CN106449102A - 用于低esr电解电容器的使用载线的多路引线 - Google Patents
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Abstract
固体电解电容器，包括电容器元件、第一阳极引线、第二阳极引线和载线。电容器元件包括烧结的多孔阳极体；覆盖在烧结的多孔阳极体上的介电层；和覆盖在介电层上并包括固体电解质的阴极。第一和第二阳极引线每个都具有设置在阳极体内的嵌入部分和在x方向从阳极体的表面纵向延伸出的外部部分，而载线设置在阳极体的外部。此外，载线的第一部分连接至第一阳极引线的外部部分和第二阳极引线的外部部分，而载线的第二部分在x方向远离阳极体的表面纵向地延伸。这种布置减小了电容器的ESR和漏电流。
Description
技术领域
本发明涉及电解电容器领域，尤其涉及用于低ESR电解电容器的使用载线的多路引线。
背景技术
固体电解电容器(例如，钽电容器)对电子电路的微型化做出了重要贡献，并已经使得这种电路能在极端环境中使用。典型的固体电解电容器的阳极包括多孔阳极体，带有延伸出阳极体的阳极引线并且连接至电容器的阳极端子。通过首先将钽粉末压制为压片，然后将其烧结以在单个粉末颗粒之间形成熔融连接，从而形成阳极。许多传统的固体电解电容器的问题是粒度较小的钽颗粒会减小阳极体和阳极引线之间的体积接触。事实上，很难在阳极引线和粉末颗粒之间找到许多接触点。当阳极体和阳极引线之间的接触面积减小时，阳极引线和阳极接触位置的电阻相应地增加。该增加的等效串联电阻(ESR)造成电容器的电性能降低。使用具有增大直径的阳极引线或使用多路阳极引线可以用来降低ESR。然而，由于增大了阳极引线的直径，阳极引线的内阻也增加了，内阻的这种增加会抵消ESR的任何改善(降低)，这被视为增加阳极体和阳极引线之间的接触点的结果。此外，增加阳极引线的直径增加了将阳极引线电阻焊接或激光焊接至引线框的阳极端子部分所需的能量。
因此，目前需要改进的固体电解电容器，所述改进的固体电解电容器平衡了在阳极体和两个或多个阳极引线之间增加接触点所获得的优点，而没有随着引线直径的增加而增加阳极引线电阻的不利影响，从而通过获得超低的ESR水平，大幅提高电容器的电性能。当可以获得这种平衡时，还需要最大限度地减少将阳极引线电连接至阳极端子所需的能量。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种固体电解电容器，包括电容器元件、第一阳极引线、第二阳极引线和载线。电容器元件包括烧结的多孔阳极体；覆盖在烧结的多孔阳极体上的介电层；和覆盖在介电层上并包括固体电解质的阴极。此外，第一阳极引线具有设置在烧结的多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分。同样地，第二阳极引线具有设置在烧结的多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分。同时，载线设置在烧结的多孔阳极体的外部。载线的第一部分连接至第一阳极引线的外部部分和第二阳极引线的外部部分，载线的第二部分在x方向远离烧结的多孔阳极体的表面纵向地延伸。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于形成固体电解电容器的方法。所述方法包括将第一阳极引线和第二阳极引线设置在由阀金属组合物形成的粉末中，其中第一阳极引线包括位于多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分，并且其中第二阳极引线包括位于多孔阳极体内的嵌入部分和在纵向从多孔阳极体的表面延伸的外部部分；压紧第一阳极引线的嵌入部分和第二阳极引线的嵌入部分周围的粉末；烧结压紧的粉末以形成烧结的多孔阳极体；以及将载线设置在烧结的多孔阳极体的外部，其中载线包括第一部分和第二部分。所述方法还包括将载线的第一部分连接至第一阳极引线和第二阳极引线；以及将载线的第二部分连接至阳极端子，以在载线的第二部分和阳极端子之间形成电连接，此外，其中载线的第二部分在x方向远离烧结的多孔阳极体的表面纵向地延伸。
本发明的其它特征和方面将在下面进行更详细地阐述。
附图说明
在说明书的剩余部分，包括参考的附图，更具体地阐述了包括了对于本领域技术人员来说是本发明的最佳方式的全部和可实施公开，其中：
图1是本发明的电解电容器的一个实施例的顶视图；
图2是本发明的电解电容器的另一个实施例的顶视图；
图3是本发明的电解电容器的另外的实施例的顶视图；
图4是本发明的电解电容器的又一个实施例的顶视图；
图5是本发明的电解电容器的再一个实施例的顶视图；
图6是本发明的电解电容器的再多一个实施例的顶视图；
图7是本发明的电解电容器的进一步的实施例的顶视图；
图8是本发明的电解电容器的另一个实施例的顶视图；
图9是本发明的电解电容器的另外的实施例的顶视图；
图10是本发明的电解电容器的又一个实施例的顶视图；
图11是本发明的电解电容器的再一个实施例的顶视图；
图12是本发明的电解电容器的再多一个实施例的顶视图；
图13是本发明的电解电容器的另一个实施例的顶视图；
图14是本发明的电解电容器的另外的实施例的顶视图；
图15是本发明的电解电容器的又一个实施例的顶视图；
图16是本发明的电解电容器的一个实施例的透视图；
图17是本发明的电解电容器的另一个实施例的透视图；以及
图18是本发明的电解电容器的一个实施例的顶部透视图。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记用来表示本发明相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将理解的是本讨论仅仅是示例性实施例的描述，而非旨在限制本发明的广泛方面。
一般而言，本发明涉及一种包括电容器元件的固体电解电容器，所述电容器元件包括烧结的多孔阳极体，覆盖在烧结的多孔阳极体上的介电层和覆盖在介电层上并包括固体电解质的阴极。电容器还包括第一阳极引线和第二阳极引线。第一阳极引线和第二阳极引线每个都具有设置于多孔阳极体内的嵌入部分和在纵向从多孔阳极体的表面延伸的外部部分。电容器还包括设置在烧结的多孔阳极体外部的载线，其中载线的第一部分连接至第一阳极引线的外部部分和第二阳极引线的外部部分，其中载线的第二部分在x方向远离烧结的多孔阳极体的表面纵向地延伸。发明人发现当与单个阳极引线嵌入在阳极体内相比时，由于阳极引线材料和阳极体之间增加的接触点，使用嵌入在阳极体内的两个或多个阳极引线可以减小生成的电容器的ESR。此外，载线的特殊布置可以进一步减小生成的电容器的ESR，其中载线的第一部分设置在第一和第二阳极引线的外部部分之间并且连接至第一和第二阳极引线的外部部分。此外，通过限制来自第一阳极引线和第二阳极引线的总内电阻，使用载线可以进一步减小ESR，其中载线的第二部分的直径小于第一阳极引线的直径和第二阳极引线的直径。此外，载线有助于减小将阳极体电连接至阳极端子所需的能量。
此外，第一阳极引线和第二阳极引线的嵌入部分的特殊布置可以减小生成的电容器的漏电流(DCL)。例如，在一个具体的实施例中，第一阳极引线的嵌入部分的一部分，第二阳极引线的嵌入部分的一部分或两者可以是压平的或缩紧的，这可以减小生成的电容器的DCL。此外，在例如阳极氧化和阴极形成的化学工艺过程中，使用直径比第一阳极引线和第二阳极的直径更小的载线来承载阳极可以减少材料的成本，因为载线的一部分最后可从所述电容器本身剪裁掉，并且不需要作为最终的电容器产品的部件。
现在将更详细地描述本发明的各个实施例。
I.电容器元件
本发明的电容器元件包括阳极、介电层、阴极以及可选的附加层，它们中的每一个都将在下面进行更详细地描述。
A.阳极
