CN101290831A - 固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

一种固体电解电容器具有优异特性且具有对热应力的高可靠性。固体电解电容器包括底座构件，在其上表面一侧具有电容器元件连接面，在其下表面一侧具有电极安装面，其由具有交错形式设置的第一导体和第二导体的绝缘片构成，每个导体连接底座构件的上表面和下表面，电容器元件具有交错形式设置的阳极部分和阴极部分，与每一个第一和第二导体相连。

Description

固体电解电容器

交叉参考

本发明基于申请日为2007年3月6日递交的日本专利申请No.2007-055299，并要求其优先权，其公开的内容全部结合在此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于电子装置的供电电路的去藕电容器，特别涉及具有多个特别安装端子的固体电解电容器。

背景技术

近些年，按照进步的方式将电子装置制作得越来越小、越来越薄而且越来越功能化，其中实现这种进步的最有效的方法之一是使电路驱动频率较高。为实现上述目的，降低等效串联电感(下文中简称为“ESL”)是现今的趋势。

ESL的增加归因于包括器件中导体的渗透性、从器件内部到安装端子的引线长度、引线的形状或类似的因素。为解决这些问题，近期出现很多方法，包括以下方法：其中阳极和阴极安装端子相互接近以降低发生在阳极和阴极端子之间的称为回线电感的电感分量；以及其中降低安装端子的数量，阳极和阴极交替设置为一维或二维交错形式或锯齿形。

例如，一种电容器结构公开于专利参考文件1(日本专利申请未审公开No.2002-343686)，其中通过交替设置阳极安装端子和阴极安装端子以减小ESL，为了实现交替设置，通过在绝缘树脂部分中形成通孔并且用导体填充通孔的内侧部分，在元件部分中的母金属上以及和形成固体电解质后获得的多孔衬底部分上形成绝缘树脂部分后，元件部分中的阴极导体与阴极安装端子连接，阳极安装端子直接形成在元件部分中的母金属上。此外，其上设置有阳极安装端子和阴极安装端子的表面涂敷有绝缘保护层(护套树脂)。

并且，另一电容器结构公开于专利参考2(日本专利申请未审公开No.2002-289469)，其中无需在母金属中形成通孔就实现了端子的锯齿形设置。这里，无孔电极部分形成于构成母金属的阀作用金属片的一侧上，与电极部分相连的连接端子用作正极安装端子。在使得除了电极部分之外的阀金属片部分是多孔的之后，电介质膜形成在所述部分中，并且固体电解层和电流收集层形成在电介质膜上，并且与电流收集层相连的连接端子用作作为负极安装端子。阳极安装端子和阴极安装端子通过插在阳极和阴极安装端子之间的绝缘体彼此绝缘。

但是，传统的电容器结构有些问题。也就是说，在公开于参考专利1的传统固体电解电容器中，在多孔物质部分中形成所需数量通孔后，通过用绝缘树脂填充通孔并固化所填充的树脂，然后形成第二通孔，其直径不超过在固化树脂部分的中心部分处的初始平台上形成的通孔的直径，进一步通过电镀涂敷并填充通孔的内侧部分，获得导体。然而存在以下问题：由于机械或热应力而在树脂部分中产生裂缝或者由于第二通孔形成时围绕通孔的多孔部分引起的损坏，使得存在固体电解电容器的漏电特性退化。

此外，在专利参考2中所公开的传统固体电解电容器中，由于在多孔物质部分没有形成通孔，可以解决在参考专利1中所公开的固体电解电容器中所发生的上述问题，然而，由于阳极和阴极安装端子直接形成在母金属和母金属的多孔物质部分上，也有一个问题存在即，当固体电解电容器安装到衬底上或在温度循环过程中，固体电解电容器的特性，特别是等效串联电阻由于衬底和固体电解电容器之间的热膨胀系数不同而产生的热应力而退化。

