CN104701021B - 固体电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体电解电容器，所述固体电解电容器包括电容器元件和镀层。电容器元件具有预定表面和预定表面以外的外围表面。电容器元件包括阳极主体、阳极导线和阴极层。预定表面垂直于预定方向。阳极导线从阳极主体沿着预定方向延伸穿过预定表面。阴极层包括固体电解质层并且形成预定表面的一部分和外围表面。镀层完全地覆盖预定表面的所述部分和外围表面。
Description
技术领域
本发明涉及具有高防潮性能的固体电解电容器。
背景技术
导电聚合物具有高电导率，并且可以在固体电解电容器中提供低的等效串联电阻(ESR)。因此，如果固体电解质层由导电聚合物形成，则固体电解电容器将会尺寸变小并且具有大的电容。JPB2776330公开了这种类型的固体电解电容器。
JPB2776330中公开的固体电解电容器具有低的防潮性能，从而其固体电解质层容易退化或氧化。类似地，如果包括由二氧化锰制成的固体电解质层的固体电解电容器具有低的防潮性能，则由锰形成的固体电解质层将被损坏。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种具有较高防潮性能的固体电解电容器。
本发明的一个方面提供了包括电容器元件和镀层的固体电解电容器。电容器元件具有预定表面和预定表面以外的外围表面。电容器元件包括阳极主体、阳极导线和阴极层。预定表面垂直于预定方向。阳极导线从阳极主体沿着预定方向延伸穿过预定表面。阴极层包括固体电解质层并且形成预定表面的一部分和外围表面。镀层完全地覆盖预定表面的所述部分和外围表面。
与绝缘体层、石墨层、银膏层或电解聚合层不同，镀层不允许水或氧从中穿过。因为镀层完全地覆盖预定表面的所述部分和外围表面，因此镀层可以减少固体电解质层的退化或氧化。
通过研究对优选实施例的以下描述并且参照附图可以认识到本发明的目的并获得对本发明的结构的更全面的理解。
附图说明：
图1是示出了根据本发明第一实施例的固体电解电容器的剖视图。
图2是示出了被包括在图1的固体电解电容器中的电容器元件的剖视图。
图3是示出了图1的固体电解电容器的形成过程的示意图。
图4是示出了被包括在根据本发明的第二实施例的固体电解电容器中的电容器元件和镀层的剖视图。
图5是沿着V--V箭头的方向截取的、示出了电容器元件和镀层的示意图。
图6是示出了图4的电容器元件的形成过程的示意图。
图7是示出了图4的电容器元件的另一形成过程的示意图。
图8是示出了图4的电容器元件的另一形成过程的示意图。
图9是示出了图4的镀层的形成过程的示意图。
图10是示出了图4的电容器元件和镀层的形成过程的示意图。
图11是示出了被包括在根据本发明的第三实施例的固体电解电容器中的电容器元件和镀层的剖视图。
图12是示出了图11的电容器元件的形成过程的示意图。
图13是示出了图11的镀层的形成过程的示意图。
图14是示出了被包括在根据本发明的第四实施例的固体电解电容器中的电容器元件和镀层的剖视图。
图15是示出了图14的电容器元件的形成过程的示意图。
图16是示出了图14的电容器元件的形成过程的示意图。
图17是示出了图14的镀层的形成过程的示意图。
图18是示出了被包括在根据本发明的第五实施例的固体电解电容器中的电容器元件和镀层的剖视图。
图19是示出了图18的镀层的形成过程的示意图。
图20是示出了被包括在根据本发明的第六实施例的固体电解电容器中的电容器元件和镀层的剖视图。
尽管本发明可被改变成各种修改形式和可替换的形式，但是其具体的实施例通过示例的方法被示出在附图中并且将在本文中被具体地描述。然而，应该理解，附图和对本发明的详细描述不旨在将本发明限制到具体的公开形成，而是相反，旨在覆盖由随附的权利要求限定的落入本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同物和供选方案。
