎo)電層，其可以為包含被粘結(jié)在聚合物或樹(shù)脂基質(zhì)中的高導(dǎo)電性金屬(通常為銀)的層；以及導(dǎo)電粘合劑層，例如填銀粘合劑。此處，固體陰極電解質(zhì)層、導(dǎo)電粘合劑層以及位于它們之間的層統(tǒng)稱(chēng)為陰極層，其通常包括多層，設(shè)計(jì)成使其一面粘附至電介質(zhì)，另一面附著至陰極引線(xiàn)。將高導(dǎo)電性金屬引線(xiàn)框用作用于負(fù)極接線(xiàn)端的陰極引線(xiàn)。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(hù)使用過(guò)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(guò)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、或者噴涂技術(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。陰極導(dǎo)電層(優(yōu)選為銀層)用于將電流從引線(xiàn)框傳導(dǎo)至陰極，并且環(huán)繞陰極到達(dá)未直接與引線(xiàn)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(guò)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(xiàn)框的情況中，引線(xiàn)框與填銀粘合劑之間的相容性是必要的。銀層通過(guò)導(dǎo)電粘合劑而固定至陰極引線(xiàn)框。導(dǎo)電粘合劑通常為填充銀的樹(shù)脂，其在電容器組裝之后被固化。電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)穩(wěn)定性要求陰極層、陰極導(dǎo)電層、導(dǎo)電粘合劑以及引線(xiàn)框之間的界面在熱機(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(guò)程中受到多種熱機(jī)械應(yīng)力。在板安裝過(guò)程中，電容器經(jīng)受高于250°C的溫度。由于界面間的熱膨脹系數(shù)(CTE)失配，這些高溫在界面中產(chǎn)生應(yīng)力。所產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致界面的機(jī)械性減弱。在有些情況中，這種機(jī)械減弱導(dǎo)致分層。界面間的任何物理分離導(dǎo)致界面間的電阻增加，由此導(dǎo)致成品電容器的ESR增加。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，304，427教導(dǎo)了一種提高電容器的ESR穩(wěn)定性的方法。其中所描述的材料組合提供了一定的ESR穩(wěn)定性，然而，在板安裝條件下，該方法仍然使ESR增加了幾毫歐。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)ESR規(guī)格為5毫歐的新的超低ESR電容器而言，幾毫歐的ESR改變不是所希望的。在這些超低ESR電容器中，1毫歐的ESR改變會(huì)導(dǎo)致ESR在板安裝之后增加20%， 而該增加能夠?qū)е码娙萜髦胁豢山邮艿男盘?hào)噪聲增加。JP 2007/124892描述了一種降低應(yīng)力的非粘合樹(shù)脂。該非粘合樹(shù)脂不在電容器的導(dǎo)電部分中。在本領(lǐng)域中仍然需要一種ESR降低幅度更大的電容器。發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進(jìn)的ESR穩(wěn)定性的固體電解電容器，其通過(guò)在陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑層之間，優(yōu)選在陰極導(dǎo)電層和密封劑之間使用絕緣粘附增強(qiáng)層來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述電容器的獨(dú)特的特征在于具有改進(jìn)的ESR穩(wěn)定性。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)的陰極界面，其中，由于存在能降低陰極界面上的熱應(yīng)力的絕緣粘附增強(qiáng)層，因此所述電容器具有改進(jìn)的特性。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，絕緣粘附增強(qiáng)層的起始降解溫度低于350°C。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有改進(jìn)的粘附力的絕緣粘附增強(qiáng)層。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，其中，由于在陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑層之間，或者在陰極導(dǎo)電層和密封劑之間的粘附力增強(qiáng)，使得所述電容器具有改進(jìn)的特性。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，其在陰極層和引線(xiàn)框之間具有改進(jìn)的導(dǎo)電性，并且不會(huì)損害這兩層之間的粘附力。