CN101887801A

CN101887801A - 切割的电解电容器组件及生产改进容积效率的成品的方法

Info

Publication number: CN101887801A
Application number: CN2010100052690A
Authority: CN
Inventors: 拉吉斯拉夫·马雷克; 斯坦尼斯拉夫·泽德尼切克; 雅罗斯拉夫·托马什科; 伊日·纳夫拉蒂尔
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2010-11-17
Also published as: US20100182735A1; JP5670058B2; JP2010171423A; US8075640B2

Abstract

一种具有改进容积效率的可表面安装的电解电容器，包括电解电容元件，阳极和阴极端子，封装材料和外部端子。该电容元件具有相对的第一和第二末端表面以及从该第一末端表面延伸出的并与第一阳极端子部分相连的阳极导线。第一阴极端子部分导电地附着在电容元件的表面，第二部分与该第一部分垂直并且平行于电容元件的第二末端表面。封装材料围绕电容元件以形成设备封装，然后该设备封装被切割以提高容积效率并可选地在相对的末端表面露出阳极和阴极端子。在阳极和阴极端子的该露出的部分可形成第一和第二外部端子，以围绕该设备封装的一个或多个给定的表面。

Description

切割的电解电容器组件及生产改进容积效率的成品的方法

技术领域

本发明涉及一种固体电解电容器，尤其涉及改进容积效率的固体电解电容器。

背景技术

电解电容器通常因为高电容量和紧凑性而被众所周知。尽管已知的电解电容器和电解电容器阵列具有紧凑性，减小此类电子元件的体积和相应的容积效率的努力一直在持续。

传统的电解电容器的示例元件包括一个主电容器主体，该主体包括各自的阳极和阴极部分，一个阳极导线(例如，嵌入电容器主体的阳极电线)，以及阴极导线(例如，连接至阴极部分的导线框架)，这些元件均成型在一个封装的树脂包装中。电解电容器的容积效率通常定义为主电容器主体的体积与整个模制电容器封装的体积的比值。这些电容器的阳极和阴极导线形成了至电容器结构的各个正极和负极电连接点。有时这些电连接点从电容器结构中轴向延伸出去，并在这些情形中占据了电容器封装内部的相当大的空间。

在另一些电解电容器配置中，阳极和阴极导线被布置为适于电解电容器的表面安装，这对于将电解电容器应用于任何类型的集成电路的环境中时特别有用。因此，在设计薄片类型的电解电容器时不仅考虑容积性能特性，还考虑便于将设备安装在衬底上。这种便利的设备安装通常是通过将两个电端子从电容器的选出的表面延伸出而实现的。多种已知的例子利用大致共面的端子排布以便于将电解电容器表面安装在衬底上。

尽管存在电解电容器表面安装的多种配置，此类电容器的阳极和阴极导线以及树脂封装可能仍然占用了整个电容器组件内部的大量的空间。因此，现在需要可以提供改进的容积效率、设备特征和电气性能特性的电容器系统以及相应的制造方法。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供了一种形成具有表面可安装配置和改进的容积效率的固体电解电容器的方法。该电容器包括一个电容元件，该电容元件包括由阀金属组合物(例如但不限于包括一种或者多种钽的氧化物和铌的氧化物)形成的阳极，在该阳极上叠加的介电薄膜，以及在该介电薄膜上叠加的固体电解质(例如但不限于包括锰的氧化物或者导电聚合物)。该固体电解质或者其他外表面形成电容元件的阴极。电容元件的特征是相对的第一和第二末端表面。一个阳极导线(例如，阳极电线)嵌入在阳极中并从电容元件的第一末端表面延伸出。

提供导线框架以形成电容器的各个阳极和阴极端子。阳极端子与阳极导线电连接，并被配置为使得第一阳极端子部分与电容元件的第一末端表面大致平行。第二阳极端子部分可以被配置为与第一部分大致垂直的方向。阴极端子包括至少第一和第二部分，它们中的一个或者两个均与阴极直接电连接。第一阴极端子部分与电容元件的第二末端表面平行，并与第二阴极端子部分大致垂直。可以大致共面地设置第二阳极端子部分和第二阴极端子部分。

电容元件在两个不同的位置与导线框架连接。首先，阳极导线可以被连接，例如，通过激光将导线焊接至在第一阳极端子部分内部形成的凹陷的凹槽中。电容元件的阴极部分可以通过导电粘合剂或者其他合适的固定方式与第一和/或第二阴极端子部分连接。为了防止不希望的短路，理想地可通过提供绝缘材料将第二阳极端子部分与阴极隔离。

封装材料(例如模制的树脂外壳)被形成以制造设备封装。封装材料被形成以大致围绕电容元件和导线框架的部分。封装可以将第二阳极端子部分和第二阴极端子部分沿着给定的安装表面露在外面。可选地，这些第二端子部分也可以通过穿过封装的设备主体形成的一次或多次切割而暴露。

附加的切割步骤还可以在一个或多个位置上穿透封装的设备主体，每次切割与电容元件的各自的表面大致平行，以去除多余的封装材料并提高整体的容积效率。在一个实施方式中，切割形成了相对的第一和第二切割面，其中的一个切割面沿着第一切割末端表面将第一阳极端子部分露出，而另一个切割面沿着第二切割末端表面将第一阴极端子部分露出。

然后可以将外部端子应用于露出的阳极和阴极端子之上，包括它们的第一和/或第二阳极和阴极端子部分。在一个例子中，第一外部端子覆盖沿着第一末端表面露出的第一阳极端子部分，并围绕至沿着给定的安装表面露出的第二阳极端子部分之上。类似地，第二外部端子覆盖沿着第二末端表面露出的第一阴极端子部分，并围绕至沿着给定的安装表面露出的第二阴极端子部分之上。在另一个例子中，每个第一和第二外部端子都覆盖一末端表面的全部并包裹至四个相邻表面的每一个。此类外部端子的配置提供了能够允许在单个设备表面进行表面安装和电路连接的端子特性。