本发明电容器的多孔阳极体通常可由阀金属组合物形成，其中阀金属组合物具有高的荷质比，例如约2,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，约5,000μF*V/g或更高，在一些实施例中，约10,000μF*V/g或更高。例如，这种粉末可具有约10,000至约600,000μF*V/g的荷质比，在一些实施例中约40,000至约500,000μF*V/g，在一些实施例中约70,000至约400,000μF*V/g，在一些实施例中约100,000至约350,000μF*V/g，并且在一些实施例中约150,000至约300,000μF*V/g。如本领域已知的，荷质比可通过将电容与所采用的阳极氧化电压相乘，然后用这个乘积除以阳极氧化电极体的重量来确定。
阀金属组合物包含阀金属(即，能够被氧化的金属)或基于阀金属的化合物，例如钽、铌、铝、铪、钛，以及它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可包含铌的导电氧化物，例如氧化铌，其中铌与氧的原子比为1:1.0±1.0，在一些实施例中为1:1.0±0.3，在一些实施例中为1:1.0±0.1，并且在一些实施例中为1:1.0±0.05。例如，氧化铌可为NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。在优选的实施例中，组合物包含NbO1.0，其是一种即使在高温烧结之后仍可保持化学稳定性的导电氧化铌。这种阀金属氧化物的实例在Fife的第6,322,912号美国专利中、Fife等人的第6,391,275号美国专利中、Fife等人的第6,416,730号美国专利中、Fife的第6,527,937号美国专利中、Kimmel等人的第6,576,099号美国专利中、Fife等人的第6,592,740号美国专利中、Kimmel等人的第6,639,787号美国专利中、Kimmel等人的第7,220,397号美国专利中以及Schnitter的第2005/0019581号美国专利申请公开中、Schnitter等人的第2005/0103638号美国专利申请公开中、Thomas等人的第2005/0013765号美国专利申请公开中均有描述，对于所有目的所有这些都通过引用全部并入本申请中。
为了形成阳极，通常使用阀金属组合物的粉末。粉末可包含例如球状的、有角的、片状的等任何各种形状的颗粒及其混合物。尤其合适的粉末为可从Cabot公司购买的钽粉末。(例如，C255薄片状粉末、TU4D薄片状/球状粉末等)和可从H.C.Starck购买的钽粉末(例如，NH175球状粉末)。虽然不是必需的，粉末可以使用本领域中已知的任何技术，例如通过热处理来团聚。在将粉末形成阳极形状之前，可选地也可以将其与粘合剂和/或润滑剂混合，以确保当颗粒被压制形成阳极体时，颗粒能充分地彼此粘附在一起。然后使用任何传统的粉末压紧装置将生成的粉末压紧以形成压片。例如，可以使用包含单模具和一个或多个模冲的单站式压实压力机的压模。或者，可以使用砧座型压模，所述砧座型压模仅采用模具和单个下模冲。单站压模的几个基本类型是可用的，例如具有不同功能的凸轮压力机、肘杆压力机/肘板压力机和偏心/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模、可移动板、对置柱塞、螺旋、冲击、热压、压印或精整压力机。
无论其具体组成如何，例如，参照图1，正如将在下面更详细地讨论的，围绕至少第一阳极引线59的嵌入部分60和第二阳极引线62的嵌入部分63的周围压紧粉末，以使第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64从压紧的多孔阳极体3延伸出来。然而，应当理解，可以围绕多于两根阳极引线的压紧粉末，例如3根阳极引线、4根阳极引线、5根阳极引线或更多。在一个具体的实施例中，可以使用包括模具的压模，所述模具具有两个或多个部分(例如，上部和下部部分)。在使用过程中，模具的各部分可彼此相邻放置，以使它们的壁基本上对齐以形成具有阳极所需形状的模腔。在将一定量的粉末装填至模腔之前、期间和/或之后，第一阳极引线59的嵌入部分60和第二阳极引线62的嵌入部分63可嵌入在所述模腔中。模具可以限定单个或多个狭槽，所述狭槽能够插入阳极引线。在用粉末填充模具并将第一阳极引线和第二阳极引线嵌入模具中之后，可将模腔封闭并且经受冲头的压缩力。通常，在一个方向上施加压缩力，即与第一阳极引线的长度方向(其在纵向轴的方向延伸(即，图1-18中的Z轴))大体平行或大体垂直的方向。这迫使颗粒与第一阳极引线和第二阳极引线紧密接触，以产生坚固的引线-粉末结合。
在冲压之后，通过将压片在真空环境下以一定温度(例如，约150℃至约500℃)加热几分钟可去除任何粘合剂/滑润剂。或者，还可通过将压片与水溶液接触来去除粘合剂/滑润剂，例如在Bishop等人的第6,197,252号美国专利中所描述的，对于所有目的其通过引用全部并入本文。此后，将多孔阳极体烧结以形成多孔的整块。通常以约1200℃至约2000℃的温度，在一些实施例中为约1300℃至约1900℃的温度，在一些实施例中为约1500℃至约1800℃的温度，烧结压片约5分钟至约100分钟的时间，在一些实施例中，烧结压片约30分钟至约60分钟的时间。如果需要，烧结在限制氧原子转移至阳极的气氛中中进行。例如，烧结可在还原性气氛中进行，例如在真空、惰性气体、氢气等气氛中。还原性气氛的压力可为约10托至约2000托，在一些实施例中可为约100托至约1000托，并且在一些实施例中可为约100托至约930托。也可使用氢气和其它气体(例如，氩气或氮气)的混合物。
在图1-18中示出的具体的实施例中，烧结的多孔阳极体33的形状为正方形或矩形压片。然而，除了具有正方形或矩形的形状之外，阳极可为立方体、圆柱形、圆形或任何其它几何形状。阳极也可以是“有凹槽的”，因为其可包含一个或多个凹沟、凹槽、凹陷或缺口，以增大面积与体积比来最小化ESR和延长电容器的频率响应。在Webber等人的第6,191,936号美国专利中、Maeda等人的第5,949,639号美国专利中、Bourgault等人的第3,345,545号美国专利中以及Hahn等人的第2005/0270725号美国专利申请公开中都描述了这种“有凹槽的”阳极，对于所有目的所有这些都通过引用全部并入本申请中。
参考图1-18，如下面更详细地讨论的，本公开的各种电容器可包括多孔阳极体33与至少一根载线65，所述多孔阳极体33至少包括如上讨论的第一阳极引线59和第二阳极引线62。如图16-17所示，多孔阳极体33(以及由其形成的电容器元件)可具有前表面74、后表面75、上表面76、下表面77、第一侧表面78和第二侧表面79。参考图1和图16-17，多孔阳极体33还可以具有宽度W5、长度L1和高度H1，宽度W5(例如)可以是指沿着x方向的前表面74的宽度，长度L1(例如)可以是指在z方向的第一侧表面78或第二侧表面79的长度，高度H1(例如)可以是指沿着y方向的前表面36的高度或厚度。多孔阳极体33的前表面74的宽度W5可为约0.5毫米至约6毫米，例如为约0.75毫米至约5毫米，例如为约1毫米至约4毫米。此外，第一侧表面78或第二侧表面79在z方向的长度L1可为约0.25毫米至约5毫米，例如为约0.5毫米至约4毫米，例如为约0.75毫米至约3毫米。此外，多孔阳极体33的前表面74在y方向的高度H1可为约0.2毫米至约4毫米，例如为约0.4毫米至约3毫米，例如为约0.6毫米至约2毫米。
B.电介质
尽管未示出，应当理解，电介质覆盖在多孔阳极体上或涂敷在多孔阳极体上。电介质可通过阳极上氧化(“阳极氧化”)烧结的阳极来形成，因此介电层在阳极体之上和/或之内形成。例如，钽(Ta)阳极体可阳极氧化为五氧化二钽(Ta2O5)。通常，通过初始时向阳极体涂覆溶液来进行阳极氧化，例如通过将阳极体浸入至电解质中。通常使用溶剂，例如水(例如去离子水)。为了提高离子导电性，可使用能够在溶剂中离解以形成离子的化合物。这种化合物的实例包括(例如)酸，例如下面关于电解质的描述。例如，酸(例如，磷酸)占阳极氧化溶液的约0.01wt.％至约5wt.％，在一些实施例中为约0.05wt.％至约0.8wt.％，并且在一些实施例中为约0.1wt.％至约0.5wt.％。如果需要，也可以使用酸的混合物。