发明内容

参考上述内容，本发明的目的是提供一种固体电解电容器，能够表现出对抗热应力的优异性能和高可靠性。

根据本发明的第一方面，提供一种固体电解电容器，包括：

底座构件，在其上表面一侧具有电容器元件连接面，在其下表面一侧具有电极安装面，以及包括至少具有一个第一导体和至少一个第二导体的绝缘片，每一个上述导体提供所述底座构件的上表面和下表面之间的传导；以及

电容器元件，在所述底座构件的上表面上，具有至少一个阳极部分和至少一个阴极部分，与所述第一和第二导体的每一个相连，

其中所述电容器元件包括：由片状或箔形阀作用金属母材制成的阳极体，所述阳极体的一部分作为阳极部分经由阳极电极与所述底座构件的第一导体相连，在围绕所述阳极电极的部分中具有绝缘体；由不包括所述阳极部分的母金属表面上形成的母金属氧化膜制成的电介质；以及由导电聚合物层和阴极导体层构成的阴极体，所述导电聚合物层覆盖所述电介质，并且所述阴极导体层覆盖所述导电聚合物层；以及

其中，所述阴极导体层的一部分作为阴极部分与底座构件的所述第二导体相连。

根据本发明的第二部分，提供一种固体电解电容器，包括：

底座构件，在其上表面一侧上具有电容器元件，在其下表面的一侧上具有电极安装面，以及包括多个第一导体和多个第二导体的绝缘片，每一个所述导体均提供所述底座构件上下表面之间的传导，并设置为交错形式；

电容器元件，具有多个阳极部分和多个阴极部分，每一个均按照交错形式设置在与所述第一和第二导体中的每一个相连的所述底座构件的上表面上，

其中所述电容器元件包括：由片状或箔形的阀作用金属母材制成的阳极体；所述阳极体的多个部分作为阳极部分经由每个阳极电极与所述底座构件的每个所述第一导体相连，在围绕所述阳极电极的部分中具有绝缘体；由不包括每个所述阳极部分的母金属表面上形成的氧化膜制成的电介质；阴极体，所述阴极体由每个所述电介质上覆盖的导电聚合物层和在所述导电聚合物层上形成的阴极导体层构成，

其中所述阴极导体层的多个部分作为每一个阴极部分与所述底座构件的每一个所述第二导体相连。

在前述中，优选模式是其中在所述底座构件的上表面和下表面中的至少一个表面上形成第一金属片或第一金属箔和第二金属片或第二金属片箔，每个金属片或金属箔与所述第一导体和第二导体的每一个相连，其中每个金属片或金属箔与每个阳极部分和所述阴极部分相连。

并且，优选模式是其中在所述底座构件的电极安装面一侧的表面部分中组成电解电容器的复合材料的热膨胀系数在16ppm/℃至26ppm/℃的范围内。

根据上述结构，电容元件通过底座构件安装到衬底上，由此，在温度循环中热应力被释放，在电容元件安装到衬底上时或安装到衬底上后，抑制了固体电解电容器特性退化，特别是抑制了等效串联电阻退化，由此提供可以展现在热应力下优异性能和高可靠性的固体电解电容器。