下面将更详尽地描述本发明的其他特征和方面。

附图说明

以下的说明书的剩余部分更详细地向本领域技术人员阐明了本发明主题的全面而可实施的公开，包括参照附图对其最佳实施方式的公开，其中：

图1示出了可以用于形成本发明的电解电容器的方法中使用的示例性步骤的流程图；

图2示出了本发明可采用的具有阳极和阴极部分的示例性电解电容元件的透视图；

图3-6示出了放置有多个电容元件(例如，图2中所示的电容元件)在其上的示例性导线框架的各个视图，其中，导线框架为每个电容元件提供了各自的阳极和阴极端子，其中图3提供了相对于-X，-Y和-Z轴的透视图，图4提供了X-Y平面的顶视图，图5提供了Z-Y平面的侧视图，图6提供了Z-X平面的端部视图；

图7-10示出了在各个电容元件上提供了封装材料后的具有电容元件的示例性导线框架的各个视图，其中，图7提供了相对于-X，-Y和-Z轴的透视图，图8提供了X-Y平面的顶视图，图9提供了Z-Y平面的侧视图，图10提供了Z-X平面的端部视图；

图11示出了由切割图7-10所示的导线框架所形成的三个示例性生成的电容器结构的透视图；

图12a-15示出了当阳极和阴极端子被裁剪后的示例性电容器结构的各个视图，其中，图12a和12b提供了相对于-X，-Y和-Z轴的顶部透视图和底部透视图，图13a和13b提供了在Z-X平面的相对的端部视图，图14提供了在Z-Y平面的侧视图以及图15提供了在X-Y平面的底部(表面安装)平面视图；

图16a-20b是根据本发明的两个示例的经切割的电容器的各个视图，其中图16a和16b提供了在两个电容器的阳极侧的经切割的电容器末端的透视图，图17a和17b提供了在两个电容器的阴极侧的经切割的电容器末端的透视图，图18a和18b提供了两个示例的经切割的电容器的侧视图，图19a和19b提供了在电容器的阳极侧的经切割的电容器末端的平面视图，且图20a和20b提供了在电容器的阴极侧的经切割的电容器末端的平面视图；

图21-23为具有根据本发明第一示例的外部端子的经切割的电容器的各个视图，其中图21提供了相对于-X，-Y和-Z轴的透视图，图22提供了在Z-Y平面的侧视图，图23提供了在Z-X平面的端部视图；以及

图24-26为具有根据本发明第二示例的外部端子的经切割的电容器的各个视图，其中图24提供了相对于-X，-Y和-Z轴的透视图，图25提供了在Z-Y平面的侧视图，图26提供了在Z-X平面的端部视图。

在本说明书和附图中的附图标记的重复使用意味着代表本发明的相同或者相似的特征或者元件。

具体实施方式

本领域技术人员可以理解，本论述仅仅是对典型实施方式的描述，并非意味着限制本发明的被体现在示例性的结构中的更宽的方面。

一般而言，本发明涉及具有表面可安装的配置和改善的容积效率的固体电解电容器。该电容器包括一个电容元件，该电容元件包括由阀金属组合物形成的阳极，在该阳极上叠加的介电薄膜，以及在该介电薄膜上叠加的固体电解质。该固体电解质或者其他外表面形成电容元件的阴极。电容元件的特征是相对的第一和第二末端表面。一个阳极导线(例如，阳极电线)嵌入在阳极中并从电容元件的第一末端表面延伸出。

提供导线框架以形成电容器的各个阳极和阴极端子。阳极端子与阳极导线电连接，并被配置为使得至少阳极端子的第一部分与电容器主体的第一末端表面大致平行。阳极端子的第二部分可以被配置为沿着底部(表面安装)位置与第一部分呈垂直关系。阴极端子包括第一和第二部分，它们中的一个或者两个均与阴极直接电连接。第一阴极端子部分与电容器主体的第二末端表面平行，并与第二阴极端子部分大致垂直。可以沿着与第二阳极端子部分相同的底部表面提供第二阴极端子部分。

封装材料(例如模制的树脂封装)被形成以制造设备封装。封装被形成为大致围绕电容器主体，然后切割使得阳极和阴极端子的一个或多个被选择的部分露在外面。在一个实施方式中，第一阳极端子部分和第一阴极端子部分在设备封装的相对的末端表面露出。第二阳极和阴极端子部分同样可以在设备的底部(安装)表面露出，可通过切割的方式或者通过可以提供封装材料的其他方式。然后可以将外部端子应用于露出的阳极和阴极端子上，并从相对的末端表面延伸至与两个相对的末端表面相邻的至少一个给定的表面。这种配置提供了允许在单独的设备表面上的表面安装和电路连接的端子特性。

本发明同样涉及形成固体电解电容器的方法，该电解电容器可以采用多种技术中的任意一种来形成。根据本发明的一个具体实施方式的示例性步骤如图1中的流程图所示。从步骤10提供电容元件开始，按照顺序讨论这些步骤。如下文中将要详细描述的，该电容元件对应于具有相对的第一和第二末端表面以及从该第一末端表面延伸出的阳极电线的固体电解电容器。

可以采用多种特定的技术形成并提供固体电解电容器。例如，这种电容器典型地包括由阀金属组合物形成的阳极。阀金属组合物可具有高的荷质比。在一些实施方式中，可以提供约10,000微法×伏每克(μF*V/g)至约150,000μF*V/g范围内的荷质比，在其他一些实施方式中，甚至高于150,000μF*V/g。该阀金属组合物含有一种阀金属(即可以被氧化的金属)或阀金属基的化合物，诸如钽、铌、铝、铪、钛、它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等等。例如，阳极可以由金属和氧的原子个数比为1∶低于2.5的阀金属氧化物所形成，在一些实施方式中，原子个数比为1∶低于2.0，在一些实施方式中，原子个数比为1∶低于1.5，以及在一些实施方式中，原子个数比为1∶1。这些阀金属氧化物的例子可包括铌的氧化物(例如，NbO)，钽的氧化物等，此类阀金属氧化物的例子在Fife的美国专利US6,322,912中进行了描述，该专利文献对于所有目的均通过参考的方式整体并入本文中。