电流流经阳极氧化溶液以形成介电层。形成电压的值控制介电层的厚度。例如，可将电源最初设置在恒电流模式，直至达到所需的电压。此后，可将电源切换至恒电位模式，以确保在阳极体的整个表面上形成期望的介电层厚度。当然，也可使用其它已知方法，例如脉冲电位法或阶跃恒电位法。发生阳极氧化的电压的范围通常为约4至约250V，在一些实施例中为约9至约200V，并且在一些实施例中为约20至约150V。在氧化期间，阳极氧化溶液可以保持在升高的温度，诸如约30℃或更高，在一些实施例中为约40℃至约200℃，并且在一些实施例中为约50℃至约100℃。阳极氧化还可在环境温度或低于环境温度时进行。生成的介电层可在阳极体的表面上或其孔隙内形成。
C.固体电解质
电容器元件还包含充当电容器阴极的固体电解质。例如，可通过硝酸锰(Mn(NO3)2)的热解形成二氧化锰固体电解质。这种技术例如在Sturmer等人的第4,945,452号美国专利中有所描述，对于所有目的其通过引用全部并入本申请中。
或者，固体电解质可由一种或多种导电聚合物层形成。在此使用的导电聚合物可为π共轭的，并且在氧化或还原后具有导电性，例如在氧化之后具有至少约1μS cm-1的电导率。这种π共轭的导电聚合物的实例包括例如聚杂环类(例如，聚吡咯类、聚噻吩类、聚苯胺类等)、聚乙炔类、聚对亚苯基类、聚苯酚盐类(polyphenolates)等。尤其适用的导电聚合物是具有下述结构通式的取代聚噻吩类：
其中，
T为O或S；
D为任选取代的C1至C5烯烃基(例如，甲烯基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等)；
R7为线性的或支链的任选取代的C1至C18烷基(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)；任选取代的C5至C12环烷基(例如，环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等)；任选取代的C6至C14芳基(例如苯基、萘基等)；任选取代的C7至C18芳烷基(例如，苄基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、2,3-二甲苯基、2,4-二甲苯基、2,5-二甲苯基、2,6二甲苯基、3,4-二甲苯基、3,5-二甲苯基、三甲苯基等)；任选取代的C1至C4羟烷基或羟基；以及
q为0至8的整数，在一些实施例中为0至2的整数，并且在一个实施例中为0；且
n为2至5,000，在一些实施例中为4至2,000，并且在一些实施例中为5至1,000。用于基团“D”或“R7”的取代基的实例包括，例如烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤素、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。
特别合适的噻吩聚合物是其中“D”为任选取代的C2至C3烯烃基的那些。例如，聚合物可为具有下述结构通式的任选取代的聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)：
用于形成例如上述的导电聚合物的方法在本领域是公知的。例如，Merker等人的第6,987,663号美国专利描述了用于由单体前体形成取代的聚噻吩的各种工艺，对于所有目的其通过引用全部并入本申请中。例如，单体前体可具有以下结构：
其中，
T、D、R7和q的定义如上文所述。特别合适的噻吩单体是其中“D”为任选取代的C2至C3烯烃基的那些。例如，可使用具有下面结构通式的任选取代的3,4-烯烃基二氧噻吩类：
其中，R7和q如在上面定义的。在一个具体的实施例中，“q”为0。3,4-乙烯基二氧噻吩的一种商业适用的实例是从Heraeus Clevios购买的名称为CleviosTM M的化合物。在Blohm等人的第5,111,327号美国专利和Groenendaal等人的第6,635,729号美国专利中还描述了其它合适的单体，对于所有目的所有这些都通过引用全部并入本申请中。也可以采用这些单体的衍生物，例如，上述单体的二聚物或三聚物。单体的高级分子衍生物(即，四聚物、五聚物等)也适用于本发明。所述衍生物可由相同或不同的单体单元组成，并且以纯物质形式使用以及以与另一种衍生物和/或与单体的混合物的形式使用。还可使用这些前体的氧化形式或还原形式。
噻吩单体可在氧化催化剂的存在下进行化学聚合。氧化催化剂通常包括过渡金属阳离子，例如铁(III)、铜(II)、铬(VI)、铈(IV)、锰(IV)、锰(VII)或者钌(III)阳离子等。也可以使用掺杂剂，以为导电聚合物提供过量的电荷并且稳定聚合物的导电性。掺杂剂通常包括无机或有机阴离子，例如磺酸离子。在某些实施例中，在前体溶液中使用的氧化催化剂具有催化功能和掺杂功能，这是因为其包括阳离子(例如，过渡金属)和阴离子(例如磺酸)。例如，氧化催化剂可以是包括铁(III)阳离子的过渡金属盐，例如卤化铁(III)(例如，FeCl3)，或其它无机酸的铁(III)盐，例如Fe(ClO4)3或Fe2(SO4)3以及有机酸的铁(III)盐和含有有机基团的无机酸的铁(III)盐。具有有机基团的无机酸的铁(III)盐的实例包括例如C1至C20烷醇的硫酸单酯的铁(III)盐(例如，月桂基硫酸铁(III)盐)。同样地，有机酸的铁(III)盐的实例包括例如C1至C20链烷基磺酸(例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷磺酸)的铁(III)盐；脂肪族全氟磺酸(例如，三氟甲磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)的铁(III)盐；脂肪族C1至C20羧酸(例如，2-乙基己基羧酸)的铁(III)盐；脂肪族全氟羧酸(例如，三氟乙酸或全氟辛烷磺酸)的铁(III)盐；可任选由C1至C20烷基取代的芳香族磺酸(例如，苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)的铁(III)盐；环烷烃磺酸(例如，樟脑磺酸)的铁(III)盐等。也可使用上述这些铁(III)盐的混合物。对甲苯磺酸铁(III)、邻甲苯磺酸铁(III)及其混合物是特别合适的。一个商业适用的对甲苯磺酸铁(III)的实例是从Heraeus Clevios购买的名称为CleviosTM C的化合物。
可以使用各种方法来形成导电聚合物层。在一个实施例中，相继地或同时施加氧化催化剂和单体，使得在阳极部件原位发生聚合反应。可使用包括丝网印刷、浸渍、电泳涂覆和喷涂的合适的涂覆技术来形成导电聚合物涂层。作为实例，可将单体最初与氧化催化剂混合以形成前体溶液。一旦形成混合物，就可将它涂覆至阳极部件上，然后使其聚合，以便在表面上形成导电涂层。或者，可相继地施加氧化催化剂和单体。例如，在一个实施例中，将氧化催化剂溶解在有机溶剂(例如，丁醇)中，然后用作浸渍溶液。然后干燥阳极部件以去除其上的溶剂。此后，可将该阳极部件浸入至含有单体的溶液中。
通常可在约-10℃至约250℃的温度下进行聚合，在一些实施例中，为约0℃至约200℃，这取决于所使用的氧化剂和所需的反应时间。例如，如上所述，在Biler的第7,515,396号美国专利中更详细地描述了合适的聚合技术。在Sakata等人的第5,457,862号美国专利中、Sakata等人的第5,473,503号中美国专利中、Sakata等人的第5,729,428号美国专利中以及Kudoh等人的第5,812,367号美国专利中描述了用于涂覆这样的导电涂层的其他方法，对于所有目的所有这些都通过引用全部并入本申请中。
除了原位涂覆之外，也可以以导电聚合物颗粒分散体的形式涂覆导电聚合物层。尽管颗粒尺寸可能变化，通常期望颗粒具有小直径，以增加附着于阳极部件形成的表面积。例如，颗粒可具有约1纳米至约500纳米的平均直径，在一些实施例中，为约5纳米至约400纳米，并且在一些实施例中，为约10纳米至约300纳米。颗粒的D90值(直径小于或等于D90值的颗粒占所有固体颗粒的总体积的90％)可为约15微米或更小，在一些实施例中为约10微米或更小，并且在一些实施例中，为约1纳米至约8微米。可使用已知的技术，例如通过超速离心、激光衍射等来测定颗粒的直径。
