CN104425132A - 用于电解电容器的细线/粗线引线组件 - Google Patents

用于电解电容器的细线/粗线引线组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包含固体电解电容器元件的电容器，其包括一烧结多孔阳极体、第一阳极引线和第二阳极引线。第一阳极引线的厚度大于第二阳极引线的厚度。第一阳极引线的一部分嵌入多孔阳极体中，第一阳极引线的第二部分从其表面沿纵向伸出。同时，第二阳极引线电连接到阳极体，以连接至阳极端子。在一个实施例中，第二阳极引线可直接连接到阳极体表面。在另一个实施例中，第二阳极引线可间接连接到阳极体，例如通过附着在第一阳极引线第二部分的末端连接到阳极体。

Description

用于电解电容器的细线/粗线引线组件
背景技术
固体电解电容器(如钽电容器)对电子电路的微型化做出了重要贡献，使这种电路可以在极端环境中使用。典型的固体电解电容器的阳极包括一多孔阳极体，阳极引线延伸过阳极体并连接到电容器阳极端子。可首先将钽粉压成压片(pellet)，然后进行烧结，粉末颗粒之间融合连接到一起，从而形成阳极。许多传统固体电解电容器的一个问题是，钽颗粒的小颗粒尺寸会减少阳极体和阳极引线之间体积的接触。事实上，阳极引线与粉末颗粒之间很难找到许多接触点。当阳极体和阳极引线之间的接触面积减少时，阳极引线和阳极接触处的电阻会相应增加。这个增加的等效串联电阻(ESR)导致电容器电气性能降低。另一方面，随着阳极引线的直径增加，阳极引线本身的内部电阻增加，而这种内部电阻的增加会抵消视为增加阳极体和阳极引线之间接触点的结果的ESR的改善(降低)。
因此，目前存在对改进的固体电解电容器的需要，所述改进的固体电解电容器在增加阳极体和阳极引线之间的接触点的益处与消除随着引线直径增加而带来的引线本身电阻增加的副作用之间找到平衡，从而获得超低ESR水平，显著改进电容器的电气性能。
发明内容
本发明的一个具体实施例公开了包括一电容器元件的固体电解电容器。所述电容器元件包括一烧结的多孔阳极体；第一阳极引线；第二阳极引线；覆盖在所述烧结的多孔阳极体上的介电层；以及覆盖在包含固体电解质的介电层上的阴极。第一阳极引线的第一部分嵌入多孔阳极体内，第一阳极引线的第二部分从多孔阳极体的表面沿纵向方向伸出。进一步，第二阳极引线置于多孔阳极体的外部。
本发明的另一个实施例公开了一种形成包含烧结的多孔阳极体的固体电解电容器的方法。该方法包括：将第一阳极引线的第一部分置于由阀金属成分形成的粉末内，使得第一阳极引线的第二部分从阳极体的表面沿纵向方向伸出；将粉末压紧在第一阳极引线的第一部分周围；烧结压实的粉末和第一阳极引线的第一部分以形成多孔阳极体；将第二阳极引线置于多孔阳极体外；以及将第二阳极引线焊接到阳极端子，以在第二阳极引线和阳极端子之间形成电连接。
本发明的其它方面及特征将在下面进行更详细的描述。
附图说明
本发明完整的和能够实现的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的最佳方式，将参考附图在说明书的其余部分中更具体地给出，其中：
图1是本发明电解电容器元件的一个实施例的透视图；
图2是图1所示电解电容器元件的主视图；
图3是图1所示电解电容器元件的顶视图；
图4是包含图1-3电容器元件的本发明电解电容器的透视图；
图5是本发明电解电容器元件另一个实施例的透视图；
图6是图5所示电容器元件的主视图；
图7是图5所示电容器元件的顶视图；
图8是包含图5-7电容器元件的本发明电解电容器的透视图；
图9是本发明电解电容器元件的一个实施例的透视图；
图10是图9所示电解电容器的主视图；以及
图11是图9所示电解电容器的顶视图；
说明书和附图中重复使用的附图标记意在表示相同或者相似的本发明的特征或元件。
具体实施方式
本领域技术人员理解，本讨论仅仅对典型实施例进行说明，而不是试图限制本发明的更广泛的方面。一般来说，本发明涉及一包括电容器元件的固体电解电容器，所述电容器元件包括一烧结的多孔阳极体，一覆盖在所述烧结的多孔阳极体上的介电层，以及一覆盖在包含固体电解质的介电层上的阴极。电容器元件还包括一阳极引线组件，其包含第一阳极引线和第二阳极引线。
在一个实施例中，第一阳极引线的厚度可大于第二阳极引线的厚度，例如当第一阳极引线和第二阳极引线均由钽制成时。例如，第一阳极引线的厚度/直径为约100微米至约2000微米，而第二阳极引线的厚度/直径为约10微米至约1800微米。另外，第二阳极引线的厚度/直径可为第一阳极引线的厚度/直径的约10％至约90％。同时，在另外的实施例中，第一阳极引线和第二阳极引线可具有大致相同的厚度，或第二阳极引线的厚度大于或小于第一阳极引线的厚度，例如当第一阳极由钽制成而第二阳极引线由非钽材料(例如，不锈钢、镍或镍-铁合金)制成时。非钽材料的厚度取决于选择的具体非钽材料及其熔点。例如，第一阳极引线和第二阳极引线可各具有约100微米至约2000微米的厚度/直径；第一阳极引线的厚度/直径可为约100微米至约2000微米，而第二阳极引线的厚度/直径可为约100微米至约2500微米；或第一阳极引线的厚度/直径为约100微米至约2000微米，而第二阳极引线的厚度/直径为约10微米至约1800微米。
不管第一和第二阳极引线的直径是多少，第一阳极引线的一部分嵌入多孔阳极体中，而第一阳极引线的第二部分从其表面沿纵向伸出。同时，第二阳极引线电连接到阳极体，以连接至阳极端子。在一个实施例中，第二阳极引线可直接连接到阳极体表面。在另一个实施例中，第二阳极引线可间接连接到阳极体，例如通过附着在第一阳极引线第二部分的末端连接到阳极体。
本发明人发现，当第一阳极引线的厚度/直径大于第二阳极引线时，第一阳极引线的嵌入部分与阳极体的接触面积增加，降低了阳极引线和阳极体之间的接触点处的电阻，从而减小ESR。但是，随着阳极引线的厚度/直径增加，阳极引线的内部电阻也增加。为了减少由第一阳极引线的厚度/直径增加所致的第一阳极引线的内部电阻增加造成的影响，使第一阳极引线的外面(第二)部分的长度最小化，并使用具有较小直径的第二阳极引线作为处理过程中的载体线，并用于连接至阳极端子。第一阳极引线的第二部分的长度是大约0微米至大约5000微米，同时第二阳极引线的长度为约1微米至大约20毫米。本发明人发现，这样的两阳极引线构造可减小所得电容器的ESR。
进一步，通过将第二阳极引线连接至阳极端子，例如当第二阳极引线从第一阳极引线的第二部分末端延伸时，由于第二阳极引线的厚度/直径相对于第一阳极引线减小，在激光焊接过程中，可使用较低的能量。进一步，当使用直径较大的第一阳极引线时，第一阳极引线的直径大到不能将第一阳极引线激光焊接至阳极端子处，而使用较小直径的第二阳极引线有助于激光焊接的使用。此外，第二阳极引线通过电阻焊接连接至阳极端子的容易程度也可得到改善。同时，如果使用导电粘合剂来连接至阳极端子，由于与第一阳极引线相比，第二阳极引线的厚度/直径较小，因此可使用较少量的粘合剂。同样，通过使用比第一阳极引线的厚度/直径小的第二阳极引线，可简化其它处理步骤，因为厚度/直径较小的引线比厚度/直径较大的引线更容易操作，并且可增加阳极引线组件的整体稳定性，因为第二阳极引线由于厚度/直径比第一阳极引线小而弯曲的风险较低。此外，在化学处理过程中(例如阳极氧化和阴极建立)使用厚度/直径较小的第二阳极引线支撑阳极降低了材料成本，因为第二阳极的一部分(例如载体线)自身最终会从电容器削去，不需要作为最终电容器产品的部件。
