CN101546653A

CN101546653A - 固体电解电容器装置和制造该固体电解电容器装置的方法

Info

Publication number: CN101546653A
Application number: CNA2009101277519A
Authority: CN
Inventors: 渡嘉敷真哉; 吉田胜洋; 高桥雅典
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2009-09-30

Abstract

本发明公开了一种制造固体电解电容器装置的方法。固体电解电容器包括封装基板和安装在封装基板上的电容器元件。封装基板包括外阳极电极、外阴极电极、内阳极电极和内阴极电极。外阳极电极电连接到内阳极电极。外阴极电极电连接到内阴极电极。电容器元件包括电容器主体和从电容器主体延伸出来的阳极引线部。电容器主体具有表面，所述表面的至少一部分设有阴极部。所述方法包括以下步骤：形成阳极引线部；在形成阳极引线部之后形成阴极部；以及将阳极引线部和阴极部分别连接到内阳极电极和内阴极电极。

Description

固体电解电容器装置和制造该固体电解电容器装置的方法

技术领域

本发明涉及一种固体电解电容器装置和制造该固体电解电容器装置的方法。

背景技术

已经提出了每一个均包括铝阳极构件的各种各样的固体电解电容器装置。例如，JP-A H09(1997)-283376或JP-A 2001-267181公开了一种铝固体电解电容器装置。

JP-A 2001-267181的固体电解电容器装置包括封装基板和安装在封装基板上的电容器元件。电容器元件包括电容器主体和从电容器主体延伸出来的阳极引线部。电容器主体具有表面，所述表面的至少一部分设有阴极部。然而，所公开的固体电解电容器主体却具有缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造具有减少的缺陷的固体电解电容器装置的方法。

本发明的一方面提供一种制造固体电解电容器装置的方法。固体电解电容器包括封装基板和安装在封装基板上的电容器元件。封装基板包括外阳极电极、外阴极电极、内阳极电极和内阴极电极。外阳极电极电连接到内阳极电极。外阴极电极电连接到内阴极电极。电容器元件包括电容器主体和从电容器主体延伸出来的阳极引线部。电容器主体具有表面，所述表面的至少一部分设有阴极部。所述方法包括以下步骤：形成阳极引线部；在形成阳极引线部之后形成阴极部；以及将阳极引线部和阴极部分别连接到内阳极电极和内阴极电极。

通过学习优选实施例的以下说明并通过参照附图可以实现对本发明的目的的认识和其结构的完全理解。

附图说明

图1A是示出了根据本发明的第一实施例的固体电解电容器装置的剖视图；

图1B是示出了包括在图1A的固体电解电容器装置中的电容器元件的俯视图；

图1C是示出了图1B的电容器元件的剖视图；

图2A是示出了根据本发明的第二实施例的固体电解电容器装置的剖视图；

图2B是示出了包括在图2A的固体电解电容器装置中的电容器元件的俯视图；

图3A是示出了根据本发明的第三实施例的固体电解电容器装置的剖视图；以及

图3B是示出了包括在图3A的固体电解电容器装置中的电容器元件的俯视图。

虽然本发明容许有各种修改和可供选择的形式，然而本发明的具体实施例通过附图中的实例被示出并将在此详细说明。然而，应该理解的是本发明的附图和详细说明不意味着将本发明限制到所公开的具体形式，相反，其目的是覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和保护范围内的所有修改、等效形式和可选形式。

具体实施方式

(第一实施例)

参照图1A-1C，根据本发明的第一实施例的固体电解电容器装置包括封装基板或插入基板(interpose substrate)2和安装在封装基板2上的电容器元件1。

如图1A中所示，封装基板2包括外阳极电极7、外阴极电极8、内阳极电极3和内阴极电极6。外阳极电极7和外阴极电极8分别电连接到内阳极电极3和内阴极电极6，虽然这些连接在图1A中未示出。

如图1A-1C中所示，电容器元件1包括电容器主体21、阳极引线部17和分隔部(divider)13。当从上方看时(见图1B)，电容器主体21和阳极引线部17被分隔部13间隔开。本实施例的间隔器13由诸如环氧树脂的绝缘树脂制成。如图1A和1C中所示，阳极引线部17从电容器主体21延伸出来。如后面所述，阳极引线部17在连接部4处连接到内阳极电极3。电容器主体21具有设有阴极部20的表面。如后面所述，阴极部20通过导电粘合剂5连接到内阴极电极6。