将导电聚合物形成为颗粒形式可通过使用单独的反离子来抵消由取代聚噻吩所携带的正电荷来增强。在一些情况下，聚合物的结构单元可具有正电荷和负电荷，其中正电荷位于主链上，负电荷任选地在诸如磺酸盐或羧酸盐基团的基团“R”的取代基上。可使用基团“R”上任选存在的阴离子基团使主链的正电荷部分或完全饱和。整体来看，在这种情况下，聚噻吩类可以是阳离子、中性或甚至阴离子。然而，它们都被视为阳离子聚噻吩类，因为聚噻吩主链具有正电荷。
反离子可以是单体或聚合阴离子。聚合阴离子可为(例如)聚合羧酸(例如，聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸等)的阴离子；聚合磺酸(例如，聚苯乙烯磺酸(“PSS”)、聚乙烯基磺酸等)的阴离子；等等。酸也可为共聚物，例如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与诸如丙烯酸酯和苯乙烯的其它可聚合单体的共聚物。同样地，合适的单体阴离子包括，例如，C1至C20链烷磺酸(例如，十二烷磺酸)的阴离子；脂肪族全氟磺酸(例如，三氟甲磺酸，全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)的阴离子；脂肪族C1至C20的羧酸(例如，2-乙基己基羧酸)的阴离子；脂肪族全氟羧酸(例如，三氟乙酸或全氟辛酸)的阴离子；可由C1至C20烷基任选取代的芳香族磺酸(例如，苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)的阴离子；环烷烃磺酸(例如，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)的阴离子等。特别合适的反阴离子是聚合阴离子，例如聚合羧酸或磺酸(例如，聚苯乙烯磺酸(“PSS”))阴离子。这种聚合阴离子的分子量通常为约1,000至约2,000,000，在一些实施例中，为约2,000至约500,000。
当使用时，在给定层中这种反离子与取代聚噻吩类的重量比通常为约0.5:1至约50:1，在一些实施例中为约1:1至约30:1，并且在一些实施例中为约2:1至约20:1。以上引用的重量比所提及的取代聚噻吩的重量是指假设在聚合期间发生完全转化，所使用的单体的部分的重量。
所述分散体也可含有一种或多种粘合剂以进一步增强聚合物层的粘附性，也提高了颗粒在分散体中的稳定性。粘合剂的性质可以是有机的，例如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丁酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酰胺、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、醋酸乙烯酯/丙烯酸酯和乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、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。也可使用交联剂，以提高粘合剂的粘附能力。这样的交联剂可包括例如，三聚氰胺化合物、掩蔽的异氰酸酯或功能性硅烷，如3-缩水甘油醚基丙基三烷氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷水解物或交联聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃。如本领域中已知的，其它成分也可包括在分散体中，例如分散剂(例如，水)、表面活性物质等。
如果需要，可以重复一次或多次上述涂覆步骤，直至达到涂层的所需厚度。在一些实施例中，每次只形成相对薄的涂层。涂层的总目标厚度通常可取决于所需的电容器性能。通常，生成的导电聚合物涂层的厚度为约0.2微米至约50微米，在一些实施例中为约0.5微米至约20微米，并且在一些实施例中，为约1微米至约5微米。应当理解，涂层的厚度在阳极部件的所有位置不一定相同。然而，衬底上涂层的平均厚度通常在上述范围内。
可任选地修复(healed)导电聚合物层。在导电聚合物层的每次涂覆之后，可进行修复(healing)，或在整个涂层的涂覆之后，可进行修复(healing)。在一些实施例中，导电聚合物可通过将部件浸入电解质溶液中，此后向溶液施加恒定电压直至电流减小至预定水平进行修复(healed)。如果需要，可以在多个步骤中完成这样的修复(healing)。例如，电解质溶液可以是单体、催化剂和掺杂剂在醇溶剂(例如，乙醇)中的稀溶液。如果需要，也可以洗涤涂层，以去除各种副产物，过量试剂等。
D.附加层
虽然不需要，也可将外部聚合物涂层涂覆至阳极体并且覆盖在固体电解质上。外部聚合物涂层通常包含由预聚合导电性颗粒的分散体形成的一个或多个层，例如上面更详细描述的。外部涂层能够进一步渗透至电容器主体的边缘区域，以增加电介质的粘附力并且得到机械上更坚固的部件，这可减少等效串联电阻和漏电流。由于通常旨在提高边缘覆盖度，而不是浸渍阳极体内部的程度，在外部涂层中使用的颗粒通常具有比在固体电解质的任何可选分散体中使用的那些颗粒更大的尺寸。例如，在外部聚合物涂层中使用的颗粒的平均尺寸与在固体电解质的任何分散体中使用的颗粒的平均尺寸的比通常为约1.5至约30，在一些实施例中为约2至约20，并且在一些实施例中为约5至约15。例如，外部涂层的分散体中所使用的颗粒可具有约50纳米至约500纳米的平均尺寸，在一些实施例中，为约80纳米至约250纳米，并且在一些实施例中，为约100纳米至约200纳米。
如果需要，在外部聚合物涂层中也可使用交联剂，以提高与固体电解质的粘附程度。通常，在涂覆外部涂层中所用的分散体之前，涂覆交联剂。例如，在Merker等人的第2007/0064376号美国专利公开中描述了合适的交联剂，合适的交联试剂包括例如胺类(例如二胺类、三胺类、低聚胺类和聚胺类等)；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。特别合适的实例包括，例如，1,4-二氨基环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、乙二胺、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-丁二胺等及其混合物。
交联剂通常可以从在25℃测定时pH为1至10的溶液或分散体中进行涂覆，在一些实施例中pH为2至7，在一些实施例中pH为3至6。可以使用酸性化合物来帮助达到期望的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，例如醇类、酮类、羧酸酯类等。可通过任何已知方法将交联剂涂覆至电容器主体，例如旋转涂布、浸渍、浇铸、滴涂、喷涂、气相沉积、溅射、升华、刮涂、涂装或印刷(例如喷墨印刷、丝网印刷或移印)。一旦涂覆，就可在聚合物分散体的涂覆之前，干燥交联剂。然后，重复这一工艺直至达到期望的厚度。例如，整个外部聚合物涂层的总厚度范围可为约1微米至约50微米，在一些实施例中为约2微米至约40微米，并且在一些实施例中为约5微米至约20微米，其中整个外部聚合物涂层包括所述交联剂层和分散体层。
如果需要，电容器也可包含其它层。例如，可任选地在电介质和固体电解质之间形成保护涂层，例如由相对绝缘的树脂材料(天然的或合成的)制成的保护涂层。这种材料可具有大于约10Ω·cm的电阻率，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，并且在一些实施例中大于约1×1010Ω·cm的电阻率。可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(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、桐油酸酯、油酸酯、亚油酸酯、亚麻酸酯、油桐酸酯、虫胶酸酯等。当以相对复杂的组合来形成“干性油”时，发现这些脂肪酸酯特别有用，所述“干性油”使得生成的膜快速聚合成稳定的层。这种干性油可包括单、二和/或三甘油酯，其具有分别带有一、二和三个被酯化的脂肪酰基残基的甘油主链。例如，一些可使用的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。在Fife等人的第6,674,635号美国专利中更详细地描述了这些和其它保护涂层材料，对于所有目的其通过引用全部并入本申请中。