本發(fā)明的獨(dú)特的特征在于，能夠在小幅度改動(dòng)制備工藝并且產(chǎn)率提高的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)了這些以及其他優(yōu)點(diǎn)，該方案是一種電容器，所述電容器具有陽(yáng)極和位于所述陽(yáng)極上的電介質(zhì)。陰極層位于所述電介質(zhì)之上，其中所述陰極層包括至少一個(gè)導(dǎo)電層、以及絕緣粘附增強(qiáng)層。另一個(gè)實(shí)施方案還提供了一種形成電容器的方法，所述方法包括提供陽(yáng)極；在所述陽(yáng)極上形成電介質(zhì)；在所述電介質(zhì)上施加陰極，其中所述陰極包含絕緣粘附增強(qiáng)層；以及將陰極引線(xiàn)電連接至所述陰極。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的電容器的橫截面示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施方案的橫截面示意圖。
圖3為本發(fā)明優(yōu)選的過(guò)渡層的部分橫截面示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明通過(guò)在陰極導(dǎo)電層和密封劑之間，以及在陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑之間提供絕緣粘附增強(qiáng)層而減輕了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明證明了具有特定性質(zhì)的絕緣層能夠改進(jìn)ESR，而這與本領(lǐng)域的預(yù)期是相悖的。絕緣粘附增強(qiáng)層提高了生產(chǎn)性(productivity)，而沒(méi)有損害電容器的電性能?，F(xiàn)參照多個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，這些附圖是示例性的，而非限制本發(fā)明。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)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)中的電容器的橫截面示意圖，其整體上以附圖標(biāo)記10來(lái)表示。該電容器包括優(yōu)選包含本文將進(jìn)一步說(shuō)明的閥金屬的陽(yáng)極11，陽(yáng)極11具有從其延伸出來(lái)的陽(yáng)極引線(xiàn)18。在陽(yáng)極11的表面上提供電介質(zhì)層12。覆蓋在電介質(zhì)層12的表面上的是固體陰極電解質(zhì)層13。碳層14和陰極導(dǎo)電層16提供導(dǎo)電性，并且提供與固體陰極電解質(zhì)層13相比更易于粘附至陰極接線(xiàn)端17的表面。固體陰極電解質(zhì)層13、導(dǎo)電粘合劑層21 以及它們之間的層在這里統(tǒng)稱(chēng)為陰極層，其通常包括多層，設(shè)計(jì)為使其一面粘附至電介質(zhì)， 而另一面附著至陰極引線(xiàn)17。導(dǎo)電粘合劑層21將陰極導(dǎo)電層固定至陰極引線(xiàn)或接線(xiàn)端。 陽(yáng)極絲18通過(guò)連接器(可以與引線(xiàn)框集成為一體)23而電連接至陽(yáng)極接線(xiàn)端19。之后，除接線(xiàn)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20或者諸如環(huán)氧樹(shù)脂等包裝中。本發(fā)明主要涉及改進(jìn)的陰極界面完整性，這通過(guò)在陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑之間提供絕緣粘附增強(qiáng)層來(lái)實(shí)現(xiàn)。絕緣粘附增強(qiáng)層包含選自由下列聚合物組成的組中的聚合物，所述聚合物在低于 350°C下開(kāi)始降解，并且具有改進(jìn)的粘附特性。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，絕緣粘附增強(qiáng)層在導(dǎo)電層和包裝之間具有改進(jìn)的粘附性。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(yáng)極11、 電介質(zhì)12、陰極13、陰極導(dǎo)電層16、陰極接線(xiàn)端17、陽(yáng)極絲18、陽(yáng)極接線(xiàn)端19、非導(dǎo)電性材料20、和連接器23如參照?qǐng)D1所說(shuō)明的那樣。絕緣粘附增強(qiáng)層30位于陰極導(dǎo)電層16和導(dǎo)電粘合劑層21之間。優(yōu)選的是，絕緣粘附增強(qiáng)層覆蓋陰極導(dǎo)電層的至少一部分。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，絕緣粘附增強(qiáng)位于陰極導(dǎo)電層16和形成包裝的非導(dǎo)電性材料20之間。