CN101009160B - 叠层型固体电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叠层型固体电解电容器。该叠层型固体电解电容器具有基板、电容器元件和金属罩。所述基板具有导电性。所述电容器元件设置在所述基板上。所述金属罩连接到所述基板，覆盖所述电容器元件并与所述基板电导通。所述金属罩和所述基板密封所述电容器元件。所述电容器元件具有单位元件，在该单位元件中，在阳极箔片的表面上依次形成有具有隔离部的固体电解质层、碳膏和引出阴极层，所述阳极箔片由阀金属构成；并且所述基板与所述引出阴极层电导通。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种叠层型固体电解电容器。
背景技术
固体电解电容器与其他电解电容器相比频率特性优异，故而引起了关注。作为固体电解电容器，采用卷回型(roll-formed)固体电解电容器、叠层型固体电解电容器等。叠层型固体电解电容器的外部通常以环氧树脂来模制(mold)。然而环氧树脂模制还存在一些缺陷。
通常采用转印模制作为环氧树脂模制方法。在该方法中，将环氧树脂加热到150摄氏度以上并将环氧树脂置于超过几个大气压的压力下。聚合元件受到极大应力。并且漏电流可能增加且产生电短路。高温环氧树脂侵入聚合元件的电极箔片之间。由于聚合物的分离使得性能可能劣化。
因此，日本特开2005-116713号公报(下文称为文献1)公开了一种不同于转印模制的模制方法。在该方法中，将浸有单一液体环氧树脂的热压带粘在聚合元件上。并对受热溶解的环氧树脂进行模制。
然而，对于根据文献1的技术制造的固体电解电容器，因为模制材料是环氧树脂，所以难以获得防潮性能。
发明内容
本发明提供一种具有高防潮性能的薄叠层型固体电解电容器。
根据本发明的一方面，优选地提供了一种包括基板、电容器元件和金属罩的叠层型电解电容器。所述基板具有导电性。所述电容器元件设在所述基板上。所述金属罩连接到所述基板，覆盖所述电容器元件并与所述基板电导通。所述金属罩和所述基板密封所述电容器元件。所述电容器元件具有单位元件，在该单位元件中，在阳极箔片的表面上依次形成有具有隔离部的固体电解质层、碳膏和引出阴极层，所述阳极箔片由阀金属构成；并且所述基板与所述引出阴极层电导通。
对于上述构造，电容器元件覆盖有金属罩。金属罩具有高密封性能，并保护不受外部环境的影响。在这种情况下，可以获得高防潮性能。可以抑制固体电解电容器的性能劣化。因为金属罩和基板用作阴极，所以可降低固体电解电容器的ESL。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例，附图中：
图1A至图1C表示根据本发明第一实施例的叠层型固体电解电容器；
图2表示沿着图1A的线A-A剖取的电容器元件的剖面图；
图3A至图3C表示根据本发明第二实施例的固体电解电容器；
图4A至图4C表示阳极箔片和阴极箔片的形状；并且
图5表示沿着图4A的线B-B剖取的剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1A至图1C表示根据本发明第一实施例的叠层型固体电解电容器100。图1A表示固体电解电容器100的剖面图。图1B表示固体电解电容器100的顶视图。图1C表示固体电解电容器100的底视图。如图1A所示，固体电解电容器100具有这样的结构，其中电容器元件200封装在壳体10中。
如图1A和1B所示，壳体10具有这样的结构，其中金属罩11设置在底基板13上。金属罩11可以接缝焊接到底基板13上。金属罩11由诸如铜、铝、SPC钢、钴钢或不锈钢的金属构成。
底基板13具有导电性，可容易地焊接，并由具有低透湿性的材料构成。底基板13例如由诸如铜、铝、SPC钢、钴钢或不锈钢的金属构成，或者由在其表面上镀有金属层的陶瓷构成。在金属罩11的内表面上涂覆有绝缘层12。并且可以抑制在电容器元件200与金属罩11之间的电短路。绝缘层12例如是由具有绝缘性能的树脂、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成的。