如果需要，也可分别使用碳层(例如，石墨)和银层涂覆所述部件。例如，银涂层可用作电容器的可焊性导体、接触层和/或电荷收集器，并且碳涂层可限制银涂层与固体电解质的接触。这种涂层可覆盖一些或所有固体电解质。
II.阳极引线组件
如以上所讨论的，本发明的电解电容器可包括阳极组件，阳极组件可至少包括第一阳极引线、第二阳极引线和载线，然而应当理解，可使用任何合适数量的阳极引线和载线。第一阳极引线、第二阳极引线和任何附加的阳极引线可具有嵌入在多孔阳极体内的嵌入部分和在纵向从其表面延伸的外部部分。此外，至少一个载线没有嵌入在多孔阳极体内，并且可具有连接至第一阳极引线、第二阳极引线和任何附加引线的外部部分的第一部分，同时载线的第二部分在x方向远离烧结的多孔阳极体的表面纵向地延伸。第一阳极引线、第二阳极引线、任何附加阳极引线、载线和任何附加载线都可由任何导电材料构成，例如钽、铌、镍、铝、铪、钛、不锈钢等及其合金、氧化物和/或氮化物。在一个实施例中，阳极引线和载线可为钽。在另一个实施例中，第一阳极引线和第二阳极引线可为钽，而载线可为不锈钢、镍或其合金、铜或其合金、黄铜、锡黄铜、镍银、青铜、磷青铜、铜镍合金、弹壳黄铜以及任何有助于减少阳极引线组件的成本的衍生物。在一个具体的实施例中，载线可由镍铁合金形成。
此外，第一和第二阳极引线可具有任何期望的截面形状，例如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、梯形的、标准椭圆形、轨道椭圆形等或其组合。在一些实施例中，第一阳极引线和第二阳极引线可为圆形，其中第一阳极引线和第二阳极引线(和任何其它附加阳极引线)在x方向可分别具有宽度或直径W1和W2(或在z方向的高度，未示出)，W1和W2范围为约200微米至约800微米，例如为约300微米至约700微米，例如为约400微米至约600微米。此外，第一阳极引线和第二阳极引线的嵌入部分在x方向可由间隙或宽度W3间隔开，其中间隙W3可为约25微米至约400微米，例如为约50微米至约300微米，例如为约100微米至约250微米(参见图1-5)。
在其它实施例中，虽然大多数的第一阳极引线、第二阳极引线和载线可为圆形并且具有上述尺寸的长度，第一阳极引线的嵌入部分的一部分和/或第二阳极引线的嵌入部分的一部分(例如，第一阳极引线和第二阳极引线的端部)可为椭圆形或矩形形状，由于利用例如卷曲装置或挤压装置，压平、卷曲、压缩或者其它方式改变第一阳极引线的嵌入部分和/或第二阳极引线的嵌入部分的形状，使得压平、卷曲、压缩等的部分在x方向具有大于第一阳极引线的嵌入部分的剩余部分和第二阳极引线的嵌入部分的剩余部分的厚度或直径。这种压平、卷曲、压缩等可减小最终电容器的DCL。此外，尽管不需要，这种压平、卷曲、压缩等的可实施到这样的程度，使得被压平、卷曲、压缩等的第一阳极引线的嵌入部分和第二阳极引线的嵌入部分的部分彼此接触，这样在压平、卷曲和压缩等的部分之间没有间隙(参见图11-17)。在其他实施例中，在第一阳极引线的嵌入部分和第二阳极引线的嵌入部分的这种压平、卷曲、压缩等的部分之间存在间隙，其中可减小间隙或宽度W3，使得其为约0.5微米至约200微米，例如为约1微米至约150微米，例如为约5微米至约125微米(参见图6-10)。
此外，由于采用压平、卷曲、压缩或者其他方式改变第一阳极引线的外部部分和/或第二阳极引线的外部部分的形状，以将第一阳极引线和第二阳极引线连接至载线，第一阳极引线的外部部分的一部分和/或第二阳极引线的外部部分的一部分可为椭圆形或矩形形状；由于当通过电阻焊接、激光焊接或任何其它合适的方法将载线连接至第一阳极引线的外部部分和第二阳极引线的外部部分时，由于采用压平、卷曲、压缩或者其他方式改变载线的形状，载线的一部分也可为椭圆形或矩形形状。
此外，一个或多个载线可为圆形并且在x方向上具有宽度或直径W4(或在z方向上的高度，未示出)，其范围为约50微米至约300微米，例如为约75微米至约250微米，例如为约100微米至约200微米。通常，为了减小生成的电容器的ESR，第一或第二阳极引线的宽度/直径与载线的宽度/直径的比可为约1.1至约5，例如为约1.25至约4，例如为约1.5至约3。此外，由于通过电阻焊接、激光焊接或任何其它合适的方法形成阳极引线和载线之间的连接，可将载线的第一部分的至少一部分(例如，连接至第一阳极引线、第二阳极引线和任何附加阳极引线的外部部分的部分)通过压平、卷曲、压缩或其他方式改变。
采用上述阳极引线/载线的结构的结果是，由于第一阳极引线、第二阳极引线和任何附加阳极引线的较大的宽度/直径，第一阳极引线、第二阳极引线和任何附加阳极引线的嵌入部分与阳极体的颗粒之间的结合得到改进，由此得到较低的ESR。同时，因为载线或多条载线具有比阳极引线的嵌入部分更小的宽度/直径，这显著地降低了将阳极体电连接至阳极端子所需的能量。因此，较大直径的阳极引线和较小直径的载线或多条载线的结合可协同减小生成的电容器的ESR和DCL。此外，虽然第一阳极引线和第二阳极引线的外部部分可具有与第一阳极引线和第二阳极引线的嵌入部分相同或更大的宽度/直径，外部部分仅可从阳极体的表面延伸一小段距离，以将第一阳极引线和第二阳极引线的外部部分的长度最小化，这继而可最小化ESR。例如，第一阳极引线和第二阳极引线的外部部分在z方向可具有长度L2，其范围为约50微米至约1250微米，例如约100微米至约1000微米，例如约250微米至约750微米。另一方面，可用于形成与阳极端子的电连接的载线或多条载线可具有比阳极引线更小的直径，这可减小载线或多条载线的内阻，以最小化从多孔阳极体延伸出/延伸至多孔阳极体外部的阳极引线组件的ESR。
本发明所设想的电容器的各种实施例将在下面作详细地讨论。图1-5示出了利用第一阳极引线、第二阳极引线和载线的电容器，或利用第一阳极引线、第二阳极引线、第三阳极引线、第一载线和第二载线的电容器，其中阳极引线的嵌入部分具有相同的直径，因此在阳极引线的嵌入部分之间存在间隙。同时，图6-10示出了利用第一阳极引线、第二阳极引线和载线的电容器，或利用第一阳极引线、第二阳极引线、第三阳极引线、第一载线和第二载线的电容器，其中阳极引线的嵌入部分已压平、卷曲、压缩等，因此在阳极引线的嵌入部分之间存在比图1-5中出现的间隙更小的间隙。另一方面，图11-17示出了利用第一阳极引线、第二阳极引线和载线的电容器，或利用第一阳极引线、第二阳极引线、第三阳极引线、第一载线和第二载线的电容器，其中阳极引线的嵌入部分已压平、卷曲、压缩等，因此第一阳极引线的压平、卷曲、压缩等的部分和第二阳极引线的压平、卷曲、压缩等的部分接触，并且第二阳极引线的压平、卷曲、压缩等的部分和第三阳极引线的压平、卷曲、压缩等的部分接触(即，在阳极引线的嵌入部分之间没有间隙)。
