CN100440402C - 一种固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体电解电容器，能减小电容器体与引线架之间的接触电阻和这些构件的内阻。还涉及固体电解电容器的制造方法，包括步骤：阀金属的阳极体上形成介质氧化膜，氧化膜上形成固体导电物质的阴极层以构成电容器芯；电容器芯的阴极层上涂碳层，碳层上涂银浆层以制成电容器体；用银粘接剂把引线架粘接到电容器的银浆层上。涂有碳层的电容器芯与银浆相互振动，电容器芯浸入银浆中，并按振动方向从银浆内取出，使碳层上涂银浆层。引线架表面用其导电率比引线架基体的导电率高的高导电材料局部或全部形成高导电层，高导电层从电容器体的连接件延伸到外电路连接件。

Description

一种固体电解电容器

本发明是本申请人与1998年10月14日向中国知识产权局提交的申请号为98124315.0的题为“固体电解电容器及其制造方法和制造设备”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括固体导电物质的阴极层的芯片式固体电解电容器及其制造方法和制造设备。特别涉及把电容器芯电连接到外电路的构件结构，该结构能保证减小电阻而不增大尺寸，及该电容器的制造方法和制造设备。

背景技术

固体电解电容器包括用例如Al(铝)或Ta(钽)的阀金属制成的阳极体，阳极体上经电解氧化处理形成的介质氧化膜，通过淀积MnO₂(二氧化锰)形成的阴极层，氧化膜上形成的与其紧密接触的导电有机化合物或类似的固体导电物质。这里用的术语“阀金属”是指经电解氧化处理时能形成极其微密坚固的介质氧化膜的金属。这些金属除Al和Ta之外还包括Ti(钛)和Nb(铌)。由于介质氧化膜的厚度很小，它能制成比纸介电容器和薄膜电容器尺寸更小和容量更大的电解电容器。

参见图1，把阳极引线丝21连接到阀金属的阳极体2，在阳极体2的表面上经电解氧化处理形成介质氧化膜20，氧化膜20上淀积与其紧密接触的固体导电物质形成阴极层3，由此制成电容器芯11，用这种方法制成芯片式固体电解电容器。之后，给电容器芯的阴极层3涂碳层4，给碳层4涂银浆层5，由此制成电容器体10。如图2所示，随后，把引线架6用银粘接剂52粘接到银浆层5上，通过焊接把引线架60连接到阳极引线丝21。如图3所示，用树脂对电容器体10和引线架6，60的部分模注形成包封7，之后，进行老化。由此制成固体电解电容器。与其它类电容器，如陶瓷电容器，相比，电解电容器有更高的ESR(等效串联电阻)，ESR是要求提高的指标。电解电容器的ESR是阴极层3的内阻、引线架6，60的内阻、电容器体10与引线架6，60之间的接触电阻、和外电路与引线架6，60之间的接触电阻之和。由于阴极层3的内阻比其它电阻大得多，因此，要求减小阴极层3的内阻。

近来，用例如聚吡咯、聚苯胺或TCNQ(7.7.8.8-四氰基醌二甲烷)复合盐的导电有机化合物作阴极层3，能使阴极层3的内阻明显减小。为减小固体电解电容器的ESR，因此，除减小阴极层3的内阻之外，还要减小引线架6，60的内阻和上述的接触电阻。其中，将要说明的与发明有关的电阻是指，电容器体10与引线架6，60之间的接触电阻，和引线架6，60的内阻。

a.电容器体与引线架之间的接触电阻

本申请人进行了各种测试，发现电容器体与引线架6，60之间的接触电阻主要是因电容器体的银浆层5和银粘接剂52之间的接触电阻造成的，该接触电阻与银浆的粘度有关。

银浆包含银、粘接剂和把粘接剂分散在其中的溶剂(可挥发的化合物)。粘接剂是例如环氧树脂的树脂。通常把用碳层4涂敷的电容器芯11浸到银浆中而在碳层4上形成银浆层5。

粘度低时，银浆含的溶剂的比例大，银与粘接剂之间容易分开。因此，当用低粘度的银浆形成银浆层时，银浆使是树脂化合物的粘接剂变成了表面层，从而使银浆层5与银粘接剂52之间的接触电阻增大。

