CN101527203A - 固体电解电容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体电解电容器及其制造方法，所述固体电解电容器包括：由阳极箔、阴极箔以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的固体电解质层卷绕而成的长方体形芯包，与所述芯包连接的电极引出端子，以及包裹所述芯包的封装体。所述方法包括：提供裁断为特定宽度的阳极箔、阴极箔和电解纸；在所述阳极箔和阴极箔上连接电极引出端子；由阳极箔、阴极箔以及电解纸卷绕形成圆柱体形的卷绕素子；将所述卷绕素子变形为长方体形的芯包；在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层；将所述芯包的电极引出端子与引脚框连接；对芯包进行封装。上述技术方案可实现更低高度的贴片式固体电解电容器，占据较小厚度空间，能够满足对电子设备薄型化更高要求。

Description

固体电解电容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电解电容器技术领域，特别涉及一种固体电解电容器及其制造方法。

背景技术

近年来，伴随着电子设备向高性能化、小型化发展，适应电子元器件高密度安装的树脂成型贴片元器件逐渐成为主流。铝电解电容器也不例外，采用表面贴装技术(Surfaced Mounting Technology，SMT)的铝电解电容器得到了广泛的应用。

表面贴装技术是新一代的电子组装技术，它将传统的电子元器件压缩成为体积只有原来的几十分之一，从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠性、小型化和低成本，以及生产的自动化。但是，铝电解电容器一般的表面贴装品是竖式的(通称V贴片)，这样的结构使得铝电解电容器在要求薄型化的电子设备上的使用受到限制。

为克服这一缺点，有采用聚苯胺作为电解质层，并通过树脂封装制成贴片式电容器的技术。然而问题在于，将圆柱形的芯包进行封装时，受到芯包直径尺寸的限制，导致封装后的电容器仍然占据较大的厚度空间，无法满足对于电子设备薄型化更高的要求。此外，聚苯胺的固体电解质层制造过程中，采用第一层化学聚合接着第二层电解聚合的方法，并且必须重复多次，导致生产效率较低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种占据较小的厚度空间、能够满足对于电子设备薄型化更高要求的固体电解质电容器及其制造方法。

为解决上述问题，本发明提供一种固体电解电容器，包括：

由阳极箔、阴极箔以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的固体电解质层卷绕而成的长方体形芯包，

与所述芯包连接的电极引出端子，

以及包裹所述芯包的封装体。

所述电极引出端子包括：

与所述阳极箔固定连接的第一引出端子，

与所述阴极箔固定连接的第二引出端子；

其中，所述第一引出端子和第二引出端子分别由芯包的两个端面露出。

所述第一引出端子和第二引出端子露出芯包的部分均为扁平状。

所述第一引出端子和第二引出端子的材料包括阀金属或非阀金属。

所述芯包的外部还包括引脚框，所述引脚框嵌入所述封装体中并分别与所述第一引出端子和第二引出端子连接。

所述固体电解质层包括导电高分子聚合物。

所述导电高分子聚合物包括聚3，4乙烯二氧噻吩。

所述封装体包括环氧树脂或液晶聚合物。

相应的，还提供一种固体电解电容器的制造方法，

提供裁断为特定宽度的阳极箔、阴极箔和电解纸；

在所述阳极箔和阴极箔上连接电极引出端子；

由阳极箔、阴极箔以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的电解纸卷绕形成圆柱体形的卷绕素子；

将所述卷绕素子变形为长方体形的芯包；

对所述芯包进行化成处理和热处理；

在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层；

将所述芯包的电极引出端子与引脚框连接；

对树脂成型对所述连接引脚框后的芯包进行封装。

将所述卷绕素子变形为长方体形的芯包具体包括：

通过夹具将所述卷绕素子固定，对所述卷绕素子施加压力使其形成具有特定尺寸的长方体形芯包。

在所述阳极箔和阴极箔上连接电极引出端子具体包括：

在所述阳极箔上固定连接第一引出端子，并在所述阴极箔上固定连接第二引出端子，其中，所述第一引出端子或第二引出端子的连接部超过所述阳极箔或阴极箔的宽度。

当所述第一引出端子或第二引出端子露出芯包的部分为圆柱形时，所述方法还包括，将所述卷绕素子变形为长方体形芯包之后，将所述圆柱形的露出部分变形为扁平状。

在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层具体包括：

将所述芯包浸入3，4乙烯二氧噻吩单体的乙醇溶液；

加热干燥去除乙醇溶剂，使所述单体在芯包内部残留；

将内部残留所述单体的芯包进行氧化剂含浸后反应形成聚3，4乙烯二氧噻吩。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

所述的固体电解电容器及其制造方法，其芯包为长方体形，通过设定该长方体合适的厚度(如图3中的厚度d)，相对于现有技术中的圆柱形芯包，在进行树脂封装时，受芯包直径的影响小，可以实现更低高度的贴片式固体电解电容器，占据较小的厚度空间，能够满足对于电子设备薄型化更高的要求。