首先转至图1，示出了包括电容器元件的电容器100，所述电容器元件包括多孔阳极体33、电介质(未示出)、阴极(未示出)、第一阳极引线59、第二阳极引线62和载线65。第一阳极引线59包括嵌入在多孔阳极体33内的嵌入部分60和在纵向或z方向从多孔阳极体33延伸出的外部部分61，同时第二阳极引线62包括嵌入在多孔阳极体33内的嵌入部分63和在纵向或z方向从多孔阳极体33延伸出的外部部分64。第一阳极引线59的嵌入部分60具有大体上相同的宽度或直径W1，并且第二阳极引线62的嵌入部分63具有大体上相同的宽度或直径W2，因此第一阳极引线59的嵌入部分60和第二阳极引线62的嵌入部分63之间存在间隙W3。第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64连接至载线65的第一部分66，其中载线65具有宽度W4并且在纵向或z方向远离多孔阳极体33延伸。具体地，载线65的第一部分66位于第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64之间。此外，尽管不需要，但可通过电阻焊接或任何其它合适的方法将第一阳极引线59的外部部分61、第二阳极引线62的外部部分64和载线65的第一部分66压平、卷曲、压缩等，以形成连接。因此，参考图18，第一阳极引线59的外部部分61可具有扁平表面36，第二阳极引线62的外部部分64可具有扁平表面37且载线65的第一部分66可具有扁平表面38，其中载线65的第一部分66位于第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64之间并且连接至第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64。载线65还包括第二部分67，所述第二部分67在狭槽43处电连接至阳极端子35的直立部分42并且穿过阳极端子35的直立部分42而延伸，不过在将电容器装配至外壳(未示出)内之前，可在阳极端子35的直立部分42处修剪载线65。阳极端子35、阴极端子44和外壳的各种特征将在下面进行更详细地讨论。
在另一个实施例中，如图2所示，本发明设想了一种电容器101，其中可分别在狭槽43a和43b将第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64电连接至阳极端子35的直立部分42，而不是如在图1的电容器100中的狭槽43处，将载线65的第一部分66电连接至阳极端子35的直立部分42。
参考图3，在另外的实施例中，示出了包括电容器元件的电容器102，所述电容器元件包括多孔阳极体33、电介质(未示出)、阴极(未示出)、第一阳极引线59、第二阳极引线62、第三阳极引线71、第一载线65和第二载线68。第一阳极引线59包括嵌入在多孔阳极体33内的嵌入部分60和在纵向或z方向从多孔阳极体33延伸出的外部部分61，第二阳极引线62包括嵌入在多孔阳极体33内的嵌入部分63和在纵向或z方向从多孔阳极体33延伸出的外部部分64，且第三阳极引线71包括嵌入在多孔阳极体33内的嵌入部分72和在纵向或z方向从多孔阳极体33延伸出的外部部分73。第一阳极引线59的嵌入部分60具有大体上相同的宽度或直径W1，且第二阳极引线62的嵌入部分63具有大体上相同的宽度或直径W2，因此第一阳极引线59的嵌入部分60和第二阳极引线62的嵌入部分63之间存在间隙W3。此外，第三阳极引线71的嵌入部分72具有大体上相同的宽度或直径W6，因此第二阳极引线62的嵌入部分63和第三阳极引线71的嵌入部分72之间存在间隙W7。此外，将第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64连接至第一载线65的第一部分66，其中第一载线65具有宽度W4并且在纵向或z方向远离多孔阳极体33延伸。具体地，第一载线65的第一部分66位于第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64之间。此外，将第二阳极引线62的外部部分64和第三阳极引线71的外部部分73连接至第二载线68的第一部分69，其中第二载线68具有宽度W8并且在纵向或z方向远离多孔阳极体33延伸。具体地，第二载线68的第一部分69位于第二阳极引线62的外部部分64和第三阳极引线71的外部部分73之间。此外，尽管不需要，但可通过电阻焊接或任何其它合适的方法将第一阳极引线59的外部部分61、第二阳极引线62的外部部分64、第三阳极引线71的外部部分73、第一载线65的第一部分66和第二载线68的第一部分69压平、卷曲、压缩等，以形成连接。第一载线65还包括第二部分67，所述第二部分67在狭槽43a处电连接至阳极端子35的直立部分42并且穿过阳极端子35的直立部分42而延伸，同时第二载线68还包括第二部分70，所述第二部分70在狭槽43b处电连接至阳极端子35的直立部分42并且穿过直立部分42b而延伸，不过在将电容器装配至外壳(未示出)内之前，可在阳极端子35的直立部分42处对第一载线65和第二载线68进行修剪。应当理解，W6、W7和W8的尺寸与前面讨论的W1、W2、W3和W4的尺寸相同。
接下来，在另一个实施例中，如图4所示，本发明设想了一种电容器103，除了载线65的第一部分66的设置之外，电容器103与图1的电容器100相似。与图1中不同的是，不是将载线65的第一部分66设置在第一阳极引线59的外部部分61和第二阳极引线62的外部部分64之间并且在纵向或z方向远离多孔阳极体延伸，在图4中，通常将电容器103中的载线65的第一部分66设置为与纵向或z方向垂直并且在横向或x方向穿过第一阳极引线59的外部部分61的宽度W1和第二阳极引线62的外部部分64的宽度W3而延伸。
在另一个实施例中，如图5所示，本发明设想了一种电容器104，所述电容器104与图3的电容器102相似，除了不是利用单路载线65和第二载线68，而是只利用第一载线65形成三个阳极引线和阳极端子35的直立部分42之间的连接。为了利用单路载线65来连接第一阳极引线59的外部部分61、第二阳极引线62的外部部分64和第三阳极引线71的外部部分73，通常将载线65的第一部分66设置为与纵向或z方向垂直并且在横向或x方向穿过第一阳极引线59的外部部分61的宽度W1、第二阳极引线62的外部部分64的宽度W3和第三阳极引线71的外部部分73的宽度W6而延伸。然后，在狭槽43处将载线65的第二部分67连接至阳极端子35的直立部分42。
现在参考图6-10，示出电容器105、106、107、108和109，它们分别与电容器100、101、102、103和104相似，除了阳极引线的嵌入部分是采用压平、卷曲、压缩或其他方式改变，以便压平、卷曲、压缩等的部分在x方向可具有大于第一阳极引线、第二阳极引线和第三阳极引线的嵌入部分的剩余部分的厚度或直径，由此使得与图1-5的间隙W3和W7相比，分别在第一阳极引线59的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分80和第二阳极引线62的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分81之间产生更小的间隙W3，并且分别在第二阳极引线62的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分81和第三阳极引线71的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分82之间产生更小的间隙W7。此外，由于第一阳极引线59的嵌入部分80、第二阳极引线62的嵌入部分81和第三阳极引线71的嵌入部分82被压平、卷曲、压缩等，第一阳极引线59的扁平嵌入部分80、第二阳极引线62的扁平嵌入部分81和第三阳极引线71的扁平嵌入部分82可分别具有宽度W9、W10和W11，将这些宽度分别与第一阳极引线59、第二阳极引线62和第三阳极引线71的嵌入部分60、63和72的宽度W1、W2和W6相比，宽度W9、W10和W11都相应增大了。
转至图11-15，示出电容器110、111、112、113和114，它们分别与电容器100、101、102、103和104相似，除了阳极引线的嵌入部分是采用压平、卷曲、压缩或其他方式改变，以便压平、卷曲、压缩等部分在x方向可具有大于第一阳极引线、第二阳极引线和第三阳极引线的嵌入部分的剩余部分的厚度或直径，使得分别在第一阳极引线59的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分80和第二阳极引线62的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分81之间没有间隙，并且分别在第二阳极引线62的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分81和第三阳极引线71的压平、卷曲和压缩等的嵌入部分82之间没有间隙，以使第一阳极引线50的嵌入部分80和第二阳极引线62的嵌入部分81接触并且连接，并且第二阳极引线62的嵌入部分81和第三阳极引线71的嵌入部分82接触并且连接。此外，由于第一阳极引线59的嵌入部分80、第二阳极引线62的嵌入部分81和第三阳极引线71的嵌入部分82的压平、卷曲、压缩等，第一阳极引线59的扁平嵌入部分80、第二阳极引线62的扁平嵌入部分81和第三阳极引线71的扁平嵌入部分82可分别具有宽度W9、W10和W11，将这些宽度分别与第一阳极引线59、第二阳极引线62和第三阳极引线71的嵌入部分60、63和72的宽度W1、W2和W6相比，宽度W9、W10和W11都相应地增大了。