具体实施方式：
参照图1，根据本发明的第一实施例的固体电解电容器1包括电容器元件10、镀层80、阳极端90、阴极端92和外绝缘构件96。如图2所示，电容器元件10具有预定表面12和预定表面12以外的外围表面14，其中预定表面12垂直于预定方向，即图2中的横向方向。图示的电容器元件10包括阳极主体20、阳极导线30、介电层40和阴极层60。
本实施例的阳极主体20由烧结的钽粉末形成。阳极导线30是钽丝并且部分地嵌入阳极主体20中。阳极导线30沿着预定方向延伸通过预定表面12。介电层40具有第一部分42和第二部分44，其中第一部分42形成在阳极主体20上，同时第二部分44形成在阳极导线30上。虽然第一部分42和第二部分44在概念上彼此分开以便于更好的理解，但是第一部分42和第二部分44是在同一过程中彼此整体地形成的。具体地，钽丝的阳极导线30部分地嵌入钽粉末中，并且钽粉末随后被压模成型从而获得模制构件。随后，模制构件被烧结，从而形成由烧结的钽粉末构成的阳极主体20。随后，阳极主体20和阳极导线30被浸入磷酸的水溶液中以被阳极氧化处理，从而形成由阳极氧化膜制成的介电层40。具体地，阳极氧化膜的第一部分42被形成在阳极主体20的表面上，而阳极氧化膜的第二部分44被形成在阳极导线30的表面上。阳极氧化可以使用其他溶液实现。
如图2所示，本实施例的阴极层60被形成为遍布(all over)在介电层40的第一部分42上，并且在介电层40的第二部分44的一部分上延伸、尤其是在阳极导线30的根部附近延伸。阴极层60可以不形成在第二部分44上，只要阴极层60被至少形成在第一部分42上。图示的阴极层60包括固体电解质层62和导电层64。然而，本发明不限于此。阴极层60可以具有其他结构，只要阴极层60包括固体电解质层62即可。如图2所示，阴极层60构成了预定表面12的几乎所有区域和外围表面14。
本实施例的固体电解质层62由聚噻吩(polythiophene)制成。即，本实施例的固体电解质层62由导电聚合物制成。通过将介电层40(主要是第一部分42)交替地浸入噻吩和氧化剂的流体中从而化学聚合被重复地执行，使得固体电解质层62被形成在介电层40上。氧化剂是包括30％对甲苯磺酸铁(ferric paratoluenesulfonate)的甲醇溶液。氧化剂也可以由其他溶液制成。通过使用导电聚合物浆和干燥过程来交替地重复执行浸渍工艺以形成由聚噻吩构成的固体电解质层62。
本发明的导电层64由石墨膏层制成。导电层64被形成在固体电解质层62上。导电层64可以由其他导电材料制成。因此，获得了电容器元件10。
本实施例的镀层80完全地覆盖外围表面14和预定表面12的几乎所有区域。特别地，本实施例的镀层80被形成为遍布在阴极层60上。镀层80可以覆盖预定表面12的更小的区域。预定表面12的由镀层80覆盖的部分的面积具有等于或超过预定表面12的总面积的10％，并且尤其是优选地等于或超过预定表面12的总面积的50％，以获得卓越的防潮性能。
在本实施例中，镀层80是通过电镀法形成的。具体地，如图3所示，电容器元件10被浸入电镀液82中，同时阳极导线30的端部被由铝制成的支撑件100支撑。另外，电压被施加在电镀液82和支撑件100之间，从而电镀液82的电势高于支撑件100的另一电势，即阳极导线30的电势。本实施例的电镀液82是硫酸铜的水溶液。然而，电镀液82也可以由其他溶液制成。因此，形成了镀层80。本实施例的镀层80是铜镀层。镀层80可以由其他金属制成。镀层80可以通过其它电镀方法形成或通过非电解镀层法形成。
阳极端90和阴极端92中的每一个都由基础元件制成，所述基础元件由镀焊料(solder)的42合金构成。然而，阳极端90和阴极端92中的每一个也可以由其他金属制成。阳极导线30通过电阻焊工艺焊接到阳极端90。另一方面，阴极端92通过使用导电树脂94结合到阴极层60。本实施例中的导电树脂94由银膏制成。除使用导电树脂94之外，也可以使用其他导电黏合剂。此外，阳极导线30和阳极端90可以经由其它连接手段彼此连接。类似地，阴极层60和阴极端92可以经由其它连接手段彼此连接。