另外，在制作固体电解质层的过程中，形成导电高分子聚合物不必像形成聚苯胺那样重复多次制作步骤，能够提高生产效率。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例中固体电解电容器芯包的立体示意图；

图2为本发明实施例中固体电解电容器的俯视图；

图3为图2沿A-A方向的剖面图；

图4至图9本发明实施例中固体电解电容器的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为突出本发明的特点，附图中没有给出与本发明的发明点必然直接相关的部分，例如，第一、第二阀金属层、电介质氧化皮膜和炭化物粒子层等。

以下结合附图详细说明所述固体电解电容器的一个实施例。

图1为本实施例中所述固体电解电容器芯包的立体示意图，图2为本实施例中所述固体电解电容器的俯视图，图3为图2沿A-A方向的剖面图。

如图1和图3所示，所述固体电解电容器包括：由阳极箔11、阴极箔12以及夹在所述阳极箔11和阴极箔12之间的固体电解质层13卷绕而成的长方体形芯包10，与所述芯包10连接的电极引出端子20，以及包裹所述芯包10的封装体30。

图1中为清楚的表示芯包10的组成，显示出芯包侧面的分解结构，实际上，该侧面是通过胶带14而与芯包紧密粘贴在一起的。如图可见，所述阳极箔11和阴极箔12均为条带形，阳极箔11和阴极箔12通过固体电解质层13间隔，所述固体电解质层13可以为形成于电解纸中的导电高分子聚合物，例如，聚3，4乙烯二氧噻吩。

所述阳极箔11包括第一阀金属层(图中未示出)和形成于所述第一阀金属层表面上电介质氧化皮膜(图中未示出)，所述第一阀金属层包括铝、钽、铌或钛金属，本实施例中第一阀金属层为铝。

所述电介质氧化皮膜可以通过在所述第一阀金属层表面上实施腐蚀处理及化成处理而形成。在本实施例中，所述电介质氧化皮膜为铝氧化皮膜。

所述阴极箔12包括第二阀金属层和所述第二阀金属层表面附着的炭化物粒子层，所述第二阀金属层包括铝、钽、铌或钛金属，本实施例中第二阀金属为铝。

如图3所示，所述电极引出端子20包括：与所述阳极箔(图中未标号)固定连接的第一引出端子21，与所述阴极箔(图中未标号)固定连接的第二引出端子22；

其中，所述第一引出端子21和第二引出端子22分别由芯包10的两个端面露出(参见图1)。这里所述的芯包10的两个端面是指垂直于所述阳极箔11和阴极箔12的卷绕方向的两个面10a、10b，换言之，垂直于条带形阳极箔11或阴极箔12宽度方向的两个面；而平行于所述阳极箔11和阴极箔12的卷绕方向的面为芯包10的侧面。

其中，所述第一引出端子21和第二引出端子22的材料包括阀金属或非阀金属。

如图2和图3所示，所述芯包10的外部还可以包括引脚框40，所述引脚框40嵌入所述封装体30中并分别与所述第一引出端子21和第二引出端子22连接。同一引脚框40上可以连接多个所述芯包10。

优选的，所述第一引出端子21和第二引出端子22露出芯包的部分均为扁平状。相对于圆柱形，第一引出端子21和第二引出端子22与芯包10外部的引线(例如引脚框)连接时，形成面接触，则具有更大的接触面积，有利于形成更好的电性连接。

如图3所示，封装体30将芯包10和与芯包10连接的引脚框40包裹封装，使它们与外界形成良好的绝缘，所述封装体30包括环氧树脂或液晶聚合物，采用树脂封装成型工艺制作。

以上实施例中提供的固体电解电容器，其芯包为长方体形，通过设定该长方体合适的厚度(图3中的厚度d)，相对于现有技术中的圆柱形芯包，在进行树脂封装时，不受芯包直径的限制，可以实现更低高度的贴片式固体电解电容器，占据较小的厚度空间，能够满足对于电子设备薄型化更高的要求。

表1为上述实施例中固体电解电容器与现有的竖式贴装品技术(通称V贴片)制作的6.3V82μF固体电解电容的性能参数对照表，其中Tanδ表示损耗角正切；LC表示漏电流；ESR表示等效串联电阻。通过下表可以看出在不牺牲性能的前提下电容器的高度降低了1.7mm。

	静电容量(μF)120Hz	Tanδ120Hz	LC(μA)印加额定电压2min后测定值	ESR(mΩ)100KHz	厚度(mm)
						本实施例	78.5	0.018	302	14.9	2.8
比较例	82.1	0.015	256	13.6	4.5