接下来，图16-17分别示出了图14-15中的阳极引线的可替代布置。例如，在图16中，并不将第一阳极引线59的扁平嵌入部分80和第二阳极引线62的扁平嵌入部分81进行电阻焊接(RW)和/或激光焊接(LW)，以使扁平嵌入部分80的宽度W9和扁平嵌入部分81的宽度W10在如图14中的横向或x方向增大，而是实施电阻焊接或激光焊接来减小扁平嵌入部分80的宽度W9和扁平嵌入部分81的宽度W10并且增大嵌入部分80的高度H2和嵌入部分81的高度H3。类似地，在图17中，并不将第一阳极引线59的扁平嵌入部分80、第二阳极引线62的扁平嵌入部分81和第三阳极引线71的扁平嵌入部分82进行电阻焊接(RW)和/或激光焊接(LW)，以使扁平嵌入部分80的宽度W9、扁平嵌入部分81的宽度W10和扁平嵌入部分82的宽度W11在如图15中的横向或x方向增大，而是实施电阻焊接或激光焊接来减小扁平嵌入部分80的宽度W9、扁平嵌入部分81的宽度W10和扁平嵌入部分82的宽度W11并且增大嵌入部分80的高度H2、嵌入部分81的高度H3和嵌入部分82的高度H4。
无论使用何种具体设计或方式形成本发明的电容器，正如本领域公知的，都可将电容器连接至端子。例如，可分别将阳极和阴极端子分别电连接至第二阳极引线和阴极。正如本领域公知的，端子的具体结构可以变化。尽管不需要，例如，如图1-17所示，本发明的电容器可包括引线框40，所述引线框40包括阴极端子44和阳极端子35。阴极端子44可包含平面部分45和直立部分46，所述平面部分45与电容器元件的下表面77电接触，所述直立部分46设置为与平面部分45基本垂直并且与电容器元件的后表面75电接触。为了将电容器元件附接至阴极端子，如本领域已知可以使用导电粘合剂。导电粘合剂可包括例如包含树脂组合物的导电金属颗粒。金属颗粒可为银、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)。在Osako等人的第2006/0038304号美国专利申请公开中描述了合适的导电粘合剂，对于所有目的其通过引用全部并入本申请。
再次参考图1-17，尽管不需要，阳极端子35同样可包含平面部分41和直立部分42。所述直立部分42可包含承载本发明的第一载线65的第二部分67的区域。例如，所述区域可具有用于接收第一载线65的第二部分67的狭槽43。此外，如果使用两条载线，阳极端子35的直立部分42可包含承载第一载线65的第二部分67的区域和承载第二载线68的第二部分70的区域。具体地，所述区域可具有用于接收第一载线65的第二部分67的狭槽43a和用于接收第二载线68的第二部分70的狭槽43b。所述狭槽或多个狭槽可具有任何所需形状，可为U形、V形、圆形、椭圆形、卵形、矩形、正方形、阶梯形等，用于进一步增强第二阳极引线70的第二部分72在阳极端子35的表面接触和机械稳定性。例如，所述狭槽43和43a的几何形状可与第一载线65的第二部分67的几何形状相匹配，并且所述狭槽43b的几何形状可与第二载线68的第二部分70的几何形状相匹配。可以通过任何合适的技术将第一载线65的第二部分67和第二载线68的第二部分70电连接至阳极端子35，例如通过激光焊接、通过电阻焊接或使用导电粘合剂等。
无论使用何种具体的焊接技术，当与将较大直径的阳极引线直接连接至阳极端子所需要的能量相比时，形成充分焊接所需的能量降低。因此，通过使用较小直径的载线或多条载线作为与阳极端子的直接连接件，仍然可获得在多孔阳极体中嵌入相对粗的阳极引线的益处(即，改进与多孔阳极体的接触以减小ESR)，然而，由于载线或多条载线的厚度/高度或直径减小，因此可以以更有效和经济的方式实施形成阳极端子的电连接的焊接工艺。此外，减小内阻的载线可进一步减小ESR。
此外，如以上所讨论的，一旦形成电容器元件并且将电容器元件附接至端子，以及如果将载线过长的长度(若存在)修剪掉，就可将电容器元件和阳极引线组件封装在树脂外壳内，然后将其用二氧化硅或任何其他已知的封装材料填充。所述外壳的宽度和长度可以根据预期的应用而变化。然而，外壳的整体厚度通常较小，以便可以容易地将生成的组件合并成低型面产品(例如，“IC卡”)。例如，外壳的厚度可为约5毫米或更小，在一些实施例中为约0.4毫米至约4毫米，并且在一些实施例中为约0.6毫米至约3毫米。合适的外壳可包括例如“A”、“B”、“H”、或“T”外壳(AVX公司)。在封装之后，可将相应的阳极和阴极端子的暴露部分老化、掩蔽或修剪。如果需要，可任选地将暴露部分沿着外壳的外侧(例如，以约90°角)弯曲两次。
作为本公开的结果，可形成表现出优良的电性能的电容器，正如通过下面描述的测试过程测定的。例如，在100kHz的频率和23℃±2℃的温度下进行测定，本发明的电容器可表现出超低的ESR，例如约300毫欧姆(mΩ)或更小，在一些实施例中约100mΩ或更小，在一些实施例中为约0.01mΩ至约50mΩ，并且在一些实施例中为约0.1mΩ至约20mΩ。此外，漏电流可保持在相对低的水平，漏电流通常是指通过绝缘体从一个导体流至相邻导体的电流。例如，本发明的电容器的归一化漏电流的数值在一些实施例中小于约0.1μA/μF*V，在一些实施例中小于约0.01μA/μF*V，并且在一些实施例中小于约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通常是指当电子电路中的充电和放电时，所述电容器充当电阻器的程度，并且通常表示为与电容器串联的电阻。通常使用带有Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ测试仪在2.2伏直流偏压和0.5伏的峰峰正弦信号、100kHz的工作频率和23℃±2℃的温度下测量ESR。
电容(“Cap”)
使用带有Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ测试仪在2.2伏直流偏压和0.5伏的峰峰正弦信号下来测量电容。工作频率为120Hz，温度为23℃±2℃。
损耗因数
使用带有Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ测试仪在2.2伏直流偏压和0.5伏的峰峰正弦信号下来测量损耗因数。工作频率为120Hz，温度为23℃±2℃。
漏电流
使用测量漏电流的泄露测试仪在23℃±2℃的温度和额定电压下在最少60秒之后测量漏电流(“DCL”)。
激光焊接
使用Trumpf Nd:YaG HAAS激光器(发射波长大约1,064纳米的近红外光)来进行激光焊接。焊接能量通常是指将阳极引线结合至引线框的阳极端子部件所需的激光能量的量。以焦耳为单位来测量焊接能量。
实例1
将70000μFV/g的钽粉末压制成压片以形成具有1.8mm的长度、2.4mm的宽度和1.2mm厚度的多孔体。将钽粉末装入钽设备自动成型机的料斗，与直径为0.50mm的两个钽线一起自动成型并压制至6.8g/cm3的密度从而制造多孔体。插入到多孔体中的钽线为阳极长度的70％。将该成型体在减压、1300℃下静置以获得烧结体。
如图18所示，将钽线压平，然后通过电阻焊接工艺在钽线之间焊接直径为0.19mm的负载钽线。此后，将载线(例如，0.19mm直径的钽线)焊接至辅助的不锈钢带。
