CN100399481C - 固体电解电容及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电气特性优良的固体电解电容。该电容在金属箔隔膜的引出部和对应于该引出部的金属膜多孔质材料的端面或者在电介质覆盖膜覆盖该引出部的部分涂布加湿或者加热硬化的排水性的硅橡胶、设置绝缘分离层。

Description

固体电解电容及其制造方法
技术领域
本发明涉及在电气设备，电子设备和电子线路中使用的固体电解电容及其制造方法。
背景技术
图6表示现有的固体电解电容的构造。制造这样的固体电解电容如下所述：在金属箔隔膜11的表面设置金属膜多孔质材料12，在其上面形成电介质覆盖膜13；在该电介质覆盖膜13上形成导电性高分子膜作为固体电解质层14；在该固体电解质层14上形成集电体层，其由碳层15、银糊层16形成；然后用外封装树脂材料使整体模块化；由该模块化的树脂作的外封装17的一端设一方的外部电极18，其和金属箔隔膜11电气地连接；在另一端设另一方的外部电极19，其和集电体层电气连接。
在该固体电解电容，在形成固体电解质层14时在金属箔隔膜11的引出部11A上一旦形成固体电解质层14，会发生短路或者会增加漏电电流。为此，一般在引出部11A用绝缘性的树脂形成绝缘分离层20，并对该部分进行隔离。
绝缘分离层20一般地用涂布硬化环氧树脂或硅树脂等绝缘树脂或者粘贴以聚酰亚胺为基材的绝缘胶带等方法形成。但是，因为在绝缘性树脂或胶带上会形成固体电解质层，必须进行用激光除去固体电解质的操作，漏电流会增大。再有，在涂布绝缘性树脂时，金属膜多孔质材料12吸收树脂，破坏电容特性使电容量不能控制等。还有，在涂布方法上不适宜操作和批量生产。
发明内容
本发明通过设置由加湿或加热硬化的硅橡胶形成的绝缘分离层封包住金属箔隔膜的引出部，提供电气特性优良的固体电解电容。再有，提供由下述工序组成的方法作为这样的固体电解电容的制作方法，该方法包括：设置金属膜多孔质材料工序，其在一端具有引出部的金属箔隔膜的至少一面上，使引出部留出；形成绝缘分离层工序，其涂布由加湿或加热硬化的硅橡胶，封包住该引出部；形成电介质覆盖膜工序，其至少在金属膜多孔质材料表面上形成；在电介质覆盖膜的表面上形成固体电解质层工序；在固体电解质层的表面上形成集电体层工序。
附图说明
图1是本发明的固体电解电容在实施例一中的剖面图；
图2A～图2F是本发明的固体电解电容的制造方法在实施例一中的工序图；
图3是本发明的固体电解电容在实施例二中的剖面图；
图4A～图4F是本发明的固体电解电容的制造方法在实施例二中的工序图；
图5是本发明的实施例四的固体电解电容的剖面图；
图6是现有的固体电解电容的剖面图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明的实施方式。另外，对相同结构的部分附加相同的符号说明，省略详细的说明。
实施例一
以下，用图1说明涉及本发明的实施例一的固体电解电容的结构。
在金属箔隔膜(以下称金属箔)1的表面上形成金属膜多孔质材料(以下称多孔质材料)2。在该金属箔1的引出部1A以及对应于该引出部1A的多孔质材料2的端面上设绝缘分离层10，其由加湿或加热硬化的硅橡胶形成。在多孔质材料2的表面设电介质覆盖膜3。在电介质覆盖膜3的表面设固体电解质层4。进而，在固体电解质层4的表面作为集电体层设置碳层5和银糊层6。通过这样构成电容元件。用树脂材料做外封装7使该电容元件模块化。在外封装7上设外部电极8、9，分别和金属箔1的引出部1A以及银糊层6电气连接。
其次，用图2A～图2F具体地说明该固体电解电容的制造方法。
在钽等的金属箔隔膜1的表面形成金属膜多孔质材料2(3.4×5.3×0.2mm)，其由钽粉末烧结形成膜片形。在金属箔1的引出部1A以及对应于该引出部1A的多孔质材料2的端面上，将加湿硬化的粘度为33Pa·S的硅橡胶用喷涂器涂布1mm之后，放置1小时形成绝缘分离层10。然后，在磷酸溶液中进行阳极化生成(12V)钽的氧化膜层，其在多孔质材料2的表面成为电介质覆盖膜3。然后，浸泡在吡咯溶液中。吡咯溶液按吡咯∶水∶乙二醇的重量比为1∶15∶1的比例。再浸泡在氧化剂溶液内，氧化剂溶液按硫酸铁∶水∶乙二醇的重量比为1∶1.5∶1.8的比例，通过化学氧化聚合形成聚吡咯膜。接着，浸泡在噻吩液中，噻吩液按噻吩∶对甲苯磺酸铁∶丁醇的重量比为1∶0.1∶0.2的比例，形成固体电解质层4。此时，因为由硅橡胶形成的绝缘分离层10具有排水性，所以在绝缘分离层10的表面不会形成固体电解质。再有，在固体电解质层4上面依次形成碳层5，银糊层6，作为集电体层。从其一部分取出电极之后，用环氧树脂材料作外封装7进行模块化。在外封装7的一端形成一方的外部电极8，其和引出部1A电气连接；在另一端形成另一方的外部电极9，其和银糊层6电气连接。制成固体电解电容。