以下结合附图详细说明上述固体电解电容器的制造方法的实施例。图4至图9本实施例中固体电解电容器的制造方法的流程图。

步骤S1：参照图4所示，提供裁断为特定宽度的阳极箔11、阴极箔12和电解纸。

具体的，所述阳极箔11和阴极箔12均为条带形；

所述阳极箔11包括第一阀金属层和形成于所述第一阀金属层表面上电介质氧化皮膜，所述第一阀金属层包括铝、钽、铌或钛金属，本实施例中第一阀金属为铝。所述电介质氧化皮膜可以通过在所述第一阀金属层表面上实施腐蚀处理及化成处理而形成。在本实施例中，所述电介质氧化皮膜为铝氧化皮膜。

所述阴极箔12包括第二阀金属层和所述第二阀金属层表面附着的炭化物粒子层，所述第二阀金属层包括铝、钽、铌或钛金属，本实施例中第二阀金属为铝。

步骤S2：参照图4所示，在所述阳极箔11和阴极箔12上连接电极引出端子。

具体的，在所述阳极箔11上固定连接第一引出端子21，并在所述阴极箔12上固定连接第二引出端子22，其中，所述第一引出端子21或第二引出端子22的连接部超过所述阳极箔11或阴极箔12的宽度。

例如，所述第一引出端子21包括圆柱形的露出部21a和扁平状的连接部21b，所述第二引出端子22包括圆柱形的露出部22a和扁平状的连接部22b，所述连接部21b、22b分别与阳极箔21和阴极箔22固定连接，例如可以采用铆接或超声波熔接；对于第一引出端子21来说，连接部21b的长度刚好等于阳极箔21的宽度，而露出部21a超出阳极箔21的宽度而露出，对于第二引出端子22来说，连接部22b的长度大于阴极箔22的宽度，而在阴极箔22的一端露出，露出部22a超出阴极箔22的另一端宽度而露出。

步骤S3：参照图5所示，由阳极箔11、阴极箔12以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的电解纸15卷绕形成圆柱体形的卷绕素子16；

在阳极箔11和阴极箔12之间隔着电解纸15绕着卷绕轴进行卷绕，卷绕完成后采用胶带14粘贴在圆柱体的侧面，以防止散开，于是形成卷绕素子16，这样，所述第一引出端子和第二引出端子连接部嵌入圆柱体形卷绕素子16内，露出部从圆柱体形卷绕素子16的端面(这里端面的含义与前面实施例中所述相同)分别露出，而且，第二引出端子的连接部超出阴极箔12宽度的部分在圆柱体的另一端面露出。

所述电解纸15由天然纤维(纤维素)或化学纤维构成，也可以为使用在电解纸上的天然纤维、化学纤维，并不限于此。化学纤维例如为聚酰胺纤维、丙烯基纤维、聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、尼龙纤维等合成纤维。

步骤S4：参照图6所示，将所述卷绕素子16变形为长方体形的芯包10。

具体的，为了使圆柱形的卷绕素子16变形至特定的尺寸，用特定的夹具(图中未示出)将卷绕素子16固定，对所述卷绕素子16施加压力，使之变形为特定尺寸的长方体形芯包10；接着，将变形为长方体的芯包10固定在铁条上。

此外，当所述第一引出端子21或第二引出端子22露出芯包的部分为圆柱形时，所述方法还包括，将所述卷绕素子16变形为长方体形芯包10之后，将所述圆柱形的露出部分变形为扁平状。如图7所示，将第二引出端子22的露出部去除，并将第一引出端子21的圆柱形露出部压为扁平状。

步骤S5：对所述芯包进行化成处理和热处理，通过该步骤，阳极箔断面露出的阀金属以及由于端子连接等造成的伤口等引起的金属露出面上就形成了电介质氧化皮膜。

具体的，将各个长方体芯包浸入化成液的容器中的化成液中，以化成容器为阴极，将阳极箔实施化成处理；化成液所用的溶质可以为含羧酸基的有机酸盐类，磷酸等无机酸盐等；在本实施例中，化成液采用己二酸铵溶液。使用以0.5wt％～3wt％浓度的己二酸铵溶液为主体的化成液，用近似于电介质氧化皮膜的耐电压的电压进行化成。

接下来，把所述芯包从化成液中取出，进行热处理；热处理为200℃～300℃的温度范围，进行几分钟到十几分钟；重复数回上述化成处理及热处理的过程，这样就能形成耐热性更好的电介质氧化皮膜。

步骤S6：在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层。本实施例中所述固体电解质层为导电高分子聚合物，由3，4乙烯二氧噻吩单体与对甲基苯磺酸铁氧化剂的化学聚合形成。