电容器主体21具有低的剖面块状形状，并包括阳极构件10。阳极构件10包括铝基底14、表面扩展层11、电介质涂层12。铝基底14是铝膜，并且在本实施例中被用作阀金属。表面扩展层11形成在铝基底14的一部分上。本实施例的电介质涂层12是氧化物涂层，并形成在表面扩展层11上。电容器主体21还包括固体电解质层18、石墨层19和阴极部20。本实施例的固体电解质层18由导电聚合物制成，并形成在电介质涂层12上。石墨层19形成在固体电解质层18上。本实施例的阴极部20由诸如导电浆料的金属材料制成。

本实施例的阳极引线部17包括铝基底14的一部分和铝线15。铝线15在连接部16处通过楔焊过程分别连接到铝基底14。铝线15在相应的连接部4处通过引线焊接过程连接到内阳极电极3。铝线15的数量、连接部16的数量和连接部4的数量不限于本发明。

以下说明上述固体电解电容器装置的制造方法。

首先，切割铝膜以获得铝基底14。蚀刻铝基底14的表面以在铝基底14上设置表面扩展层11。对表面扩展层11实施化学转化过程或化学氧化过程以在表面扩展层11上设置电介质涂层12。从而得到阳极构件10。

在电介质涂层12的多个预定部分上形成分隔部13，以将阳极构件10分隔成第一和第二区，其中，第一区对应于电容器主体21，而第二区对应于阳极引线部17的一部分。

例如，通过使用激光装置移除第二区上的表面扩展层11和第二区上的电介质涂层12，使得铝基底14的一部分被暴露。通过楔焊过程将铝线15连接到铝基底14的暴露部分，使得形成连接部16。从而得到阳极引线部17。

要注意的是阴极部20没有在此阶段形成。换句话说，当形成阳极引线部17的时候，电容器主体21的形成在此时没有完成。与诸如超声焊接过程和电阻焊接过程的其它过程相比，楔焊过程具有减小尺寸的优点。另一方面，楔焊过程将应力施加在阳极构件10上。作为传统技术，如果在完成电容器主体之后形成阳极引线部，楔焊过程则可能损坏电容器主体；在电容器主体被损坏的情况下，在下面的过程中则难以恢复电容器主体；损坏产生漏电流问题。然而，根据本发明，阳极引线部17在完成电容器主体21之前形成，使得，如果楔焊过程可能损坏阳极构件10，则易于例如通过以下说明的另外的化学转换过程或另外的化学氧化过程恢复阳极构件10。

实施另外的化学转换过程，使得阳极引线部17，即，铝基底14的暴露部分和铝线15，以及阳极构件10的端表面设有另外的电介质涂层(未示出)。在另外的化学转换过程中，固化电介质涂层12使得，如果楔焊过程损坏电介质涂层12，另外的化学转化过程恢复电介质涂层12。

另外的化学转化过程之后，固体电解质层18、石墨层19和阴极部20通过丝网印刷过程按顺序形成在电介质涂层12的第一区上，使得完成电容器主体21的形成。因而，得到电容器元件1。

例如，通过使用激光装置移除形成在铝线15的端部处的另外的电介质涂层。然后，将铝线15的端部连接到封装基板2的内阳极电极3，使得形成连接部4。另一方面，通过使用导电粘合剂5将阴极部20连接到内阴极电极6。将诸如树脂的绝缘体9施加到封装基板2和电容器元件1，使得在通过绝缘体9封装和覆盖电容器元件1的同时，至少部分地暴露外阳极电极7和外阴极电极8。因而，得到本实施例的固体电解电容器装置。

(第二实施例)

参照图2A和2B，根据本发明的第二实施例的固体电解电容器装置是上述第一实施例的固体电解电容器装置的修改。因此，在图2A和2B中，与第一实施例的固体电解电容器装置的结构相同或相似的结构使用相同的附图标记；对这些结构的说明被省略。

如图2A和2B中所示，本实施例的阳极引线部17主要包括铝基底14的一部分，而没有使用铝线或其它构件。

本实施例的固体电解电容器装置被如下制造：

以第一实施例中所述的方式形成阳极构件10。然后，形成分隔部13，以将阳极构件10分隔成第一和第二区。根据本实施例的第二区的尺寸大于第一实施例的第二区的尺寸。

移除第二区上的表面扩展层11和第二区上的电介质涂层12，以暴露铝基底14的一部分。因而，得到主要由铝基底14的暴露部分构成的阳极引线部17。形成阳极引线部17之后，完成了电容器主体21的形成。

然后，通过引线焊接过程将阳极引线部17在连接部4处连接到内阳极电极3，同时将阴极部20连接到内阴极电极6。然后，将绝缘体9施加到其上，使得得到本实施例的固体电解电容器装置。