在这种制造方法，因为在阳极生成前设绝缘分离层10，所以不需要聚合前的修复生成，能够简化工序，适宜批量生产。另外，因为在绝缘分离层10的表面不形成固体电解质层，所以不需要用激光除固体电解质，不要这样的工序。因为不向元件施加应力所以泄漏电流变小。再有，因为用喷涂器涂布硅橡胶，所以操作性和批量生产性好。再有，因为硅橡胶加湿硬化，所以不需要特别的硬化工序。
再有，绝缘分离层10用有柔软性的橡胶形成，所以可灵活地随着凹凸，因此绝缘分离层10的密接性好，从而提高了所承受的电压。
实施例二
下面，用图3说明涉及本发明的实施例二的固体电解电容的构成。
在金属箔隔膜1上设金属膜多孔质材料2，在其表面形成电介质覆盖膜3。而且在电介质覆盖膜3覆盖引出部1A的部分设绝缘分离层10，其由加湿或加热硬化的硅橡胶形成。在电介质覆盖膜3的表面设固体电解质层4，进而在固体电解质层4上作为集电体层，设备碳层5和银糊层6。通过这种构成制成电容元件，用树脂材料做外封装7使该电容元件成模块化。在外封装7上设外部电极8、9，分别与金属箔1的引出部1A和银糊层6电气连接。
其次，用图4A～图4F具体地说明其制造方法。
在金属箔隔膜1和金属膜多孔质材料2的材料的金属箔1的表面形成多孔质材料2的工序与实施例一相同。然后，用和实施例一相同的方法在金属箔1和多孔质材料2的表面形成钽的氧化膜作为电介质覆盖膜3。在电介质覆盖膜3覆盖引出部1A的部分涂布加湿硬化的硅橡胶，形成绝缘分离层10；再有，当电介质覆盖膜3没有全部覆盖引出部1A时，在裸露的引出部1A上也涂布硅橡胶。这时的硅橡胶粘度是1Pa·S，用喷涂器涂布1mm以后，放置1小时。而且，在磷酸溶液中用与阳极化生成电压相同的12V电压进行修复生成。然后，在噻吩和对甲苯磺酸铁(III)和丁醇溶液中浸泡，形成予涂层。接着在噻吩和烷基萘磺酸和异丙醇溶液中进行电解聚合，形成固体电解质层4。这时，使起电极作用的不锈钢丝轻轻接触予涂层，将不锈钢板作为电极对加上3V的固定电压，进行30分钟电解聚合。以后，用和实施例一相同的方式制成固体电解电容。
实施例三
在本实施例，代替实施例二中的粘度1Pa·S的硅橡胶，涂布粘度2.5Pa·S的硅橡胶，在150℃的温度硬化1小时，形成绝缘分离层10。接着，用和实施例二相同的方法形成固体电解质层4，制成固体电解电容。
在实施例三中的硅橡胶通过加热硬化形成绝缘分离层10，这和在实施例一、二中所述的用加湿硬化的硅橡胶相比，虽然需要加热器，但是因为在涂布中不硬化，喷涂器等的涂布装置保养维修容易。另外，有用紫外线对硅橡胶进行硬化(UV)，但是，和紫外线照射(UV)装置相比加热器要简便的多。
比较例
在本比较例，代替实施例二中的硅橡胶涂布硅树脂，在150℃1小时使其硬化，形成绝缘分离层20。接着，用和实施例二相同的方法形成固体电解质层14，制成固体电解电容。基本的构成表示于图6，已经说明。
表1表示通过到此为止所述的实施例和比较例构成的固体电解电容的特性。
比较表1的固体电解电容的初始特性，比较例的固体电解电容因为在绝缘分离层20上形成固体电解质，其漏电电流大、承受电压也低。并且，因为在电介质覆盖膜13上吸入涂布的硅树脂而堵塞金属膜多孔质材料的细孔，发挥不出特性而容量小。另一方面，本发明的固体电解电容其电容量的下降少，在制造阶段电容容量的不均匀分布变小。这是因为通过涂布硅橡胶，其不会被吸入金属膜多孔质材料2内。再有，因为在绝缘分离层10上不形成固体电解质，所以漏电电流低并且承受电压高。另外，因为通过功能性高分子形成固体电解质层4，所以等效串连电阻(ESR)小。
表1
  容量(μF)   漏电电流(μA)   ESR(mΩ)   承受电压(V)