如图1A和图1C所示，在底基板13的两端附近形成有通孔。在一个通孔中设置一阳极端子31，而在另一个通孔中设置另一阳极端子31。在阳极端子31与通孔之间形成有绝缘件32。可以抑制阳极端子31与底基板13之间的电短路。
阳极端子31是由易于焊接的导电材料构成的。阳极端子31例如是由SPC钢或钴钢构成的。阳极端子31连接到稍后将提及的阳极箔片21的引出部。底基板13在其位于通孔之间的底面上具有凸部33。如稍后所述，凸部33用作阴极端子。绝缘片34形成在凸部33与阳极端子31之间。因此可以抑制凸部33与阳极端子31之间的电短路。
绝缘件32例如是由诸如硬质玻璃或软质玻璃的玻璃、或者橡胶构成的。在底基板13是由诸如SPC钢的具有相对较高的线性热膨胀系数的材料构成的情况下，绝缘件32优选地由软质玻璃构成。另一方面，在底基板13是由诸如钴钢的具有相对较低的线性热膨胀系数的材料构成的情况下，绝缘件32优选地由硬质玻璃构成。在这些情况下，可以改进壳体10的密封性能。
接着将参照图1A和图2来描述电容器元件200。图2表示沿着图1A中的线A-A剖取的电容器元件200的剖面图。如图1A和图2所示，电容器元件200具有这样的结构，其中层叠有多个单位元件20。在该实施例中，电容器元件200具有这样的结构，其中通过具有导电性的粘合剂25在底基板13上层叠有两个单位元件20。可以通过控制单位元件20的层叠数来控制电容器元件200的电容。
粘合剂25是由诸如银的导电材料构成的。单位元件20具有这样的结构，其中在阳极箔片21上依次层叠有固体电解质层22、碳膏层23和引出阴极层24。阳极箔片21是由在其表面上形成有介电氧化层的阀金属构成的。用于阳极箔片21的阀金属是诸如铝的金属。可以通过对阀金属的表面进行刻蚀处理和化学转化处理而形成介电氧化层。
可以通过将在其表面上形成有介电氧化层的阀金属切割成给定形状而形成阳极铝箔21。在切割过程中，阳极箔片21的端面处的阀金属露出，并在介电氧化层中形成缺陷。因此需要在露出的阀金属上形成介电氧化层。可以通过在切割后进行几次化学转化处理和热处理而在露出的阀金属上形成介电氧化层。利用主要含有0.5wt％至2wt％的己二酸铵的化学液体，在与介电氧化层的形成电压接近的电压下进行化学转化处理。
固体电解质层22具有隔离部。在固体电解质层22中，在隔离部中以及隔离部与阳极箔片21之间形成固体电解质。隔离部主要由具有一种以上的高分子纤维(例如，PET纤维或丙烯酸纤维)的合成纤维构成。固体电解质由3，4-聚乙烯二氧噻吩(PEDT)等构成。可以通过在隔离部中浸入可聚合单体和氧化剂而形成固体电解质。下面将描述固体电解质的形成方法。
在阳极箔片21的表面和隔离部上设置包含要作为固体电解质的单体和氧化剂的混合液体。该单体是包含挥发溶剂的混合溶剂。混合溶剂中的单体浓度在1wt％至50wt％的范围内。浓度优选地在10wt％至35wt％的范围内。在乙醇溶剂中含有40wt％至60wt％的氧化剂。在该实施例中，使用含有60wt％氧化剂的溶剂。接着，对阳极箔片上和隔离部中的混合液体进行热聚合，并形成固体电解质层22。
另外，在固体电解质层22的露出区域上形成绝缘层26。并防止固体电解质从固体电解质层22渗出。绝缘层26例如由诸如硅树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂或聚酰亚胺树脂的绝缘合成树脂构成。
引出阴极层24例如由银膏构成。在该实施例中，下侧的单位元件20的引出阴极层24通过粘合剂25电连接到底基板13。底基板13和金属罩11用作阴极。
因为用具有高密封性能并保护不受外部环境影响的金属罩11和底基板13来密封电容器元件200，所以根据本实施例的固体电解电容器100具有高防潮性能。因此可以抑制固体电解电容器100的性能劣化。另外，因为整个壳体10用作阴极，所以可降低固体电解电容器100的ESL。
(第二实施例)