另一方面，如上所述，本发明人还发现，利用由不同于第一阳极引线的材料制成的第二阳极导线可削减形成本发明电容器的相关费用，例如当第一阳极引线由钽制成时第二阳极引线由不锈钢、镍或镍-铁合金制成。在这样的实施例中，第二阳极引线可具有相同的厚度/直径，或第二阳极引线可具有比第一阳极引线的厚度/直径大或小的厚度/直径，第一阳极引线可由钽制成。在这样的实施例中，在化学处理例如阳极氧化和阴极建立过程中使用非钽第二阳极引线来支撑阳极可降低材料成本。例如，由于第二阳极的一部分(例如载体线)自身最终会从电容器被削去，不需要作为最终电容器产品的部件，因此，相对于第一阳极引线，可使用不那么贵的材料。
下面将更为详细地说明本发明的各种实施例。
I.阳极
多孔阳极体采用比电荷较高的阀金属成分制成，如比电荷大约2,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，大约5,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，大约10,000μF*V/g或更高。例如，这种粉末的比电荷可从大约10,000到大约600,000μF*V/g，在一些实施例中，从大约40,000到大约500,000μF*V/g，在一些实施例中，从大约70,000到大约400,000μF*V/g，在一些实施例中，从大约100,000到大约350,000μF*V/g，以及在一些实施例中，从大约150,000到大约300,000μF*V/g。正如本领域所熟悉的那样，比电荷可以通过电容乘以阳极氧化采用的电压，然后将此乘积除以所述阳极氧化电极体的重量而确定。
阀金属成分包含一阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及它们的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属成分可以包含一导电的铌氧化物，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，以及在一些实施例中，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。在优选的实施例中，成分包含NbO1.0，它是一种导电的铌氧化物，甚至在高温烧结后仍能保持化学性能稳定。这些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的美国专利申请公布2005/0019581、Schnitter等人的美国专利申请公布2005/0103638及Thomas等人的美国专利申请公布2005/0013765中均有所描述，以上所有文献通过引用以全文的形式引入本文中用于所有目的。
为了形成阳极，通常使用阀金属成分粉末。所述粉末可包含多种形状的任意一种颗粒，如结节状的、角状的、片状的等，及它们的混合物。尤其适合的粉末是Cabot Corp.(如C255片状粉末、TU4D片状/结节状粉末等)及H.C.Starck(例如NH175结节状粉末)供应的钽粉。尽管不是必需的，可使用业内所知的任何技术凝聚粉末，例如通过热处理。在粉末形成阳极的形状之前，其还可任选地与粘结剂(binder)和/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此充分地粘结在一起。得到的粉末可接着采用任何常规的粉末压模机压成压片(pellet)。例如，采用的压模为包含单模具和一个或多个模冲的单站式压力机。或者，可采用仅使用一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。
无论其具体组成如何，粉末都围绕第一阳极引线30的第一部分30a压紧，使得第一阳极引线30的第二部分30b从压紧的多孔阳极体33伸出，如图1和4所示，并将在下面更详细地讨论。在一个具体实施例中，可以采用压模，其包括具有两个或多个部分(例如，上部和下部)的模具。在使用过程中，模具的各部分可相邻放置，这样它们的壁能大体对齐，形成具有所需阳极形状的模腔。在装入一定数量的粉末到模腔之前、期间和/或之后，可将第一阳极引线30嵌入其中。模具可限定一个或多个槽，用于插入阳极引线。在将模具填满粉末和将第一阳极引线嵌入其中后，可接着封闭模腔，并用模冲施以压紧力。通常，施加压紧力的方向基本平行或者基本垂直于第一阳极引线的长度，该长度沿纵轴延伸(即，图1和4中的z轴)。这迫使颗粒与第一阳极引线紧密接触，并形成牢固的引线-粉末结合。
压制后，可通过在某一温度(例如，大约150℃至大约500℃)下对压片真空加热几分钟，脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，也可将压片与水溶液接触而除去粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利6,197,252所描述的，该专利以全文的形式通过引用引入本专利中用于所有目的。然后，烧结多孔阳极体，形成多孔的整块物质。一般来说，压片的烧结在大约1200℃至大约2000℃的温度下进行，在一些实施例中，温度为大约1300℃至大约1900℃，在一些实施例中，为大约1500℃至大约1800℃，烧结时间为大约5分钟至大约100分钟，在一些实施例中，为大约30分钟至大约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下进行，例如真空、惰性气体、氢气等。还原性气氛的压力可从大约10托至大约2000托，在一些实施例中，从大约100托至大约1000托，以及在一些实施例中，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。
在图1-8所示的具体实施方式中，烧结的多孔阳极体33的形状是矩形压片。然而，除了呈矩形，阳极还可以是立方形、圆柱形、圆形或任何其它几何形状。阳极体还可以是“有槽的”，其可包括一个或多个沟槽、凹槽、凹口或者凹陷，以增加表面积/体积比，最大程度地降低ESR并延长电容器的频率响应。例如，此种“槽形”阳极在Webber等人的美国专利6,191,936、Maeda等人的美国专利5,949,639和Bourgault等人的美国专利3,345,545及Hahn等人的美国专利申请公布2005/0270725中均有所描述，以上专利以全文的方式引入到本专利中用于所有目的。
II.电介质
电介质也覆盖或包被阳极体。电介质可以这样形成：对烧结的阳极进行阳极氧化(“阳极化”)，在阳极体上面和/或内部形成一介电层。例如，钽(Ta)阳极体可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta2O5)。一般说来，阳极氧化首先是在阳极体上涂覆一溶液，例如将阳极体浸到电解质中。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。例如，酸(如磷酸)可占阳极氧化溶液的大约0.01wt.％至大约5wt.％，在一些实施例中占大约0.05wt.％至大约0.8wt.％，在一些实施例中占大约0.1wt.％至大约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，形成介电层。形成电压值决定介电层的厚度。例如，一开始可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，以确保在阳极体整个表面形成所需介电层厚度。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。发生阳极氧化的电压通常为大约4至大约250V，在一些实施方式中，从大约9至大约200V，在一些实施方式中，从大约20至大约150V。在氧化过程中，阳极氧化溶液可保持在较高温度，例如大约30℃或以上，在一些实施方式中，从大约40℃至大约200℃，在一些实施方式中，从大约50℃至大约100℃。阳极氧化还可在环境温度或更低温度进行。所得到的介电层可在阳极体表面形成和在阳极体孔内形成。