当用高粘度的银浆形成银浆层5时，银浆层5与银粘接剂52之间的接触电阻变小。但是，如果在这种情况下，用浸渍法把银浆粘到碳层4上，则会使厚度增大，电容器体10的尺寸增大，使固体电解电容器1的尺寸增大。尽管可以用刷涂法把高粘度银浆以小的厚度加到碳层4，从均匀加膜和生产率的角度考虑，该方法不实用。

b.引线架的内阻

由于镍含量为42％的镍、铁合金(以下叫做42-合金)具有良好的导电性，支承电容器体10的高强度和良好的防腐性，通常用作引线架6，60。

由于42-合金的导电率比金或铜的导电率低，用金或铜制造的引线架的内阻比用42-合金制造的引线架的内阻小。但是，用金或铜构成的引线架的强度比用42-合金构成的引线架的强度低，因此，与用42-合金构成的引线架相比，用金或铜构成的引线架需要更大的厚度，以便有足够的强度来支承电容器。这就使固体电解电容器1的尺寸变大。

发明内容

本发明的第一个目的是，提供制造固体电解电容器的方法和设备，其中，电容器体10与引线架6，60之间的接触电阻减小而电容器的尺寸不增大。

本发明的第二个目的是，提供一种固体电解电容器，其中，引线架6，60的内阻减小，而电容器的尺寸不增大。

为实现上述目的，本发明提供了制造固体电解电容器的方法，包括以下步骤：在阀金属的阳极体上形成介质氧化膜，氧化膜上形成固体导电物质的阴极层以制备电容器芯，用碳层涂敷电容器芯的阴极层，用银浆层涂敷碳层以制成电容器体，用银粘接剂把引线架粘接到电容器体的银浆层，该制造方法的特征是，涂有碳层的电容器芯和银浆彼此相对振动，电容器芯浸入银浆中并按振动方向从银浆中取出，由此，把银浆层涂在碳层上。

银浆的粘度最好是50至300泊，振动幅度是振动方向的电容器芯长度的0.2至2倍，振动频率是20至100Hz。

引线架的表面的局部或全部最好用其导电率比引线架的基体的导电率高的高导电材料层，高导电层从电容器体上的连接件延伸到外电路连接件。

本发明还提供给电容器芯涂银浆用的设备，该设备包括：装银浆的容器，电容器芯的固定装置，振动装置，用于使容器和固定装置中的至少一个能上下振动。电容器芯向下移进容器里的银浆中，之后，由固定装置向上移出容器。

对于该设备，由振动装置振动的幅度最好是要浸入银浆内进行上下振动的电容器芯的长度的0.2至2倍，振动装置的振动频率是20至100Hz。

本发明还提供固体电解电容器，它包括：由阀金属制成的阳极体、阳极体上形成的介质氧化膜、和氧化膜上用固体导电物质构成的阴极层；支承电容器体把电容器体的阳极体和阴极层电连接到电容器体外的电路的两个引线架；该固体电解电容器的特征是，用其导电率比引线架基体的导电率高的高导电材料层构成至少一个引线架的部分或全部表面，高导电层从电容器体上的连接件延伸到电路连接件。

最好用铜制造高导电层。

高导电层表面上可以形成镍层，镍层表面上可以形成钯层。并在钯层表面上形成金层。

按本发明的制造固体电解电容器的方法和设备，银浆和电容器芯相互振动，因此，电容器芯表面附近的银浆粘度实际上降低了。因此，即使高粘度的银浆也可按小的厚度加到电容器芯上，因而，不可能制造出尺寸增大的固体电解电容器。可形成高粘度的银浆层以减小银浆层与引线架之间的接触电阻。

由于用浸涂法把银浆加到电容器芯上，因此能高效率地制造固体电解电容器。

按本发明的固体电解电容器，引线架的强度与其基体有关，高导电层决定引线架的电阻，因为通过引线架的电流主要流过该层。而且，与常规引线架的强度相比，基体或基体材料使引线架保持了相同的强度，消除了电容器尺寸增大的可能性。由于高导电层使引线架的电阻低于常规电阻，因而，引线架的内阻减小了。

