CN104851591A - 钽电容器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种钽电容器。该钽电容器可以包括：主体部，具有设置为主体部的最外层的阴极层；阳极丝，嵌入在主体部中并且阳极丝的一部分从主体部的一个表面引出；以及成型部，包围主体部和阳极丝。形成在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度可以为10μm到50μm。
Description
本申请要求于2014年2月13日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0016707号韩国专利申请的权益，上述韩国专利申请的公开通过引用被包含于此。
技术领域
本公开涉及一种钽电容器。
背景技术
钽(Ta)由于诸如高熔点、优异的柔性的机械和物理性能、优异的耐蚀性等成为广泛地应用在诸如在航天工业和国防部门的各种工业部门中以及在电气、电子、机械和化学领域中的材料。
由于钽能够形成稳定的阳极氧化物膜，因此钽已经被广泛地用作形成用于小电容器的阳极的材料。近来，随着信息技术(IT)、信息和通信技术(ICT)以及电子技术的快速发展，钽的使用逐年快速增加。
通常，电容器是暂时将电力储存于其中的电容器件，并且是这样一种组件：其中，设置为彼此非常靠近的两个平板电极在介电物质插入在两个平板电极之间时是绝缘的，并且可以因吸引力而充有电荷，从而允许电在其中聚集。这种电容器在由两个导体封闭的空间中储存电荷和电场，并且通常用于获得电容。
包含钽材料的钽电容器具有在烧结并固化钽粉末时形成有空隙的结构，并且通过下述步骤完成：利用阳极氧化方法在钽表面上形成氧化钽(Ta2O5)、在用作介电物质的氧化钽层上形成作为电解质的二氧化锰(MnO2)层、在二氧化锰层上形成碳层和金属层以形成主体、在主体上形成用于安装在电路板上的阳极和阴极、形成成型部。
[现有技术文件]
(专利文件1)第2004-0011364号韩国专利特开公布
发明内容
本公开的一方面可以提供一种钽电容器。
根据本公开的一方面，一种钽电容器可以包括：主体部，具有设置为主体部的最外层的阴极层；阳极丝，嵌入在主体部中并且阳极丝的一部分从主体部的一个表面引出；以及成型部，包围主体部和阳极丝，其中，设置在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度可以为10μm到50μm。
阴极层的表面粗糙度可以为100nm到500nm。
阴极层可以包含球状导电颗粒和薄片状导电颗粒。
球状导电颗粒和薄片状导电颗粒可以以5:95到50:30的重量比被包含在阴极层中。
球状导电颗粒可以具有0.1μm到0.5μm的颗粒尺寸。
薄片状导电颗粒可以具有3μm到10μm的颗粒尺寸。
成型部可以包含球状填料和有角的填料。
球状填料和有角的填料可以以10:90到90:10的重量比被包含在成型部中。
球状填料和有角的填料可以具有3μm到20μm的平均颗粒尺寸。
根据本公开的另一方面，一种钽电容器可以包括：主体部，具有设置为主体部的最外层的阴极层；阳极丝，嵌入在主体部中并且阳极丝的一部分从主体部的一个表面引出；以及成型部，包围主体部和阳极丝，其中，阴极层可以具有100nm到500nm的表面粗糙度。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的上述和其它方面、特征和其它优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示意性地示出根据本公开示例性实施例的钽电容器的透视图；
图2是沿图1的A-A′线截取的剖视图；
图3是图2的Q部分的放大视图；
图4是图2的P部分的放大视图；
图5是示意性地示出根据本公开另一示例性实施例的钽电容器的透视图；
图6是沿图5的B-B′线截取的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。
然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为局限于这里阐述的特定实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，相同的标号将始终用于指示相同或相似的元件。
图1是示意性地示出了根据本公开示例性实施例的钽电容器的透视图，图2是沿图1的A-A′线截取的剖视图；
参照图1和图2，根据本公开示例性实施例的钽电容器200可以包括电容器部100和成型部140，电容器部100包括主体部110和阳极丝120。
