CN103377830A - 用于极端环境中的机械稳定性提高的固体电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在极端条件下具有热稳定性和机械稳定性的电容器组件。通过将电容器元件封闭和密封在存在含惰性气体的气氛的外壳内，从而限制供应给电容器固体电解质的氧气量和水分量而获得了热稳定性。为了提供良好的机械稳定性，该组件包含至少一个外部端子部（如，阳极和/或阴极端子），所述外部端子部延伸超出外壳表面的外边缘。所述外部端子部延伸超出外壳表面的外边缘的程度相对于外壳的尺寸是选择性地控制的，以增加焊接到电路板的可用表面积。
Description
相关申请
本申请要求2012年4月11日申请的美国临时申请61/622,651的优先权，以及2012年6月14日申请的美国临时申请61/659,529的优先权，所述申请的全部公开内容作为参考引入本文。
背景技术
由于电解电容器（如钽电容器）的体积效率、可靠性和工艺兼容性，它们在电路设计中的应用日益增多。例如，已经开发的一类电容器是固体电解电容器，其包括一阳极（如，钽）、一在阳极上形成的介质氧化物膜（如，五氧化二钽，Ta2O5）、一固体电解质层，以及一阴极。固体电解质层可由导电聚合物形成，如Sakata等人的美国专利US5,457,862、US5,473,503和US5,729,428及Kudoh等人的美国专利US5,812,367中对此均有说明。然而，遗憾的是，由于此类固体电解质在高温时存在从掺杂状态向不掺杂状态转变或从不掺杂状态向掺杂状态转变的倾向，其高温稳定性较差。为了解决这些问题和其它问题，人们已经开发了密封的电容器，以限制使用期间氧气与导电聚合物接触。例如，Rawal等人的美国专利公开US2009/0244812描述了一种电容器组件，包括导电聚合物电容器，所述电容器封闭密封在含惰性气体的陶瓷外壳内。据Rawal等人所述，陶瓷外壳限制供应给导电聚合物的氧气量和水分量，因此，降低了在高温环境中氧化的可能性，从而提高了电容器组件的热稳定性。然而，尽管实现了上述有益效果，问题却依然存在。例如，电容器有时候在极端条件下（如超过大约175℃的高温和/或超过大约35伏特的高压）机械稳定性变差，导致电容器元件从电路板剥离，电气性能变差。
因此，目前需要一种在极端条件下性能提高的固体电解电容器组件。
发明内容
根据本发明的一个实施例，其公开了一种包括一电容器元件的电容器组件，所述电容器元件包括一个由阳极氧化的烧结的多孔阳极体形成的阳极和一层涂覆在阳极上的固体电解质。所述组件还包含一外壳，其定义了一内部空腔，所述电器元件放在所述内部空腔内并密封封闭。所述外壳包含一表面，所述表面在纵向方向具有一尺寸并在横向方向上具有一尺寸，所述表面进一步定义了一外边缘。一阳极端子，其与阳极体电连接，所述阳极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阳极端子部（external anode termination portion）。一阴极端子，其与固体电解质电连接，所述阴极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阴极端子部（external cathode termination portion）。所述外部阳极端子部、所述外部阴极端子部或它们两者沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一段距离。
根据本发明的另一个实施例，其公开了一种包括一电容器元件的电容器组件，所述电容器元件包括一个由阳极氧化的烧结的多孔阳极体形成的阳极和一层涂覆在阳极上的固体电解质。所述组件还包含定义了一内部空腔的外壳，所述电容器元件放在所述内部空腔内，并在包含惰性气体的气氛的存在下密封封闭。所述外壳包含一下表面，所述表面在纵向方向具有一尺寸并在横向方向上具有一尺寸，所述下表面进一步定义了一外边缘。一阳极端子，其与阳极体电连接，所述阳极端子包含一外部阳极端子部，其与所述外壳的下表面相邻并设置在与所述外壳的下表面平行的一平面上。所述外部阳极端子部沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一第一距离。一阴极端子，其与固体电解质电连接，所述阴极端子包含一外部阴极端子部，其与所述外壳的下表面相邻并设置在与所述外壳的下表面平行的一平面上。所述外部阴极端子部沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一第二距离。
根据本发明的另一个实施例，其公开了一种包括一电容器元件的电容器组件，所述电容器元件包括一个由阳极氧化的烧结的多孔阳极体形成的阳极和一层涂覆在阳极上的固体电解质。所述组件还包含一外壳，其定义了一内部空腔，所述电器元件放在所述内部空腔内并密封封闭。所述外壳包含一表面，所述表面在纵向方向具有一尺寸以及在横向方向上具有一尺寸，所述表面进一步定义一外边缘。一阳极端子，其与阳极体电连接，所述阳极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阳极端子部。一阴极端子，其与固体电解质电连接，所述阴极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阴极端子部。所述外部阳极端子部、所述外部阴极端子部或它们两者的至少一个侧面沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一段距离。所述外部阳极端子部的侧面、所述外部阴极端子部的侧面或它们两者的侧面在外边缘折叠，这样，所述侧面与所述外壳的一壁面相邻，并且垂直于所述外壳表面。
本发明的其他方面及特征将在下面进行更详细的描述。
附图说明
本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，结合附图和附图标记在具体实施方式中作进一步描述，其中：
图1是本发明的电容器组件的一个实施例的侧面截面图；
图2是图1所示电容器组件的仰视图；
图3是本发明的电容器组件的另一个实施例的侧面截面图；
图4是本发明电容器组件又一个实施例的俯视图；
图5是本发明电容器组件另一个实施例的仰视图；
图6是本发明电容器组件又一个实施例的仰视图；
图7（a）是本发明的电容器组件的另一个实施例的侧面截面图；
图7（b）是本发明的电容器组件的又一个实施例的侧面截面图；
图8（a）是图7（a）所示电容器组件的仰视图；
图8（b）是图7（b）所示电容器组件的仰视图；
图9（a）是本发明电容器组件另一个实施例的仰视图；以及
图9（b）是本发明电容器组件又一个实施例的仰视图。
在附图中，同一附图标记表示本发明相同或者相似部件。
具体实施方式
应该理解，对于本领域技术人员来说，下面的内容仅为本发明的示范性实施例的描述，并不是对本发明更广泛的保护范围的限制，本发明更广泛的内容将通过所述示范性结构体现出来。
总得来说，本发明涉及一种在极端条件下具有热稳定性和机械稳定性的电容器组件。通过将电容器元件封闭和密封在存在含惰性气体的气氛的外壳内，从而限制供应给电容器固体电解质的氧气量和水分量而获得了热稳定性。为了提供良好的机械稳定性，电容器组件还包含至少一个外部端子部（如，阳极和/或阴极端子），所述外部端子部延伸超出外壳表面的外边缘。本发明中，所述外部端子部延伸超出外壳表面的外边缘的程度相对于外壳的尺寸是选择性地控制的，以增加焊接到电路板的表面积可用程度。我们相信，这能帮助电容器组件更好地承受在使用时遭受的振动力，而不会从电路板脱落。采用这种方式，电容器组件能够在极端条件下更好地工作。本发明的一个具体的有益之处是，该组件在电路板上占据的表面积大体上没有增加的情况下，可以降低脱落的可能性。这是因为改善的机械稳定性是通过选择性地控制外部端子部的尺寸来完成的，而不是增加外壳和/或电容器元件的尺寸来完成的。
下面将更为详细地说明本发明的各种实施例。
I.电容器元件
A.阳极
当电容器组件在高压中应用时，通常希望电容器元件的阳极是由比电荷相对较低的粉末形成，例如，大约低于70,000微法拉*伏特/克(“μF*V/g”)，在一些实施例中为大约2,000μF*V/g-大约65,000μF*V/g，在一些实施例中从大约5,000-大约50,000μF*V/g。当然，虽然有时候希望采用比电荷低的粉末，但是，这并不意味着要求必须采用这种。也就是说，粉末也可以具有相对较高的大约70,000微法拉*伏特/克(“μF*V/g”)或更高的比电荷，在一些实施例中，可以大约是80,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，是大约90,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，是大约100,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，是从大约120,000至大约250,000μF*V/g。