常规的制造过程可以普遍应用于形成阳极。在一个实施方式中，具有一定颗粒大小的氧化钽或氧化铌粉末首先被挑选出来。颗粒的尺寸可以根据生成的电容器的所需电压而变化。例如，具有相对大的颗粒尺寸(例如，约10微米)的粉末通常用于生成高电压的电容器，而具有相对小的颗粒尺寸(例如，约0.5微米)的粉末通常用于生成低电压的电容器。随后颗粒可以选择性地与一种粘合剂和/或润滑剂相混合，从而保证颗粒在被压制以形成阳极时相互间能够充分地粘附在一起。适合的粘合剂可包括樟脑、硬脂酸和其他皂性脂肪酸(soapyfatty acids)、碳蜡(Union Carbide)、甘酞树脂(General Electric)、聚乙烯醇、萘、植物蜡和微晶蜡(microwaxes)(纯化石蜡)。该粘合剂可以在溶剂中溶解或者分散。典型的溶剂可以包括水、丙酮、甲基异丁基甲酮、三氯甲烷(氯仿)、氟化烃(氟利昂)(杜邦DuPont)、乙醇，以及氯代烃类(四氯化碳)。当被使用时，粘合剂和/或润滑剂的质量占总质量的百分比可在约0.1％到约8％的范围内。但应该理解的是，粘合剂和润滑剂在本发明中并不是必需的。一旦成型后，粉末可通过使用任意常规的粉末压模来压实。例如，可以采用的压模是，包括一个模子和一个或者多个冲头的单工位压实机。可选的，可以使用砧台式压实机模，包括仅一个模子和一个下冲头。单工位压实机模可以是几种基本类型，例如凸轮、肘杆/转向节和偏心轮/曲柄压实机，其具有不同的能力，例如单动、双动、浮动冲模、移动模板、对置撞击(opposed ram)、旋拧、冲击、热压、压印或者精压加工(sizing)。粉末可以围绕阳极导线被压实，该阳极导线例如是由钽或者其他合适的材料制成的线。此外应该理解，阳极导线可选地也可以在压制和/或烧结阳极后被附着(例如，焊接)在阳极上。

在压实之后，任何粘合剂/润滑剂可以在真空条件下在某一温度(例如约150℃到约500℃)通过加热粒料(pellet)几分钟予以去除。或者，粘合剂/润滑剂还可以通过将粒料与水溶液接触来予以去除，例如在Bishop等人的美国专利US 6,197,252中描述的那样，该专利文献对于所有目的通过参考整体并入本文中。此后，该粒料被烧结以形成一种多孔的整块。例如，在一个实施方式中，粒料可以在约1200℃到约2000℃的温度下被烧结，在一些实施方式中，粒料在真空下在约1500℃到约1800℃的温度下被烧结。在烧结时，由于颗粒之间键(bond)的增长，粒料会收缩。除了上述的技术，根据本发明，任何其他的用于形成阳极的技术也可以被使用，诸如在Galvagni的美国专利US 4,085,435、Sturmer等人的美国专利US 4,945,452、Galvagni的美国专利US 5,198,968、Salisbury的美国专利US5,357,399、Galvagni等人的美国专利US 5,394,295、Kulkarni的美国专利US 5,495,386和Fife的美国专利US 6,322,912中对此进行了描述，以上所列的专利文献对于所有目的均通过参考以其各自全文并入本文中。

还可以选择阳极的形状以改善最后所得到的电容器的电气特性。例如，阳极可以是弧形的、正弦波型、长方形的、U型的、V型的等等。阳极还可以是“槽”形的，在该“槽”中含有一个或多个沟、凹槽、凹陷或者锯齿，以加大表面积与体积比，从而使得等效串联电阻(ESR)最小化并增加了电容的频率响应。此类“槽”形阳极在例如Webber等人的美国专利US 6,191,936，Maeda等人的美国专利US5,949,639，Bourgault等人的美国专利US 3,345,545以及Hahn等人的美国专利申请公开No.2005/0270725中进行了描述，以上所列的专利文献对于所有目的均以其各自全文引用的方式并入本文中。

阳极一旦形成，就可以对其进行阳极化处理，从而在多孔阳极上方或其内形成一个介电薄膜。阳极化处理是一个电化学过程，通过该过程，阳极金属被氧化以形成一种具有相对较高介电常数的材料。例如，钽阳极可以被阳极化以形成五氧化二钽(Ta₂O₅)，其介电常数“k”约为27。可以把阳极浸入较高的温度(例如约85℃)下的弱酸溶液(例如，磷酸)中，并提供可控量的电压和电流，以形成具有一定厚度的五氧化二钽覆层。初始是提供具有恒定电流的电源，直到达到需要的形成电压。然后，提供具有恒定电压的电源以确保在钽的粒料的表面形成理想的介电性能。阳极化的电压通常在约5伏至约200伏范围内变化，在一些实施方式中，在约20伏至约100伏之间。除了在阳极的表面形成，介电氧化薄膜的一部分还可以在孔的表面形成。可以理解，可以采用其他的技术并由其他类型的材料来形成介电薄膜。