虽然并不要求，但是，在一些实施例中，整个阳极体介电层的厚度可不相同，因为介电层具有覆盖阳极体外表面的第一部分和覆盖阳极体内表面的第二部分。在此类实施例中，第一部分选择性形成使得其厚度大于第二部分的厚度。不过，应该理解的是，具体区域内介电层的厚度并不要求一定是均匀的。例如，外表面附近介电层某些部分的厚度实际上比内表面介电层某些部分的厚度要薄，反过来亦可。不过，可以这样形成介电层，即外表面至少部分介电层的厚度要大于内表面至少部分介电层的厚度。尽管这些厚度的精确差异根据具体的应用而不同，但是，第一部分的厚度与第二部分的厚度的比通常从约1.2到约40，在一些实施例中，从约1.5到约25，在一些实施例中，从约2到约20。
为了形成厚度不同的介电层，通常采用多阶段工艺。在工艺的每一阶段，烧结的阳极体都进行阳极氧化(“阳极化”)，形成介电层(如五氧化二钽)。在阳极氧化的第一阶段，通常采用相对较小的形成电压，确保内部区域达到要求的介电层厚度，如形成电压的范围是从大约1至大约90伏特，在一些实施例中，是从大约2至大约50伏特，在一些实施例中，是从大约5至大约20伏特。然后，在工艺的第二阶段，接着对烧结的阳极体进行阳极氧化，将介电层的厚度增加到所需的水平。这通常是在比第一阶段更高的电压条件下，在电解质中进行阳极氧化完成的，如形成电压的范围是从大约50伏特至大约350伏特，在一些实施例中，是从大约60伏特至大约300伏特，在一些实施例中，是从大约70伏特至大约200伏特。在第一和/或第二阶段期间，电解质的温度保持在大约15℃至大约95℃，在一些实施例中，保持在大约20℃至大约90℃，在一些实施例中，保持在大约25℃至大约85℃。
阳极氧化工艺第一阶段和第二阶段期间采用的电解质可以相同或不同。不过，通常最好采用不同的溶液，以促使介电层外面部分的厚度更大。例如，为了防止在阳极体的内表面上形成大量氧化物膜，第二阶段采用的电解质的离子电导率最好比第一阶段采用的电解质的离子电导率低。在这方面，在第一阶段过程中采用的电解质可包含一酸性化合物，如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、聚磷酸、硼酸、硼酸化物(boronic acid)等。在25℃的温度下测试，这种电解质的电导率可为大约0.1至大约100mS/cm，在一些实施例中，从大约0.2至大约20mS/cm，在一些实施例中，从大约1至大约10mS/cm。第二阶段过程中采用的电解质通常包含弱酸的盐，由于其中具有电荷通道，水合氢离子在孔内的浓度增加。离子传输或扩散是这样的：为了平衡电荷，弱酸阴离子运动到孔内。结果，在水合氢离子、酸阴离子和未离解酸之间建立的平衡中，主要导电物质(水合氢离子)的浓度降低，从而形成导电性较差的物质。导电物质浓度的降低导致电解质中相对较高的电压降，这妨碍了内部的进一步阳极氧化，同时，在持续高电导率的区域中，随着更高的形成电压，在外面积聚着更厚的氧化物层。适合的弱酸盐可包括，例如，硼酸、硼酸化物、乙酸、乙二酸、乳酸、己二酸等的铵盐或碱金属盐类(如钠盐、钾盐等)。尤其合适的盐包括四硼酸钠和五硼酸铵。这些电解质在25℃下测定的电导率通常是从大约0.1至大约20mS/cm，在一些实施例中，是从大约0.5至大约10mS/cm，在一些实施例中，是从大约1至大约5mS/cm。
如果需要，阳极氧化的每个阶段可以重复一个或更多循环以达到所需的介电厚度。此外，在第一阶段和/或第二阶段后，还可以用另一种溶剂(例如，水)冲洗或洗涤阳极体，以脱除电解质。
Ⅲ.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4,945,452中进行了描述，该专利以全文的形式引入到本专利中用于所有目的。
或者，固体电解质可以由一层或多层导电聚合物层形成。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，氧化后电导率至少为约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C1-C5烯烃取代基(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，在一些实施方案中，是0-2的整数，以及在一个实施方案中，是0；及
n是2-5000，在一些实施方案中，n是4-2000，在一些实施方案中，n是5-1000。“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、羧化物、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那些“D”为任选取代的C2-C3烯烃基的噻吩聚合物。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6,987,663描述了由单体前体形成取代聚噻吩的各种方法，该专利通过引用以全文的形式引入本专利中用于所有目的。例如，单体前体可具有以下结构：
其中，
T、D、R7和q定义如上文定义。尤其适合的噻吩单体是那些“D”为任选取代的C2-C3烯烃基的噻吩单体。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。在一个具体的实施方案中，“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。其它合适的单体还在Blohm等人的美国专利5,111,327和Groenendaal等人的美国专利6,635,729中进行了描述，以上专利通过引用以全文的形式引入到本专利中用于所有目的。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，即，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相互混合的混合物使用和/或与单体混合的混合物使用。还可以使用这些前体的氧化形式或还原形式。
在氧化催化剂存在的条件下，噻吩单体进行化学聚合。氧化催化剂通常包含一过渡金属阳离子，如铁(III)、铜(II)、铬(VI)、铈(IV)、锰(IV)、锰(VII)或钌(III)阳离子等。还可用掺杂物为导电聚合物提供过量电荷和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，其包括铁(III)阳离子，如卤化铁(III)(如FeCl3)或其它无机酸的铁(III)盐，如Fe(ClO4)3或Fe2(SO4)3及有机酸的铁(III)盐和包含有机自由基的无机酸的铁(III)盐。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)盐的实例包括，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。也可以使用这些上文提到的铁(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。一种商业上合适的对-甲苯磺酸铁(III)盐是Heraeus Clevios以名称CleviosTMC销售的产品。