图3A至图3C表示根据本发明第二实施例的固体电解电容器100a。图3A表示固体电解电容器100a的剖面图。图3B表示固体电解电容器100a的顶视图。图3C表示固体电解电容器100a的底视图。如图3A至图3C所示，固体电解电容器100a与固体电解电容器100的不同之处在于具有电容器元件200a，而不是电容器元件200。
电容器元件200a具有其中层叠有多个单位元件20a的结构。单位元件20a具有这样的结构，其中在阳极箔片21a的上表面和下表面上层叠有固体电解质层22和阴极箔片27。在本实施例的电容器元件200a中层叠有两个单位元件20a。用粘合剂25将电容器元件200a粘附在底基板13上。金属罩11和底基板13用作阴极。
阳极箔片21a的形状与图1A中的阳极箔片21的形状不同。稍后将详细描述。阴极箔片27是由诸如铝、钽或铌的金属构成的。在本实施例中，阴极箔片27是铝箔。对阴极箔片27的表面进行碳化物的蒸发处理或物理吸附处理。这样碳化物粒子吸附在阴极箔片27的表面上。
构成阴极箔片27的金属通过有机碳化物而不直接地与固体电解质层22接触。改进了阴极箔片27与固体电解质层22之间的粘附性。另外，因为碳化物粒子之间的空间大于普通氧化层的蚀坑，所以在固体电解质层22中有效形成固体电解质。阴极箔片27与固体电解质层22之间的抗干扰性能下降，并且tanδ和ESR降低。从而改进了频率特性。
当固体电解电容器100a通电时，阴极箔片27、碳化物粒子和固体电解质层22彼此电导通。因此，由于碳化物粒子和固体电解质层22不会影响固体电解电容器100a的阴极的电容，所以阳极侧的电容就是固体电解电容器100a的电容。因为固体电解电容器100a的电容增加，所以可减少单位元件100a的层叠数。并且可以减小固体电解电容器100a的厚度。可以通过控制单位元件20a的层叠数来控制固体电解电容器100a的电容。
碳化物粒子不受限制，可以是含碳的材料。碳化物粒子例如由碳、石墨、氮化碳、碳化物或碳化合物构成。可通过形成在阴极箔片27的表面上的须(whisker)来保持碳化物粒子。
阴极箔片27上形成有引出部。各个阴极箔片27的引出部通过焊接部分28彼此连接。各个阴极箔片27电连接。焊接部分28是通过激光焊接、电阻焊接或超声波焊接而形成的。阳极箔片21通过引出部连接到阳极端子31。
图4A至图4C表示阳极箔片21和阴极箔片27的形状。图4A表示固体电解电容器100a从上侧看去的立体图。图4B表示阳极箔片21a的顶视图。图4C表示阴极箔片27的顶视图。如图4B和图4C所示，阳极箔片21a和阴极箔片27是具有板状形状的箔片。在各个阳极箔片21a和各个阴极箔片27上一体地形成有引出部。阳极箔片21a的引出部和阴极箔片27的引出部布置成使这些引出部在从垂直于各个箔片的方向看去时不交叠。上述的图3A是沿着图4A中的线C-C剖取的剖面图。图5表示沿着图4A中的线B-B剖取的剖面图。
因为电容器元件200a是用具有高密封性能并保护不受外部环境影响的金属罩11和底基板13来密封的，所以根据本实施例的固体电解电容器100a具有高防潮性能。因此可以抑制固体电解电容器100的性能劣化。另外，因为整个壳体10用作阴极，所以可降低固体电解电容器100a的ESL。
示例
(示例1)
在示例1中，制造图1A至图1C所示的固体电解电容器100。使用进行了刻蚀处理和化学转化处理的铝箔作为阳极箔片21。将铝箔切割成阳极箔片21。利用主要含有重量为0.5％至2％的己二酸铵的化学液体，在与阳极箔片21的介电氧化层的形成电压接近的电压下对阳极箔片21进行化学转化处理，并在200摄氏度至280摄氏度的温度范围内对阳极箔片21进行热处理。阳极箔片21的厚度为100μm至110μm。
接着，在阳极箔片21的两个表面上形成固体电解质层22。在阳极箔片21的两个表面上和隔离部中提供含有25wt％的单体的溶剂和含有60wt％的氧化剂的溶剂。将溶剂从30摄氏度加热到150摄氏度。固体电解质层22的厚度为30μm至50μm。