一旦形成了介电薄膜，可选地可以施加一层保护覆层，诸如由相对绝缘的树脂材料(自然的或合成的)制成的保护覆层。此类材料可以有大于约0.05ohm-cm的电阻率，在一些实施方式中大于约5ohm-cm，在一些实施方式中大于约1000ohm-cm，在一些实施方式中大于约1×10⁵ohm-cm，以及在一些实施方式中大于约1×10¹⁰ohm-cm。可以在本发明中使用的一些树脂材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸酯(如甘油酯)等等。例如，合适的脂肪酸酯类包括但不限于月桂酸酯、肉豆蔻酸酯、棕榈酸酯、硬脂酸酯、桐酸酯、油酸酯、亚油酸酯、亚麻酸酯、油桐酸酯、虫胶酸酯等等。这些脂肪酸酯被发现在用于相对复杂的组合物(combination)中以形成一种“干性油”时是非常有用的，该“干性油”使得所得到的薄膜快速地聚合成稳定的层。此干性油可以包括甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它们分别包括具有一个、两个和三个酯化的脂酰残基的甘油主链。例如，可以使用的一些适合的干性油包括但不限于橄榄油、亚麻籽油、蓖麻油、桐油、豆油和虫胶。这些和其他的保护覆层材料在Fife等人的美国专利US 6,674,635中进行了更详细的描述，此专利文献对于所有目的通过参考整体并入本文中。

之后，阳极化后的部分经过一个步骤，用于形成固体电解质，该固体电解质作为电容器的真正的阴极。电解质可通过热解硝酸锰(Mn(NO₃)₂)来形成，用以形成二氧化锰(MnO₂)阴极。此类技术在例如Sturmer等人的美国专利US 4,945,452中进行了描述，该专利文献对于所有目的通过参考整体并入本文中。或者，可以采用一个导电聚合物覆层来形成固体电解质，该导电聚合物覆层可以包含一个或多个导电聚合物，例如聚吡咯、聚噻吩(如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDT))、聚苯胺、聚乙炔、聚对亚苯以及它们的衍生物。此外，如果需要，导电聚合物覆层还可以由多个导电聚合物层来形成。例如，在一个实施方式中，导电聚合物覆层可以包括一个由PEDT形成的层和另一个由聚吡咯形成的层。可以使用多种不同的方法把导电聚合物覆层施加在阳极部分上。例如，常规技术诸如电聚合、丝网印刷(screenprinting)、浸泡、电泳涂层和喷涂，都可以被用于形成导电聚合物覆层。例如在一个实施方式中，可以首先把用于形成导电聚合物(如3，4-乙烯二氧噻吩)的单体与一种聚合催化剂相混合以形成一种溶液。例如，一种合适的聚合催化剂是CLEVIOS C，它是甲苯磺酸铁III和正丁醇(iron III toluene-sulphonate and n-butano1)并由H.C.Starck销售。CLEVIOS C是一种商业上可获得的用于CLEVIOS M的催化剂，其中CLEVIOS M是3，4-乙烯二氧噻吩，是一种也由H.C.Starck销售的PEDT单体。在大多数实施方式中，一旦导电聚合物被涂覆，它就会被复原(heal)。该复原可以发生在导电聚合物层的每次涂覆之后或者发生在整个导电聚合物覆层的涂覆之后。尽管上文中描述了多种方式，应能理解，涂覆电解质的其他方式也可以用于本发明中。

一旦形成了固体电解质，可以分别对该部分应用一个碳覆层(如石墨)和银覆层。例如，银覆层可以作为电容元件的可焊接的导体、接触层和/或电荷收集器，碳覆层可以限制银覆层与固体电解质的接触。

如图1的步骤10中要求的电容元件的形成和提供产生了例如图2所示的最终结构。现在参考图2，电容元件30包括阴极32和阳极导线34。电容元件30的特征是相对的第一末端表面36和第二末端表面38。阳极导线34从电容元件30的第一表面36延伸出。如上所述，电容元件30的外覆层作为电容器的阴极32，形成了至电容元件的第一电连接，而阳极导线34为电容元件30提供了第二电连接。可以理解，电容元件30形成为使得阴极和阳极导线不会彼此之间直接电接触。这可以通过涂覆以形成电容器主体的绝缘的覆层或者绝缘帽(insulative cap)或者在阳极导线34的基体(未示出)周围布置的其他部分来容易地实现。

再参考图1，根据本发明的方法的示例性第二步骤12对应于提供导线框架。一个示例的将各个电容元件30置于其中的导线框架40如图3-6所示。图3提供了相对于-x，-y和-z轴的三维视图。图4-6提供了具有电容元件30的相同的导线框架40的相应的二维视图。图4示出了相对于X-Y平面的截面图。图5示出了相对于Z-Y平面的截面图。图6提供了相对于Z-X平面的截面图。导线框架40可以由任何的导电材料形成，例如导电金属(例如，铜、镍、银、锌、锡、钯、铅、铝、钼、钛、铁、锆、镁以及它们的合金)，特别合适的导电金属包括，例如，铜、铜的合金(例如，铜-锆，铜-镁，铜-锌，铜-铁)，镍和镍合金(例如，镍-铁)。一个示例的导电材料是从Wieland(德国)可以获得的铜-铁合金金属板。

根据现有技术可知，导线框架40可以包括多个行和列，每个限定了用于容纳各自的电容元件的容纳位置。这种导线框架的配置便于批量制造电容器，尽管可以理解，也可以采用仅仅包括容纳一个电容元件的单个容纳位置的导线框架。尽管此处的多个图示出了用于形成多个生成的电容性设备的导线框架，可以理解，本发明不应该被不必要地局限于批量的制造步骤和方法。

图3-6示出了带有电容元件30的导线框架40，这些电容元件30可以被配置在多个容纳位置中的各自的一个中。尽管可以提供可以容纳更多电容元件的导线框架，图中示出了6个容纳位置和相应的电容元件。例如，导线框架40可以在x方向延伸出以容纳更多的电容元件。如图4中最佳示出的，导线框架40通常包括第一部分42和第二部分44，其中每个都容纳相应的一行电容元件。导线框架部分42和44可以大致地沿着分割线46对称，使得在导线框架部分42中提供的电容元件的方向与在导线框架部分44中提供的电容元件的方向相反。