可以采用各种方法形成导电聚合物层。在一个实施例中，氧化催化剂和单体或者按顺序涂覆或者一起涂覆，使聚合反应在阳极部件上原位进行。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。例如，一开始单体可以与氧化催化剂混合，以形成前体溶液。一旦形成混合物，即可将其涂覆到阳极部件上，然后让其聚合，从而在表面上形成导电涂层。或者，可以按顺序应用氧化催化剂和单体。例如，在一个实施方案中，可将氧化催化剂溶解在有机溶剂(例如，丁醇)中，然后作为浸渍溶液应用。然后，干燥阳极部件，脱除其上的溶剂。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，聚合通常在温度为大约-10℃到大约250℃下进行，在一些实施方案中，从大约0℃到大约200℃下进行。合适的聚合技术，如上文所述的那些技术，在Biler的美国专利7,515,396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5,457,862、Sakata等人的美国专利5,473,503、Sakata等人的美国专利5,729,428及Kudoh等人的美国专利5,812,367中有所描述，以上专利以全文引用的方式引入到本专利中用于所有目的。
除原位涂覆外，导电聚合物层还可以采用导电聚合物颗粒分散体的形式应用。虽然其粒径可以不同，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，颗粒的平均粒径可为大约1纳米到大约500纳米，在一些实施方案中，从大约5纳米到大约400纳米，以及在一些实施方案中，从大约10纳米到大约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％)可为大约15微米或更小，在一些实施方案中为大约10微米或更小，以及在一些实施方案中为大约1纳米到大约8微米。颗粒的直径可采用已知的技术测定，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，如磺酸基或羧酸基上。主链的正电荷可部分或全部被任选存在于“R”基上的阴离子基团中和。整体来看，在这些情况中，聚噻吩可以是阳离子、中性或甚至是阴离子。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(如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。假设单体在聚合期间完全转化，上述重量比中提到的取代聚噻吩的重量指的是所使用单体部分的重量。
分散体还可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颗粒的稳定性。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。此类交联剂可包括，例如，三聚氰胺化合物、封闭异氰酸酯或功能硅烷，如3-缩水甘油醚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。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。一般说来，所得到的导电聚合物涂层的厚度为大约0.2微米至大约50微米，在一些实施例中为大约0.5微米至大约20微米，在一些实施例中为大约1μm至大约5微米。应该理解的是，阳极部件上所有位置的涂层厚度并不一定需要相同。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。愈合可以在导电聚合物层每次涂覆之后进行或在整个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)中的稀释溶液。如果需要的话，还可以清洗涂层，以脱除各种副产物、过量试剂等。
IV.外部聚合物涂层
尽管不是必需的，外部聚合物涂层也可应用于阳极体并覆盖固体电解质。外部聚合物涂层通常包含由预聚合导电颗粒分散体形成的一层或多层，如上所详述的。外部涂层能够进一步渗透到电容器主体的边缘区域，从而增强对电介质的粘附，获得机械稳定性更强的部件，降低等效串联电阻和漏电流。因为它一般是为了改善边缘覆盖度，而不是浸渍阳极体内部，在外部涂层使用的颗粒的尺寸通常比在任何固体电解质的可选分散体中使用的颗粒的尺寸大。例如，外部聚合物涂层中使用的颗粒的平均尺寸与固体电解质任何分散体中使用的颗粒的平均尺寸的比例通常为约1.5至约30，在一些实施例中为约2至约20，在一些实施例中为约5至约15。例如，外部涂层的分散体中使用的颗粒的平均尺寸可为约50纳米至约500纳米，在一些实施例中为约80纳米至约250纳米，在一些实施例中为约100纳米至约200纳米。
如果需要，外部聚合物涂层中还可以使用交联剂，以增强对固体电解质的粘附度。一般说来，在涂覆外部涂层使用的分散体之前涂覆交联剂。合适的交联剂描述于例如Merker等人的美国专利公布2007/0064376中，并包括，例如，胺类(例如，二元胺、三元胺、寡聚胺、多胺等)；多价金属阳离子，例如Mg、Al、Ca、Fe、Cr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Ce或Zn的盐或化合物、膦化合物、锍化合物等。尤其合适的实例包括，例如，1,4-二氨基环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、二乙胺、1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-丁二胺等，以及它们的混合物。
交联剂通常是以溶液或分散体涂布，溶液或分散体在25℃测定的pH值是从1至10，在一些实施例中，是从2至7，在一些实施例中，是从3至6。可采用酸性化合物来帮助获得所需的pH水平。用于交联剂的溶剂或分散剂的实例包括水或有机溶剂，例如醇、酮、羧酸酯等。交联剂可通过任何已知的方法涂覆到电容器主体，例如旋涂、浸渍、浇涂、滴加、喷涂、气相沉积、溅射、升华、刀涂、刷涂或印刷，如喷墨打印、丝网印刷或移印。一旦涂覆完成，可以先将交联剂干燥，再涂覆聚合物分散体。然后，可以重复此工艺，直到达到要求的厚度。例如，包括交联剂和分散体层的整个外部聚合物涂层的总厚度是从大约1微米至大约50微米，在一些实施例中，是从大约2微米至大约40微米，在一些实施例中，是从大约5微米至大约20微米。
V.电容器的其它层