所述粉末包含一种阀金属（即能够氧化的金属）或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及其各自的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可以包含一种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1.0±1.0的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.05。例如，铌的氧化物可以是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。这种阀金属氧化物的实例在Fife的美国专利6,322,912、Fife等人的美国专利6,391,275、Fife等人的美国专利6,416,730、Fife的美国专利6,527,937、Kimmel等人的美国专利6,576,099、Fife等人的美国专利6,592,740、Kimmel等人的美国专利6,639,787、Kimmel等人的美国专利7,220,397，及Schnitter公开的美国专利申请2005/0019581、Schnitter等人公开的美国专利申请2005/0103638及Thomas等人公开的美国专利申请2005/0013765均有所描述。
粉末的颗粒可以是，例如，片状、角状、结节状及上述混合体或者变体。颗粒的筛分粒度分布一般至少大约为60目，在一些实施例中，从大约60目到大约325目，一些实施例中，从大约100目到大约200目。此外，比表面积是从大约0.1到大约10.0m2/g，在一些实施例中，是从大约0.5到大约5.0m2/g，在一些实施例中，是从大约1.0到大约2.0m2/g。术语“比表面积”是指按照《美国化学会志》（American Chemical Society）1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、Emmet和Teller发表的物理气体吸附法（B.E.T.）测定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积（或者斯科特）密度一般是从大约0.1到大约5.0g/cm3，在一些实施例中，从大约0.2到大约4.0g/cm3，一些实施例中，从大约0.5到大约3.0g/cm3。
在粉末中还可加入其它组分，以促进阳极体的形成。例如，可以使用粘结剂（binder）和/或润滑剂，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此适当地粘结在一起。合适的粘结剂包括樟脑、硬脂酸和其它皂质脂肪酸、聚乙二醇（Carbowax）（联合碳化物公司）、甘酞树脂（Glyptal）（通用电气公司）、聚乙烯醇、萘、植物蜡以及微晶蜡（精制石蜡）。所述粘结剂可以溶解、分散在溶剂中。典型溶剂实例包括水、醇等。使用时，粘结剂和/或润滑剂的百分含量可为总重量的大约0.1%到大约8%。但是，应该理解的是，本发明并不一定需要使用粘结剂和润滑剂。
得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模压紧。例如，压模可为采用单模具和一个或多个模冲的单站式压力机。或者，还可采用仅使用单个模具和单个下模冲的砧型压模。单站压模有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。压制后，所得阳极体可以切割为任何要求的形状，如正方形、长方形、圆形、椭圆形、三角形、六边形、八边形、七边形、五边形等。阳极体还可以具有“槽”形，槽内包括一个或多个沟槽、凹槽、低洼或者凹陷，以增加表面积-体积比，最大程度地降低ESR并延长电容的频率响应。然后，阳极体将经历一个加热步骤，脱除其中大部分粘结剂/润滑剂（如果不是全部脱除的话）。例如，阳极体一般采用温度大约150℃–500℃的烘箱加热。或者，也可将颗粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利US6,197,252所述。
阳极体一旦形成后，即进行烧结。烧结温度、气氛和时间取决于多种因素，如阳极类型、阳极尺寸等。一般来说，烧结在大约800℃-大约1900℃条件下进行，在一些实施例中，从大约1000℃-大约1500℃，在一些实施例中，从大约1100℃-大约1400℃条件下进行，烧结时间从大约5分钟-大约100分钟，在一些实施例中，从大约30分钟-大约60分钟。如果需要的话，烧结可在限制氧原子转移到阳极的气氛中进行。例如，烧结可在还原性气氛中进行，如在真空、惰性气体、氢气等中进行。还原性气氛的压力从大约10托至大约2000托，在一些实施例中，从大约100托至大约1000托，在一些实施例中，从大约100托至大约930托。也可以使用氢气和其它气体（如氩气或氮气）的混合物。
阳极引线还可以与阳极体连接，并从阳极体沿纵向延伸。该阳极引线可以是线、片等形状，可以采用阀金属化合物如钽、铌、铌氧化物等形成。引线的连接可以采用已知的技术完成，如将引线焊接到阳极主体上或在阳极体形成期间（例如，在压制和/或烧结前）将引线嵌入到阳极体内。
该阳极还涂覆一层介质层。介质可以这样形成：对烧结的阳极进行阳极氧化（“阳极氧化（anodizing）”），在阳极上面和/或内部形成一层介质层。例如，钽（Ta）阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽（Ta2O5）。一般来说，进行阳极氧化时首先是在阳极上涂覆一种溶液，例如将阳极浸到电解质中。通常采用溶剂，如水（如去离子水）。为了增强离子电导率，可以采用在溶剂中能够离解而形成离子的化合物。此类化合物的实例包括，例如，酸，如下文电解质部分所述。举例来说，酸（如磷酸）占阳极氧化溶液的含量可以从大约为0.01wt%到大约5wt%，在一些实施例中，从大约为0.05wt%到大约0.8wt%，在一些实施例中，从大约为0.1wt%到大约0.5wt%。若需要的话，也可以采用酸的混合物。
使电流通过阳极氧化溶液，形成介质层。形成电压值决定了介质层的厚度。例如，一开始以恒电流模式建立电源供应，直到达到要求的电压。然后，可将电源供应切换到恒电位模式，以确保在阳极整个表面形成要求的介质层厚度。当然，也可以采用人们熟悉的其它方法，如脉冲恒电势法或阶跃恒电势法。阳极氧化发生时的电压范围一般从大约4到大约250V，在一些实施例中，从大约9到大约200V，在一些实施例中，从大约20到大约150V。在阳极氧化期间，阳极氧化溶液保持在较高温度，例如，大约30℃或更高，在一些实施例中，从大约40℃到大约200℃，在一些实施例中，从大约50℃到大约100℃。阳极氧化还可在室温或更低温度下进行。所得到的介质层可在阳极表面形成和在阳极孔内形成。
B.固体电解质
电容器元件还包含作为电容器阴极的固体电解质。例如，二氧化锰固体电解质可通过硝酸锰（Mn(NO3)2）热解形成。例如，这种技术在Sturmer等人的美国专利US4,945,452中有描述。固体电解质也可以包含一层或多层导电聚合物层。这些层中的导电聚合物通常是π-共轭的，并在氧化或还原后具有导电性，例如，氧化后电导率至少约为1μS·cm-1。此类π-共轭的导电聚合物的实例包括，例如，聚杂环类（例如聚吡咯；聚噻吩、聚苯胺等）、聚乙炔、聚-对苯撑、聚苯酚盐等。尤其适合的导电聚合物是具有下述通式结构的取代聚噻吩：
其中，
T是O或S；
D是任选取代C1-C5烯烃基（例如，亚甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等）；
R7是线性或支链的任选C1-C18烷基取代基（例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等）；任选C5-C12环烷基取代基（如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等）；任选C6-C14芳基取代基（如苯基、萘基等）；任选C7-C18芳烷基取代基（如苄基，邻、间、对-甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2,6、3,4-、3,5-二甲苯基、三甲苯基等）；任选C1-C4羟烷基取代基或羟基取代基；及
q是0-8的整数，在一些实施例中，是0-2的整数，在一些实施例中，是0；及
n是2-5,000，在一些实施例中，n是4-2,000，在一些实施例中，n是5-1,000。“D”或“R7”的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤基、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸酯、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。
尤其适合的噻吩聚合物是“D”为任选取代C2-C3烯烃取代基的噻吩聚合物。例如，聚合物可为具有下述通式结构的任选取代聚（3,4-乙烯基二氧噻吩）：