具体的，首先，将3，4乙烯二氧噻吩单体用乙醇稀释为25wt％的浓度，将所述芯包浸入该单体溶液中；

接着，通过加热干燥去除乙醇溶剂，使所述单体在芯包内部残留，优选的，加热干燥的温度为40℃～60℃，例如50℃。如果温度超过60℃，接近乙醇沸点，会导致其急剧蒸发，造成芯包内部残留的单体不均匀；如果温度在40℃以下，蒸发则需要花费很长时间；至于加热干燥的时间，可以根据长方体形芯包的体积而定。优选的，以10min～20min左右为佳；

然后，将内部残留所述单体的芯包进行氧化剂含浸后反应形成聚3，4乙烯二氧噻吩。所述氧化剂含浸可以采用减压含浸法，能使得长方体芯包含浸均匀；所述氧化剂可以采用55wt％的对甲基苯磺酸铁正丁醇溶液，把所述长方体芯包浸渍在氧化剂中，进行减压含浸；接着，将长方体芯包从30℃到180℃分段升温，通过化学聚合反应，可以形成导电性高分子聚合物，即聚3，4乙烯二氧噻吩。

步骤S7：参照图8所示，将所述芯包10的电极引出端子与引脚框40连接。

具体的，将第一引出端子21和第二引出端子22的多余部分切断，然后连接在引脚框40上，则引脚框40成为外部引出端子。可以采用激光熔接或阻抗熔接等方法，或采用银浆等粘着连接的方法。考虑到制造成本以及接续抵抗，优选采用激光熔接或阻抗熔接等金属结合的连接方法。

步骤S8：参照图9和图3所示，对树脂成型对所述连接引脚框40后的芯包10进行封装，形成封装体30而将芯包10和与芯包10连接的引脚框40包裹封装，再将引脚框端子加工成形，这样，固体电解电容器制作完成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (13)

1、一种固体电解电容器，其特征在于，包括：

由阳极箔、阴极箔以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的固体电解质层卷绕而成的长方体形芯包，

与所述芯包连接的电极引出端子，

以及包裹所述芯包的封装体。

2、根据权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，所述电极引出端子包括：

与所述阳极箔固定连接的第一引出端子，

与所述阴极箔固定连接的第二引出端子；

其中，所述第一引出端子和第二引出端子分别由芯包的两个端面露出。

3、根据权利要求2所述的固体电解电容器，其特征在于，所述第一引出端子和第二引出端子露出芯包的部分均为扁平状。

4、根据权利要求2所述的固体电解电容器，其特征在于，所述第一引出端子和第二引出端子的材料包括阀金属或非阀金属。

5、根据权利要求2、3或4所述的固体电解电容器，其特征在于，所述芯包的外部还包括引脚框，所述引脚框嵌入所述封装体中并分别与所述第一引出端子和第二引出端子连接。

6、根据权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，所述固体电解质层包括导电高分子聚合物。

7、根据权利要求6所述的固体电解电容器，其特征在于，所述导电高分子聚合物包括聚3，4乙烯二氧噻吩。

8、根据权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，所述封装体包括环氧树脂或液晶聚合物。

9、一种固体电解电容器的制造方法，其特征在于，

提供裁断为特定宽度的阳极箔、阴极箔和电解纸；

在所述阳极箔和阴极箔上连接电极引出端子；

由阳极箔、阴极箔以及夹在所述阳极箔和阴极箔之间的电解纸卷绕形成圆柱体形的卷绕素子；

将所述卷绕素子变形为长方体形的芯包；

对所述芯包进行化成处理和热处理；

在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层；

将所述芯包的电极引出端子与引脚框连接；

对树脂成型对所述连接引脚框后的芯包进行封装。

10、根据权利要求9所述固体电解电容器的制造方法，其特征在于，将所述卷绕素子变形为长方体形的芯包具体包括：

通过夹具将所述卷绕素子固定，对所述卷绕素子施加压力使其形成具有特定尺寸的长方体形芯包。

11、根据权利要求9所述固体电解电容器的制造方法，其特征在于，在所述阳极箔和阴极箔上连接电极引出端子具体包括：

在所述阳极箔上固定连接第一引出端子，并在所述阴极箔上固定连接第二引出端子，其中，所述第一引出端子或第二引出端子的连接部超过所述阳极箔或阴极箔的宽度。

12、根据权利要求11所述固体电解电容器的制造方法，其特征在于，当所述第一引出端子或第二引出端子露出芯包的部分为圆柱形时，所述方法还包括，将所述卷绕素子变形为长方体形芯包之后，将所述圆柱形的露出部分变形为扁平状。

13、根据权利要求9所述固体电解电容器的制造方法，其特征在于，在所述芯包的阳极箔和阴极箔之间形成固体电解质层具体包括：

将所述芯包浸入3，4乙烯二氧噻吩单体的乙醇溶液；

加热干燥去除乙醇溶剂，使所述单体在芯包内部残留；

将内部残留所述单体的芯包进行氧化剂含浸后反应形成聚3，4乙烯二氧噻吩。

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