如有需要，除介电层、固体电解质等外，电容器还可以包含本领域已知的其他层。例如，可任选在电介质和固体电解质之间涂覆一保护涂层，如一层由相对绝缘的树脂材料(天然或合成)形成的保护涂层。此类材料的比电阻大于约10Ω·cm，在一些实施例中，大于约100Ω·cm，在一些实施例中，大于约1,000Ω·cm，在一些实施例中，大于约1×105Ω·cm，在一些实施例中，大于约1×1010Ω·cm。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、虫胶酸酯等。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，其能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，它们分别具有带一个、两个和三个酯化的脂肪酰基的甘油主链。例如，可使用的一些合适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。这些保护涂层材料及其它保护涂层材料在Fife等人的美国专利6,674,635中有更详细的说明，其全文以引用的方式并入到本专利中用于所有目的。
如果需要的话，部件还可分别涂覆碳层(如石墨)和银层。例如，银层可作为电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，而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。
VI.阳极引线组件
如上文所述，本发明电解电容器包括形成阳极引线组件的第一阳极引线和第二阳极引线。第一和第二阳极引线可采用任何导电材料制造，如钽、铌、镍、铝、铪、钛、不锈钢等及它们的合金、氧化物和/或氮化物。应理解，第一和第二阳极引线不必由相同的材料(例如，钽)制成。例如，在一些实施例中，第一阳极引线可以是钽而第二阳极引线可以是不锈钢、镍或镍合金。在一个特定的实施例中，第二阳极引线是，一种镍-铁合金。第一和第二阳极引线可具有任何想要的横截面形状，例如圆形、椭圆形、方形、矩形等。此外，仅需引线之一嵌入多孔阳极体内，仅需引线之一直接与阳极端子连接。例如，第一阳极引线可具有嵌入多孔阳极体内的第一部分以及从其表面沿纵向伸出的第二部分。同时，第二阳极引线不嵌入多孔阳极体内，可用来与阳极端子形成连接。
此外，不管第一阳极引线和第二阳极引线是由相同还是不同的材料制成，第一阳极引线可具有比第二阳极引线大的厚度/直径，以改善第一阳极引线和阳极体颗粒之间的结合，这可降低ESR，而第二阳极引线可具有比第一阳极引线小的厚度/直径，以减少整个阳极引线组件的内电阻，这同样可降低ESR。因此，较大直径的第一阳极引线和较小直径的第二阳极引线的组合协同降低了电容器的ESR。例如，由于第一阳极引线的第一部分嵌入阳极体中并具有较大的直径以增加第一阳极引线和阳极体之间的接触点，接触点处的电阻被降低。此外，具有大直径的第一阳极引线的第二部分仅从阳极体表面延伸短距离，以使具有较大直径的第一阳极引线的长度最小化，这反过来可使由于直径较大而导致引线内部电阻增加带来的影响最小化。同时，可用来与阳极端子形成电连接的外部第二阳极引线可具有比第一阳极引线小的直径，这减少了第二阳极引线的内部电阻，以使从多孔阳极体延伸/在多孔阳极体外部的引线组件的ESR最小化。但是，在某些情况下，应理解，第一阳极引线和第二阳极引线也可具有相同的厚度/直径，或第二阳极引线可具有较大的厚度/直径，例如当第一阳极引线由钽制成而第二阳极引线由非钽材料例如不锈钢、镍或镍-铁合金制成时。
如上文所描述以及如图1-8所示，在一些实施例中，例如当第一和第二阳极引线都包含钽，或当第一阳极引线包含钽而第二阳极引线包含非钽材料时，阳极引线组件包括的第一阳极引线通常具有比第二阳极引线较大的厚度/直径。通常，第一阳极引线的厚度/直径D1可为约100微米至约2000微米，例如从约200微米至约1500微米，例如从约250微米至约1000微米。同时，第二阳极引线的厚度/直径D2可为从约10微米至约1800毫米，例如从约50微米至约1200微米，例如从约100微米至约750微米。进一步，第二阳极引线的厚度/直径可为第一阳极引线厚度/直径的大约10％至约90％，例如为第一阳极引线厚度/直径的约15％至约85％，例如为第一阳极引线厚度/直径的约20％至约80％，例如为第一阳极引线厚度/直径的约25％至约75％。
同时，如图9-11所示，在一些实施例中，例如当第一阳极引线包含钽而第二阳极引线包含非钽材料时，阳极引线组件可包括第一阳极引线，其通常具有与第二阳极引线相同的厚度/直径。因此，第一阳极引线和第二阳极引线的厚度/直径D1和D2可为约100微米至约2000微米，例如从约200微米至约1500微米，例如从约250微米至约1000微米。但是，应理解，在一些情况下，第二阳极引线也可具有比第一阳极引线的厚度/直径D1更大的厚度/直径D2，这样，第一阳极引线的厚度/直径D1可为大约100微米至约2000微米，例如从约200微米至约1500微米，例如从约250微米至约1000微米，而第二阳极引线的厚度/直径D2可为大约100微米至约2500微米，例如从约205微米至约2000微米，例如从约255微米至约1500微米。
此外，如图1、3、4-5、7-8、9和11所示，第一阳极引线30的第一部分30a(即，从多孔阳极体表面沿纵向伸出的第一阳极引线的部分)在纵向(z)方向上的长度(L1)比第二阳极引线40在纵向(z)方向上的长度(L2)要短。使第一阳极引线30的第二部分的长度L1最小化，以减小由于其直径较大而使第一阳极引线30的内部电阻增加从而导致的电容器ESR，并通过降低由于第一阳极引线30的重量导致弯曲的风险来增加引线组件50的稳定性。因此，第一阳极引线的第二部分的长度可大约0微米至约5000微米，例如从约1微米至约2500微米，例如从约10微米至约1250微米，同时第二阳极引线的长度可为从1微米至约20毫米，例如从约100微米至约15毫米，例如从约1000微米至约10毫米。
此外，应理解，根据第二阳极引线与多孔阳极体连接的位置，阳极引线组件50可具有各种构造。在一个实施例中，第二阳极引线可直接连接到多孔阳极体的外表面，这样，第二阳极引线与从多孔阳极体相同表面沿纵向伸出的第一阳极引线的第二部分邻近并电接触，如图1所示。第二阳极引线可通过任何合适的方法连接至多孔阳极体表面，例如通过电阻焊接、激光焊接或导电粘合剂。在另一个实施例中，第二阳极引线可直接连接至第一阳极引线的第二部分，例如在第一阳极引线的第二部分的末端处，如图5所示，这样，第二阳极引线从第一阳极引线的第二部分的末端沿纵向伸出。第二阳极引线可通过任何合适的方法连接至第一阳极引线的第二部分的末端，例如通过电阻焊接、激光焊接或导电粘合剂。
VII.端子
不管采用哪种具体的设计或方式制造电容器，正如本领域人员已知的那样，它都可与端子连接。例如，阳极端子和阴极端子可分别与第二阳极引线和阴极电连接。正如本领域所熟知的那样，端子的具体构造可有所不同。尽管不是必需的，在一个实施例中，例如，如图4和8所示，阴极端子44可包括一与电容器元件的下表面39电连接的平面部分45，以及一大体垂直于平面部分45并与电容器元件的后表面38电连接的直立部分46。为了将电容器元件附着到阴极端子，正如本领域已知的那样，可以使用导电粘合剂。导电粘合剂可包括，例如，包含在树脂组合物中的导电金属颗粒。金属颗粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。树脂组合物可包括热固性树脂(例如，环氧树脂)、固化剂(例如，酸酐)和偶联剂(例如，硅烷偶联剂)。合适的导电粘合剂在Osako等人的美国专利申请公布2006/0038304中有所描述，其全文以引用的方式并入到本专利中用于所有目的。