之后，在固体电解质层22上形成碳膏层23和引出阴极层24。在固体电解质层22的两端上形成绝缘层26。制造出单位元件20。碳膏层23的厚度小于10μm。使用银膏作为引出阴极层24。利用粘合剂25将两个单位元件20层叠在底基板13上，制造出电容器元件200。使用银作为粘合剂25。
之后，将阳极箔片21连接到阳极端子31。以金属罩11来覆盖电容器元件200。底基板13通过凸焊连接到金属罩11。金属罩11的高度为1.7mm。底基板13和阳极端子31由钴钢构成。绝缘件32由硬质玻璃构成。底基板13的厚度为0.7mm。根据示例1的固体电解电容器的电容为2.5V 1000μF。
(示例2)
在示例2中，制造图3A至图5所示的固体电解电容器100a。使用进行了刻蚀处理和化学转化处理的铝箔作为阳极箔片21a。阳极箔片21a的厚度为100μm至110μm。将铝箔切割成阳极箔片21a。使用在其表面保持有碳化物粒子并且厚度为50μm的铝箔作为阴极箔片27。将铝箔切割成阴极箔片27。接着，利用主要含有重量为0.5％至2％的己二酸铵的化学液体，在与阳极箔片21a的介电氧化层的形成电压接近的电压下对阳极箔片21a进行化学转化处理，并在200摄氏度至280摄氏度的温度范围内对阳极箔片21a进行热处理。
接着，在阳极箔片21a的一个表面上形成固体电解质层22。在阳极箔片21a的两个表面上和隔离部中提供含有25wt％的单体的溶剂和含有60wt％的氧化剂的溶剂。将溶剂从30摄氏度加热到150摄氏度。固体电解质层22的厚度为30μm至50μm。
之后，将阴极箔片27粘在固体电解质层22上，制造出单位元件20a。利用粘合剂层叠多个单位元件20a，制造出电容器元件200a。之后，将阳极箔片21a连接到阳极端子31上，并通过超声波焊接来连接阴极箔片27的各个引出部。以金属罩11来覆盖电容器元件200a。底基板13通过凸焊连接到金属罩11。金属罩11的高度为1.7mm。底基板13和阳极端子由钴钢构成。绝缘件32由硬质玻璃构成。底基板13的厚度为0.7mm。根据示例2的固体电解电容器的电容为2.5V 1000μF。
(对比示例)
在对比示例中，将根据示例1的电容器元件200附接到传统的引线框上。通过转印模制以环氧树脂来覆盖电容器元件，制造出固体电解电容器。根据对比示例的固体电解电容器的电容为2.5V 1000μF。
(分析)
表1示出了根据示例1和2以及对比示例的固体电解电容器的电容、tanδ、漏电流和ESR。制造了根据示例1和2以及对比示例的三十个电容器，表1中的各个值示出了其平均值。
[表1]
| 电容(μF) | tanδ(％) | 漏电流(μA/2分钟) | ESR(mΩ) | |
| 示例1 | 1084 | 2.7 | 165 | 2.3 |
| 示例2 | 1108 | 1.9 | 158 | 2.2 |
| 对比示例 | 987 | 3.5 | 213 | 4.3 |
如表1所示，对于根据示例1和2的固体电解电容器，与根据对比示例的固体电解电容器相比，电容增加，而tanδ、漏电流和ESR大幅降低。特别的是，漏电流大幅降低。这是因为用金属壳体和底基板密封了电容器元件。
下面，表2中示出了根据示例1和2以及对比示例的固体电解电容器在95Rh％的大气中处在90摄氏度下1000小时的情况下的性能变化。
[表2]
如表2所示，根据对比示例的所有固体电解电容器短路。不可能测量电容、tanδ和ESR。另一方面，对于根据示例1和2的固体电解电容器，电容、tanδ、ESR和漏电流没有显著变化。这是因为用金属壳体和底基板密封了电容器元件，并且改进了在高温高湿度条件下的防潮性能。
虽然已经详细说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限于以上的具体实施例。另外，应理解，在不脱离所附权利要求的正确和合理意思的情况下，容易对本发明进行修改、变更和变化。
本发明基于2006年1月23日提交的日本专利申请No.2006-014467，此处通过引用并入其全部公开内容。
Claims (11)
1.一种叠层型固体电解电容器，该叠层型固体电解电容器包括：
基板，该基板具有导电性；
电容器元件，该电容器元件设置在所述基板上；以及