外绝缘构件96被形成以封闭阳极端90的一部分和阴极端92的一部分并且封装整个电容器元件10。本实施例的外绝缘构件96由环氧树脂制成，并且通过使用具有预定形状的金属模具执行注塑并且随后将其硬化而形成。然而，外绝缘构件96也可以由其他绝缘构件制成。因此，电容器元件10由外绝缘构件96密封。在外绝缘构件96形成之后，阳极端90和阴极端92中的每一个都被折叠到外绝缘构件96的底部以形成有角的C形形状。因此，获得了固体电解电容器1。
由于本实施例的镀层80如上所述覆盖了整个阴极层60，因此氧或湿气难以到达固体电解质层62。因此，本实施例可以减少固体电解质层62的退化。
根据本发明的第二实施例的固体电解电容器与根据上述第一实施例的固体电解电容器的不同之处在于电容器元件的结构。在除电容器元件之外其他构件方面(诸如阳极端和阴极端)它们是彼此相同的。
参见图4和5，根据本实施例的电容器元件10a是上述第一实施例的电容器元件10的修改形式。在图4和5中，与图2中的构件相同的构件由与这些构件的附图标记相同的附图标记指示；关于这些构件的说明将被省略。
如图4和5所示，本实施例的电容器元件10a进一步包括绝缘部分50。绝缘部分50形成在介电层40的第二部分44上。更具体地，绝缘部分50被定位在阳极导线30的根部周围。本实施例的绝缘部分50由环氧树脂制成。然而，绝缘部分50也可以由其他绝缘构件制成。如图6所示，在形成阴极层60a的固体电解质层62之后形成绝缘部分50。绝缘部分50也可以在形成固体电解质层62之前形成。
如图4所示，本实施例的阴极层60a被形成为遍布在介电层40的第一部分42和绝缘部分50上。图示的阴极层60a包括固体电解质层62和导电层66。本实施例的导电层66是在形成绝缘部分50之后由石墨膏形成的导电涂层。图示的导电层66被连接到固体电解质层62，并且也形成在绝缘部分50上。在本实施例中，在形成导电层66之后，通过使用导电层66形成镀层80a。
具体地，如图7所示，在形成绝缘部分50之后，介电层40的第二部分44通过激光被部分地移除，从而阳极导线30的一部分被暴露为暴露部分32。然后，如图8所示，石墨膏被涂敷以覆盖固体电解质层62、绝缘部分50和暴露部分32。随后，如图9所示，阴极层60a等被浸入电镀液82中，同时阳极导线30的端部被由铝制成的支撑件100支撑。另外，电压被施加在电镀液82和支撑件100之间，从而电镀液82的电势高于支撑件100的另一电势，即阳极导线30的电势或阴极层60a的电势。因此，形成了镀层80a。随后，如通过图4和图10可以理解的那样，通过使用激光使镀层80a、导电层66、绝缘部分50和第二部分44被部分地移除，从而获得了覆盖有镀层80a的电容器元件10a。
本实施例的镀层80a经由电镀法形成，然而该电镀法与上述第一实施例的电镀法的不同之处在于导电层66和阳极导线30被连接到暴露部分32处。本发明不限于此。镀层80a可以经由包括第一实施例的电镀法在内的其它电镀法形成，或可以经由非电解镀层法形成。
由于本实施例的镀层80a覆盖了整个阴极层60，因此本实施例可以减少固体电解质层62的退化。
另外，绝缘部分50在阳极导线30和阴极层60a之间形成较大的距离，从而绝缘部分50可以防止它们彼此短路。
参照图11，根据本发明的第三实施例的电容器元件10b是上述第二实施例的电容器元件10a的修改形式。在图11中，与图4中的构件相同的构件由与这些构件的附图标记相同的附图标记指示；关于这些构件的说明将被省略。
如图11所示，本实施例的阴极层60b包括固体电解质层62和导电层68。本实施例的导电层68是在形成绝缘部分50之后所形成的电解聚合层。图示的导电层68被连接到固体电解质层62，并且还形成在绝缘部分50上。在本实施例中，在形成导电层68之后，通过使用导电层68来形成镀层80b。