再次参考图4和8，虽然不是必需的，但同样，阳极端子35可包括一平面部分41以及一直立部分42。直立部分42可包括一支撑本发明的第二阳极引线40的区域。例如，该区域可具有一槽43，用于接收第二阳极引线40。该槽中可具有任何所需的形状，可以是U形、V形、圆形、矩形、正方形、阶梯形等，用于进一步提高第二阳极导线40在阳极端子35处的表面接触和机械稳定性。例如，槽的几何形状可与第二阳极引线40的几何形状匹配。可采用任何合适的技术将第二阳极引线40电连接到阳极端子35，如激光焊接、电阻焊接，或使用导电胶合剂等。不管用以将第二阳极引线40连接至阳极端子35的具体焊接技术是什么，与较大直径的第一阳极引线30直接连接到阳极端子35所需的能量的量相比，形成充分焊接所需的能量的量减少了。因此，通过使用较小的第二阳极引线40直接连接至阳极端子35，仍然可实现将较粗的第一阳极引线30嵌入多孔阳极体33的好处(即，改善与多孔阳极体的接触以减小ESR)，与阳极端子形成电连接的焊接过程可以以更高效和更具成本效益的方式进行，因为第二阳极引线40的厚度/直径减小了。
此外，一旦电容器元件形成并如上所述那样连接到端子，便可封装在一树脂外壳内，随后填充二氧化硅或其他已知的封装材料。外壳的宽度和长度随预期用途而变化。不过，外壳的总厚度通常较小，这样，所得到的组件可容易地整合到薄型产品(如“IC卡”)中。例如，外壳的厚度可为大约4.0毫米或更小，在一些实施例中，从大约100微米到大约2.5毫米，以及在一些实施例中，从大约150微米到大约2.0毫米。合适的外壳可以包括，例如，“A”、“B”、“H”或“T”型外壳(AVX公司)。在封装后，各阳极端子和阴极端子的暴露部分可以进行老化、筛选和修剪。如果需要的话，暴露部分可任选沿外壳外部弯曲两次(如大约90°角)。
现在参看图1-11，更详细地讨论本发明的固体电解电容器的各种实施例。
现在参考附图1，其显示了电容器元件100的一个具体实施例，所述电容器元件100由多孔阳极体33和包含第一阳极引线30和第二阳极引线40的阳极引线组件50形成。一般而言，图1是多孔阳极体33的一透视图，该多孔阳极体33围绕第一阳极引线30而形成，并且显示了多孔阳极体33、第一阳极引线30和第二阳极引线导线40的排布和尺寸。例如，多孔阳极体33可具有第一侧面31、第二侧面32、前表面36、后表面37、上表面38和下表面39。多孔阳极体33还可具有一宽度W，例如指的是前表面36沿x轴的宽度，以及还可具有一高度H，例如指的是前表面36沿y轴的高度或厚度。多孔阳极体33的前表面36的宽度W范围可以从约200微米到大约8000微米，在一些实施例中，从约400微米到6000微米，以及在一些实施例中，从约600微米到大约4000微米。此外，多孔阳极体33的前表面36的高度H范围可以从约200微米到大约8000微米，在一些实施例中，从约400微米到大约6000微米，以及在一些实施例中，从约600微米到大约4000微米。
进一步，如图1所示，第一阳极引线30可具有从多孔阳极体33的表面例如前表面36伸出的第一部分30a，以及置于阳极体33内的第二部分30b。第一阳极引线导线30的厚度/直径根据阳极体33的整体尺寸不同而不同。在任何情况下，厚度/直径D1越大(见图2)，沿着嵌入的第二部分30b的、多孔阳极体33和阳极引线30之间的接触点的数目就越多，这导致较低的ESR以及改善的电容器电气性能。第一阳极引线30的尺寸在上面的VI部分讨论过。
如图1-3所示，第一阳极引线30从多孔阳极体33的前表面36伸出；然而，应理解的是，第一阳极引线30也可从多孔阳极体33的任何其他表面伸出。此外，从多孔阳极体33的表面伸出的第一阳极引线30的第一部分30a可具有厚度D1(参见图2，其显示了电容器元件100的主视图)，如上所述，其也指嵌入阳极体33内的第一阳极引线30的第二部分30b的厚度。
此外，图1的电容器元件100还包括作为阳极引线组件50的部分的第二阳极引线40。如图所示，第二阳极引线40的厚度/直径D2(参见图2)比D1的厚度/直径小。在图1的特定电容器元件100中，第二阳极引线40可通过上面详细讨论的任何合适的方法直接连接至多孔阳极体的前表面36。进一步，第二阳极引线40与第一阳极引线30的第一部分30a邻近并电连接，所述第一部分30a是从多孔阳极体的前表面36沿纵向(z)伸出的部分，如图1-3所示。第二阳极引线40的尺寸在上面的VI部分讨论过。
开始时，如图1所示，第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1可比第二阳极引线40的长度L2短。第二阳极引线40在化学处理过程例如阳极氧化和阴极构建中，以及在电容器的组件的任何其它阶段中用作载体线。每种阳极引线的长度的不同范围在上面的VI部分详细讨论过，并且，通常第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1比第二阳极引线40的长度L2要小，以使第一阳极引线30引起的内部电阻最小化，这反过来减小了ESR。第一阳极引线30较短的长度还可在处理过程中通过减小阳极引线组件50的重量增强引线组件50的稳定性，相比于使用长度较长的较大直径阳极引线，这可限制阳极引线组件50弯曲的倾向性。此外，第一阳极引线30所需的材料量减小，这更具成本效益。同时，第二阳极引线40至少在开始时具有比第一阳极引线30的长度L1长的长度L2，这样，在组装图4所示电容器200的过程中，可使用直径较小的第二阳极引线40。然而，一旦化学处理和其它组装完成，可将第二阳极引线40修剪至大致与第一阳极引线30的长度相同。接着，可将第二阳极引线40附着到如图4所示阳极端子35的直立部分42的槽口43处，而将第一阳极引线30附着到同样如图4所示阳极端子35的直立部分42的槽口47处，例如通过激光焊接或电阻焊接。与使用单条阳极引线相比，如上所述讨论的这种构造可降低电容器的ESR，还可更容易地处理电容器元件，因为第二阳极引线的直径较小。
本发明另一实施例包括图5-8的电容器元件300和电容器400。图5-7的电容器元件300具有多孔阳极体33，所述多孔阳极体33的尺寸与上面参考图1-3电容器元件100讨论的尺寸相同。
进一步，如图5所示，第一阳极引线30可具有从多孔阳极体33的表面例如前表面36伸出的第一部分30a，以及置于阳极体33内的第二部分30b。第一阳极引线30的厚度/直径根据阳极体33的整体尺寸不同而不同。在任何情况下，厚度/直径D1越大(见图6)，沿着嵌入的第二部分30b的多孔阳极体33和阳极引线30之间的接触点的数目就越多，这导致较低的ESR以及改善的电容器电气性能。
如图5-7所示，第一阳极引线30从多孔阳极体33的前表面36伸出；然而，应理解的是，第一阳极引线30也可从多孔阳极体33的任何其它表面伸出。此外，从多孔阳极体33的表面伸出的第一阳极引线30的第一部分30a可具有厚度D1(参见图6，其显示了电容器元件100的主视图)，如上所述，其也指嵌入阳极体33内的第一阳极引线30的第二部分30b的厚度。
此外，图5的电容器元件300还包括作为阳极引线组件50的部分的第二阳极引线40。如图所示，第二阳极引线40的厚度/直径D2(参见图6)比D1的厚度/直径小。在图5的特定电容器元件300中，第二阳极引线40可通过上面详细讨论的任何合适的方法直接连接至第一阳极引线30的第二部分30a的末端34上，并从中沿多孔阳极体的纵向(z)伸出。