形成例如上文所述导电聚合物的方法是本领域所熟知的。例如，Merker等人的美国专利申请6,987,663介绍了从前体单体形成取代噻吩的各种技术。例如，前体单体具有以下结构：
其中，
T、D、R7和q定义如上文所述。尤其适合的噻吩单体是其中“D”为任选取代C2-C3烯基的噻吩单体。例如，可以使用具有下述通式结构的任选取代3,4-烯烃基二氧噻吩：
其中，R7和q如上文所定义。在一个具体的实施例中，“q”是0。一种商业上合适的3,4-乙烯基二氧噻吩实例是Heraeus Clevios以CleviosTMM名称销售的产品。其他合适的单体在Blohm等人的美国专利申请5,111,327和Groenendaal等人的美国专利申请6,635,729中也有描述。也可以采用这些单体的衍生物，例如上述单体的二聚体或三聚体。分子量更高的衍生物，如单体的四聚体、五聚体等也适合用于本发明。衍生物可以由相同的或不同的单体单元构成，可以以纯物质形式使用及以与另一种衍生物与/或单体的混合物的形式使用。还可以使用这些前体单体的氧化形态或还原形态。
在氧化催化剂存在的条件下，噻吩单体进行化学聚合。氧化催化剂通常包括过渡金属阳离子，如铁（III）、铜（II）、铬（VI）、铈（IV）、锰（IV）、锰（VII）、钌(III)阳离子等。还可以使用掺杂剂，以给导电聚合物提供过量的电荷，并稳定聚合物的导电性。掺杂物一般包括无机或有机阴离子，如磺酸离子。在某些实施例中，前体溶液中使用的氧化催化剂包括阳离子（如过渡金属）和阴离子（如磺酸），从而兼具催化作用和掺杂功能。例如，氧化催化剂可以是过渡金属盐，包括铁（III）阳离子，如卤化铁(III)（如FeCl3)或其它无机酸的铁盐(III)，如Fe(ClO4)3或Fe2(SO4)3及有机酸铁盐(III)和包含有机自由基的无机酸的铁盐(III)。带有机基团的无机酸的铁（III）盐实例包括，例如，C1-C20烷醇的硫酸单酯铁（III）盐（如月桂基硫酸铁(III)盐）。同样，有机酸铁（Ⅲ）盐实例包括，例如，C1-C20烷基磺酸铁（Ⅲ）盐（例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷基磺酸）；脂肪族全氟磺酸铁（Ⅲ）盐（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）；脂肪族C1-C20羧酸铁（Ⅲ）盐（如2-乙基己基羧酸）；脂肪族全氟羧酸铁（Ⅲ）盐（如三氟乙酸或全氟辛酸）；任选被C1-C20烷基取代的芳香族磺酸铁（Ⅲ）盐（如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）；环烷烃磺酸铁（Ⅲ）盐（如樟脑磺酸）等。也可以使用上文提到的铁(III)盐的混合物。对甲苯磺酸铁（III）和邻甲苯磺酸铁（III）及其混合物，尤其适合本发明。一种商业合适的邻-甲苯磺酸铁（III）盐是H.C.Starck GmbH以名称CleviosTMC销售的产品。
可以采用各种方法形成导电聚合物涂层。在一个实施例中，氧化催化剂和单体可以采用顺序涂覆或者一起涂覆，使聚合反应在部件上原位进行。合适的用于形成导电聚合物涂层的涂覆技术包括丝网印刷、浸渍、电泳涂装和喷涂等。例如，单体可以一开始与氧化催化剂混合，形成前体溶液。一旦形成混合物，即可将其涂覆到金属基板上，然后让其聚合，从而在表面上形成导电涂层。或者，可以按顺序涂覆氧化催化剂和单体。例如，在一个实施例中，氧化催化剂可以溶解在有机溶剂（例如，丁醇）中，然后，以浸渍溶液的形式涂覆。然后，干燥部件，脱除部件上面的溶剂。然后，将部件浸到包含单体的溶液中。
根据使用的氧化剂和要求的反应时间，聚合大约在温度从-10℃到大约250℃条件下进行，在一些实施例中，从大约0℃到大约200℃条件下进行。合适的聚合方法，如上文所述的那些方法，在Biler的美国专利US7,515,396中进行了更为详细的描述。涂覆此类导电涂层的其它方法在Sakata等人的美国专利申请5,457,862、Sakata等人的美国专利申请5,473,503、Sakata等人的美国专利申请5,729,428及Kudoh等人的美国专利申请5,812,367中有所描述。
除原位涂覆外，导电聚合物涂层还可以采用导电聚合物颗粒分散体的形式涂覆。虽然其粒径可能不同，但是，一般要求粒径较小，以增加可粘附到阳极部件上的表面积。例如，颗粒的平均粒径是从大约1到大约500纳米，在一些实施例中，是从大约5到大约400纳米，在一些实施例中，是从大约10到大约300纳米。颗粒的D90值（粒径小于或等于D90值的颗粒占所有固体颗粒总体积的90%）大约等于或小于15微米，在一些实施例中大约为10微米或更小，在一些实施例中为大约1纳米到大约8微米。颗粒的直径可采用人们熟知的方法测定，如超速离心法、激光衍射法等。
采用独立的反离子中和取代聚噻吩携带的正电荷，可以增强导电聚合物形成颗粒。在一些情况下，聚合物在结构单元中可能具有正电荷和负电荷，正电荷位于主链上，而负电荷任选位于“R”取代基上，如磺酸酯基团或羧酸酯基团上。自由基“R”上可能存在的阴离子基团，会使得主链上的正电荷部分或者全部饱和。总体来看，聚噻吩可能是阳离子型、中性或者甚至是阴离子型的。但是，因为聚噻吩主链带正电荷，它们全都被视为阳离子聚噻吩。
反离子可以是单体阴离子或聚合物阴离子。聚合物阴离子可以是，例如，聚羧酸阴离子（如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸等）；聚磺酸阴离子（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”）、聚乙烯基磺酸等）等。所述酸还可以是共聚物，如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合单体，如丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。同样，合适的单体阴离子包括，例如，C1-C20烷基磺酸（如十二烷基磺酸）阴离子；脂肪族全氟磺酸（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）阴离子；脂肪族C1-C20羧酸（2-乙基己基羧酸）阴离子；脂肪族全氟羧酸（如三氟乙酸或全氟辛酸）阴离子；任选被C1-C20烷基取代的芳香族磺酸（如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）阴离子；环烷烃磺酸（如樟脑磺酸或四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、高氯酸盐、六氟锑酸盐、六氟砷酸盐或六氯锑酸盐）阴离子等。特别适合的反阴离子（counteranions）是聚合物阴离子，如聚羧酸或聚磺酸（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”））。此类聚合物阴离子的分子量一般是从大约1,000到大约2,000,000，在一些实施例中，是从大约2,000到大约500,000。
当采用时，在给定涂层中的此类反离子和取代聚噻吩的重量比一般是从大约0.5:1到大约50:1，在一些实施例中，是从大约1:1到大约30:1，在一些实施例中，是从大约2:1到大约20:1。上述参考重量比中提到的取代聚噻吩的重量指的是占使用单体部分的重量，假设单体在聚合期间完全转化。
分散体可能还包括一种或多种粘结剂，以进一步增强聚合层的粘合性，还可以提高分散体内部颗粒的稳定性。该粘结剂可以是有机的，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯丁酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯腈、苯乙烯/丙烯酸酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸酯和乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂或纤维素。还可采用交联剂来增强粘结剂的粘附能力。此类交联剂包括，例如，三聚氰胺化合物、封闭异氰酸酯或功能硅烷，如3-缩水甘油氧基丙基三烷基硅烷、四乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷水解产物或可交联的聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃和随后的交联。正如本领域所熟知的那样，分散体中还可以包括其它组分，如分散剂（如水）、表面活性物质等。
如果需要的话，可以重复上述一个或多个涂覆步骤，直到达到要求的涂层厚度。在一些实施例中，一次只能形成相对较薄的一层涂层。涂层的总目标厚度通常取决于电容器要求的性能。一般来说，所得到的导电聚合物涂层的厚度从大约为0.2微米（“μm”）到大约50μm，在一些实施例中，从大约为0.5μm到大约20μm，在一些实施例中从大约为1μm到大约5μm。应该理解的是，部件上所有位置的涂层厚度并不一定相同。但是，基材上涂层的平均厚度通常落在以上所述范围之内。