金属罩，该金属罩连接到所述基板，覆盖所述电容器元件并与所述基板电导通，
其中：
所述金属罩和所述基板密封所述电容器元件；
所述电容器元件具有单位元件，在该单位元件中，在阳极箔片的表面上依次形成有具有隔离部的固体电解质层、碳膏和引出阴极层；
所述阳极箔片由阀金属构成；并且
所述基板与所述引出阴极层电导通。
2.根据权利要求1所述的叠层型固体电解电容器，其中，所述金属罩焊接在所述基板上。
3.根据权利要求1所述的叠层型固体电解电容器，
其中：
所述基板由金属或在其表面上形成有金属的陶瓷构成，具有阴极端子并具有至少一通孔；并且
所述叠层型固体电解电容器还包括阳极端子，该阳极端子通过所述通孔从所述电容器元件的阳极引出到外面。
4.根据权利要求3所述的叠层型固体电解电容器，其中，该叠层型固体电解电容器在所述通孔中还包括设置在所述基板与所述阳极端子之间的绝缘件。
5.根据权利要求4所述的叠层型固体电解电容器，其中，所述绝缘件由玻璃或橡胶构成。
6.根据权利要求3所述的叠层型固体电解电容器，该叠层型固体电解电容器在所述基板的底面处还包括设置在所述阳极端子与所述阴极端子之间的绝缘层。
7.根据权利要求1所述的叠层型固体电解电容器，其中，该叠层型固体电解电容器还包括形成在所述金属罩的内表面上的绝缘层。
8.根据权利要求1所述的叠层型固体电解电容器，
其中：
所述电容器元件具有层叠有多个所述单位元件的结构；并且
所述多个单位元件中的最下面单位元件的引出阴极层与所述基板电导通。
9.根据权利要求1所述的叠层型固体电解电容器，
其中：
所述电容器元件具有如下结构：在由阀金属构成的阳极箔片的两个面上依次形成有具有隔离部的固体电解质层和阴极箔片，
所述阴极箔片在其位于所述固体电解质层侧的表面上保持有碳化物粒子；并且
所述基板与所述阴极箔片电导通。
10.根据权利要求9所述的叠层型固体电解电容器，其中，各个单位元件的阴极箔片彼此电导通。
11.根据权利要求9所述的叠层型固体电解电容器，
其中：
所述电容器元件具有层叠有多个所述单位元件的结构；并且
各个单位元件的阴极箔片彼此电导通。
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Owner name: NICHICOM CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: FUJITSU MEDIA DEVICES LTD. Effective date: 20090515 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20090515 Address after: Kyoto Japan Applicant after: Nichicon Corp. Address before: Kanagawa Applicant before: Fujitsu Media Devices Ltd |
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| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Fpcap Electronics (suzhou) Co., Ltd. Assignor: Nichicon Corp. Contract record no.: 2012990000385 Denomination of invention: Laminated solid electrolytic condenser Granted publication date: 20100519 License type: Exclusive License Open date: 20070801 Record date: 20120605 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100519 Termination date: 20180122 |