附图说明

图1是连接引线架之前的电容器体的剖视图；

图2是说明如何连接引线架的示意图；

图3是固体电解电容器成品的剖视图；

图4是按本发明的实施例的银浆涂敷设备的示意图；

图5是本发明的引线架用的金属板的剖视图；

图6是制备常规引线架的金属板的剖视图；

图7是图5所示金属板与焊料的浸润性曲线图；和

图8是图6所示金属板与焊料的浸润性曲线图。

具体实施方式

本发明的实施例说明如下：

1.制造方法实施例

参见图1，按本发明的芯片式固体电解电容器的制造方法包括：把阳极引线丝21连接到用例如Ta、Al或Nb的阀金属制成的阳极体2上，在阳极体2的表面上用电解氧化处理形成介质氧化膜20，并在氧化膜20上用MnO₂、导电有机化合物等固体导电物质形成阴极层3，制成电容器芯11。之后，给电容器芯的阴极层3涂敷碳层4，给碳层4涂银浆层5，制成电容器体10。如图2所示，随后，引线架6用银粘接剂52连接到银浆层5，引线架60焊到阳极引线丝21。如图3所示，电容器体10和引线架6，60的部分用树脂模注包封，形成封装7，从封装7中露出的引线架6，60的其它部分沿封装7弯曲，之后进行老化。由此制成芯片式固体电解电容器1。

在后面的实施例和对比例中，用烧结体Ta作阳极体2，用聚吡咯作固体导电物质形成阴极层3。

本发明的特征在于，用银浆涂敷碳层的步骤，和引线架的结构。其它步骤与现有技术相同，因此不再详细说明。

2.设备的实施例

图4示出把银浆51涂到涂有碳层4的电容器芯11上用的涂敷设备8。涂敷设备8连接到振动装置81，该设备8包括装银浆51的在其上边有开口的容器82，和用于固定电容器芯11并将电容器芯浸到容器82中的银浆51里的夹具87。

振动装置81包括从容器82的底向下伸出的提升轴83，它用联动杆84可转动地连接到其偏心转动板85，马达86连接到转动板85。或者，振动装置是电磁型振动器。

夹具87能上下移动，并夹住位于上边并固定到夹具87上的阳极引线丝21的外端而承载电容器芯11。

银浆51放入涂敷设备8的容器82中。要用的银浆51有50至300泊的高粘度。振动装置81使容器82，即银浆51上下振动，用夹具87使夹在夹具87上的电容器芯11下降，把电容器芯浸到阳极引线丝21的底端，之后，夹具87沿银浆51的振动方向垂直向上而取出电容器芯11。

以下给出的实施例和对比例中，用涂敷设备8给每个涂有碳层4的电容器芯11涂敷银浆层5。

a.实施例

按本实施例，放在容器82中的银浆51包含环氧树脂作粘接剂，和正-二甘醇丁醚为溶剂，银浆粘度为200泊，银含量为82wt％，不挥发性物质(即银、粘接剂)含量为91wt％。振动装置81给容器82提供的振动频率为30Hz，振幅为1.5mm。

描述和使用的银浆51与把引线架6连接到电容器体10所用的银粘接剂52相同。可以通过调节银浆的粘度，使粘度在50至300泊的范围内，而使要用的银浆与银粘接剂52不同，以保证容易施加银浆。

涂有碳层4的电容器芯11连接到夹具87上，按所述的条件浸入容器82内的银浆51中，并立即沿振动方向向上取出。

由此把银浆层5涂到碳层4上，要求银浆层5的平均厚度为40μm。它处于期望的银浆层的厚度范围(40至200μm)内。形成有银浆层5的电容器体10的ESR为35mΩ，粘接引线架6，60而产生的ESR值是25至50mΩ。

要求图3所示的成品的ESR高达80mΩ。按本实施例制备的固体电解电容器有90％能达到该要求。

b、对比例

与上述实施例相比，是把低粘度的银浆51放入容器82中，涂有碳层4的电容器芯11连到夹具87上，浸入保持静止状态的容器82内的银浆51中，并立即向上从容器中取出。该步骤与常规方法相同。容器82内的银浆51包含环氧树脂作粘接剂，正-二甘醇丁醚为溶剂，其粘度为10泊，银含量为65wt％，不浑发物质含量为72wt％。