导电聚合物层可任选进行愈合（heal）。愈合可以在导电聚合物层每次涂覆之后进行或在整个导电聚合物涂层涂覆完成之后进行。在一些实施例中，导电聚合物可通过将部件浸入到电解液中，然后，对溶液施加恒定的电压，直到电流降低到预先选择的水平而进行愈合。如果需要的话，这种愈合可在多个步骤中完成。例如，电解液可以是单体、催化剂和掺杂剂在醇溶剂（如乙醇）中的稀溶液。如果需要的话，还可以清洗涂层，以清除各种副产品、过量试剂等。
C.其它组分
如果需要的话，电容器元件还可以包含本领域熟悉的其它层。例如，可任选在介质层和固体电解质之间涂覆一层保护涂层，如一层由相对绝缘的树脂材料（天然树脂或合成树脂）形成的保护涂层。本发明中使用的某些树脂类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（例如甘油酯）等。例如，合适的脂肪酸酯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、紫胶桐酸酯、紫胶酸酯等。人们发现，这些脂肪酸酯在用于相对复杂的组合中形成“干性油”（drying oil）时特别有用，能够使得到的膜迅速聚合形成稳定层。这种干性油可包括甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它们分别具有一个、两个和三个酯化的脂肪酰基的甘油主链。例如，一些合适的可用的干性油包括但不局限于橄榄油、亚麻籽油、蓖麻油、桐油、豆油和虫胶。这些或其他保护性的涂层材料在Fife等人的美国专利US 6,674,635中有更详细的描述。
如果需要的话，部件还可分别涂覆碳层（如石墨）和银层。例如，银层作为电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，碳层可以限制银层与固体电解质接触。这类涂层可以覆盖部分或整个固体电解质。
一般来说，本发明的电容器元件基本上不含传统固体电解电容器通常采用的封装电容器元件的树脂（如，环氧树脂）。此外，电容器元件的封装会导致其在极端环境，如高温（如大约超过175℃）和/或高压（如超过大约35伏特）条件下不稳定。
II.外壳
如上所述，所述电容器元件被密封在一个外壳内。密封通常在包含至少一种惰性气体的气氛中进行，以抑制固体电解质在使用期间的氧化。惰性气体包括，例如，氮气、氦气、氩气、氙气、氖、氪、氡等，也可以使用它们的混合物。一般来说，惰性气体占外壳内气氛的大部分组成，如约占气氛的50wt%-100wt%，在一些实施例中，约占75wt%-100wt%，在一些实施例中，约占90wt%-99wt%。如果需要的话，也可以采用相对少量的非惰性气体，如二氧化碳、氧气、水蒸汽等。不过，在这种情况下，非惰性气体通常占外壳气氛的15wt%或更低，在一些实施例中，大约占10wt%或更低，在一些实施例中，大约占5wt%或更低，在一些实施例中，大约占1wt%或更低，在一些实施例中，占大约0.01wt%至大约1wt%。举例来说，水分含量（以相对湿度表示）大约为10%或更低，在一些实施例中，大约为5%或更低，在一些实施例中，大约为1%或更低，在一些实施例中，大约为0.01-5%。
可以采用各种不同的材料制造外壳，例如金属、塑料、陶瓷等。例如，在一个实施例中，外壳包括一层或多层金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、它们的复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等。在另一个实施例中，外壳可能包括一层或多层陶瓷材料，如氮化铝、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、玻璃等以及它们的组合。
该外壳可以是任何需要的形状，如圆柱形、D-形、矩形、三角形、棱形等。参考图1-2，例如，图中示出了电容器组件100的实施例，它包括外壳122和电容器元件120。在这个具体实施例中，外壳122大致是矩形。一般而言，外壳和电容器元件具有相同或类似的形状，这样，电容器元件才容易放进内部空腔内。例如，在图示的实施例中，电容器元件120和外壳122大致为矩形。
如果需要的话，本发明的电容器组件可以具有相对较高的体积效率。为了提高这种高效率，电容器元件通常占据大部分外壳内部空腔。例如，电容器元件可占外壳内部空腔的大约30vol%或更多，在一些实施例中，占大约50vol%或更多，在一些实施例中，占大约60vol%或更多，在一些实施例中，占大约70vol%或更多，在一些实施例中，占从大约80vol%到大约98vol%，在一些实施例中，占从大约85vol%到大约97vol%。为此，电容器元件和外壳定义的内部空腔之间的尺寸之差通常相对较小。
举例来说，图1中显示了电容器元件120的长度（不包括阳极引线6的长度）与外壳122定义的内部空腔126的长度比较相似。例如，阳极长度（-y方向）和内部空腔长度之比从大约0.40到1.00，在一些实施例中，从大约0.50到大约0.99，在一些实施例中，从大约0.60到大约0.99，在一些实施例中，从大约0.70到大约0.98。电容器元件120的长度是大约5毫米至大约10毫米，内部空腔126的长度是大约6毫米至大约15毫米。同样，电容器元件120的高度（-z方向）和内部空腔126的高度之比大约为0.40-1.00，在一些实施例中，大约为0.50-0.99，在一些实施例中，大约为0.60-0.99，在一些实施例中，大约为0.70-0.98。电容器元件120的宽度（-x方向）和内部空腔126的宽度之比大约为0.50-1.00，在一些实施例中，大约为0.60-0.99，在一些实施例中，大约为0.70-0.99，在一些实施例中，大约为0.80-0.98，在一些实施例中，大约为0.85-0.95。例如，电容器元件120的宽度从大约是2毫米至大约10毫米，内部空腔126的宽度是从大约3毫米至大约10毫米，电容器元件120的宽度是从大约0.5毫米至大约2毫米，内部空腔126的高度是从大约0.7至大约6毫米。
还可任选一种聚合体固定物（polymeric restraint）与电容器元件的一个或多个表面接触，如后表面、前表面、上表面、下表面、侧表面或任何它们的组合。这种聚合体固定物可以降低电容器元件从外壳剥离的可能性。在这方面，聚合体固定物可具有某种程度的强度，即使在电容器受到振动力时也能够将电容器元件保持在相对固定位置，但强度并不大到使其开裂的程度。例如，聚合体固定物在温度大约25℃时测定的拉伸强度是大约1兆帕至大约150兆帕（“MPa”），在一些实施例中是大约2MPa至大约100MPa，在一些实施例中是大约10MPa至大约80MPa，在一些实施例中是大约20MPa至大约70MPa。通常要求聚合体固定物是不导电的。
虽然可以使用具有上述强度的任何材料，但是，我们发现，可固化的热固性树脂尤其适合用于本发明。此类树脂的实例包括，例如，环氧树脂、聚酰亚胺、蜜胺树脂、脲醛树脂、聚氨酯、硅酮聚合物、酚醛树脂等。例如，在某些实施例中，聚合体固定物可以使用一种或多种聚硅氧烷。这些聚合物中使用的含硅有机基团可能包含一价烃基团和/或一价卤代烃基团。此类一价基团通常含有1个至大约20个碳原子，优选1个至10个碳原子。下述是此类基团的示例，但并不限于这些示例基团：烷基（如甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基和十八烷基）；环烷基（如环己基）；烯基（如乙烯基、烯丙基、丁烯基和己烯基）；芳基（如苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基和2-苯乙基）；及卤化烃基团（如3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基和二氯苯基）。一般来说，至少50%，更优选至少80%有机基团是甲基。此类甲基聚硅氧烷的实例包括，例如聚二甲硅氧烷（“PDMS”）、聚甲基氢硅氧烷（Polymethylhydrogensiloxane）等。其它合适的甲基聚硅氧烷包括二甲基二苯基聚硅氧烷、二甲基/甲基苯基聚硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、甲基苯基/二甲基硅氧烷、乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基甲基/二甲基聚硅氧烷、乙烯基二甲基封端的乙烯基甲基/二甲基聚硅氧烷、二乙烯基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基苯基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、二甲基氢封端的聚二甲基硅氧烷、甲基氢/二甲基聚硅氧烷、甲基氢封端的甲基辛基聚硅氧烷、甲基氢/苯基甲基聚硅氧烷等。
