CN111029175B - 一种长寿命的smd固态电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命的SMD固态电容器及其制造方法，通过（1）在化成液中添加十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠其中的一种或几种化成表面活性剂；（2）将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；（3）所述含浸液中添加反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；（4）将所述含浸芯包进行聚合反应，对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在180‑210℃。通过以上技术改进，可以大大提高SMD固态电容器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及固态电容器技术领域，特别是涉及了一种长寿命的SMD固态电容器及其制造方法。
背景技术
SMD固态电容器具有优秀的高频低阻特性和高低温特性，在各类领域中的应用越来越广，随着成本的降低，有逐步取代原有液态电解电容器的趋势。随着行业发展，如5G通讯基站、工业机器人自动化、高端医疗等，目前行业内导电高分子固态电容器的寿命已满足不了行业需求。行业内一般低压产品105℃寿命2000小时的为多数，少数使用寿命在10000小时，目前电容器行业领先的日本企业公布的只有一家是20000小时使用寿命，国内的行业也只有一家是20000小时使用寿命，不能满足终端客户对电子产品的寿命期望。
因此，提供一种长寿命的SMD固态电容器，已经成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明提供一种长寿命的SMD固态电容器及其制造方法。
本发明提供了一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有化成表面活性剂，所述化成表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠其中的一种或几种；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中含浸单体和氧化剂，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物-过量氧化剂的裂解，裂解温度在180-210℃；
S8.组立封口，老化。
进一步的，所述化成液中添加的表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
进一步的，在步骤S4中，硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：1～1：3。
进一步的，在步骤S4中， 绝缘高分子聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种或几种。
进一步的，所述含浸液中添加的反应表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
进一步的，在步骤S5中，所述含浸液是EDOT和氧化剂的混合溶液。
进一步的，所述EDOT与氧化剂的质量比为1：2～1:4，所述氧化剂是甲苯磺酸铁。
进一步的，在步骤S6中，所述聚合温度为40-45℃。
进一步的，所述聚合反应时间为1～3小时，所述裂解时间控制在20～60min。
本发明还提供了一种长寿命的SMD固态电容器，其由上述制造方法制备而成。
本发明具有如下有益效果：
面对现有的SMD固态电容器存在寿命短的技术问题，本发明人对形成SMD固态电容器的工序进行改进，经过大量研究，本发明人发现，通过（1）在化成液中添加有化成表面活性剂，所述化成表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠其中的一种或几种；（2）在含浸处理前，将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；（3）所述含浸液中添加反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；（4）S6.将所述含浸芯包进行聚合反应，对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在180-210℃。通过以上四项技术改进，可以大大提高SMD固态电容器的使用寿命。本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1+1+1远远大于4的效果，取得了预料不到的技术效果。
具体实施方式
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
正如背景技术所描述的，现有技术中的SMD固态电容器存在寿命短的问题，现有电容器行业领先的一家企业所公布的SMD固态电容器寿命只有2000H。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，可以提高导电高分子固态电容器的使用寿命。
本发明提供一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、等其中的一种或几种；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；
S5. 将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，含浸液包括单体和氧化剂，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂， 所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物-过量氧化剂裂解，裂解温度在180-210℃；
S8.组立封口，老化。
影响固态电容器漏电流的主要因素之一就在于化成生成的氧化膜质量。发明人发现，现有的SMD固态电容器，在引线加工过程中产生的外力容易破坏氧化膜（氧化皮膜）结构致LC回升。本申请，通过在化成液中加入特定的表面活性剂，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、等其中的一种或几种，来调控化成液对氧化膜的侵蚀和修复的动态平衡，进而实现对生成氧化膜形态的控制，使氧化膜的致密性提升，从而使得产品在后续加工成型过程中氧化膜受损的风险降低。通过加入化成表面活性剂，可以使化成液与铝箔表面充份接触，从而使化成电流在铝箔表面较稳定均匀，形成的氧化膜一致性好。