按本对比例制造的固体电解电容器中有30％能达到上述要求，即ESR高达80mΩ。

按实施例，在形成银浆层5时，容器82中的银浆51相对于电容器芯11上下振动，因此，在电容器芯11的表面附近表现出实际上降低了的粘度。因此，高粘度的银浆51能以小厚度加到电容器芯11上，因而，不会制成大尺寸的固体电解电容器1。形成的高粘度银浆层5还能减小银浆层5与引线架6之间的接触电阻，因而，使固体电解电容器1的ESR减小。因此可以使制成的固体电解电容器1能满足高合格率要求。用浸涂法给电容器芯11加银浆51能获得高生产率。

c、试验结果

用各种粘度的银浆51，改变容器82的振动幅度和振动频率进行试验，测试ESR值，检测银浆层5的平均厚度。以下的表1至3给出了所得到的试验结果。

表1，银浆粘度与ESR的关系

注：<1>ΔESR＝粘接后的ESR-粘接前的ESR

<2>是按振动幅度固定于1.5mm，振动频率固定于30Hz进行试验。

表2，振动幅度与平均厚度间的关系

幅度(mm)	平均厚度(μm)
		0.61.01.52.02.53.06.0	100604040404040

注：按粘度固定在200泊和振动频率

固定在30Hz进行试验

表3，频率与平均厚度之间的关系

频率(Hz)	平均厚度(μm)
		1020304050100200	300100504050200400

注：按粘度固定在200泊和振幅固定在1.5mm进行试验。

表1中，术语“粘接前的ESR”是指引线架6粘接到电容器体10的银浆层5之前的银浆层5与阳极引线丝21之间的ESR。术语“粘接后的ESR”是指引线架粘接到银浆层5之后引线架6的粘接部分6a和阳极引线丝21之间的ESR。

参见表1，如果银浆51的粘度是50至300泊，则粘接后的ESR小。制成的固体电解电容器1中至少80％满足所述要求。

表2表明，容器82的振幅是0.6至6mm时，银浆层5的厚度限制在40至200μm的优选范围内。认为这一振幅范围与振动方向(例1中是上下振动方向)的电容器芯11的长度对应。由于本试验用的电容器芯11的上下振动方向的长度为3.0mm，因此，上述振幅范围相当于振动方向的电容器芯11的长度的0.2至2倍。

表2表明，即使容器82的振幅增大而超过一定值，达到的效果仍保持不变。如果振幅太大，则要求容器82的深度大，以相应增加银浆51的量，这造成经济性差。而且，振幅增大还会使振动装置的功耗增大，造成经济性差的缺点。因此，规定容器82的振幅是电容器芯11在振动方向的长度的0.2至2倍。

表3表明，如果容器82的振动频率是20至100Hz，则银浆层5的厚度在40至200μm的优选范围内。

本发明的实施中，在容器保持静止时，振动的电容器芯11可按振动方向从装银浆51的容器中取出。

d、引线架实施例

图5中所示是芯片式固体电解电容器1的引线架6，60用的金属板61的结构剖视图。图6与图5对应，表示常规金属板91的剖视图。用腐蚀或冲压金属板制成引线架。

参见图6，常规金属板91包括42-合金制成的基板92，基板92表面镀镍形成的镍层93，镍层93为接地层；和镍层93表面上镀焊料，即铅-锡(Pb-Sn)合金，而形成的焊料层94，使要构成的引线架的焊接性改善。用常规金属板91形成固体电解容器1的引线架6，60时，42-合金基板92的厚度为0.1mm，镍层93的厚度为0.1μm数量级，焊层94的厚度为1μm数量级。

本实施例中用的金属板61包括42-合金基板62和基板62的表面上镀铜形成的铜层63，参见图5。室温下42-合金的导电率为1.5×10⁶S(西门子)/m，而室温下铜的导电率是58×10⁶S/m。后者远大于前者。因此，用42-合金基板62表面上形成的铜层63作高导电层。