根据本公开的示例性实施例，主体部110可以包括阳极体111、介电层112、固态电解质层113、碳层114和阴极层115。
根据本公开的示例性实施例，钽电容器还可以包括引线部131和132。
此外，在本示例性实施例中，为了便于描述，阳极丝120从阳极体111引出的方向将被定义为向前方向，与向前方向相反的方向将被定义为向后方向，与向前方向和向后方向平行的方向将被定义为长度(L)方向，垂直于长度方向的方向将被定义为厚度(T)方向，与长度-厚度方向垂直的方向将被定义为宽度(W)方向。另外，阳极体111沿长度方向彼此相对的两个表面中的阳极丝120从该表面引出的一个表面将被定义为前表面，阳极体111的与前表面相对的另一个表面将被定义为后表面，阳极体111沿厚度方向彼此相对的两表面将被定义为上表面和下表面，阳极体111沿宽度方向彼此相对的两表面将被定义为侧表面。
阳极体111可以使用钽材料形成。阳极体111可以形成为由钽粉末制成的多孔烧结主体。例如，阳极体111可以通过下述步骤制造：以预定比率将钽粉末和粘合剂彼此混合并搅拌、挤压混合物以形成长方体状的主体，然后在高温下烧结该主体。
另外，阳极丝120可以由钽形成并且可以具有棒的形状，其中，阳极丝120的横截面为圆形或多边形。阳极丝可以具有圆形的横截面、正方形的横截面或者矩形的横截面。
阳极体111可以使阳极丝120沿长度方向的一部分被嵌在阳极体111中，从而阳极丝120的一部分可以沿向前方向暴露。
例如，在钽粉末和粘合剂的混合物被挤压以形成阳极体111之前，阳极丝120可以插入到钽粉末和粘合剂的混合物中，从而被部分地嵌在阳极体111的中部中。
例如，阳极体111可以通过下述步骤形成：将阳极丝120插入到与粘合剂混合的钽粉末中以形成具有期望尺寸的钽元件，随后在高真空气氛(10-5托或更低)的条件下以大约1000℃到大约2000℃烧结钽元件大约30分钟。
介电层112可以形成在阳极体111的表面上。介电层112可以通过氧化阳极体111的表面来形成。例如，介电层112可以通过由氧化钽(Ta2O5)制成的介电材料形成，并且可以以预定厚度形成在阳极体111的表面上。
固态电解质层113可以形成在介电层112的表面上，以在主体部110的表面上形成阴极。固态电解质层113可以包含导电聚合物和二氧化锰(MnO2)中的至少一种。
在固态电解质层113由导电聚合物形成的情况下，固态电解质层可以通过化学聚合方法或电解聚合方法形成在介电层112的表面上。对于导电聚合物材料，可以使用任何聚合物材料而不受限制，只要它具有导电性即可。导电聚合物材料的示例可以包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等。
在固态电解质层113由二氧化锰(MnO2)形成的情况下，导电二氧化锰(MnO2)可以通过下述步骤形成在介电层的表面上：将其表面上形成有介电层的阳极体在含锰水溶液(诸如硝酸锰)中进行沉积，然后使含锰水溶液热解。
为了减小表面接触电阻，可以在固态电解质层113上形成包含碳的碳层114。
碳层114可以由碳膏形成，并且可以通过将碳膏涂覆到固态电解质层113上来形成，在碳膏中，导电碳材料粉末(诸如天然石墨、炭黑等)以导电碳材料粉末与粘合剂、分散剂等混合的状态分散在水或有机溶剂中。
包含导电颗粒的阴极层115可以设置在碳层114上，以提高与阴极引线的电导性，其中，包含在阴极层115中的导电颗粒可以是银(Ag)颗粒。
根据本公开的示例性实施例，阴极层115的表面粗糙度可以为100nm到500nm。
表面粗糙度指的是在处理金属表面时产生在表面上的细小的不均匀程度。
表面粗糙度指的是表面粗糙的程度。在竖直地切割阴极层的表面并检查其横截面的情况下，阴极层的表面是弯曲的。这里，表面粗糙度可以被定义为曲线的最低点和曲线的最高点之间的高度差。
在阴极层115的表面粗糙度小于100nm的情况下，与形成在阴极层上的成型部140的粘合会被劣化，从而耐水可靠性和耐冲击可靠性会劣化。在阴极层的表面粗糙度大于500nm的情况下，用于形成成型部的树脂膏的流动性会降低，从而空隙会在树脂膏中形成。在空隙形成在用于形成成型部的树脂膏中的情况下，空隙会残留在生成的成型部中。在这种情况下，耐水可靠性和耐冲击可靠性会劣化。
图3是图2的Q部分的放大视图。Q部分是阴极层115的横截面的一部分。
根据本公开的示例性实施例，阴极层115可以包含球状导电颗粒52和薄片状导电颗粒51，并且还可以包含用于在导电颗粒之间起粘合作用的有机聚合物53。
阴极层可以通过将包含球状导电颗粒、薄片状导电颗粒和有机聚合物的导电膏涂覆到碳层然后干燥或者硬化涂覆的导电膏来形成。