  实施例一   130   0.75   40   12
  实施例二   120   1.2   25   8
  实施例三   125   2   25   8
  比较例   110   23.5   25   8
实施例四
图5表示将通过本发明的实施例一构成的电容元件体积层化，用外封装7形成模块的剖面图。通过这样地形成积层结构可以制成低等效串联电阻(ESR)且大容量的固体电解电容。
在以上所述的全部的实施方式中，固体电解质层4的形成方法是化学聚合法或者是以用化学聚法合成的固体电解质层作为予涂层，然后通过电解聚合形成。另外，通过电解聚合形成的固体电解质没有特别地限定，但是，从聚合反应容易方面最好是将聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺或者以它们的衍生物为重复单位而形成的功能性高分子。再有，最好使用氧化剂化学氧化聚合的聚吡咯或者聚苯胺、聚噻吩中之一，或者它们的衍生物的一种。再有，也可以采用聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺的某一种组合。
再有，硅橡胶的粘度是1Pa·S以上，再理想的是2.5Pa·S以上，这是因为能够防止硅橡胶被吸入金属膜多孔质材料内。再有，从便于涂布操作考虑最好用33Pa·S以下的。
再有，表示了在金属箔隔膜1的表面上形成金属膜多孔质材料2的例，也可以只在金属箔隔膜1的单面形成金属膜多孔质材料2。
产业上的利用可能性。
本发明通过在金属箔隔膜的引出部以及对应于该引出部的金属膜多孔质材料的端面涂布加湿或者加热硬化的硅橡胶、设置绝缘分离层，提供不发生电容量下降、漏电电流小并且承受电压高的固体电解电容。

Claims (10)

1.一种固体电解电容，其特征在于，包括电容元件和外部电极，
该电容元件由以下部分构成：金属箔隔膜，其一端具有引出部；金属膜多孔质材料，其至少设置于上述金属箔隔膜的单面；绝缘分离层，其由加湿或者加热的至少一种方式硬化的硅橡胶构成，包住上述金属箔隔膜的引出部；电介质覆盖膜，其至少设置在上述金属膜多孔质材料的表面；固体电解质层，其设置在上述电介质覆盖膜的表面；集电体层，其设置在上述固体电解质层的表面；
该外部电极和上述金属箔隔膜的引出部以及上述集电体层的任意一方电气连接。
2.如权利要求1所述的固体电解电容，其特征在于，上述绝缘分离层和上述金属箔隔膜的引出部直接连接。
3.如权利要求1所述的固体电解电容，其特征在于，上述电介质覆盖膜覆盖上述金属箔隔膜的引出部，进而，上述绝缘分离层覆盖由上述电介质覆盖膜覆盖的上述金属箔隔膜的引出部的部分。
4.如权利要求1所述的固体电解电容，其特征在于，上述固体电解质层含功能性高分子。
5.如权利要求1所述的固体电解电容，其特征在于，具有多个上述电容元件，电气连接包含在上述多个电容元件内的多个金属箔隔膜，电气连接包含在上述多个电容元件内的多个集电体层。
6.一种固体电解电容的制造方法，其包括：在一端具有引出部的金属箔隔膜的至少一面上设置金属膜多孔质材料的工序，使上述引出部不被覆盖；形成绝缘分离层工序，其涂布由加湿和加热至少一种方式硬化的硅橡胶，封包住上述金属箔隔膜的引出部；至少在上述金属膜多孔质材料表面形成电介质覆盖膜的工序；在上述电介质覆盖膜的表面形成固体电解质层的工序；在上述固体电解质层表面形成集电体层的工序。
7.如权利要求6所述的固体电解电容的制造方法，其特征在于，在形成上述绝缘分离层工序，在上述引出部和对应于上述引出部的上述金属膜多孔质材料的端面涂布上述硅橡胶。
8.如权利要求6所述的固体电解电容的制造方法，其特征在于，在形成上述电介质覆盖膜工序，形成上述电介质覆盖膜，以覆盖上述金属箔隔膜的引出部；在形成上述绝缘分离层工序，涂布上述硅橡胶，以进而将上述电介质覆盖膜覆盖上述引出部的部分覆盖。
9.如权利要求6所述的固体电解电容的制造方法，其特征在于，在上述形成绝缘分离层工序，上述硅橡胶的粘度是1Pa·S以上。
10.如权利要求6所述的固体电解电容的制造方法，其特征在于，在形成上述绝缘分离层工序，用喷涂器进行上述硅橡胶的涂布。
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