在0.1％磷酸的液体电解质中以14V阳极氧化钽阳极以制造在120Hz下具有150μF的电容器。然后，通过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-乙烯基二氧噻吩(CleviosTMC，H.C.Starck)中1分钟来形成导电聚合物涂层。在聚合45分钟之后，在电介质的表面上形成聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)的薄层。在甲醇中洗涤阳极以去除反应副产物，然后在液体电解质中阳极氧化，在甲醇中再次洗涤。将该过程重复12次。然后，将该部件浸入石墨分散体中并且干燥。最后，将该部件浸入银分散体中并且干燥。通过传统装配工艺完成所述成品部件。使用铜基引线框完成装配工艺。一旦将电容器元件附接至阴极端子，使用激光焊接工艺将阳极引线结合至阳极端子。接着，利用封装环氧树脂来封闭引线框。采用这种方式制成150μF/6.3V电容器的多个部件(250)。
对比例2
电容器采用实例1中描述的方式形成，除了仅使用了直径为0.50mm的单路引线以及在通过激光焊接工艺将引线附接至阳极端子之前，修剪该线。采用这种方式制成多个部件(250)。
对比例3
电容器采用实例1中描述的方式形成，除了仅使用了直径为0.19mm的单路引线之外。采用这种方式制成多个部件(250)。
下表1总结了以上讨论的实例的特征，包括成品电容器的钽线直径、激光焊接设定、DCL中值、电容中值、损耗因数中值和ESR中值。
表1
本领域的普通技术人员在不脱离本发明的实质和范围的前提下可对本发明实施这些和其它修改和变化。此外，应当理解，各个实施例的方面可以整体或部分地互换。此外，本领域的普通技术人员应当理解前面的描述仅通过实例进行，而非旨在限制本发明在所附权利要求中进行进一步描述。
Claims (23)
1.一种固体电解电容器，所述固体电解电容器包括：
电容器元件，其中所述电容器元件包括烧结的多孔阳极体；覆盖在所述烧结的多孔阳极体上的介电层；和覆盖在介电层上并包括固体电解质的阴极；
第一阳极引线，具有设置在所述烧结的多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分；
第二阳极引线，具有设置在所述烧结的多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分；
载线，设置在所述烧结的多孔阳极体的外部，其中所述载线的第一部分连接至所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分，此外，其中所述载线的第二部分在x方向远离所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸。
2.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述载线的第二部分的直径小于所述第一阳极引线的直径和所述第二阳极引线的直径。
3.如权利要求2所述的固体电解电容器，其中所述第一阳极引线的直径或所述第二阳极引线的直径与所述载线的直径的比的范围为约1.1至约5。
4.如权利要求2所述的固体电解电容器，其中所述载线的直径范围为约50微米至约300微米。
5.如权利要求2所述的固体电解电容器，其中所述第一阳极引线和所述第二阳极引线每个都具有范围为约200微米至约800微米的直径。
6.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述第一阳极引线、所述第二阳极引线和所述载线包含钽。
7.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中至少所述第一阳极引线的嵌入部分的一部分和所述第二阳极引线的嵌入部分的一部分是连接的。
8.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述第一阳极引线的嵌入部分的一部分、所述第二阳极引线的嵌入部分的一部分或两者是被压平的、卷曲的或压缩的。
9.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述载线的第一部分在x方向远离所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸，此外，其中所述载线的第一部分位于所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分之间。
10.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述载线的第一部分在与x方向垂直的z方向穿过所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分延伸，其中所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分纵向延伸。
11.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分通过电阻焊接、激光焊接或其组合连接至所述载线的第一部分。
12.如权利要求1所述的固体电解电容器，还包括阳极端子，其中所述载线的第二部分连接至所述阳极端子。
13.如权利要求12所述的固体电解电容器，其中所述载线的第二部分连接至所述阳极端子的直立部分。
14.如权利要求1所述的固体电解电容器，还包括电连接至所述阴极的阴极端子。
15.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极体由包含钽、其导电氧化物或其导电氮化物的粉末形成。
16.如权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述固体电解质包含导电聚合物。
17.一种用于形成固体电解电容器的方法，所述方法包括：
将第一阳极引线和第二阳极引线设置在由阀金属组合物形成的粉末中，其中所述第一阳极引线包括位于所述多孔阳极体内的嵌入部分和在x方向从所述多孔阳极体的表面纵向延伸出的外部部分，并且其中所述第二阳极引线包括位于所述多孔阳极体内的嵌入部分和在纵向从所述多孔阳极体的表面延伸出的外部部分；
围绕所述第一阳极引线的嵌入部分和所述第二阳极引线的嵌入部分压紧粉末；
烧结所述已压紧的粉末以形成烧结的多孔阳极体；
将所述载线设置在所述烧结的多孔阳极体的外部，其中所述载线包括第一部分和第二部分；
将所述载线的所述第一部分连接至所述第一阳极引线和所述第二阳极引线；以及
将所述载线的所述第二部分连接至阳极端子，以形成所述载线的第二部分和所述阳极端子之间的电连接，此外，其中所述载线的所述第二部分在x方向远离所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述载线的第二部分的直径小于所述第一阳极引线的直径和所述第二阳极引线的直径，其中所述第一阳极引线的直径或所述第二阳极引线的直径与所述载线的直径的比的范围为约1.1至约5。
19.如权利要求17所述的方法，还包括将所述第一阳极引线的嵌入部分的至少一部分连接至所述第二阳极引线的嵌入部分的一部分。
20.如权利要求17所述的方法，还包括压平、卷曲或压缩所述第一阳极引线的嵌入部分的一部分、所述第二阳极引线的嵌入部分的一部分或两者。
21.如权利要求17所述的方法，还包括将所述载线的第一部分设置在所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分之间，其中所述载线的第一部分在x方向远离所述烧结的多孔阳极体的表面纵向延伸。
22.如权利要求17所述的方法，还包括将所述载线的第一部分设置为在与x方向垂直的z方向穿过所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分，其中所述第一阳极引线的外部部分和所述第二阳极引线的外部部分纵向延伸。
23.如权利要求17所述的方法，还包括：
阳极氧化所述烧结的多孔阳极体以形成介电层；以及
将固体电解质涂覆至所述阳极氧化的烧结的多孔阳极体以形成阴极；
形成所述阴极和阴极端子之间的电连接；以及
利用成型材料封装所述电容器，以使至少所述阳极端子的一部分和所述阴极端子的一部分保持暴露。
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