有机聚硅氧烷还可以包含一个以上赋予聚合物某种程度亲水性的极性官能团侧基和/或端基，如羟基、环氧基、羧基、氨基、烷氧基、甲基丙烯酸基或巯基。例如，有机聚硅氧烷可能包括至少一个羟基，及任选每分子平均至少两个含硅羟基（硅醇基）。此类有机聚硅氧烷的实例包括，例如，二羟基聚二甲基硅氧烷、羟基-三甲基硅烷氧基聚二甲基硅氧烷等。羟基改性的有机聚硅氧烷的其他例子在Kleyer等人的美国专利申请公开文件2003/0105207中有描述。还可以采用烷氧基改性的有机聚硅氧烷，如二甲氧基聚二甲基硅氧烷、甲氧基-三甲基硅烷氧基聚二甲基硅氧烷、二乙氧基聚二甲基硅氧烷、乙氧基-三甲基硅烷氧基-聚二甲基硅氧烷等。其它合适的有机聚硅氧烷是那些采用至少一个氨基官能团改性的有机聚硅氧烷。此类氨基官能团聚硅氧烷的实例包括，例如，带二氨基–官能团的聚二甲基硅氧烷。有机聚硅氧烷的其它合适的极性官能团还在Plantenberg等人的美国专利申请公开US2010/00234517中进行了描述。
环氧树脂也尤其适合用作聚合体固定物。合适的环氧树脂实例包括，例如，缩水甘油醚型环氧树脂，如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树指、线形酚醛环氧树脂、邻甲酚酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和联苯型环氧树脂、脂环族环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、萘型环氧树脂、芳烷基酚型环氧树脂、环戊二烯型环氧树脂、杂环环氧树脂等。其它合适的导电粘合剂树脂(conductive adhesive resins)在Osako等人公开的美国专利申请US2006/0038304和Chacko的美国专利US7,554,793中进行了描述。
如果需要的话，在聚合体固定物中还可以使用固化剂，以帮助促进固化。固化剂一般占聚合体固定物的大约0.1wt%至大约20wt%。固化剂的例子包括，例如，氨、过氧化物、酐、酚类化合物、硅烷、酸酐化合物及它们的组合。合适的固化剂具体实例有双氰胺、1-(2-氰乙基)-2-乙基-4-甲基咪唑、1-苄基2-甲基咪唑、乙基氰基丙基咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、2,4-二氰基-6,2-甲基咪唑基-(1)-乙基-均-三嗪和2,4-二氰基-6,2-十一烷基咪唑基-(1)-乙基-均-三嗪、咪唑盐（如1-氰乙基-2-十一烷基偏苯三酸盐、2-甲基咪唑异氰尿酸盐、2-乙基-4-甲基咪唑四苯基硼酸盐和2-乙基-1,4-二甲基咪唑四苯基硼酸盐等）。其它有用的固化剂包括膦化合物，如三丁基膦、三苯基膦、三(二甲氧基苯基)膦、三(羟苯基)磷和三(氰乙基)膦；磷盐，如四苯硼酸四苯基磷、四苯硼酸甲基三丁基磷和四苯硼酸甲基三氰乙基磷）；胺，如2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、甲基苄胺、四甲基丁基胍、N-甲基哌嗪和2-二甲氨基-1-吡咯啉；铵盐，如三乙基四苯基硼酸铵；二氮杂双环化合物，如1,5-二氮杂双环[5,4,0]-7-十一碳烯、1,5-二氮杂双环[4,3,0]-5-壬烯和1,4-二氮杂双环[2,2,2]-辛烷；二氮杂双环化合物的盐，如四苯基硼酸盐、酚盐、酚醛（phenolnovolac）盐、2-乙基己酸盐；等等。
还可以使用其它添加剂，如光引发剂、粘度改进剂、悬浮助剂、颜料、应力降低剂、偶合剂（如硅烷偶合剂）、非导电性填料（如粘土、二氧化硅、氧化铝等）、稳定剂等。合适的光引发剂包括，例如，安息香、安息香甲基醚、安息香乙醚、安息香正丙醚、安息香异丁醚、2,2二羟基-2-苯基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、二苯甲酮、4,4-二烷基氨基二苯甲酮（dialkylaminobenzophenone）、4-二甲基氨基苯甲酸、烷基4-二甲基氨基苯甲酸盐、2-乙基蒽醌、氧杂蒽酮、噻吨酮、2-氯噻吨酮等。采用这些添加剂时，其含量通常是总组分的大约0.1wt%至大约20wt%。
再次参考图1，例如，图中示出了一个实施例，其中单块聚合体固定物197与电容器元件120的上表面181和后表面177接触。虽然图1中所示为单块聚合体固定物，但是，应该理解的是，为了完成同样的功能，也可以使用分开的聚合体固定物。实际上，更常见是，可以使用任何数量的聚合体固定物，使其接触电容器元件的任何要求表面。当使用几块聚合体固定物时，它们可能彼此接触或物理上保持分开。例如，在一个实施例中，采用与电容器元件120的上表面181和前表面179接触的第二聚合体固定物（未示出）。第一聚合体固定物197和第二聚合体固定物（未示出）可能互相接触或者不互相接触。而在另一个实施例中，聚合体固定物还与电容器元件120的下表面183和/或侧表面接触，同时接触其它表面或代替与其它表面的接触。
不管如何应用，通常都希望聚合体固定物还接触外壳的至少一个表面，以帮助进一步机械稳定电容器元件。例如，聚合体固定物可与一个或多个侧壁、外壁、盖等的内表面接触。例如，在图1中，聚合体固定物197与侧壁124的内表面107及外壁123的内表面109接触。虽然与外壳接触，但是，仍然希望外壳定义的内腔至少一部分仍然保持未被占据，以允许惰性气体流过空腔，并限制固体电解质与氧气接触。例如，至少大约5%的空腔体积通常仍然保持未被电容器元件和聚合体固定物占据，在一些实施例中，大约10%至大约50%空腔体积未被占据。
在某些实施例中，在外壳的内部空腔内可以使用连接元件，以方便与外部端子部连接，在下文进行更详细的描述。例如，再次参考图1，电容器组件100可包括一个由第一部分167与第二部分165形成的连接元件162。连接构件162可采用导电材料制造，如金属。第一部分167和第二部分165可以是整体或者是独立的部件，独立的部件可以是直接连接在一起或是通过其它导电元件（如金属）连接在一起。在图示的实施例中，第二部分165放置在大致与引线6延伸的纵向方向平行的平面中（如，-y方向）。第一部分167是“直立”的，即其放置在大致与引线6延伸的纵向方向垂直的平面中。采用这种方式，第一部分167可以限制引线6在水平方向的运动，增强使用期间的表面接触和机械稳定性。如果需要的话，在引线6周围可以使用绝缘材料7（如TeflonTM垫片）。
第一部分167可能有一个与阳极引线6连接的贴装区（未示出）。该区为“U-形”，用于进一步增强引线6的表面接触和机械稳定性。贴装区与引线6的连接可采用任何已知的技术完成，例如，焊接、激光焊接、导电粘合剂粘接等。例如，在一个具体实施例中，贴装区是通过激光焊接到阳极引线6上。不过，不管选择哪种方法，第一部分167都可以保持阳级引线6大致水平对齐，以进一步增强电容器组件100的尺寸稳定性。
再次参考图1，图中示出了本发明的一个实施例，其中连接元件162和电容器元件120连接到阳极端子127和阴极端子129和外壳122，下面进行更详细的讨论。本实施例的外壳122包括外壁123和两个相对的侧壁124，在两个侧壁之间形成了一容纳电容器元件120的空腔126。外壁123和侧壁124可由上文所述一层或多层金属、塑料或陶瓷材料形成。虽然并不是要求的，但是阳极端子127可以包含内部127a和外部127b，其中内部127a位于外壳122内并与连接元件162电连接，而外部127b位于外壳122外并提供一贴装表面201。同样，阴极端子129包含内部129a和外部129b，其中内部129a位于外壳122内并与电容器元件120的固体电解质电连接，而外部129b位于外壳122外并提供一贴装表面203。应该理解的是，所有部分不必全部位于外壳内部或外部。应该理解的是，如果需要的话，端子的外部可以摒弃。
在所示实施例中，导电迹线127c沿外壳外壁123延伸，以连接内部（第一区）127a和外部（第二区）127b。类似地，导电迹线129c沿外壳外壁123延伸，以连接内部（第一区）127a和外部（第二区）127b。导电迹线和/或端子区可以是独立的或整体的。除延伸通过外壳外壁外，迹线还可位于其它位置，如外壁外部。当然，本发明并不限于使用导电迹线来形成要求的端子。一般地，外部端子部分127和129与电容器元件120的连接可采用任何已知的技术完成，如焊接、激光焊接、导电粘合剂等。例如，在一个具体的实施例中，采用导电粘合剂131将连接元件162的第二部分165与阳极端子127连接。同样，也可采用导电粘合剂133将电容器元件120的阴极与阴极端子129连接。导电粘合剂可以由包含树脂组合物的导电金属颗粒形成。所述金属颗粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。树脂组合物可以包括热固性树脂（如环氧树脂）、固化剂（如酸酐）和偶联剂（如硅烷偶联剂）。合适的导电粘合剂在Osako等人的美国专利申请公开文件2006/0038304中有描述。
一旦按照要求的方式连接好，将所得封装按照上文所述进行密封。再次参考图1，例如，外壳122还可以包括一个盖子125，在电容器元件120和聚合体固定物197在外壳122内放好后，将盖子125盖在侧壁124的上表面上。盖子125可采用陶瓷、金属（如铁、铜、镍、钴等及它们的合金）、塑料等制造。如果要求的话，可在盖子125和侧壁124之间放置一密封元件187，以帮助提供良好的密封。例如，在一个实施例中，密封元件可能包括玻璃–金属密封、