开始时，第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1比第二阳极引线40的长度L2要短，并且第二阳极引线40在化学处理例如阳极氧化和阴极构建过程中以及在电容器组装的任何其它阶段中用作载体线。每种阳极引线的长度的不同范围在上面详细讨论过，并且，通常第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1比第二阳极引线40的长度L2要小，以使第一阳极引线30引起的内部电阻最小化，这反过来减小了ESR。此外，第一阳极引线30所需的材料量减小，这更具成本效益。同时，第二阳极引线40具有较长的长度L2，这样，在组装图8所示电容器400的过程中，可使用直径较小的第二阳极引线40，以简化处理。然而，在处理后，第二阳极引线40的长度L2可修剪至任何合适的长度，然后附着到图8所示阳极端子35的直立部分42的槽口43处。因为第二阳极引线40的直径D2比第一阳极引线30的第一部分30a的直径D1小，阳极端子35可更容易和高效地连接到阳极引线组件50上。
而本发明另一实施例包括图9-11的电容器元件300和电容器500。图9-11的电容器元件500具有尺寸与上面参考图1-3电容器元件100讨论的尺寸相同的多孔阳极体33。但是，在图9-11的实施例中，第一阳极引线和第二阳极引线由不同的材料制成，而这在图1-8的实施例中则不是必须的。
进一步，如图9所示，第一阳极引线30可具有从多孔阳极体33的表面例如前表面36伸出的第一部分30a，以及置于阳极体33内的第二部分30b。第一阳极引线30的厚度/直径根据阳极体33的整体尺寸不同而不同。在任何情况下，厚度/直径D1越大(见图9)，沿着嵌入的第二部分30b，多孔阳极体33和阳极引线30之间的接触点的数目就越多，这导致较低的ESR以及改善的电容器电气性能。
如图9-11所示，第一阳极引线30从多孔阳极体33的前表面36伸出；然而，应理解的是，第一阳极引线30也可从多孔阳极体33的任何其它表面伸出。此外，从多孔阳极体33的表面伸出的第一阳极引线30的第一部分30a可具有厚度D1(参见图10，其显示了电容器元件500的主视图)，如上所述，其也指嵌入多孔阳极体33内的第一阳极引线30的第二部分30b的厚度。
此外，图9的电容器元件500还包括作为阳极引线组件50的部分的第二阳极引线40。如图所示，第二阳极引线40的厚度/直径D2(见图10)与D1的厚度/直径相同。在图9的特定电容器元件500中，第二阳极引线40可通过上面详细讨论的任何合适的方法直接连接至第一阳极引线30的第二部分30a的末端34上，并从中沿多孔阳极体的纵向(z)伸出。不过，应理解，第二阳极引线40的厚度/直径可比第一阳极引线的厚度/直径大。
开始时，第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1比第二阳极引线40的长度L2要短，并且第二阳极引线40在化学处理例如阳极氧化和阴极构建过程中以及在电容器组装的任何其它阶段中用作载体线。每种阳极引线的长度的不同范围在上面详细讨论过，并且，通常第一阳极引线30的第一部分30a的长度L1比第二阳极引线40的长度L2要小，以使第一阳极引线30引起的内部电阻最小化，这反过来减小了ESR。此外，第一阳极引线30所需的材料量减小，这更具成本效益。同时，第二阳极引线40具有较长的长度L2，这样，在组装电容器500的过程中，可使用直径较小的第二阳极引线40。
根据本发明，可以形成具有优异电气性能的电容器，这些性能通过下述测试程序确定。例如，本发明的电容器可以表现出超低ESR，在频率为100kHz以及温度为23℃±2℃的条件下测得，如大约300毫欧(mΩ)或更低，在一些实施例中，为约100mΩ或更低，在一些实施例中，从约0.01mΩ到50mΩ，以及在一些实施例中，从约0.1mΩ到约20mΩ。此外，漏电流可维持在相对低的水平，所述漏电流通常是指从一个导体穿过绝缘体流向相邻导体的电流。例如，本发明电容器的归一化漏电流的数值，在一些实施例中低于大约0.1μA/μF*V，在一些实施例中，低于大约0.01μA/μF*V，在一些实施例中，低于约0.001μA/μF*V，其中μA是微安，μF*V是电容和额定电压的乘积。
测试程序
等效串联电阻(“ESR”)
ESR通常指的是当电容器在电子电路中充电和放电时，电容器充当电阻的程度，通常用与电容器串联的电阻表示。ESR通常用具有Kelvin引线的Keithley 3330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，工作频率为100kHz，温度为23℃±2℃。
电容(“Cap”)
电容可以采用带Kelvin引线的Keithley 3330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23℃±2℃下并且达到额定电压至少30秒后测定漏电流(“DCL”)。
激光焊接
使用Trumpf公司的Nd:YaG HAAS激光器(发射波长大约1064纳米的近红外光)来进行激光焊接。焊接的能量通常指的是将阳极引线结合到阳极端子/引线框所需的激光能量的量。焊接能量使用焦耳表示。
实施例1
将70000μFV/g钽粉末压成压片以形成长度为4.15mm，宽度为3.60mm，以及厚度为0.95mm的多孔体。将钽粉放入钽装置自动成型机的漏斗中，与直径为0.50mm的第一钽线一起自动成型，并压至密度为5.3g/cm3以制造多孔体。将阳极引线总长度的70％嵌入多孔阳极体中。引线的伸入长度为阳极长度的70％。将成型的主体在减小的压力下于1400℃保持静置，以获得烧结的主体。
接着通过电阻焊接过程将具有0.24mm钽线直径的第二钽线与从主体伸出的0.50mm直径的第一导线部分的末端焊接在一起。然后，将0.24mm直径的第二钽线焊接至辅助不锈钢条上。
钽阳极在电压为13.1V时在0.1％磷酸的液体电解质中进行阳极氧化处理，制得电容器在120Hz时具有330μF的电容量。将阳极浸入甲苯磺酸铁(III)(CleviosTMC,H.C.Starck)的丁醇溶液中5分钟，然后浸入3，4-乙烯二氧噻吩(CleviosTMM,H.C.Starck)中1分钟，形成导电聚合物涂层。聚合45分钟后，在电介质表面形成一聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)薄层。在甲醇中清洗阳极以脱除反应副产物，在液体电解质中进行阳极氧化，并重新在甲醇中清洗。重复此过程6次。然后，将此部件浸入到固含量2％、粘度为20mPa·s的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(CleviosTMK,H.C.Starck)中。涂层涂覆好后，将部件在125℃干燥20分钟。不重复此过程。然后，将此部件浸入到固含量2％且粘度为160mPa·s的分散的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(CleviosTMK,H.C.Starck)中。涂层涂覆好后，将部件在125℃干燥20分钟。重复此过程8次。然后，将部件浸入到石墨分散体中，并干燥。最后，将部件浸入到银分散体中，并干燥。成品部件最后通过传统组装技术完成并进行测量。采用铜基引线框架来完成组装过程。一旦通过激光焊接将电容器元件附着以将阳极引线结合到阳极端子上，第二阳极引线40的长度L2设为0.80mm。接下来，将引线框架用封装环氧树脂封闭。采用这种方式制造多个(1500个)330μF/6.3V电容器部件。