(第三实施例)

参照图3A和3B，根据本发明的第三实施例的固体电解电容器装置是上述第二实施例的固体电解电容器装置的修改。因此，在图3A和3B中，与第二实施例的固体电解电容器装置的结构相同或相似的结构使用相同的附图标记；对这些结构的说明被省略。

如图3A和3B中所示，本实施例的阳极引线部17主要包括铝基底14的一部分。此外，设置金属隆起焊盘22、23，用于阳极引线部17与内阳极电极3之间的连接。

本实施例的固体电解电容器装置被如下制造：

移除第二区上的表面扩展层11和第二区上的电介质涂层12，以暴露铝基底14的一部分。在铝基底14的暴露部分的下侧上，形成金属隆起焊盘22。由此，得到主要由铝基底14的暴露部分构成的阳极引线部17。形成阳极引线部17之后，完成了电容器主体21的形成。

另一方面，处理本实施例的封装基板2，使得在内阳极电极3上形成金属隆起焊盘23。

然后，通过使用金属隆起焊盘22、23使所述阳极引线部17通过引线焊接过程连接到内阳极电极3，使得形成连接部24，如图3A中所示。另一方面，将阴极部20连接到阴极电极6。然后，将绝缘体施加到其上，使得得到本实施例的固体电解电容器装置。

在本实施例中，阳极引线部17和内阳极电极3分别设有金属隆起焊盘22、23。然而，本发明不限于此。阳极引线部17和内阳极电极3中只有一个可以设有金属隆起焊盘。

金属隆起焊盘22、23可以由铝或金制成。在铝隆起焊盘的情况下，优选的是铝隆起焊盘通过楔焊过程形成。在金隆起焊盘的情况下，优选的是金隆起焊盘通过球焊过程形成。

(示例)

为了评估上述实施例，制造和分析三种类型的示例和两种类型的比较示例。示例1-3对应于本发明的第一到第三实施例。

示例1

用于铝固体电解电容器装置的铝膜制备为阳极构件10的母材料。在4V标称电压下实施电介质涂层12在铝膜中的形成。铝膜的电容为295μF/cm²并且厚为105μm.

铝膜被切割成得到2.5mm x 5.0mm的阳极构件10。在阳极构件10上，分隔部13被形成，使得阳极构件10被分隔成第一和第二区。每一个分隔部13都由环氧树脂制成，并具有0.5mm的宽度和15μm的厚度。由于分隔，第一区为2.5mm x 4.0mm的矩形形状，而第二区具有2.5mm x0.5mm的矩形形状。

通过激光过程移除第二区上的表面扩展层11和第二区上的电介质涂层12，使得暴露铝基底14的一部分，其中激光装置的功率为15W。

每一个铝线15的直径为75μm。向铝线15施加10W的激光束，使得氧化物涂层从端部被移除。由此被处理的铝线15连接到铝基底14的暴露部分，使得得到阳极引线部17。

阳极引线部17和阳极构件10浸入10％的联铵己二酸溶液(diammonium adipate solution)。此外，向其施加6V电压，使得在铝基底14的暴露部分、阳极构件10的端面和铝线15的表面上形成另外的电介质涂层。

厚10μm的固体电解质层18形成在阳极构件10的第一区上，即，在电介质涂层12上。通过混合单体、氧化剂和掺杂剂得到固体电解质层18的导电聚合物，其中单体是3，4-亚己二氧基噻吩，氧化剂是过硫酸铵，掺杂剂是p-甲苯磺酸，并且单体和氧化剂以及掺杂剂的摩尔质量比为6:1:2。在固体电解质层18上，通过丝网印刷过程形成厚15μm的石墨层19。在石墨层19上，形成厚30μm的导电浆料层。导电浆料层由含有80wt％或更多的银的导电浆料制成。在150℃的温度下处理导电浆料层。因此，有机溶剂从导电浆料层挥发，同时硬化导电浆料层，使得形成阴极部20。从而得到电容器主体21。

通过使用10W的激光装置移除铝线15的其它端部的另外的电介质涂层。然后，通过引线焊接过程将铝线15的其它端部连接到内阳极电极3。在本示例中，内阳极电极3、内阴极电极6、外阳极电极7和外阴极电极8中的每一个均由厚18μm的铜层制成，所述涂层被3μm镀镍和0.1μm的镀金涂布。另一方面，将厚40μm的导电粘合剂5施加到阴极部20。然后，通过使用导电粘合剂5将阴极部20连接到内阴极电极6。环氧树脂被用作绝缘体9，使得得到示例1的固体电解电容器装置。在本示例中的装置的数量是十。