如本公开的本示例性实施例，当阴极层既包含球状导电颗粒又包含薄片状导电颗粒时，用于形成阴极层的膏的流动性和阴极层的膜密度可以增加。
根据本公开的示例性实施例，球状导电颗粒的颗粒尺寸可以为0.1μm到0.5μm。在球状导电颗粒的颗粒尺寸小于0.1μm的情况下，等效串联电阻(ESR)会由于接触电阻的增大而增大，在球状导电颗粒的颗粒尺寸大于0.5μm的情况下，阴极层的膜密度会降低。
根据本公开的示例性实施例，薄片状导电颗粒的颗粒尺寸可以为3μm到10μm。在薄片状导电颗粒的颗粒尺寸小于3μm的情况下，等效串联电阻(ESR)会由于接触电阻的增大而增大，而在薄片状导电颗粒的颗粒尺寸大于10μm的情况下，用于形成阴极层的膏的流动性会劣化。
根据本公开的示例性实施例，包含在阴极层中的球状导电颗粒和薄片状导电颗粒之间的重量比可以为5:95到50:30(球状导电颗粒：薄片状导电颗粒)。
例如，球状导电颗粒和薄片状导电颗粒可以以5到50：30到90(球状导电颗粒：薄片状导电颗粒)的重量比被包含在阴极层中。
在以相对大的量包含球状导电颗粒从而超出该数值范围的情况下，等效串联电阻(ESR)会由于接触电阻的增大而增大，而在以相对小的量包含球状导电颗粒从而超出该数值范围的情况下，阴极层的膜密度会降低。
此外，在以相对大的量包含薄片状导电颗粒从而超出该数值范围的情况下，用于形成阴极层的膏的流动性会劣化，而在以相对小的量包含薄片状导电颗粒从而超出该数值范围的情况下，等效串联电阻(ESR)会由于接触电阻的增大而增大。
成型部140可以包围包括主体部110和阳极丝120的电容器部100。
为了使被成型部140包围的电容器部100电连接到外部，可以将引线部131和132设置为连接到电容器部，并且引线部可以包括阳极引线131和阴极引线132。阳极引线可以包括阳极连接体和阳极端子，阴极引线可以包括阴极连接体和阴极端子。
阳极连接体可以接触暴露到阳极体外部的阳极丝的一部分，从而与阳极丝电连接，阳极端子可以引出到成型部外部，以用作向其施加电压或与其它电子产品电连接的连接端子。阴极连接体可以电连接到阴极层，阴极端子可以引出到成型部外部，以用作向其施加电压或与其它电子产品电连接的连接端子。
阳极丝120和阳极连接体可以在阳极丝与阳极引线131的阳极连接体接触的状态下通过执行点焊或激光焊接或者涂覆导电粘合剂而彼此电连接。
阴极层115与阴极连接体可以通过由导电粘合剂形成的导电粘合层150彼此连接。导电粘合剂可以包含环氧基热固树脂和导电金属粉末。导电粘合层150可以通过将预定量的导电粘合剂施胶或点胶，从而使主体部110和阴极引线132的阴极连接体彼此附着。然后，在关闭的炉中或者在回流硬化条件下以150℃到170℃的温度执行硬化过程40分钟到60分钟，并且导电粘合层可以用于使主体部110在使树脂成型时不被移动。
在这种情况下，导电金属粉末可以是银(Ag)粉末，但不限于此。
阳极引线和阴极引线可以分别从成型部彼此相对的两端表面引出，从而朝着成型部的安装表面弯曲，如图2中所示。
成型部140可以通过将树脂膏成型为包围电容器部100而形成。
例如，成型部140可以通过对树脂(诸如环氧塑封料(EMC)等)进行转印模塑来形成。
成型部140可以用于保护固态电解电容器不受外部干扰。
在这种情况下，成型部140可以形成为使阳极引线的阳极端子和阴极引线的阴极端子被暴露。
例如，成型温度可以为大约170℃，并且用于EMC成型的温度以及其它条件可以根据EMC的成分和形式而适当地调节。
如果必要，在成型之后，可以在关闭的炉中或者在回流硬化条件下在大约160℃的温度下执行硬化过程30分钟到60分钟。
在这种情况下，可以执行成型工艺，以使阳极引线的阳极端子和阴极引线的阴极端子被暴露到外部。
根据本公开的示例性实施例，形成在阴极层上的成型部140的厚度D可以为10μm到50μm。
例如，形成在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度可以为10μm到50μm。
在形成在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度小于10μm的情况下，可能无法保证耐水可靠性和强度可靠性，而在形成在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度大于50μm的情况下，主体部占整个钽电容器的体积分数会减小，从而最终产品的电容会降低。
然而，对于如图2中所示的成型部的其上设置有阳极引线和阴极引线的表面以及成型部的阳极丝所引出的表面，形成在阴极层上的成型部的厚度可以因阳极引线和阴极引线的厚度或阳极丝引出部分的长度而与上述数值范围不同。