进一步参考在导线框架40中一个给定的电容元件30的容纳位置，这种容纳位置可以形成为限定各自的阳极和阴极端子。形成阳极端子的导线框架40的部分通常包括两部分，即第一阳极端子部分50和第二阳极端子部分52。第一阳极端子部分50和第二阳极端子部分52大致彼此垂直，第一阳极端子部分50被配置为大致与置于其中的电容元件30的第一末端表面36平行。可以从图6中清楚地看出，第一阳极端子部分50形成有在两个延伸出的触点56和58之间的凹陷的凹槽54。凹槽54可以适应用于容纳电容元件30的阳极导线34。

仍参考图3-6，形成阴极端子的导线框架40的部分通常包括三部分，即第一阴极端子部分60，第二阴极端子部分62和第三阴极端子部分64。第一阴极端子部分60大致垂直于第二阴极端子部分62。第一阴极端子部分60可以平行于并电连接至电容元件30的底部表面(对应于阴极32的部分)。第二端子部分62可以平行于并电连接至电容元件30的第二末端表面38。可以理解在一些例子中，第一阴极端子60和第二阴极端子62中只有一个与电容元件30的阴极32直接接触，尽管两者可能连接在一起以便于装配和额外的稳定。第三阴极端子部分64大致与第二阴极端子部分62垂直，并从电容元件30的第二末端表面38向外延伸出。在一些实施方式中，在大致相同的平面中提供第二阳极端子部分52和第三阴极端子部分64。

仍参考图1，步骤13包括隔离阳极端子。可以提供隔离的特征以将第二阳极端子部分52的全部或者部分与电容元件30的阴极32隔离，从而降低阴极和阳极端子之间短路的风险。隔离步骤13包括，在将电容元件30置于导线框架40的相应的容纳位置之前，在每个第二阳极端子部分52的选择的顶部提供绝缘材料51。图5、图14a和图14b中提供了不同的绝缘材料51的示例的视图。绝缘材料51可以采用合适的已知的技术，例如气相沉积、滴涂，或者印网掩膜(screenmasking)等，由绝缘用胶带、绝缘物质或者非导电材料应用于希望的导线框架位置。

仍参考图1，形成根据本发明的电解电容器的方法的第四步骤14包括将阴极32的至少一部分与阴极端子电连接，也即，连接至第一阴极端子部分60和/或第二阴极端子部分62。为了将电容元件30附着在导线框架40的容纳位置中，初始时可以将导电粘合剂作用于阴极32的一个或者多个表面。导电粘合剂可包括，例如，包含有树脂成分的导电金属颗粒。金属颗粒可以是银，铜，金，铂，镍，锌，铋等。树脂成分可以包括热固性树脂(例如，环氧树脂)，固化剂(例如，酸酐)，和偶联剂(例如，硅烷偶联剂)。适合的导电粘合剂在Osako等人的美国专利申请公开No.2006/0038304中有描述，在此对于所有目的以全文引用的形式并入本文中。多种技术中的任何一种均可以被应用于施加导电粘合剂于阴极端子32上。然后，将电容元件30置于导线框架40上，使得粘合剂将电容元件30的底部表面与第一阴极端子部分60粘结在一起。可选地，附加的粘合剂可以将电容元件30的末端表面38与第二阴极端子部分62粘结在一起。

仍参考图1，步骤16包括将阳极导线34与阳极端子电连接，也即，连接至第一阳极端子部分50。该步骤可以通过任何现有的技术实现，例如机械焊接、激光焊接、导电粘合剂等。例如，可以通过激光器将阳极导线34焊接至第一阳极端子部分50的凹槽54中。激光器通常包括谐振器和能量源，该谐振器包括激光媒质，激光媒质能够通过受激发射释放光子，能量源激发激光媒质的元素。一种适合的激光器是其中激光媒质包括掺杂钕(Nd)的钇铝石榴石(YAG)的激光器。受激粒子是钕离子Nd³⁺。能量源可向激光媒质提供持续的能量使其发射持续的激光束，或者能量放电(energy discharge)使其产生脉冲激光束。电连接阳极导线34到第一阳极端子部分50之后，可以固化(cured)用于电连接阴极和阴极端子的导电粘合剂。例如，可以使用热压施加热和压力以确保电容元件30通过粘合剂充分附着于阴极端子上。

通过步骤14和16将电容器固定在导线框架上以后，每个电容元件30和对应的导线框架40的部分在步骤18中被封装，通过将每个该元件装入树脂外壳之中，然后可以向外壳中填充二氧化硅或者任何其他已知的封装材料。合适的外壳可包括，例如“F”、“G”、“H”、“J”、“K”、“L”、“N”、“P”、“R”、“S”、“T”、“W”、“Y”或者“X”外壳(AVX公司)。这种封装外壳的一个特别的实施方式如图7-10所示的元件66。封装外壳66为最终的电容器提供了额外的结构上的保护和热保护。

在一个例子中，每个封装外壳66大致地覆盖整个电容元件30以及至少一部分导线框架44。在一些实施方式中，如图10所示，封装外壳包围第二阳极端子部分50和第二阴极端子部分60，而将第一阳极端子部分52的至少底部表面以及第一阴极端子部分60和第三阴极端子部分64沿着封装设备的底部(安装)表面露在外面。

图1的步骤20涉及裁剪或者剪切步骤，通过该步骤导线框架被分成多个各自的电容器。图11中示出了在剪切步骤20之后生成的示例性电容结构，每个均对应了封装外壳66，对应于第二阳极端子部分52的阳极导线和对应于第三阴极端子部分64的阴极导线。每个封装外壳的特征在于相对的第一末端表面70和第二末端表面72以及上表面74。