示例2

在以与示例1的制造方向类似的方式形成暴露铝基底14的一部分之后，通过使用激光处理铝基底14的暴露部分，使得铝基底14的暴露部分具有如图2B中所示的梳状形状。激光的功率为50W。铝基底14的梳状形状部分被用作为如上所述的阳极引线部17。

在形成阳极引线部17之后，实施另外的化学转换过程。然后，形成固体电解质层18、石墨层19和阴极部20，使得完成电容器主体21的形成。形成电容器主体21之后，通过引线焊接过程将铝基底14的暴露部分作为阳极引线部17连接到内阳极电极3，而阴极部20连接到内阴极电极6。因而得到示例2的电容器装置。在本示例中的装置的数量是十。对示例2的装置做类似的分析。

示例3

在以与示例2的制造方式类似的方式形成主要包括铝基底14的暴露部分的阳极引线部17之后，通过楔焊过程在铝基底14的暴露部分上形成铝的金属隆起焊盘22。然后，实施另外的化学转化过程。随后，形成固体电解质层18、石墨层19和阴极部20，使得完成电容器主体21的形成。

另一方面，通过球焊过程在内阳极电极3上形成金的金属隆起焊盘23。通过引线焊接过程将阳极引线部17和内阳极电极3相互连接，同时阴极部20连接到内阴极电极6。从而得到示例3的电容器装置。在本示例中的装置的数量为十。对示例3的装置做类似的分析。

比较示例1

比较示例1的固体电解电容器装置包括阳极引线部和铜引线框架，所述阳极引线部包括铝基底14的一部分。通过超声波焊接过程将铜引线框架连接到铝基底14。焊接过程需要用于第二区的尺寸余量。因此，阳极构件10的第一区小于示例1-3的第一区。

比较示例2

在外表上，示例2的固体电解电容器装置与示例1的固体电解电容器装置具有相同的结构。然而，比较示例2的装置具有不同的制造过程。在形成比较示例2的装置时，在形成阳极引线部17之前实施阴极部20的形成。详细地，在形成阴极部20之后将铝线15楔焊到暴露的铝基底14。

分析

就“电容”、“等效串联电阻(ESR)”和“漏电流”对示例1-3和比较示例1和2进行分析，其中通过AC阻抗电桥方法计算“电容”和“ESR”。“电容”的计算条件是：所使用的参考信号的频率为120Hz；参考信号的电压为1Vrms；以及DC偏压为0V。对于“ESR”，条件为：所使用的参考信号的频率为100kHz；参考信号的电压为1Vrms；以及DC偏压为0V。通过给示例装置施加2.5V电压之后等待1分钟计算“漏电流”，所述2.5V电压是装置的额定电压。表1中示出了计算结果的平均值。

表1

	电容[μF]	ESR[μΩ]	漏电流[μA]	有效面积尺寸[mm²]
	电容[μF]	ESR[μΩ]	漏电流[μA]	有效面积尺寸[mm²]	示例1	23.6	8.8	11	10
示例2	23.5	8.7	12	10	示例1	23.6	8.8	11	10
示例2	23.5	8.7	12	10	示例3	23.5	8.7	12	10
比较示例1	20.3	10.0	11	8.75	示例3	23.5	8.7	12	10
比较示例1	20.3	10.0	11	8.75	比较示例2	23.6	8.7	20	10

从表1中明显地得到，示例1-3在“电容”和“ESR”方面优于比较示例1。详细地，示例1-3中的每一个的电容比比较示例1的电容高10％，而ESR却比比较示例1的ESR低。

此外，示例1-3在“漏电流”方面优于比较示例2。更详细地，示例1-3中的每一个与比较示例2相比具有减小的漏电流。

本发明基于2008年3月25日和2008年10月20日分别在日本专利局递交的日本专利申请JP2008-076998和JP2008-269580，所述专利申请的内容通过引用在此并入。

虽然已经说明了被认为是本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将认识到在不脱离本发明的精神的情况下可以对本发明做其它和进一步的修改，并且本发明旨在要求保护落入本发明的实际保护范围内的所有这些实施例。

Claims

1.一种制造固体电解电容器装置的方法，所述固体电解电容器装置包括封装基板和安装在所述封装基板上的电容器元件，所述封装基板包括外阳极电极、外阴极电极、内阳极电极和内阴极电极，所述外阳极电极电连接到所述内阳极电极，所述外阴极电极电连接到所述内阴极电极，所述电容器元件包括电容器主体和从所述电容器主体延伸出来的阳极引线部，所述电容器主体具有表面，所述表面的至少一部分设有阴极部，所述方法包括以下步骤：