实施例2
按照实施例1描述的方式制成电容器，除了将第二阳极引线40的长度L2设为0.1mm。采用这种方式制造多个(1500)部件。
对比例3
按照实施例1描述的方式制成电容器，除了仅使用直径为0.24mm的单条引线。采用这种方式制备了多个部件(3000个)。
对比例4
按照实例1中的方式制成电容器，除了仅使用直径为0.50mm的单条引线。采用这种方式制备了多个部件(3000个)。
下面的表1概括了上面讨论的实施例1-4的特性，包括电容器成品的钽线直径、激光焊接设置、中位DCL、中位电容和中位ESR。
表1
如表1所示，使用薄线/粗线阳极引线组件的好处是，与仅使用单条引线导线的对比例相比，具有较好(较低)的ESR值。对比例4的电性数据不可获得，因为激光焊接过程不能完成。
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修饰或变形。另外，应该理解的是，各个实施例的各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进行说明，并不意图对本发明进行限制，本发明将在所附权利要求书中进一步说明。

Claims (30)

1.一种固体电解电容器，包括一电容器元件，所述电容器元件包括：
烧结的多孔阳极体；
第一阳极引线，其中第一阳极引线的第一部分嵌入多孔阳极体内，第一阳极引线的第二部分从多孔阳极体表面沿纵向伸出；
第二阳极引线，其中第二阳极引线置于多孔阳极体的外部；
一覆盖在所述烧结的多孔阳极体上的介电层；及
一覆盖在所述介电层上的包括一固体电解质的阴极。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线的厚度比第一阳极引线的厚度小。
3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线的厚度为第一阳极引线厚度的约10％至约90％。
4.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中第一阳极引线的厚度为约100微米至约2000微米。
5.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线的厚度为约10微米至约1800微米。
6.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中第一阳极引线和第二阳极引线的材料相同。
7.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中第一阳极引线和第二阳极引线的材料不同。
8.根据前述权利要求中任一项所述的固体电解电容器，其中第一阳极引线的材料不同于第二阳极引线，进一步的，其中第二阳极引线的厚度与第一阳极引线的厚度相同或比第一阳极引线的厚度大。
9.根据前述权利要求中任一项所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线连接至多孔阳极体的表面，使得第二阳极引线与第一阳极引线的第二部分邻近或接触。
10.根据权利要求9所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线通过电阻焊接连接至多孔阳极体表面。
11.根据权利要求9所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线通过激光焊接连接至多孔阳极体表面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线连接至第一阳极引线的第二部分。
13.根据权利要求12所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线连接至第一阳极引线的第二部分末端，并从第一阳极引线的第二部分末端沿纵向伸出。
14.根据权利要求12所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线通过电阻焊接连接至第一阳极引线的第二部分。
15.根据权利要求12所述的固体电解电容器，其中第二阳极引线通过激光焊接连接至第一阳极引线的第二部分。
16.根据前述权利要求中任一项所述的固体电解电容器，其中所述阳极体是由粉末形成的，所述粉末具有的比电荷为从约10,000μF*V/g至约600,000μF*V/g，其中所述粉末包括阀金属，如钽、铌、铝、铪、钛、它们的导电氧化物或它们的导电氮化物。
17.根据前述权利要求中任一项所述的固体电解电容器，进一步包括一阳极端子和一阴极端子，所述阳极端子电连接到第二阳极引线，阴极端子电连接到阴极。
18.一种形成固体电解电容器的方法，所述固体电解电容器包含一烧结的多孔阳极体，所述方法包括：
将第一阳极引线的第一部分放置在由阀金属成分形成的粉末中，使得第一阳极引线的第二部分从阳极体的表面沿纵向伸出；
围绕所述第一阳极引线的第一部分压紧粉末；
烧结压紧的粉末和所述第一阳极引线的第一部分，以形成多孔阳极体；
将第二阳极引线放在多孔阳极体外；以及
将第二阳极引线焊接至阳极端子以在第二阳极引线和阳极端子之间形成电连接。
19.根据权利要求18所述的方法，其中第二阳极引线连接至多孔阳极体的表面，使得第二阳极引线与第一阳极引线的第二部分相邻并接触，其中第一阳极引线的第二部分还焊接至阳极端子。
20.根据权利要求19所述的方法，其中第二阳极引线焊接至多孔阳极体的表面。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中第二阳极引线连接至第一阳极引线的第二部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中第二阳极引线连接至第一阳极引线的第二部分末端，并从第一阳极引线的第二部分沿纵向伸出。
23.根据权利要求21所述的方法，其中第二阳极引线焊接至第一阳极引线的第二部分。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的方法，进一步包括修剪第二阳极引线。
25.根据权利要求18-24中任一项所述的方法，进一步包括：
对烧结的多孔阳极体进行阳极氧化，形成一介电层；以及
将固体电解质应用到阳极氧化的烧结阳极体，以形成一阴极。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
在阴极和阴极端子之间形成电连接；以及
用成型材料封装电容器，使得阳极端子的至少一部分和阴极端子的一部分保持暴露。
27.根据权利要求18-26中任一项所述的方法，其中第二阳极引线的厚度比第一阳极引线的厚度小。
28.根据权利要求27所述的方法，其中第一阳极引线和第二阳极引线的材料相同。
29.根据权利要求27所述的方法，其中第一阳极引线和第二阳极引线的材料不同。
30.根据权利要求18-29中任一项所述的方法，其中第一阳极引线的材料不同于第二阳极引线，进一步的，其中第二阳极引线的厚度与第一阳极引线的厚度相同或比第一阳极引线的厚度大。
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