（Goodfellow Camridge,Ltd.）等。侧壁124的高度通常应使盖子125不与电容器元件120的任何表面接触，这样，它就不会被污染。聚合体固定物197可以接触或不接触盖子125。当放置在需要的位置后，采用已知技术，如焊接（如，电阻焊接、激光焊接等）、锡焊等将盖125与侧壁124密封。如上所述，密封通常在惰性气体存在的条件下进行，以使得到的组件基本上不含反应性气体，如氧气或水蒸气。
应该理解的是，所述实施例仅为示例性质，本发明还可以采用其它结构将电容器元件密封在外壳内。参考图3，例如，图中示出了电容器组件200的另一个实施例，其中所述外壳222包括外壁123和盖子225，两者之间形成了一个空腔126，空腔126内容纳电容器元件120，以及可选的聚合体固定物197。盖子225包括与至少一个侧壁224是整体的外壁223。例如，在所示实施例中，在剖视图中示出了两个相对的侧壁224。外壁223和123均沿纵向（–y向）延伸，两者大致彼此平行，并与阳极引线6的纵向平行。侧壁224从外壁223沿大致与外壁123垂直的方向延伸。盖子225的远端500由外壁223定义，近端501由侧壁224的唇部253定义。唇部253从侧壁224沿纵向方向延伸出来，该纵向方向大致与外壁123的纵向方向平行。侧壁224和唇部253之间的角度可以变化，但是，通常是从大约60°至大约120°，在一些实施例中，通常是从大约70°至大约110°，在一些实施例中，通常是从大约80°至大约100°（例如，大约90°）。唇部253还定义了一个通常与纵向垂直的外边缘251，唇部253和外壁123在此方向上延伸。外边缘251位于侧壁224外围外，通常与侧壁123的边缘151共平面。唇部253可采用任何已知的技术，如焊接（如电阻焊或激光焊）、钎焊等密封到外壁123。例如，在所示实施例中，在部件之间采用一密封元件287（如玻璃-金属密封、
环等），以方便其连接。不管怎样，使用上文所述的唇部可以使部件之间的连接更稳定，并改善电容器组件的密封和机械稳定性。
以上讨论的实施例仅仅涉及单个电容器元件。但是，还应该理解的是，一个外壳内也可密封多个电容器元件（如，2个、3个等）。多个电容器元件可以采用不同的技术与外壳连接。例如，参考图4，图中示出了一个包含两个电容器元件的电容器组件400的一个具体实施例，下文将对其进行更为详细的说明。更具体地说，电容器组件400包括第一电容器元件420a和第二电容器元件420b，两个电容器元件电连接。在此实施例中，电容器元件对齐放置，它们的主要表面处于彼此平行的结构中。也就是说，由其宽度（–x向）和长度（–y向）定义的电容器元件420a的主要表面与电容器元件420b的对应主要表面相邻。因此，主要表面通常是共平面的。或者，电容器元件也可以这样布置：即其主要表面并不共平面，而是在某个方向彼此垂直，如在–z向或–x向。当然，电容器元件并不需要沿同一方向延伸。
电容器元件420a和420b放置在外壳422内，外壳422包含共同定义了一个空腔426的外壁423和侧壁424和425。虽然并未示出，但是，如上文所述，可以采用一个盖子盖住侧壁424和425的上表面，并密封组件400。可选地，可采用一聚合体固定物来帮助限制电容器元件的振动。例如，在图4中，分开的聚合体固定物497a和497b分别与电容器元件420a和420b相邻并接触。聚合体固定物497a和497b可以位于不同地方。此外，可以省略其中的一块聚合体固定物，或者也可以采用更多的聚合体固定物。例如，在某些实施例中，可能要求在电容器元件之间使用聚合体固定物，以进一步改善机械稳定性。
例如，再次参考图4，图中所示电容器元件平行连接到一共同的阴极端子429。电容器组件400还包括分别与电容器元件420a和420b的阳极引线406a和406b连接的连接元件427和527。更具体地说，连接元件427包含与阳极端子（未示出）连接的一直立部分465和一平面部分463。同样，连接元件527包含与阳极端子（未示出）连接的一直立部分565和一平面部分563。当然，应该理解的是，还可能使用其它范围广泛的各种类型的连接机制。
III．端子
不管外壳和/或电容器元件的具体结构，或它们连接的方式，一个或多个端子（如，垫（pads）、薄片、板、框等）的外部的形成方式可以降低其从电路板脱落的可能性。更具体地，该外部可以向外延伸超出外壳表面的外边缘，从而增加安装时电容器组件和电路板之间的表面接触程度。例如，在一些实施例中，外壳的下表面可具有一外边缘，它由纵向方向上（如，阳极引线延伸的方向）的长和横向方向上的宽定义的。在这些实施例中，一个或多个外部端子部可以沿横向方向向外延伸超出外壳下表面的外边缘。作为替换或者除了横向方向外，一个或多个外部端子部也可以沿纵向方向向外延伸超出外边缘。
例如，再次参考图1-2，显示了一个具体的实施例，其中外壳222定义了一下表面171。所述下表面171具有一外边缘400，其由沿-y轴（如，纵向）的长和沿-x轴（如，横向）的宽定义。如图所示，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b与下表面171相邻，并沿-x轴延伸超出边缘400。当然，延伸的具体方向并不是关键，而127b和129b部分也可以沿其他多个方向延伸超出边缘400，如沿-y轴。进一步地，还应当理解，除了下表面，外部端子部还可从外壳的其他表面延伸，如上表面、后表面等。但是，通常至少一个外部端子部设置在一个平面上，该平面平行于其相邻的外壳平面。例如，在图1-2显示的实施例中，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b设置在一个平面上，该平面一般平行于外壳222的下表面171。
如上所述，本发明中，外部阳极端子部和/或外部阴极端子部超出外壳表面的外边缘延伸的程度是选择性地控制的，以实现增加稳定性和降低电路板覆盖区之间的平衡。例如，再次参考图2，外部阳极端子部127b延伸超出边缘400一第一距离“L1”（如，在-x方向上），以及外部阴极端子部129b延伸超出边缘400一第二距离“L2”（如，在-x方向上）。距离L1和L2可以相同或不同。通常，距离L1和/或距离L2与外壳222在同一方向上（如在-x方向上的宽）的表面171的尺寸“L3”的比值通常从大约0.05到大约3.0，在一些实施例中，从大约0.1到大约2.5，以及，在一些实施例中，从大约0.15到大约2.0。事实上，在某些实施例中，想要的是距离L1和/或距离L2甚至大于尺寸L3，这样，前面提到的“比值”则大于1。例如，距离L1和/或距离L2可从大约0.25到大约50毫米，在一些实施例中，从大约0.5到大约40毫米，在一些实施例中，从大约1到大约20毫米，同样，外壳的尺寸L3从大约0.5到大约40毫米，在一些实施例中，从大约2到大约30毫米，在一些实施例中，从大约5到大约25毫米。
在图2所示的实施例中，外部阳极端子部127b的每一侧延伸超出边缘400距离“L1”,以及外部阴极端子部129b的每一侧延伸超出边缘400距离“L2”。在这种情况下，L1和/或L2的值在各自的端子的每一侧上可以是相同或不同的。还应当理解，如果需要的话，仅端子的一侧延伸超出边缘。
外部端子部127b和129b还具有尺寸“W1”和“W2”（如，在-y方向上），它们分别横向于尺寸L1和L2。例如，横向尺寸的范围从大约0.1到大约10毫米，在一些实施例中，从大约0.2到大约8毫米，在一些实施例中，从大约0.5到大约5毫米，而外壳的尺寸W3（如，在-y方向上的长）可从大约2到大约30毫米，在一些实施例中，从大约3到大约20毫米，在一些实施例中，从大约4到大约15毫米。还可以选择端子的厚度以增强稳定性，同时仍然使整个电容器组件的厚度最小化。例如，厚度范围为从约0.1至约10毫米，在一些实施例中，从约0.2至约8毫米，在一些实施例中，从约1至约5毫米。若需要，如本领域已知的，各端子的表面可以电镀有镍、银、金、锡等，以便保证成品可以安装在电路板上。在一个具体的实施例中，各端子分别镀有亮镍和亮银，而贴装表面也镀有锡焊层。在另一个实施例中，各端子的基本金属层（如，铜合金）上再电镀薄的外部金属层（例如，金），以进一步增加电导率。
图2中所示的实施例中，一般地，阳极和阴极的外部端子部沿外壳表面171的整个横向尺寸方向（如，在-x方向上）是连续的。然而，这在所有实施例中并不是必须的。例如，参考图5，列举了一替代实施例，其中，外部阳极端子部627在一个方向上（如，沿-x轴）延伸超出外壳772表面771的边缘700，而外部阴极端子部629在相反的方向上延伸超出边缘700。因此，在这个具体的实施例中，外部端子部627和629沿外壳表面的横向尺寸方向是不连续的。一相似的实施例也展示在图6中。在这个具体的实施例中，外部阳极端子部727显示为不连续的横过外壳872的表面871，不过是在两个相反的方向上（如，沿-x轴）延伸超出边缘800。同样，阴极端子729显示为不连续的，但在两个相反的方向上沿-x轴延伸超出边缘800。这种结构对于那些采用多个电容器元件的实施例特别有益，如图4中所示并如上所讨论的。