附图说明

根据结合附图的以下详细描述，本发明的以上和其他目的、优点和特征将更加清楚，其中：

图1是根据本发明第一典型实施例的固体电解电容器的透视图；

图2是图1中固体电解电容器沿A-A线的示意性截面图；以及

图3是根据本发明第典型二实施例的固体电解电容器的示意性截面图

具体实施方式

本发明的最佳实施例将在以下通过各种典型实施例参考附图详细描述。

第一典型实施例

图1是本发明第一典型实施例的固体电解电容器的透视图。图2是图1中固体电解电容器沿线A-A的截面示意图，为方便出售，固体电解电容器被上下反转使得电极安装面向上。

第一典型实施例的固体电解电容器，如图1和2所示，包括：底座构件5，在其上表面具有电容器元件连接面，在其下表面具有电极安装面；以及电容器元件6，与所述底座构件5相连。底座构件5包括绝缘片1，其中通孔为栅格形状，第一导体(阳极通孔)2和第二导体(阴极通孔)3分别形成在通孔中，每个都刺穿交错排列或锯齿形排列的绝缘片1的表面到背面，阴极电极片4由例如铜金属片或金属箔制成，每个形成在第二导体(阴极通孔)3上。电容器元件6具有阳极部分和阴极部分，分别连接到第一导体(阳极通孔)2和第二导体(阴极通孔)3上。

上述电容元件6使用由片状或箔状阀作用金属例如钽、铌、铝或其合金制成的母材作为阳极7，从每一个阳极部分，即从阳极7中分离出所需数量的金、铝或类似的形成阳极8。每个阳极电极8电连接到每个第一导体(阳极通孔)2。在每个阳极8周围的部分使用涂敷法或丝网印刷法形成由绝缘树脂或类似物，例如环氧树脂的绝缘体9。不包括与阳极8连接的部分的在阳极7表面形成电介质10，在不包括阳极8和绝缘体9形成的部分的电介质10上形成导电聚合物层11和由石墨、银或类似物制成的阴极导体12。并且，电介质10、导电聚合物层11和阴极导体12形成在阳极7表面，也就是说，形成在上、下表面和阳极7一侧。每个阴极导体12的一部分，即，上述阴极部分通过每个阴极电极片4连接到每个第二导体(阴极通孔)3。阴极电极盘4的形成不是不可缺少的，但是，通过形成阴极电极片4，第二导体(阴极通孔)3上的区域得以延伸，由此可以获得连接的稳定性。

构成底座构件5的绝缘片1是选自玻璃纤维浸渍环氧树脂(此后，称为“glaepo”)、液晶聚合物等的绝缘元件，以栅格形式穿过绝缘片1的阳极通孔2和阴极通孔3使用铜或类似物由电镀形成，或由导电浆料粘结(conductive paste bonding)方法而成。并且，电容器元件6的上表面涂敷有护套材料13。

优选地，衬底表面部分的热膨胀系数采用17ppm/℃至25ppm/℃。其理由为发明人发现：当衬底的热膨胀系数设计为17ppm/℃和25ppm/℃并且用作固体电解电容器的组成部分，安装失败的发生率降低。

第二典型实施例

图3是本发明第二典型实施例的固体电解电容器的示意性截面图。

第二典型实施例的固体电解电容器中所采用的底座构件与第一典型实施例中所采用底座构件的不同。如图3所示，第二典型实施例的固体电解电容器的底座构件5在其上表面一侧具有电容器元件连接表面，在下表面一侧具有电极安装面，所述底座构件5包括：绝缘片1，其中通孔以栅格形状形成；第一导体(阳极通孔)2和第二导体(阴极通孔)3，形成于每个通孔中，并且每一个均穿透交错设置的绝缘片1的正面到背面；以及阳极电极片14和每个阴极电极盘4由设置在每个阴极通孔3和阳极通孔2上的例如铜之类的金属片或金属箔制成，每个都形成在相同的表面，即，形成于底座构件5的电容器元件的连接面上以及在面对阳极电极片14和每个阴极电极片4的主表面；由例如铜的金属片或金属箔制成的多个安装端子片15形成在相同的表面，即在电极安装面上。不包括所需尺寸的圆形暴露部分(上述部分与安装连接)的每个端子安装片15都涂敷有绝缘层16。绝缘层16是厚度为约10微米的抗蚀剂层，该抗蚀剂层可以由印刷方法或带状材料方法形成。

下面，将具体地描述固体电解电容器的制造工艺的一些示例。

示例1

本发明第一典型实施例的固体电解电容器的制造工艺示例如图2所示。

(第一工艺：阳极电极绝缘体的形成)