形成阳极引线部；

在形成所述阳极引线部之后，形成所述阴极部；以及

将所述阳极引线部和所述阴极部分别连接到所述内阳极电极和所述内阴极电极。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳极引线部通过引线焊接过程连接到所述内阳极电极。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳极引线部由铝形成。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，形成所述阳极引线部的步骤包括以下步骤：

蚀刻铝基底，以便在所述铝基底设置表面扩展层；

对所述表面扩展层实施化学转化过程，以便在所述表面扩展层设置电介质涂层；

部分地移除所述表面扩展层和所述电介质涂层，以暴露所述铝基底的一部分；以及

通过楔焊过程将铝线连接到所述铝基底的暴露部分以得到所述阳极引线部，所述阳极引线部包括所述铝基底的所述暴露部分和所述铝线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，实施形成所述阴极部的步骤，使得所述阴极部形成在所述表面扩展层的所述电介质涂层上。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，形成所述阳极引线部的步骤包括以下步骤：

蚀刻铝基底，以便在所述铝基底设置表面扩展层；

部分地移除所述表面扩展层和所述电介质涂层，以暴露所述铝基底的一部分，其中，所述阳极引线部主要由所述铝基底的所述暴露部分构成。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，实施形成所述阴极部的步骤，使得所述阴极部形成在所述表面扩展层的所述电介质涂层上。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述阳极引线部和所述内阳极电极中的至少一个上设置金属隆起焊盘的步骤，以便在引线焊接过程中通过使用所述金属隆起焊盘将所述阳极引线部和所述内阳极电极相互连接起来。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属隆起焊盘由铝或金制成。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括实施另外的化学转化过程以在所述阳极引线部设置另外的电介质涂层的步骤，其中，在形成所述阳极引线部之后并在形成所述阴极部之前，实施所述另外的化学转化过程。

11.一种固体电解电容器装置，所述固体电解电容器装置包括封装基板和安装在所述封装基板上的电容器元件，所述封装基板包括外阳极电极、外阴极电极、内阳极电极和内阴极电极，所述外阳极电极电连接到所述内阳极电极，所述外阴极电极电连接到所述内阴极电极，所述电容器元件包括电容器主体和阳极引线部，所述电容器主体具有表面，所述表面的至少一部分设有阴极部，所述阴极部连接到所述内阴极电极，所述阳极引线部从所述电容器主体延伸出来并由铝制成，所述阳极引线部连接到所述内阳极电极。

12.根据权利要求11所述的固体电解电容器装置，其中，所述阳极引线部通过引线焊接过程连接到所述内阳极电极。

13.根据权利要求11所述的固体电解电容器装置，其中，通过以下步骤得到所述电容器主体：蚀刻铝基底，以便在所述铝基底设置表面扩展层；对所述表面扩展层实施化学转化过程，以便在所述表面扩展层设置电介质涂层；部分地移除所述表面扩展层和所述电介质涂层，以暴露所述铝基底的一部分；以及在所述表面扩展层的所述电介质涂层上形成所述阴极部，其中所述阳极引线部包括所述铝基底的所述暴露部分和连接到所述铝基底的所述暴露部分的铝线。

14.根据权利要求11所述的固体电解电容器装置，其中，通过以下步骤得到所述电容器主体：蚀刻铝基底，以便在所述铝基底设置表面扩展层；对所述表面扩展层实施化学转化过程，以便在所述表面扩展层设置电介质涂层；部分地移除所述表面扩展层和所述电介质涂层，以暴露所述铝基底的一部分；以及，在所述表面扩展层的所述电介质涂层上形成所述阴极部，其中，所述阳极引线部主要由所述铝基底的所述暴露部分构成。

15.根据权利要求14所述的固体电解电容器装置，其中，所述阳极引线部和所述内阳极电极中的至少一个设有金属隆起焊盘，在引线焊接过程中通过使用所述金属隆起焊盘将所述阳极引线部和所述内阳极电极相互连接起来。

16.根据权利要求15所述的固体电解电容器装置，其中，所述金属隆起焊盘由铝或金制成。

17.根据权利要求11所述的固体电解电容器装置，其中，所述阳极引线部设有另外的电介质涂层。

18.根据权利要求11所述的固体电解电容器装置，其中，在形成所述阳极引线部之后形成所述阴极部。