进一步，根据端子是否在横向方向或纵向方向上延伸超出外边缘，一个或多个外部端子部还可向上折叠或弯曲，这样外部端子部形成“J”或“L”型，使得端子与下表面相邻，与电容器的外壁或侧壁相邻，如下参考图7（a）-9（b）进行更详细的叙述。
现在参考图7（a）到图8（b），例如，显示了一个具体的实施例，其中外壳922定义了一下表面971。所述下表面971具有一外边缘900，其由沿-y轴（如，纵向）的长和沿-x轴（如，横向）的宽定义。如图所示，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b与下表面971相邻，并沿纵向方向的-y轴延伸超出边缘900。在图7（a）和图8（a）中，外部端子部127b和129b设置在一个平面上，该平面与它们相邻的外壳表面平行。例如，在图7（a）显示的实施例中，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b设置在一个平面上，该平面一般平行于外壳922的下表面971。在图7（b）和图8（b）中，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b也是折叠或弯曲的，这样，每个端子靠在外壳922的两个表面形成“J”型或“L”型。因此，阳极端子部分127b或阴极端子部分129b的至少一个侧面是垂直于下表面的，并且与外壳922的侧壁124相邻。例如，在图7（b）和8（b）中，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b均与下表面971和外壳922的侧壁124相邻。我们相信，外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b有助于电容器组件在极端条件下的机械稳定性。
如上所述，本发明中，外部阳极端子部和/或外部阴极端子部延伸超出外壳表面的外边缘的程度是选择性地控制的，以实现增加稳定性和降低电路板覆盖区之间的平衡。例如，再次参考图7（a），外部阳极端子部127b在纵向方向上延伸超出边缘900一第一距离“L1”（如，在-y方向上），以及外部阴极端子部129b在纵向方向上延伸超出边缘900一第二距离“L2”（如，在-y方向上）。在这种情况下，L1和/或L2的值在各自的端子的每一侧上可以是相同或不同的。还应当理解，如果需要的话，仅端子的一侧延伸超出边缘。通常，距离L1和/或距离L2与外壳922在同一方向上（如在-y方向上的长）的表面971的尺寸“L3”的比值通常从大约0.05到大约2，在一些实施例中，从大约0.10到大约1.75，以及，在一些实施例中，从大约0.15到大约1.5。在某些实施例中，希望的是距离L1和/或L2甚至大于尺寸L3，这样，前面所述的“比值”就大于1，而在其他实施例中，希望的是距离L1和/或L2小于尺寸L3，这样，前面所述的“比值”就小于1。例如，距离L1和/或距离L2可从大约0.25到大约50毫米，在一些实施例中，从大约0.50到大约40毫米，在一些实施例中，从大约1到大约30毫米，而外壳的尺寸L3从大约0.5到大约40毫米，在一些实施例中，从大约2到大约30毫米，在一些实施例中，从大约5到大约25毫米。
进一步，在图7（a）到8（b）中，显示了外壳组件922侧壁124的高是尺寸H，其垂直于下表面971。不管尺寸H的值是多少，应该理解的是，距离L1和/或L2可以小于、大于或等于尺寸H。例如，当外部阳极端子部和外部阴极端子部都折叠在侧壁124上时，距离L1和/或L2与外壳922侧壁124的尺寸H的比值可以从大约0.1到大约2，如从0.15到大约1.5，如从0.2到大约1.0。因此，当外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b折叠或弯曲时，由距离L1和L2表示的部分或侧面与侧壁124相邻或接触，并且垂直于表面971，如图7（b）和8（b）所示，该端子部分可靠着侧壁延伸一段小于侧壁124的尺寸H的距离，如图7（b）所示，可靠着侧壁延伸一段等于侧壁124的尺寸H的距离，如图8（b）所示，或延伸超出侧壁124的尺寸（没有示出）。在任何情况下，由于靠在外壳922的侧壁124折叠或弯曲外部端子部的至少一侧，导致形成的外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b的“J”型或“L”型结构，这提高了公开的电容器的机械稳定性。
接着，如图8（a）中所示，外部端子部127b和129b还具有横向尺寸“W1”和“W2”（如，在-x方向上），它们分别垂直于尺寸L1和L2。横向尺寸可大于、等于或小于外壳尺寸W3。例如，W1和W2的范围从大约0.1到大约30毫米，在一些实施例中，从大约0.2到大约20毫米，在一些实施例中，从大约0.5到大约15毫米，而外壳的尺寸W3（如，在-x方向上的长）可从大约2到大约30毫米，在一些实施例中，从大约3到大约20毫米，在一些实施例中，从大约4到大约15毫米。图（8）a所示的实施例中，外部阴极端子部129b沿外壳表面971的整个横向尺寸（如，在-x方向上）通常是连续的，而外部阳极端子部127b沿表面971的整个横向尺寸通常是不连续的。然而，应该理解的是，外部阳极端子部和外部阴极端子部一般地能沿整个横向方向是连续的。还应该理解的是，外部阳极端子部和外部阴极端子部一般地能沿整个横向方向是不连续的。不管端子部分岩整个横向方向是否连续的，该端子部分127b和129b靠在侧壁124的弯曲和折叠提高了在极端条件下电容器的稳定性。
现在参考图9（a）和9（b），显示了一类似于图2、5和6的电容器组件的实施例，除了在图9（b）中，超过电容器外壳1022的边缘1000在横向方向上（如，-x方向）延伸的外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b是折叠或弯曲的，这样，阳极和阴极端子一般具有“J”型或“L”型，此处弯曲或折叠的部分或侧面靠在外壳1022的外壁123在垂直于表面1071的方向上延伸。这样，电容器组件能够在极端条件下能提供额外的机械稳定性。
一般地，在图9（a）和9（b）中，显示了外壳组件1022外壁123的高是尺寸H，其垂直于下表面1071。不管尺寸H的值是多少，应该理解的是，距离L1和/或L2可以小于、大于或等于尺寸H。例如，当外部阳极端子部和外部阴极端子部都折叠在外壁123上时，距离L1和/或L2与外壳1022外壁123的尺寸H的比值可以从大约0.1到大约2，如从大约0.15到大约1.5，如从大约0.2到大约1.0。因此，当外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b折叠或弯曲时，由距离L1和L2表示的部分或侧面与外壁123相邻或接触，并且垂直于表面1071，如图9（b）和9（b）所示，该端子部分可靠着外壁延伸一段小于外壁123的尺寸H的距离，如图9（b）所示，可靠着外壁延伸一段等于外壁123的尺寸H的距离，如图9（b）所示，或超出外壁123的尺寸延伸（没有示出）。在任何情况下，由于靠在外壳1022的外壁123折叠或弯曲外部端子部的至少一侧，导致形成的外部阳极端子部127b和外部阴极端子部129b的“J”型或“L”型结构，这提高了公开的电容器的机械稳定性。
即使暴露在高温和/或高压环境中时，本发明的电容器组件仍然具有良好的稳定性和优异的电气性能。例如，电容器组件具有相对较高的“击穿电压”（电容器失效时的电压），如大约等于或大于35V，在一些实施例中是大约等于或大于50V，在一些实施例中是大约等于或大于60V，在一些实施例中，从大约60V到大约100V，击穿电压是以3V的增量增加施加电压，直到漏电流达到1mA时测定的电压。同样，电容器还能够耐受高压应用中常见的相对较高的浪涌电流。例如，浪涌电流峰值大约是额定电流的2倍或更高，例如大约是40A或更高，在一些实施例中是大约60A或更高，在一些实施例中是大约120A至大约250A。
同样，电容大约为1毫法拉/平方厘米（“mF/cm2”）或更高，在一些实施例中，约为2mF/cm2或更高，在一些实施例中，从大约5到大约50mF/cm2，在一些实施例中，从大约8到大约20mF/cm2。电容在工作频率120Hz、温度25℃条件下测定。此外，电容器组件还具有相对较高的湿电容百分比，使其在环境湿度条件下仅有少量电容损失和/或波动。这种性能由“干湿电容百分比”定量，由下述公式确定：
干湿电容比=(1–([湿电容–干电容]/湿电容))×100
例如，本发明的电容器组件的干湿电容百分比是大约80%或更高，在一些实施例中，是大约85%或更高，在一些实施例中，是大约90%或更高，在一些实施例中，是大约92%至100%。
在工作频率100kHz测定时，电容器组件的等效串联电阻（“ESR”）大约低于50欧姆，在一些实施例中，大约低于25欧姆，在一些实施例中，约为0.01-10欧姆，在一些实施例中约为0.05-5欧姆。此外，漏电流通常指的是从一个导体通过一个绝缘体流向附近一个导体的电流，它也可以保持在相对较低的水平。例如，本发明电容器的标准漏电流的数值，在一些实施例中低于大约1μA/μF*V，在一些实施例中，低于大约0.5μA/μF*V，在一些实施例中，低于约0.1μA/μF*V，其中μA是微安，μF*V是额定电容和额定电压的乘积。