作为步骤20的一部分，第二阳极端子部分52和第三阴极端子部分64各自的暴露在外的部分还可以被老化(aged)、筛选(screened)或者裁剪以去除多余的部分。在执行了步骤20的剪切和裁剪后的电容器结构的示例性视图如图12a-15所示。图12a提供了顶部透视图而图12b提供了电容元件的底部透视图，显示了第二阳极端子部分52的从外壳66的侧表面70延伸出来的一部分以及阴极端子部分64从外壳66的侧表面72延伸出来的一部分是怎样被裁去的。图13a和13b示出了该示例的电容器配置的相似的方面，示出了相应的在Z-X平面的端视图。图13a示出了表面70(相对于电容器的阳极侧)的端视图，而图13b示出了表面72(从电容器的阴极侧)的端视图。图14示出了裁剪后的电容元件的侧面视图，且图15示出了裁剪后的电容元件的底部(表面安装)平面视图。

尽管图12a-15中示出的电容器足够提供可以表面安装的电解电容器，根据本发明可以采用附加的步骤，由此在图1的步骤24中通过在一个或多个位置对每个封装的电容器进行切割，以进一步地提高容积效率。

例如，图16a、17a、18a、19a和20a分别示出了经过切割且在第一和第二设备末端表面暴露阳极和阴极端子部分的第一示例的生成的电容器80a的多个不同的视图。图16b、17b、18b、19b和20b分别示出了同样经过切割的第二示例的生成的电容器80b的多个不同的视图。为了获得电容器80a和80b，可以在六个不同的位置(在图12-15中示出了的封装外壳66的每一个表面)进行切割。可选地，可以仅在四个侧面位置进行切割以获得类似的结构。根据本主题的设备和方法的实施方式，可以进行其他个数的切割。

用于进行步骤26所涉及的切割的示例的技术包括但并不限于切削和机械加工，例如，通过高精度、微处理器控制的切割锯或者高切割率的金刚石切割轮。然而，另外的技术可包括激光切割，水刀切割、蚀刻、研磨或其他已知方法以形成如图16-20示出的主体形状。优选的，可以在与内部的电容元件的一个或多个表面垂直或者大致垂直的平面进行切割。

进一步根据图16a-20a，生成的电容器80a通常是长方形的棱柱，其特征是相对的第一末端表面82和第二末端表面84以及与第一末端表面82和第二末端表面84均相邻的顶面86。在步骤24对电容器进行的至少一次切割沿着电容器80的第一末端表面82将第一阳极端子部分50暴露在外。类似地，第二阴极端子部分62沿着第二末端表面84从电容器封装材料中露出。在进行了切割步骤后的电容器80a的最终尺寸可以对应于EIA标准外壳尺寸(例如，在上文中列举的AVX所引用的基于alpha的参考)中的一个。因此，例如，如图7-10所示的以“A”外壳尺寸进行封装的设备可以被切割以形成具有“R”外壳尺寸的结构。类似地，如图7-10所示的以“R”外壳尺寸进行封装的设备可以被切割以形成具有“J”外壳尺寸的结构。同样可能发生在其他的外壳尺寸之间的转换，生成的电容器的尺寸并不限于对应于由AVX以及其他公司提供的常规的外壳尺寸。

进一步参考图16b-20b，生成的电容器80b与上文描述的电容器80a大致类似，除了第一阳极端子部分50和第二阴极端子部分62没有经由切割步骤24露出来。替代地，从图18b可以看出，至少一次对电容器的切割形成于与第一阳极端子部分50大致平行，采用的方式是并不露出第一阳极端子部分50但是相当地靠近以使得生成的设备的容积效率最大化。类似地，至少一次对电容器的切割形成于与第二阴极端子部分62大致平行，采用的方式是并不露出部分62但是提高容积效率。

根据图1的示例方法的进一步的步骤对应于步骤26，用于形成如图16a-20b所示的生成的电容器结构80a和80b的外部端子。尽管该外部端子在一些实施方式中可能并不需要，当需要提供设备的相应的阳极和阴极端子之间的更可靠的电连接时，可形成该外部端子。此外，可以采用对称的方式形成外部端子以生成更多样的设备。进一步地，可以在电容器的一个单独的给定表面周围环绕形成多个端子，以便于电容器的表面安装。

现在参考图21-23，示出了具有第一示例的外部端子90a和92a的电容器。第一外部端子90a形成为具有覆盖第一末端表面82的至少大部分(包括如果被一次切割所露出的第一阳极端子部分50的露出的部分)的第一部分94a。可选的第一外部端子90a的第二部分96a以大致垂直于部分94a的方式形成，并环绕着电容器的顶表面86以大致地覆盖露出的第二阳极端子部分52。第二外部端子92a形成为具有第一部分97a，该第一部分97a可以大致覆盖第二末端表面84的至少大部分(包括如果被一次切割所露出的第二阴极端子部分62的露出的部分)，以及可选的第二部分98a环绕着电容器的顶表面86并大致地覆盖露出的阴极端子部分60。

现在参考图24-26，示出了具有第二示例的外部端子90b和92b的电容器，具有与图21-23相似的视图。示例的第一外部端子90b形成为具有大致覆盖电容器的全部第一末端表面82的第一部分94b。环绕的端子部分96b从第一部分94b延伸至与第一末端表面82相邻的四个设备表面的每个表面的至少一些部分上。示例的第二端子92b形成为具有大致覆盖电容器的整个第二末端表面84的第一部分97b。环绕的端子部分98b从部分97b延伸至与第二末端表面84相邻的四个设备表面的每个表面的至少一些部分上。在一些实施方式中，环绕的端子部分96b和98b沿着它们各自所作用的设备表面延伸得足够远以基本上覆盖露出的阳极端子部分52和阴极端子部分60以及为电容器提供表面安装空间。