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，絕緣粘附增強(qiáng)層包覆包括陽(yáng)極絲18的一部分在內(nèi)的底層結(jié)構(gòu)的主要部分。絕緣粘附增強(qiáng)層在底層和形成包裝的非導(dǎo)電性材料之間形成牢固的粘結(jié)。絕緣粘附增強(qiáng)層的功能是降低包封與陰極層之間的熱應(yīng)力，同時(shí)使導(dǎo)電層、導(dǎo)電粘合劑和引線(xiàn)框之間能夠?qū)щ姟ｋm然不限于任何理論，但據(jù)信，通過(guò)降低絕緣粘附增強(qiáng)層以上和以下的層之間的熱膨脹差異帶來(lái)的任何影響，絕緣粘附增強(qiáng)層提供了保護(hù)作用。通過(guò)降低熱膨脹差異，這些層之間的粘結(jié)得到保持，從而提高通過(guò)最終層的導(dǎo)電性。這樣的結(jié)果與技術(shù)人員對(duì)在陽(yáng)極或陰極與接線(xiàn)端之間的結(jié)構(gòu)中的任何位置具有絕緣層的預(yù)期是相悖的。如果說(shuō)還與技術(shù)人員的預(yù)期相悖的話(huà)，那就是，在陰極和陰極引線(xiàn)之間引入絕緣層，ESR實(shí)際上降低了。在導(dǎo)電粘合劑的固化溫度-300°C )下，絕緣粘附增強(qiáng)層應(yīng)具有顯著的軟化性能。如果在粘合劑固化溫度下，絕緣粘附增強(qiáng)層沒(méi)有表現(xiàn)出充分的軟化，則該層將降低陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑層之間的導(dǎo)電性。絕緣粘附增強(qiáng)層優(yōu)選不大于5微米厚。厚度在約5微米以上時(shí)，產(chǎn)生的絕緣將增加陰極導(dǎo)電層和導(dǎo)電粘合劑之間的電阻，由此增加了 ESR。 絕緣層的另一個(gè)重要功能為，其應(yīng)當(dāng)對(duì)陰極導(dǎo)電層以及包封層具有優(yōu)異的粘附力。特別優(yōu)選的是絕緣粘附增強(qiáng)層包含選自由以下熱塑性聚合物組成的組中的材料， 所述熱塑性聚合物選自聚碳酸亞烷基酯(PAC)，尤其是聚碳酸亞乙酯、聚碳酸亞丙酯和聚碳酸亞丁酯；聚乙酸乙烯酯及其共聚物；丙烯酸類(lèi)物質(zhì)及其共聚物；乙酸乙烯酯丙烯酸類(lèi)物質(zhì)共聚物；聚氨基甲酸乙酯及其共聚物；氨基甲酸乙酯丙烯酸類(lèi)物質(zhì)共聚物；氨基甲酸乙酯乙酸乙烯酯共聚物；聚酰胺；以及這些聚合物的共混物。陰極層是導(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，包括 陽(yáng)極；位于所述陽(yáng)極上的電介質(zhì)；位于所述電介質(zhì)上的陰極層，其中，所述陰極層包括至少一個(gè)導(dǎo)電層，以及絕緣粘附增強(qiáng)層。
2.權(quán)利要求1所述的電容器，還包括陰極引線(xiàn)。
3.權(quán)利要求2所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層位于所述陰極引線(xiàn)和所述導(dǎo)電層之間。
4.權(quán)利要求2所述的電容器，其中，所述陰極層通過(guò)所述絕緣粘附增強(qiáng)層電連接至所述陰極引線(xiàn)。
5.權(quán)利要求1所述的電容器，還包括封裝外殼。
6.權(quán)利要求5所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層的一部分位于所述導(dǎo)電層和所述封裝外殼之間。
7.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含起始降解溫度低于350°C 的聚合物。
8.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述導(dǎo)電層包含銀。
9.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層覆蓋所述導(dǎo)電層的一部分。
10.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層覆蓋所述陰極層的一部分。
11.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于200°C 的聚合物。
12.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含選自由熱塑性聚合物和熱塑性彈性體組成的組中的聚合物。
13.權(quán)利要求1所述的電容器，其中，所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含這樣的聚合物，該聚合物包含選自由碳酸亞丙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸類(lèi)物質(zhì)、氨基甲酸乙酯和氨基甲酸乙酯-脲組成的組中的至少一種單體。
14.權(quán)利要求13所述的電容器，其中，所述聚合物包含選自由乙酸乙烯酯與丙烯酸類(lèi)物質(zhì)的共聚物、氨基甲酸乙酯與丙烯酸類(lèi)物質(zhì)的共聚物、乙酸乙烯酯與氨基甲酸乙酯的共聚物以及碳酸亞丙酯與乙酸乙烯酯的共聚物組成的組中的共聚物。
15.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含聚碳酸亞烷基酯。