具体地，如图12所示，在形成绝缘部分50和暴露部分32之后，电解质层62和暴露部分32被浸入单体的溶液72中，同时阳极导线30的端部被由铝制成的支撑件100支撑。本实施例的单体的溶液72是包含5％吡咯的水溶液。另外，电压被施加在单体的溶液72和支撑件100之间，从而单体的溶液72的电势低于支撑件100的另一电势，即阳极导线30的电势或固体电解质层62的电势。因此，通过使用暴露部分32作为电解聚合的起始点执行电解聚合，从而形成了导电层68。本实施例的导电层68由聚吡咯制成。单体的溶液72可以是单体的其他溶液，并且导电层68可以由其他导电聚合物制成。
随后，如图13所示，阴极层60b等被浸入电镀液82中。另外，电压被施加在电镀液82和支撑件100之间，从而电镀液82的电势高于支撑件100的另一电势，即阳极导线30的电势或阴极层60b的电势。因此，形成了镀层80b。随后，通过使用激光使镀层80b、导电层68、绝缘部分50和第二部分44被部分地移除，从而如图11所示获得了覆盖有镀层80b的电容器元件10b。
本实施例能够获得与第二实施例类似的结果。
参照图14，根据本发明的第四实施例的电容器元件10c是上述第三实施例的电容器元件10b的修改形式。在图14中，与图11中的构件相同的构件由与这些构件的附图标记相同的附图标记指示；关于这些构件的说明将被省略。
如图14所示，本实施例的阴极层60c包括固体电解质层62、导电层68和导电部分70。导电部分70形成在绝缘部分50上。导电层68形成在固体电解质层62上，并且还形成在导电部分70上。在本实施例中，导电部分70是用于形成由电解聚合层构成的导电层68和用于形成镀层80c的导体的剩余部分，其将在下文中详细说明。
如图15所示，在形成绝缘部分50之后，导电部分70被形成，以在阳极导线30的端部34与固体电解质层62之间连接。然后，如图16所示，电解质层62和导电部分70的一部分被浸入单体的溶液72中，同时导电部分70的端部被由铝制成的支撑件100支撑。另外，电压被施加在单体的溶液72和支撑件100之间，从而单体的溶液72的电势低于支撑件100的另一电势，即导电部分70的电势或固体电解质层62的电势。因此，电解聚合被执行以形成导电层68。
随后，如图17所示，阴极层60c等被浸入电镀液82中。另外，电压被施加在电镀液82和支撑件100之间，从而电镀液82的电势高于支撑件100的另一电势，即导电部分70的电势或阴极层60c的电势。因此，形成了镀层80c。随后，通过使用激光使镀层80c、导电层68、导电部分70、绝缘部分50和第二部分44被部分地移除，从而如图14所示获得了覆盖有镀层80c的电容器元件10c。
本实施例可以获得与第三实施例类似的结果。
参照图18，根据本发明的第五的实施例的电容器元件10d是上述第四实施例的电容器元件10c的修改形式。在图18中，与图14的构件相同的构件由与这些构件的附图标记相同的附图标记指示；关于这些构件的说明将被省略。
通过图14与图18的对比可以理解，本实施例的阴极层60d与第四实施例的阴极层60c的不同之处在于阴极层60d不包括由电解聚合层构成的导电层68。换句话说，本实施例的镀层80d被直接地形成在固体电解质层62上。
具体地，如图19所示，在形成导电部分70之后，阴极层60d等被浸入电镀液82中，同时导电部分70的端部被由铝制成的支撑件100支撑。另外，电压被施加在电镀液82和支撑件100之间，从而电镀液82的电势高于支撑件100的另一电势，即导电部分70的电势或阴极层60d的电势。因此，形成了镀层80d。随后，通过使用激光使镀层80d、导电部分70、绝缘部分50和第二部分44被部分地移除，从而如图18所示获得了覆盖有镀层80d的电容器元件10d。
本实施例能够获得与第四实施例类似的结果。