引线架上最好设置有提高焊接性的材料。但是，如果铜层表面上设置了该材料，铜会扩散通过材料而降低导电率。为杜绝这种情况，用铜层63表面上镀镍形成的镍层64作接地层，镍层64表面涂敷能提高焊接性的材料。用于提高焊接性的材料的实例是焊料、金、银、钯等。按本实施例，镍层64表面镀钯形成钯层65，钯层上再镀金形成金层66。

用本发明的金属板61制造固体电解电容器1的引线架6，60时，42-合金的基板62的厚度是0.1mm，铜层63的厚度是1μm数量级，镍层64和钯层65的厚度是0.1μm数量级，金层66的厚度是0.01数量级。金属板61与常规金属板91的厚度可比。

检测按本实施例制造的固体电解电容器的ESR，其平均值是40.9mΩ。另一方面，按本实施例相同的条件制造固体电解电容器，只是引线架用常规引线架，检测制成的固体电解电容器的ESR，其平均值为50.0mΩ，这些结果表明按本发明制成的固体电解电容器的ESR值低于现有的固体电解电容器的ESR值。

用Tamura公司制造的数字式焊料图再检测按本发明制造的引线架和现有引线架的焊接性。通过检测焊料施加在样品上的的力与时间，检测装置用于测定施加于样品的焊料的焊接性。

图7是本实施例的引线架用的金属板61的测试结果曲线图。图8是常规引线架用的金属板91的测试结果曲线图。是以时间为横坐标，焊料加到样品上的力为纵坐标画的曲线。纵坐标值为正时，焊料给样品加压力，而纵坐标值为负时，焊料给样品加张力。纵坐标的负值越大，张力也越大，焊接性也越高。

图7与图8揭示，在本实施例中施加到引律架上的张力的时间周期比加到常规引线架上的时间周期短，张力增大。因此，本实施例的焊接性更好。

常规情况下，形成的焊料(Pb-Sn合金)层94提高了焊接性，用铅所造成的环境影响近来已引起人们的关注。而且，电容器芯用树脂包封造成焊料废物，焊料废物造成了不符合规定标准的不合格品。按本发明，形成钯层65和金层66来代替焊料层94因而提高了焊接性，从而避免了由焊料层94所造成的缺陷。

室温下金和钯的导电率分别为46×10⁶S/m和10×10⁶S/m，均高于42合金的导电率，因此，钯层65和金层66和铜层63一起用作高导电层。其中金层66特别好。

尽管为了提高导电率而用42-合金作常规引线架的基体材料，并用本发明的高导电层来提高导电率。但是，有适合强度的材料、如铁，由于价格比42-合金价格低，也可用作基体材料，以降低成本。

本发明的引线架与常规引线架有几乎相同的厚度，因此，不会加大固体电解电容器1的尺寸。

上述实施例只是为了说明发明，但它们并不构成对所附权利要求书规定的本发明的限定，不减小发明的范围。所述实施例结构上不限于此，在要求保护的技术范围内它们还会有各种改型。

例如，在本实施例的各引线架6，60的整个表面上形成高导电层，当高导电层从引线架(6)(60)的与电容器体10连接的连接件6a(60a)延伸到引线架(6)(60)的与外电路连接的连接件6b(60b)时，即使只在引线架表面上局部形成高导电层，也能减小引线架的电阻(见图3)。

Claims (4)

1.固体电解电容器，包括：

电容器体，它有阀金属构成的阳极体、阳极体上形成的介质氧化膜和氧化膜上由固体导电物质构成的阴极层；和

两个引线架，用于支承电容器体并把阳极体和电容器体的阴极层电连接到电容器体外的电路，

其特征是，至少一个引线架的表面上部分或全部形成具有导电率比引线架基体的导电率高的材料的高导电层，高导电层从引线架的与电容器体连接的连接件延伸到引线架的与所述电路连接的连接件。

2.按权利要求1的固体电解电容器，其中，高导电层用铜构成。

3.按权利要求2的固体电解电容器，其中，高导电层表面上形成镍层，镍层表面上形成钯层。

4.按权利要求3的固体电解电容器，其中，钯层表面上形成金层。

Images