16.權(quán)利要求15所述的電容器，其中所述聚碳酸亞烷基酯選自聚碳酸亞乙酯、聚碳酸亞丙酯和聚碳酸亞丁酯。
17.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含乙酸乙烯酯-丙烯酸類(lèi)物質(zhì)共聚物。
18.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包覆所述陰極層。
19.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包覆所述電介質(zhì)的至少一部分。
20.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包覆陽(yáng)極引線(xiàn)的一部分。
21.權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層的涂層厚度不大于5微米。
22.—種形成電容器的方法，該方法包括提供陽(yáng)極；在所述陽(yáng)極上形成電介質(zhì)；在所述電介質(zhì)上施加陰極，其中所述陰極包含絕緣粘附增強(qiáng)層；以及將陰極引線(xiàn)電連接至所述陰極。
23.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，還包括在所述電容器的一部分上施加密封劑。
24.權(quán)利要求23所述的形成電容器的方法，其中所述密封劑與所述絕緣粘附增強(qiáng)層是接觸的。
25.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含起始降解溫度低于350°C的材料。
26.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中，所述絕緣粘附增強(qiáng)層的至少一部分被導(dǎo)電粘合劑所覆蓋。
27.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層覆蓋所述陰極的一部分。
28.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，還包括，在所述施加絕緣粘附增強(qiáng)層的步驟之前，將碳層施加至所述陰極上。
29.權(quán)利要求觀(guān)所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層覆蓋所述碳層的一部分。
30.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣涂層選自由玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于200°C的聚合物組成的組。
31.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含玻璃轉(zhuǎn)化溫度低于50°C的聚合物。
32.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，包括利用浸涂法施加所述絕緣粘附增強(qiáng)層。
33.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含選自由熱塑性聚合物和熱塑性彈性體組成的組中的材料。
34.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含選自由下列聚合物組成的組中的材料，所述聚合物選自碳酸亞丙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸類(lèi)物質(zhì)、氨基甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯-脲、乙酸乙烯酯與丙烯酸類(lèi)物質(zhì)的共聚物、氨基甲酸乙酯與丙烯酸類(lèi)物質(zhì)的共聚物、乙酸乙烯酯與氨基甲酸乙酯的共聚物、碳酸亞丙酯與乙酸乙烯酯的共聚物。
35.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含聚碳酸亞烷基酯。
36.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層包含乙酸乙烯酯-丙烯酸類(lèi)物質(zhì)共聚物。
37.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，還包括將所述絕緣粘附增強(qiáng)層施加至所述陰極、所述電介質(zhì)和所述引線(xiàn)中一者的至少一部分上。
38.權(quán)利要求22所述的形成電容器的方法，其中所述絕緣粘附增強(qiáng)層的涂層厚度不大于5微米。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種改進(jìn)的電容器，以及用于制備該電容器的方法。所述電容器具有陽(yáng)極和位于該陽(yáng)極上的電介質(zhì)。陰極層位于該電介質(zhì)之上，其中，所述陰極層包括至少一個(gè)導(dǎo)電層，以及絕緣粘附增強(qiáng)層。
文檔編號(hào)H01G4/005GK102576606SQ201080043617
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者安東尼·P·查科, 德布拉·L·納拉莫爾 申請(qǐng)人:凱米特電子公司