首先，解释电容器元件的制造。选择商业上可获得的箔作为铝电解电容器的材料，其电容量为每单位平方厘米200微法，形成电压为9V以形成电介质。切割箔片以获得大小为4平方毫米，在所述切割箔片一侧上的衬底一侧表面上的阳极7的电介质层10上，用印刷的方法以交错形式用直径为0.6mm的环氧树脂涂敷0.6mm间距格点，导致形成间距为1.2毫米的电介质10。

(第二工艺：阳极电极的形成)

此后，绝缘体9的中心部分使用激光束清除，以暴露出直径为0.3毫米的铝箔中心，其中形成金凸点以分隔每个阳极8。上述部分称为阳极部分。

(第三工艺：导电聚合物层和阴极导体的形成)

然后，在环绕每个阳极8的电介质10上、衬底一侧上的绝缘体9上以及相对一侧上的电介质10上形成导电聚合物层11，另外通过在其上顺序地覆盖石墨和银浆形成阴极导体12。

(第四工艺：底座材料的准备)

接着，相对于按照交错形式在具有0.6间距的每一个格点处形成的每一个绝缘体9的位置，将厚度为18微米直径为0.6毫米的空心铜箔(未示出)通过实用银浆与在第三工艺已经完成的电容器元件相连。

(第五工艺：连接到底座材料)

然后，将厚度为60微米的、由含有玻璃无纺纤维(glaepo)的环氧树脂制成的底座构件，按照以下方式结合至电容器元件6的上下表面，在所述方式中包裹所述电容器元件6，与所述电容器元件6的上表面结合底座构件用作作为护套构件(sheathing member)13，与电容器元件6的下表面结合的底座构件用作绝缘片1。然后，通过使用激光束在绝缘片1上具有0.6mm间距的每一个格点处形成每个直径为0.15毫米的通孔，并另外通过使用镀铜方法形成导体，即，在每个通孔中形成阳极通孔2和阴极通孔3，在第二工艺中形成的每个阳极电极8与每一个阳极通孔相连；以及在第三工艺中形成的每个阴极导体12的与每个阴极通孔3相连。在此，通过用导体填充每个阳极通孔2和阴极通孔3的内部，每个通孔2和3的表面作为安装端子。

上述方法制造的10片固体电解电容器的平均电学性能表现为频率为120赫兹时电容量为20微法，频率为100千赫兹时等效串联电阻为10mΩ。

示例2

本发明第二典型实施例的固体电解电容器的制造工艺示例参考图3具体描述。

在示例2的固体电解电容器的情况下，电容器元件6由前述的示例1的第一至第四工艺中所采用的相同方法制造。

(第五工艺：底座构件的制造)

然后，通过利用厚度为60微米由含有玻璃无纺纤维(glaepo)的环氧树脂将直径为18微米的铜箔结合在底座构件5的两侧，然后通过使用激光束形成(直径为0.09mm)的孔，所述孔在0.06mm间距的格点处刺穿厚度为60微米的底座构件5，另外通过使用铜片将结合至底座构件5的两侧的铜箔与所述孔内部电连接，形成阳极通孔2和阴极通孔3。接下来，结合至底座构件5的两侧的铜箔通过蚀刻方法处理以具有特定形状。也就是说，通过使用蚀刻方法去除不包括面对每个在电容元件6上按照交错形式设置的阳极和阴极部分的铜箔部分，也就是说，不包括面对每个阳极电极片14和阴极电极片4的那部分铜箔，剩余铜箔的表面通过绝缘进行分离。类似地，通过使用蚀刻方法去除不包括每个阳极通孔2和阴极通孔3正下方的特殊尺寸部分的铜箔，剩余的铜箔部分，即端子安装片15通过绝缘进行分离。与每个阳极电极片14相对应的在蚀刻工艺中所保留的铜箔部分直径为0.3mm，而与每个阴极电极片4相对应的部分的直径为0.6mm，而与安装端子盘15相对应的部分直径为0.5mm。并且，通过曝光在端子安装盘15上所获得的具有特殊尺寸(此处，直径为0.03mm)的底座构件以及通过用由环氧树脂构成的绝缘层16涂敷所保留的部分以形成具有特殊形状的10微米厚度的安装端子，完成底座构件5。