外部端子还可以包括由任何导电材料形成的一层或者多层，导电材料例如但不限于导电金属(例如，铜、镍、银、锌、锡、钯、铅、铝、钼、钛、铁、锆、镁以及它们的合金)，特别合适的导电金属包括，例如，铜、铜的合金(例如，铜-锆，铜-镁，铜-锌，铜-铁)，镍和镍合金(例如，镍-铁)。在一个例子中，外部端子90a/90b和92a/92b分别包括镍的第一层以提高浸出阻力(leach resistance)，银的第二层和锡或者其他焊接合金的第三层以防止下面的层被氧化并提高在集成电路(IC)环境下的易于焊接的端子。

可以采用不同的方式形成外部端子，例如印刷、气相沉积、印网掩膜、喷射、电镀、非电镀或者浸镀等等。一种方法对应于电镀或者电化学沉积，其中，具有露出的导电部分的电子元件暴露于电镀液中，例如特征为电偏压的电解镍或者电解锡的溶液。然后将该元件本身置于与电镀液的极性相反的偏压下，则电镀液中的导电元素被吸引到该元件的露出的金属化(的区域)。非电镀包括将电子元件完全浸在没有极性偏置的电镀液中。可以用于形成外部端子90a/90b，92a/92b的其他的技术包括电镀材料的磁吸引，电泳或者静电学。

作为本发明的结果，形成了具有优秀的电性能的电容器组件。例如，电容器可以呈现高的电容以及低的等效串联电阻(ESR)，其指的是电容与电容串联时所具有的电阻的程度，其延迟了充电和放电并且造成了电子电路中的损失。本发明在参考了下面的例子后将更容易理解：

测试过程

等效串联电阻(ESR)，电容，损耗因子：

用惠普(Hewlett Packard)的4192A LCZ表(电感/电容/阻抗表)及0伏偏置和1伏信号来测量等效串联电阻。其工作频率为100kHz。用惠普的4192A LCZ表及2伏偏置和1伏信号来测量电容和损耗因子。其工作频率为120Hz，温度为23℃±2℃。

漏电流：

用Keithley 2400源表测量漏电流(“DCL”)。该Keithley 2400在23℃±2℃和1，1额定电压下12秒后进行测量。

例子1

根据本发明的上述描述构成了电容器。特别地，电容器的形成首先通过提供具有高度约为0.74mm、宽度约为1.28mm以及长度约为1.71mm的电容器主体的电容元件，从而生成的体积约为1.62mm³。在将该电容元件的阳极导线和阴极固定在导线框架上以后，将其封装于小尺寸的“S”外壳尺寸(最高EIA“A”外壳器件封装，具有最大高度为1.2mm)，该尺寸对应的高度约1.18mm，宽度约1.68mm，长度约3.4mm，因此生成的设备的总的体积约为6.74mm³。然后，在五个侧面对元件进行切割，以生成一个设备，该设备与具有“R”外壳尺寸的设备大致相当，对应的高度约1.18mm，宽度约1.47mm，长度约2.21mm，因此生成的体积约为3.83mm³。设备组件的容积效率提供了电容元件的尺寸与整个电容器的尺寸的对比，对于生成的经切割的组件对应于约1.49/3.83＝39％。

为了提供上述的容积效率的相对的对比，计算了使用传统的构造具有相同的总的外壳尺寸的电容器方法所生成的标准钽电容器的容积效率。根据该标准的技术，最大的电容器部分的尺寸的特点是高度约0.65mm，宽度约1.15mm，长度约0.98mm，因此生成的总的体积约为0.73mm³。在类似的“R”外壳尺寸，这产生了总的容积效率为约0.73/3.83＝19％。因此，根据本发明的方面所构造的例1中的电容器与标准电解电容器相比，获得了约20％的容积效率的增加。

测试了一个样本的不同的电特性。在下面的表一中示出了结果。

表一：电特性(测量值的平均值)

参数	值
参数	值	电容值(μF)	96.12
损耗因子(％)	14.02	电容值(μF)	96.12
损耗因子(％)	14.02	IMP(Ω)	0.85
等效串联电阻(Ω)	0.82	IMP(Ω)	0.85
等效串联电阻(Ω)	0.82	在4.4伏下的漏电流(μA)	3.34

如表一所示，本发明的电容器组件呈现极佳的电性能。

例子2

根据本发明的上述描述构造了电容器。特别地，电容器的形成首先通过提供具有高度为约0.56mm、宽度为约0.74mm以及长度为约1.27mm的电容器主体的电容元件，从而生成的体积约为0.53mm³。在将该电容元件的阳极导线和阴极固定在导线框架上以后，将其封装于标准的“R”外壳尺寸，该尺寸对应的高度约1.12mm，宽度约1.43mm，长度约2.2mm，因此生成的设备的总的体积约为3.52mm³。然后，在六个侧面对元件进行切割，以生成一个设备，该设备与具有“J”外壳尺寸的设备大致相当，对应的高度约0.84mm，宽度约0.87mm，长度约1.67mm，因此生成的体积约为1.22mm³。设备组件的容积效率提供了电容元件的尺寸与整个电容器的尺寸的对比，对于生成的经切割的组件对应于约0.53/1.22＝43％。

为了提供上述的容积效率的相对的对比，计算了使用传统的构造具有相同的总的外壳尺寸的电容器方法所生成的标准钽电容器的容积效率。根据该标准的技术，最大的电容器部分的尺寸的特点是高度约0.53mm，宽度约0.69mm，长度约0.68mm，因此生成的总的体积约为0.25mm³。当在类似的“J”外壳尺寸中封装时，这产生了总的容积效率为约0.25/1.22＝20％。因此，根据本发明的方面所构造的例2中的电容器与标准电解电容器相比，获得了约23％的容积效率的增加。

测试了一个样本的不同的电特性。在下面的表二中示出了结果。

表二：电特性(测量值的平均值)