发明人还发现：现有的SMD固态电容器产品经高温回流焊后存在因高分子材料与铝箔材料热膨胀系数不同而产生的位移现象，从而影响高分子与铝箔的接触及氧化膜的脱落，影响产品特性及寿命；固态SMD铝电解电容器制备需要将引线加工成型，此过程中难免会产生一定的外力致使导电高分子与铝箔的接触发生破坏或松定。因此固态SMD铝电解电容器的制作难点和关键点是如何提高全固态电解质膜在介质氧化膜上的覆盖率及电解质膜与铝箔的接触紧密性。
为了提高氧化膜对导电高分子聚合物的吸附性，提升导电高分子与铝箔的接触紧密性，在聚合时，需要提高介质氧化膜的表面活性。本申请，在电容器芯包进行步骤S5的浸渍披膜前，还对其进行预处理-含浸前处理，能有效的除去氧化层表面的污染物和水溶性物质，降低氧化膜（氧化膜、氧化介质层）的表面能。
本申请的前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液，绝缘高分子聚合物的可以填补氧化膜缺陷部分，从而降低产品漏电流，而硅烷偶联剂的作用是增强高分子材料与铝箔表面的接触性。通过在步骤S5含浸高分子材料前，将芯包浸入前处理液（添加剂）中进行含浸前处理，以增加高分子材料结构的稳定性、柔性、以及耐外力（机械冲击或电力冲击）能力，降低产品漏电流及增强高分子材料与铝箔的接触性。
本申请，发明人还研究发现，在含浸液中加入特定的反应表面活性剂，对化学聚合PPY制备固态SMD铝电解电容器的性能具有良好的影响。特定的反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600等其中的一种或几种。反应表面活性剂分子结构中有着至少一个极性表面的亲和基团，能很好溶于水并在一定浓度下保证是分子形态溶于水中，因此，可以有效降低阳极箔多孔表面氧化膜（氧化介质层）的表面能。
目前导电高分子电容制造，在含浸单体和氧化剂时不可避免发生氧化剂过量的情形，使产品中含有未反应物-过量氧化剂，氧化剂是对甲苯磺酸铁。而现有聚合工艺基本没有考虑这点，造成SMD电容器产品在过回流焊过程中，未反应物-过量氧化剂裂解产生硫化汽体致产品铝壳或胶粒凸起，影响产品产性及寿命。为了改善这种情况，本申请，还对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在180-210℃。经此高温处理后的产品在产品安装使用过回流焊时经270℃ 10Sec.内，产品不会发生铝壳鼓底或胶粒凸起。
面对现有的SMD固态电容器存在寿命短的技术问题，本发明人对形成SMD固态电容器的工序进行改进，经过大量研究，本发明人发现，通过（1）在化成液中添加有化成表面活性剂，所述化成表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠其中的一种或几种；（2）在含浸处理前，将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；（3）所述含浸液中添加反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；（4）S6.将所述含浸芯包进行聚合反应，对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在180-210℃。通过以上四项技术改进，可以大大提高SMD固态电容器的使用寿命。本发明产生的上述效果是相互协同所得到的，是不可分割的，产生了1+1+1+1远远大于4的效果，取得了预料不到的技术效果。
丁二酸二辛酯磺酸钠，英文：Dioctyl sodium sulfosuccinate， 化学式：C20H37NaO7S，CAS号：577-11-7。
本申请，本申请，阳极箔和阴极箔钉接有正负导针。阳极箔和阴极箔的材料为铝箔。对于利用卷绕机台卷绕成芯包的工艺没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。
本申请，化成液为己二酸铵、硼酸或磷酸、磷酸二氢铵，草酸、柠檬酸等其中的一种或几种的混合溶液。本申请，化成液中添加的化成表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
本申请，对于将芯包进行干燥处理没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥处理的技术方案即可。
本申请，在步骤S4中，前处理液的硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：1～1：3。本申请，前处理液中的绝缘高分子聚合物，具体可以是聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺的一种或几种。本申请对所述硅烷偶联剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的硅烷偶联剂即可。
本申请，含浸液中添加的特定的反应表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
本申请，含浸液是导电高分子单体和氧化剂的混合溶液，导电高分子单体为EDOT。EDOT与氧化剂的质量比为1：2～1:4。在步骤S6的聚合反应工艺中，聚合程序需考虑高分子形成的最佳聚合条件、高分子耐温性及未反应物的裂解挥发。现有技术中，通常导电高分子固态电容器聚合温度为30-50℃。发明人发现，此聚合温度偏低，含浸的溶剂具有极强的酸性，其挥发速度慢，容易造成对铝箔表面膜层的破坏。本申请， EDOT（中文名是3，4-乙烯二氧噻吩）在氧化剂的掺杂作用下反应聚合的温度为40～45℃，此温度下形成的导电高分子量最大，结构最稳定，其耐温性及机械性能也最好。
在步骤S6和S7，可通过烤箱聚合温度程序的设定来控制相应的聚合温度、裂解温度。
本申请，聚合反应的时间控制在1～3小时。裂解的时间控制在20～60min。
另外，本发明还提供一种长寿命的SMD固态电容器，其由上述制造方法制备而成。
实施例1
本发明提供一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠；所述化成液为己二酸铵、硼酸或磷酸、磷酸二氢铵，草酸、柠檬酸这几种的混合溶液；所述化成液中添加的表面活性剂的质量占比为0.1%；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；所述硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：3；所述绝缘高分子聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种或几种；