(第六工艺：底座材料与电容器元件的连接)

接下来，在第四工艺中准备的底座构件5与电容器元件6连接。所述连接是通过将电容器元件6上的每一个阴极导体12结合到底座构件5上的每一个阴极电极片4上实现的，所述结合通过使用诸如银浆之类导电浆料(未示出)；通过覆盖每个由金凸点组成的阳极电极8，上述金凸点来自电容器元件6上的阳极7，上述电容器元件6在第二工艺中形成在底座构件5上的每一个阳极电极14上；以及通过在压力下加热上述两个以获得阳极部分来实现。

(第七工艺：护套)

最后，通过将护套构件13结合至底座构件5和电容器元件6的联合组件上，固体电解电容器最终制成。

按上述方法制造的10片固体电解电容器的平均电特性是：频率为120Hz时电容为20微法，频率为100kHz时等效串连电阻为11mΩ。并且，在底座5的电极安装面一侧上的那部分的热膨胀系数为20ppm/℃。

示例3

在此描述第二典型实施例的固体电解电容器的制造工艺的示例3，其中底座构件5的电极安装面一侧上的那部分的热膨胀系数为16ppm/℃，与示例2中的不同。示例3中的固体电解电容器的制造工艺大约与示例2中所采用的近似相同，因此，通过参考示例2中的制造工艺只解释其不同点。示例3和示例2不同之处在于：因为，在示例3的第四工艺中(底座构件的准备工艺)，厚度为60微米的玻璃无纺纤维在底座构件中的含量较示例2中增加了10％，并且待结合至底座构件两侧上的铜箔厚度变为25微米。其它制造条件与示例2相同。

按照上述方法制造的10个固体电解电容器的平均电性能是：频率为120Hz时电容为20微法，频率为100kHz时等效串连电阻为10.5mΩ。

示例4

下面描述固体电解电容器的制造方法的示例4，其底座构件5的安装电极一侧上的那部分的热膨胀系数为26ppm/℃与死狐狸2不同。示例4中的固体电解电容器的制造工艺与示例2中所采用的制造工艺基本相同，因此参考示例2的制造工艺只解释不同点。示例4不同于示例2之处在于：在示例4的第五工艺中(底座构件的制造)，底座构件5的厚度由60微米变为100微米，底座构件5中所包含的玻璃无纺纤维的比例比示例2中少20％。其它制造条件与示例2相同。

上述方法制造的10件固体电解电容器的平均电性能是：频率为120Hz时电容为20微法，频率为100kHz时等效串连电阻为12mΩ。

(比较示例)

作为比较示例，通过使用专利参考2中公开的已知方法制造10件固体电解电容器是。即，执行示例1中所采用的第一至第四工艺来制造电容器元件，然后，不包括阳极电极和阴极电极部分的电容器元件用环氧树脂涂敷。上述的10件固体电解电容器的平均电性能是：频率为120Hz时电容为20微法，频率为100kHz时等效串连电阻为11mΩ。包括形成铝箔和/或电介质的形成电压的固体电解电容器制造条件、阳极的分割和形成区域面积、包围绝缘体尺寸、固体电解电容器的电容量和可以影响等效串联电阻的设计因素都与示例2所采用的一样。

将固体电解电容器安装到衬底上之后，通过使用无铅板使固体电解电容器通过245℃的回流炉10分钟执行回流工艺，重复245℃的另外的回流工艺，并执行温度循环测试(-55℃至55℃，保持时间30分钟，500次循环)。表1示出了上述一系列测试前和测试后的每一个示例和比较示例的10件固体电解电容器的平均电容和等效串联电阻(ESR)