如上所述，甚至在高温老化较长时间后，以上电气性能仍然能够得到保持。例如，在温度从大约100℃到大约250℃，在一些实施例中，从大约100℃到大约225℃，在一些实施例中，从大约110℃到大约225℃（如100℃、125℃、150℃、175℃或200℃）时，这些数值可保持大约100小时或更长，在一些实施例中，可保持从大约300小时到大约3000小时，一些实施例中，可保持从大约400小时到大约2500小时（如500小时、600小时、700小时、800小时、900小时、1000小时、1100小时、1200小时或2000小时）。
通过下述实施例可以更好地理解本发明。
测试程序
在23℃和125℃下进行振动测试
根据IEC68-2-6进行振动测试。更具体地，产品最初通过Sn96.5-576（美国EFD公司，重量的85.4-88.3%是锡，重量的2.5-2.9%是银，重量的0.4-0.5%是铜，以及其余是有机松香和右击溶剂）焊锡膏连接在印刷电路板上。接着，电路板机械地安装到振动台上，并且将部件在20分钟内经历10Hz至2.000Hz的整个频率范围，然后反过来返回到10Hz。在正交方向的每个方向完成此循环12次（共36次），施加的振动大约12小时。振幅是从10Hz的3.0mm到更高的穿越频率，然后20g加速到2.000Hz。
该测试采用Derritron VP85/TW6000仪器在23℃±2℃下执行。该测试采用LDS V850仪器和高温烘箱（Kittec）在125℃±5℃下执行。等效串联电阻（ESR）
等效串联电阻可以采用带Kelvi n引线的Keithley3330精密LCZ测试仪，在直流偏压2.2伏特、峰–峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用100kHz，温度采用23℃±2℃。
电容
电容可以采用带Kelvin引线的Keithley3330精密LCZ测试仪，在直流偏压2.2伏特、峰–峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用120Hz，温度采用23℃±2℃。
漏电流
采用泄漏试验仪在温度25℃下并且达到额定电压至少60秒后测定漏电流（“DCL”）。
实例
将一个钽阳极（4.80mm×5.25mm×2.60mm）在118V时在液体电解质中阳极氧化到47μF。然后，通过将整个阳极浸入到具有不同比重的硝酸锰（II）的水溶液中形成一导电涂层，接着在250℃下分解。然后，在部件上涂覆石墨和银。采用铜基引线框架材料完成组装工艺。采用银粘合剂，将单个阴极连接元件与电容器元件的下表面连接。然后，将电容器元件的钽线激光焊接到阳极连接元件上。陶瓷外壳内部底面有镀金焊盘。为了增加焊接到电路板的表面积的可用程度，四（4）个外部铜端子（长13.00mm，宽2.00mm，厚0.1mm）采用焊料Ag72（重量的71.0%-73.0%是银，重量的27.0%-29.0%是铜）连接到外壳上的每个镀金的焊盘。
然后，将引线框架的阳极连接元件焊接到金阳极端子上，阴极连接元件粘到金阴极端子上，这些端子位于长11.00mm、宽12.00mm和厚5.40mm的陶瓷外壳内。连接使用的粘合剂是银膏（EPO–Tek E3035），粘合剂只在引线框架部分和镀金焊盘之间使用。在150℃下干燥2小时后，将聚合体固定物（
736耐热密封剂）涂布在电容器元件的阳极部分和阴极部分上面，并在23℃聚合24小时，然后在165℃下干燥1.5小时。之后，在容器的顶部放上
盖。将所得组件放进焊接室，并用氮气吹扫120分钟，然后，对密封环和盖子之间进行缝焊。通过这种方式制作40个部件，然后进行电气性能测试(即，老化后的漏电流、ESR和电容量)。，在23℃和125℃下进行振动测试后测量的中值如下。
在不偏离本发明的实质和范围下，本领域技术人员可实施本发明的这些和其它的变形或替换。另外，应该理解各个实施例的方面可在整体上或部分相互替换。并且，本领域技术人员应该明白上文仅以实例的方式对本发明进行具体说明，其不用于对本发明进行限制，将在权利要求书中对其做进一步说明。
Claims (23)
1.一种电容器组件，包括：
一电容器元件，其包括由阳极氧化的烧结的多孔体形成的阳极及涂覆在所述阳极上的固体电解质；
一外壳，其定义了一内部空腔，所述电器元件设置在该空腔中并密封封闭，其中所述外壳包含一表面，该表面在纵向方向具有一尺寸并在横向方向上具有一尺寸，所述表面进一步定义一外边缘；
一阳极端子，其与阳极体电连接，所述阳极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阳极端子部；以及
一阴极端子，其与固体电解质电连接，所述阴极端子包含一与所述外壳的表面相邻的外部阴极端子部；
其中，所述外部阳极端子部、外部阴极端子部或它们两者沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一段距离。
2.根据权利要求1所述的电容器组件，其中，所述外部阳极端子部、所述外部阴极端子部或它们两者的至少一个侧面沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一段距离，其中，进一步，所述外部阳极端子部的侧面、所述外部阴极端子部的侧面或它们两者的侧面在外边缘折叠，其中所述侧面与所述外壳的一壁面相邻，并且垂直于所述外壳表面。
3.根据权利要求1或2所述的电容器组件，其中，所述外部阳极端子部、所述外部阴极端子部或它们两者设置在一个基本与所述外壳表面平行的平面上。
4.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述外部阳极端子部沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一第一距离。
5.根据权利要求4所述的电容器组件，其中，所述第一距离与所述外壳表面在横向方向上的尺寸的比值是从大约0.05到大约3.0，以及优选地从大约0.10到大约2.5。
6.根据权利要求4所述的电容器组件，其中，所述第一距离大于所述外壳在横向方向上的尺寸。
7.根据权利要求4所述的电容器组件，其中，所述第一距离是从大约0.5到大约40毫米，以及所述外壳表面在横向方向上的尺寸是从大约2到大约30毫米。
8.根据权利要求4所述的电容器组件，其中，所述外部阳极端子部的每个侧面均向外延伸超出所述外壳表面的外边缘。
9.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述外部阴极端子部沿横向方向向外延伸超出所述外壳表面的外边缘一第二距离。
10.根据权利要求9所述的电容器组件，其中，所述第二距离与所述外壳表面在横向方向上的尺寸的比值是从大约0.05到大约3.0，以及优选地从大约0.10到大约2.5。
11.根据权利要求9所述的电容器组件，其中，所述第二距离大于所述外壳在横向方向上的尺寸。
12.根据权利要求9所述的电容器组件，其中，所述第二距离是从大约0.5到大约40毫米，以及所述外壳表面在横向方向上的尺寸是从大约2到大约30毫米。
13.根据权利要求9所述的电容器组件，其中，所述外部阴极端子部的每个侧面均向外延伸超出所述外壳表面的外边缘。
14.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述外部阳极端子部和所述外部阴极端子部均向外延伸超出外边缘。
15.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述外部阴极端子部、所述外部阳极端子部或它们二者以不连续的方式穿过所述外壳表面的横向尺寸。
16.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述多孔体由钽的氧化物末或铌的氧化物粉末形成。
17.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述内部空腔具有包含惰性气体的气氛。
18.根据权利要求17所述的电容器组件，其中所述惰性气体占气粉体气氛的含量是从大约50wt%到100wt%。
19.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，其中，所述外壳采用金属、塑料、陶瓷或它们的组合制造。
20.根据前述权利要求任一项所述的电容器组件，进一步包括一引线，其沿纵向方向从阳极多孔体延伸出来，其中所述引线位于外壳的内部空腔中。
21.根据权利要求20所述的电容器组件，进一步包括一连接构件，所述连接构件包括与阳极引线纵向方向基本垂直并与阳极引线连接的第一部分。
22.根据权利要求21所述的电容器组件，其中所述连接构件还包括与阳极引线延伸的纵向方向基本平行的第二部分。
23.根据权利要求22所述的电容器组件，其中所述第二部分位于所述外壳中，并且与所述外部阳极端子部电连接。
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