图4是图2的P部分的放大视图。P部分可以是成型部的横截面的一部分。
参照图4，成型部可以包含球状填料41、有角的填料42和环氧树脂43。
例如，成型部可以通过使用包含球状填料41、有角的填料42和环氧树脂43的EMC来对主体部进行成型而形成。
如本公开的本示例性实施例，在成型部既包含球状填料又包含有角的填料的情况下，用于形成成型部的EMC的流动性可以改善，并且成型部的耐水性能可以是优异的。
球状填料和有角的填料可以包含二氧化硅。
有角的填料可以具有通过破碎造成的无定型形状。
根据本公开的示例性实施例，包含在成型部中的球状填料41和有角的填料42的平均颗粒尺寸可以分别为3μm到20μm。
在球状填料和有角的填料的平均颗粒尺寸小于3μm的情况下，用于形成成型部的膏的流动性会劣化，而在平均颗粒尺寸大于20μm的情况下，填料的填充率会降低，从而耐水性能会劣化。
例如，在球状填料和有角的填料的平均颗粒尺寸大于20μm并且球状填料和有角的填料包含二氧化硅的情况下，二氧化硅的填充率会降低，从而耐水性能会劣化。
根据本公开的示例性实施例，球状填料和有角的填料之间的重量比可以为10:90到90:10(球状填料：有角的填料)。
例如，球状填料和有角的填料可以以10到90：90到10(球状填料：有角的填料)的重量比被包含在成型部中。
在球状填料和有角的填料的量过大或过小而超出上述的数值范围的情况下，填料的密度会减小，并且在球状填料和有角的填料包含二氧化硅的情况下，二氧化硅的密度会降低。
图5是示意性地示出了根据本公开另一示例性实施例的钽电容器200′的透视图，图6是沿图5的B-B′线截取的剖视图。参照图5，在本示例性实施例中，阳极引线131′和阴极引线132′可以与图1和图2中所示出的阳极引线和阴极引线不同。
根据本示例性实施例，阳极引线131′和阴极引线132 ′可以从成型部的同一表面引出。例如，阳极引线131 ′的阳极端子的一个表面可以暴露于成型部的安装表面，连接到阳极端子的阳极连接体可以垂直地弯曲到成型部内的阳极端子，从而被连接到阳极丝120。阳极连接体可以具有凹入部，从而与阳极丝连接。
阴极引线可以具有平板的形状，如图6中所示，并且阴极引线的一个表面可以暴露于成型部的安装表面，而阴极引线的与暴露的一个表面相对的另一表面可以设置在成型部内。虽然未示出，但是阴极引线可以具有用于设置主体部的凹入部。
由于除了阳极引线和阴极引线外，根据本示例性实施例的电容器的其它元件与在前一示例性实施例中描述的元件相同，因此将省略其描述。
此外，阳极引线和阴极引线可以具有各种形状。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，可以提供一种具有优异的耐水可靠性和耐冲击可靠性以及高电容效率的钽电容器。
虽然上面已经示出并描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员来讲将明显的是，在不脱离由权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行修改和变型。
Claims (10)
1.一种钽电容器，包括：
主体部，具有设置为主体部的最外层的阴极层；
阳极丝，嵌入在主体部中并且阳极丝的一部分从主体部的一个表面引出；以及
成型部，包围主体部和阳极丝，
其中，设置在阴极层的至少一个表面上的成型部的厚度为10μm到50μm。
2.如权利要求1所述的钽电容器，其中，阴极层的表面粗糙度为100nm到500nm。
3.如权利要求1所述的钽电容器，其中，阴极层包含球状导电颗粒和薄片状导电颗粒。
4.如权利要求3所述的钽电容器，其中，球状导电颗粒和薄片状导电颗粒以5:95到50:30的重量比被包含在阴极层中。
5.如权利要求3所述的钽电容器，其中，球状导电颗粒具有0.1μm到0.5μm的颗粒尺寸。
6.如权利要求3所述的钽电容器，其中，薄片状导电颗粒具有3μm到10μm的颗粒尺寸。
7.如权利要求1所述的钽电容器，其中，成型部包含球状填料和有角的填料。
8.如权利要求7所述的钽电容器，其中，球状填料和有角的填料以10:90到90:10的重量比被包含在成型部中。
9.如权利要求7所述的钽电容器，其中，球状填料和有角的填料具有3μm到20μm的平均颗粒尺寸。
10.一种钽电容器，包括：
主体部，具有设置为主体部的最外层的阴极层；
阳极丝，嵌入在主体部中并且阳极丝的一部分从主体部的一个表面引出；以及
成型部，包围主体部和阳极丝，
其中，阴极层具有100nm到500 nm的表面粗糙度。
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