表1

如表1所示，当与比较示例比较时，示例1至4的固体电解电容器在一系列可靠性测试中表现出优异的性能。所示出的是当在其中热膨胀系数改变的示例2至4中进行比较时，其热膨胀系数大于16ppm/℃(示例3的值)并在小于26ppm/℃(示例4的值)范围内的示例2的固体电解电容器具有优异的可靠性。

明显地，本发明并不限于上述典型实施例，并且可以在不背离本发明范围和精神的前提下修改或改进。

Claims (6)

1.一种固体电解电容器，包括：

底座构件，在其上表面一侧具有电容器元件连接面，在其下表面一侧具有电极安装面，以及包括至少具有一个第一导体和至少一个第二导体的绝缘片，每一个导体提供所述底座构件的上下表面之间的传导；以及

电容器元件，在所述底座构件的上表面上具有至少一个阳极部分和至少一个阴极部分，与所述第一和第二导体的每一个相连；

其中所述电容器元件包括：由片状或箔形阀作用金属母材制成的阳极体，所述阳极体的一部分作为所述阳极部分经由阳极电极与所述底座构件的所述第一导体相连，在围绕所述阳极电极的部分中具有绝缘体；由不包括所述阳极部分的母金属表面上形成的母金属氧化膜制成的电介质；以及由导电聚合物层和阴极导体层构成的阴极体，所述导电聚合物层覆盖所述电介质，并且所述阴极导体层覆盖所述导电聚合物层；以及

其中，所述阴极导体层的一部分作为阴极部分与所述底座构件的所述第二导体相连。

2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，在所述底座构件的上表面和下表面上的至少一个表面上形成第一金属片或第一金属箔和第二金属片或第二金属箔，每个金属片或金属箔均与所述第一导体和第二导体的每一个相连，其中每一个所述金属片或金属箔与每一个所述阳极部分和所述阴极部分相连。

3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器，其中，在所述底座构件的电极安装面一侧上的表面部分中组成所述电解电容器的复合材料的热膨胀系数在16ppm/℃至26ppm/℃的范围内。

4.一种固体电解电容器，包括：

底座构件，在其上表面一侧上具有电容器元件连接面，在其下表面一侧上具有电极安装面，以及包括多个第一电极和多个第二电极的绝缘片，每一个所述导体均提供所述底座构件的上下表面之间的传导，并设置为交错形式；以及

电容器元件，具有多个阳极部分和多个阴极部分，每一个均按照交错形式设置在与所述第一和第二导体中的每一个相连的所述底座构件的上表面上，

其中所述电容器元件包括：由片状或箔形的阀作用金属母材制成的阳极体，所述阳极体的多个部分作为阳极部分经由每个阳极电极与所述底座构件的每个所述第一导体相连，在围绕所述阳极电极的部分中具有绝缘体；由不包括每个所述阳极部分的母金属表面上形成的氧化膜制成的电介质；阴极体，所述阴极体由每个所述电介质上覆盖的导电聚合物层和在所述导电聚合物层上形成的阴极导体层构成，

其中所述阴极导体层的多个部分作为每一个阴极部分与所述底座构件的每一个所述第二导体相连。

5.根据权利要求4所述的固体电解电容器，其中，在所述底座构件的上表面和下表面的至少一个表面上形成第一金属片或第一金属箔和第二金属片或第二金属箔，每个金属片或金属箔均与所述第一导体和第二导体的每一个相连，其中每一个所述金属片或金属箔与每一个所述阳极部分和所述阴极部分相连。

6.根据权利要求4和5所述的固体电解电容器，其中，在所述底座构件的电极安装面一侧上的表面部分中组成所述电解电容器的复合材料的热膨胀系数在16ppm/℃至26ppm/℃的范围内。

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