参照图20，根据本发明的第六实施例的电容器元件10e是上述第一实施例的电容器元件10的修改形式。在图20中，与图2的构件相同的构件由与这些构件的附图标记相同的附图标记指示；关于这些构件的说明将被省略。
如图20所示，本实施例的由固体电解质层60e组成的阴极层60e类似于第一实施例的固体电解质层60。固体电解质层60e覆盖介电层40的第二部分44。镀层80e被直接地形成在固体电解质层60e上。此外，本实施例的电容器元件10e包括被形成在由固体电解质层62e构成的阴极层60e上的绝缘隔离器54。绝缘隔离器54沿预定方向(即阳极导线30的延伸方向)邻接镀层80e。绝缘隔离器54将镀层80e和阳极导线30彼此隔离，以防止它们彼此接触。
本实施例可以获得与第一实施例类似的结果。
在每个上述实施例中，导电层可以通过化学聚合形成在固体电解质层62、62e上。
虽然在上述实施例中固体电解质层62、62e由聚噻吩制成，但是本发明不限于此。固体电解质层62、62e可以由其他导电聚合物制成，或可以由二氧化锰制成。
本申请基于2013年12月4日向日本专利局提交的日本专利申请JP2013-250968。
尽管已经描述了被认为是本发明的优选的实施例，但是在本领域熟练的人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神的情况下对本发明进行其它的和进一步的修改，并且为了对应列入本发明的真实范围内的所有该实施例进行权利要求。
Claims (9)
1.一种固体电解电容器，包括：
电容器元件，所述电容器元件具有预定表面和预定表面以外的外围表面，并且包括阳极主体、阳极导线和阴极层，所述预定表面垂直于预定方向，所述阳极导线沿所述预定方向从阳极主体延伸穿过所述预定表面，所述阴极层包括固体电解质层并且形成所述预定表面的一部分和所述外围表面；
镀层，所述镀层完全地覆盖所述预定表面的所述部分和所述外围表面；
所述电容器元件进一步包括介电层和绝缘部分；
所述介电层具有第一部分和第二部分，所述第一部分被形成在阳极主体上，所述第二部分被形成在阳极导线上；
所述阴极层被至少形成在介电层的第一部分上；
所述镀层被形成为遍布在所述阴极层上；
所述绝缘部分被形成在介电层的第二部分上；
所述阴极层被形成为遍布在介电层的第一部分上和绝缘部分上；以及
所述阴极层包括形成在绝缘部分上并且连接到固体电解质层的导电部分。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中：所述阴极层被形成为遍布在介电层的第一部分上并且延伸而覆盖介电层的第二部分的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中：所述绝缘部分被定位在阳极导线的根部周围。
4.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中：所述电容器元件进一步包括形成在阴极层上并且在所述预定方向上邻接所述镀层的绝缘隔离器。
5.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中：所述阴极层进一步包括形成在固体电解质层上的导电层。
6.根据权利要求5所述的固体电解电容器，其中：所述导电层包括至少形成在固体电解质层上的石墨膏层。
7.根据权利要求5所述的固体电解电容器，其中：所述导电层包括至少形成在固体电解质层上的电解聚合层。
8.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中：所述预定表面的所述部分具有等于或超过所述预定表面的总面积的10％的面积。
9.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中：所述预定表面的所述部分具有等于或超过所述预定表面的总面积的50％的面积。
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