S5. 将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600；所述含浸液中添加的反应表面活性剂的质量占比为0.1%；所述含浸液是EDOT和氧化剂的混合溶液；所述EDOT与氧化剂的质量比为1:4，所述氧化剂是甲苯磺酸铁；
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应，聚合温度为45℃；所述聚合反应时间为1小时；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在180℃；所述裂解时间控制在60min；
S8.组立封口，老化。
实施例2
本发明提供一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠；所述化成液为己二酸铵、硼酸或磷酸、磷酸二氢铵，草酸、柠檬酸这几种的混合溶液；所述化成液中添加的表面活性剂的质量占比为1%；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；所述硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：1；所述绝缘高分子聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种或几种；
S5. 将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600；所述含浸液中添加的反应表面活性剂的质量占比为1%；所述含浸液是EDOT和氧化剂的混合溶液；所述EDOT与氧化剂的质量比为1：2，所述氧化剂是甲苯磺酸铁；
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应，聚合温度为40℃；所述聚合反应时间为3小时；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在210℃；所述裂解时间控制在20min；
S8.组立封口，老化。
实施例3
本发明提供一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠；所述化成液为己二酸铵、硼酸或磷酸、磷酸二氢铵，草酸、柠檬酸这几种的混合溶液；所述化成液中添加的表面活性剂的质量占比为0.6%；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；所述硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：2；所述绝缘高分子聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种或几种。
S5. 将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中进行含浸处理，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600；所述含浸液中添加的反应表面活性剂的质量占比为0.5%；所述含浸液是EDOT和氧化剂的混合溶液；所述EDOT与氧化剂的质量比为1：3，所述氧化剂是甲苯磺酸铁。
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应，聚合温度为45℃；所述聚合反应时间为1小时；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物裂解，裂解温度在210℃；所述裂解时间控制在20min；
S8.组立封口，老化。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种长寿命的SMD固态电容器的制造方法，其特征在于,包括如下步骤：
S1. 阳极箔和阴极箔之间介入电解纸并卷绕成芯包；
S2. 将所述芯包浸入化成液中进行化成修复处理；所述化成液中添加有化成表面活性剂，所述化成表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠其中的一种或几种；
S3.将芯包进行干燥处理；
S4.将芯包浸入前处理液中进行含浸前处理；所述前处理液是硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的混合溶液；
S5.将步骤S4处理后的芯包浸入含浸液中含浸单体和氧化剂，得到含浸芯包；所述含浸液中添加有反应表面活性剂，所述反应表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、樟脑磺酸、丁二酸二辛酯磺酸钠、聚乙二醇600其中的一种或几种；
S6.将所述含浸芯包进行聚合反应；
S7. 对步骤S6处理后的芯包进行未反应物-过量氧化剂的裂解，裂解温度在180-210℃；
S8.组立封口，老化。
2.根据权利要求1所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，所述化成液中添加的表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
3.根据权利要求1所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，在步骤S4中，硅烷偶联剂和绝缘高分子聚合物的质量比是1：1～1：3。
4.根据权利要求3所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，在步骤S4中， 绝缘高分子聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，所述含浸液中添加的反应表面活性剂质量占比为（0.1～1）%。
6.根据权利要求5所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，在步骤S5中，所述含浸液是EDOT和氧化剂的混合溶液。
7.根据权利要求6所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，所述EDOT与氧化剂的质量比为1：2～1:4，所述氧化剂是甲苯磺酸铁。
8.根据权利要求7所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，在步骤S6中，所述聚合温度为40-45℃。
9.根据权利要求7所述的SMD固态电容器制造方法，其特征在于，所述聚合反应时间为1～3小时，所述裂解时间控制在20～60min。
10.一种长寿命的SMD固态电容器，其由权利要求1-9任一项所述制造方法制备而成。
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