参数	值
参数	值	电容值(μF)	9.16
损耗因子(％)	8.24	电容值(μF)	9.16
损耗因子(％)	8.24	IMP(Ω)	5.54
等效串联电阻(Ω)	5.44	IMP(Ω)	5.54
等效串联电阻(Ω)	5.44	在11伏下的漏电流(μA)	0.93

在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实施本发明的这些或其他的改进和变化。另外，应理解，各种实施方式的方面可整体或部分地互换。此外，本领域的普通技术人员能认识到上述描述仅仅是举例，不用于限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims

1.一种用于形成电容器的方法，该方法包括：

提供电容元件，所述电容元件的特征是相对的第一和第二末端表面，一个阴极，以及从所述第一末端表面延伸出的一个阳极导线；

提供形成阳极端子和阴极端子的导线框架，所述阳极端子包括大致垂直的第一和第二阳极端子部分，所述阴极端子包括大致垂直的第一和第二阴极端子部分；

将所述阳极导线与所述第一阳极端子部分电连接，由此，所述第一阳极端子部分与所述电容元件的所述第一末端表面大致平行；

将所述阴极与所述阴极端子电连接，由此，所述第一阴极端子部分与所述电容元件的所述第二末端表面大致平行；

封装所述电容元件和至少一部分包括所述第一阳极端子部分和所述第一阴极端子部分的所述导线框架，其中所述第二阳极端子部分和所述第二阴极端子部分在给定的安装表面上从封装中露出；

穿过所述封装的电容器主体形成一次或多次切割，从而去除多余的封装材料且提高生成的电容器的容积效率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述切割的步骤包括：

穿过所述封装的电容元件形成第一次切割以在所述生成的电容器的第一末端表面露出所述第一阳极端子部分；以及穿过所述封装的电容元件形成第二次切割以在所述生成的电容器的相对的第二末端表面露出所述第一阴极端子部分。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述切割的步骤包括：

穿过所述封装的电容器主体形成多次切割，每次切割均与电容元件的各自的表面大致平行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述切割的步骤包括：沿着不同的设备表面形成至少四次切割。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供电容元件的步骤包括提供固体电解电容器，该固体电解电容器包括由阀金属组合物形成的阳极，在该阳极上叠加的介电薄膜，以及在该介电薄膜上叠加的固体电解质。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述阳极导线与所述第一阳极端子部分电连接的步骤包括激光焊接。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述阴极与所述阴极端子电连接的步骤包括利用导电粘合剂将所述电容元件的至少一个表面与所述第二阴极端子部分相连接。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括在露出的第二阳极端子部分之上形成第一外部端子以及在露出的第二阴极端子部分之上形成第二外部端子的步骤。

9.根据权利要求2所述的方法，还包括在露出的第二阳极端子部分上形成环绕至露出的第一阳极端子部分上的相邻的第一末端表面的第一外部端子的步骤，以及在露出的第二阴极端子部分上形成环绕至露出的第一阴极端子部分上的相邻的第二末端表面的第二外部端子的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述形成第一和第二外部端子的步骤包括在露出的阳极和阴极端子部分上电镀导电材料。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述第二阳极端子部分与所述电容元件的所述阴极电隔离的步骤。

12.一种电容器，包括：

固体电解电容元件，所述固体电解电容元件的特征是相对的第一和第二末端表面，以及从所述第一末端表面延伸出的一个阳极导线；

导线框架，包括阳极端子和阴极端子；

其中，所述阳极端子包括与所述阳极导线电连接的第一阳极端子部分，使得所述第一阳极端子部分与所述固体电解电容元件的所述第一末端表面大致平行；

其中，所述阴极端子与所述电容元件电连接，所述阴极端子包括各个第一和第二部分，其中，所述第一阴极端子部分与所述第二阴极端子部分大致垂直并与所述固体电解电容元件的所述第二末端表面大致平行；

封装材料，该封装材料大致围绕所述电容元件以形成设备封装，其中，所述第二阳极端子部分和所述第二阴极端子部分的一部分在给定的安装表面上从封装材料中露出；

第一切割表面，该第一切割表面与所述固体电解电容元件的所述第一末端表面大致平行地形成，以沿着所述设备封装的第一末端表面露出所述第一阳极端子部分；以及

第二切割表面，该第二切割表面与所述固体电解电容元件的所述第二末端表面大致平行地形成，以沿着所述设备封装的第二末端表面露出所述第一阴极端子部分，其中，所述设备封装的所述第一和第二末端表面包括相对的表面。

13.根据权利要求12所述的电容器，其中，所述固体电解电容元件包括由阀金属组合物形成的阳极，在该阳极上叠加的介电薄膜，以及在该介电薄膜上叠加的固体电解质。

14.根据权利要求13所述的电容器，其中，所述阀金属组合物包括钽。

15.根据权利要求13所述的电容器，其中，所述阀金属组合物包括铌的氧化物。

16.根据权利要求13所述的电容器，其中，所述固体电解质包括锰的氧化物。

17.根据权利要求13所述的电容器，其中，所述固体电解质包括导电的聚合物。

18.根据权利要求12所述的电容器，还包括：

第一外部端子，应用于所述第一阳极端子部分和所述第二阳极端子部分上，所述第一阳极端子部分沿着所述第一切割表面从所述封装材料中露出，所述第二阳极端子部分沿着给定的安装表面露出；以及

第二外部端子，应用于所述第一阴极端子部分和所述第二阴极端子部分上，所述第一阴极端子部分沿着所述第二切割表面从所述封装材料中露出，所述第二阴极端子部分沿着给定的安装表面露出。

19.根据权利要求18所述的电容器，其中，所述第一外部端子从所述设备封装的第一末端表面开始环绕至四个相邻表面中的每一个的一部分，以及所述第二外部端子从所述设备封装的第二末端表面开始环绕至四个相邻表面中的每一个的一部分。

20.根据权利要求12所述的电容器，还包括在所述固体电解电容元件和所述第二阳极端子部分之间的一部分隔离材料。