CN112687471B - 一种表面安装型固态铝电解电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面安装型固态铝电解电容器及其制备方法，包括若干个堆叠放置的芯子和立体引线框，若干个芯子安装在立体引线框上，芯子与立体引线框之间形成电容器芯包，电容器芯包经过封装及老化后得到电容器；本发明可以降低封装过程中有机树脂封装料对芯包阳极区的冲击，防止脱层；有效阻碍外部水汽侵入芯包的阴极区，提升电容器耐湿性；解决引脚成型过程中机械冲击对芯包结构的破坏带来的漏电流增大问题；缩短了电容器芯子与引出端子的连接线路的长度，使电容器的电感更小，更适合在高频环境下使用。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解电容器制备技术领域，具体为一种表面安装型固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术
目前，表面安装型固态铝电解电容器根据芯包结构不同，主要分为两大类：卷绕型表面安装固态铝电解电容器和叠片式固态铝电解电容器。其中，卷绕型表面安装固态铝电解电容器受芯包结构及组立方式的影响，体积偏大，厚度偏厚，无法匹配现有电子信息行业整机小型化、轻薄化的发展需求。叠片式固态铝电解电容器以高导电率聚合物作为固态电解质，以环氧树脂封装，在保证优异的频率阻抗特性和温度特性的基础上，解决了卷绕型表面安装固态铝电解电容器体积偏大、厚度偏厚的问题。
现有叠片式固态铝电解电容器制备技术中，电容器阳极和阴极的引脚(端子)一般采用金属带分别从叠层芯包的阳极和阴极的中间部位引出并弯折而成，具体是使用平面金属带冲切而成的带有平面阳极舌和平面阴极舌的外设金属引线框，采用阳极焊接和阴极粘接的工艺，在阳极舌和阴极舌的两面逐层堆叠芯子，形成叠层芯包，再将芯包封装后，将封装后的芯包从引线框上切下，将露在封装外壳之外的金属带贴合着外壳进行两次机械弯折以形成引脚。采用这种引脚引出方式的不足之处在于：1、采用平面结构的阳极舌，在焊接层数较多时芯子的阳极区在焊接的过程中容易发生位置偏移，而且，在封装过程中有机树脂封装料容易从芯子的阳极区层间挤入，造成脱层，引起电容器失效；2、引脚弯折过程对芯包造成机械冲击，引起电容器漏电流增大；3、引脚弯折过程容易使有机树脂封装材料与金属带连接处产生缝隙，在电容器工作时，环境中的水汽容易从此暴露在空气中的缝隙侵入电容器内部，尤其是容易吸潮的阴极区，致使电容器电性能劣化。基于此，本发明设计了一种表面安装型固态铝电解电容器及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面安装型固态铝电解电容器及其制备方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种表面安装型固态铝电解电容器，包括若干个堆叠放置的芯子和立体引线框，若干个所述芯子安装在立体引线框上，所述芯子与立体引线框之间形成电容器芯包，所述电容器芯包经过封装及老化后得到电容器；
所述立体引线框包括相互配合的阳极金属框架和阴极金属框架，所述阳极金属框架包括阳极端部、阳极连接部和阳极舌部，所述阳极舌部的形状为长条形，所述阳极舌部的一条长边中间部位连接有阳极连接部，且阳极连接部与阳极舌部垂直连接，所述阳极端部的形状为L型，所述阳极连接部一端相对的另一端与阳极端部水平部位的中间部分相连接，且阳极连接部与阳极端部垂直连接；
所述阴极金属框架包括阴极端部、阴极连接部和阴极舌部，所述阴极舌部的形状为凹字形，所述阴极端部的形状为L型，所述阴极端部水平部位沿长度方向开设有口字型开口，所述口字型开口远离阴极端部垂直部位的短边固接有阴极连接部，所述阴极连接部远离阴极端部的一端固接有阴极舌部，且阴极舌部位于口字型开口上方，所述阴极连接部分别与阴极端部和阴极舌部垂直连接；
所述阴极连接部与阳极连接部的高度一致；
所述芯子的阳极与阳极舌部相连接，所述芯子的阴极与阴极舌部相连接。
进一步的，所述阳极舌部的两侧短边垂直向上弯折。
进一步的，所述阳极端部的宽度为电容器总宽度的50％～100％，所述阳极端部水平部位的长度为电容器总长度的12％～17％，所述阳极端部垂直部位的高度为电容器总高度的50％～100％，所述阳极连接部的高度为电容器总高度的10％～33％；
所述阴极端部的宽度与电容器总宽度一致，所述阴极端部水平部位的长度为电容器总长度的33％～50％，所述阴极端部垂直部位的高度为电容器总高度的50％～100％。
进一步的，所述阴极舌部的长度为阴极端部水平部位长度的50％～75％，所述阴极舌部的宽度为阴极端部水平部位宽度的33％～66％；
所述阴极连接部宽度为阴极舌部宽度的33％～66％。
进一步的，所述阳极金属框架和阴极金属框架均由平面金属带材冲压而成。
进一步的，所述平面金属带材为金及其合金、银及其合金、铜及其合金、锡及其合金、镍及其合金中的一种。
一种表面安装型固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：对化成铝箔进行裁切，形成第一铝箔；
S2：在所述第一铝箔表面涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3：将所述第二铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
S4：在所述第三铝箔阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第四铝箔；
S5：在所述第四铝箔阴极区表面被制导电浆料，形成单片芯子；
S6：将若干个所述芯子与外设立体引线框连接，形成电容器芯包；
S7：将所述电容器芯包进行封装及老化，制得表面安装型固态铝电解电容器。
进一步的，所述步骤S6中芯子的阳极与阳极舌部通过焊接相连，所述芯子的阴极与阴极舌部、芯子阴极与芯子阴极之间均通过导电银胶粘接。
进一步的，所述步骤S7中电容器芯包封装时在阴极金属框架的口字型开口处填充有机树脂封装料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)阳极舌部两侧边竖直向上弯折部位，可避免芯子的阳极区焊接时发生位置偏移，同时在芯包的阳极区两侧形成保护屏障，降低封装过程中有机树脂封装料对芯包阳极区的冲击，防止脱层；
2)阴极端部水平方向的口字型开口在封装后被有机树脂封装料填满，在电容器上板安装使用时，阴极端部的口字型开口四周通过焊锡膏与PCB板密封连接，将位于口字型开口一侧的阴极连接部与有机树脂封装料接合处密封在内部，有效阻碍外部水汽侵入芯包的阴极区，提升电容器耐湿性；
3)采用预先冲压成型的立体引线框架，铺设芯子后再封装，替代先封装再进行引脚弯折成型的工艺，可以解决引脚成型过程中机械冲击对芯包结构的破坏带来的漏电流增大问题；
4)本发明的立体引线框结构设计为：阴极引出在阴极端部水平方向与阴极连接部交线处，阳极引出在阳极端部水平方向与阳极连接部交线处；这种结构缩短了电容器芯子与引出端子的连接线路的长度，使电容器的电感更小，更适合在高频环境下使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中电容器的结构示意图；
图2为本发明中电容器芯包的结构示意图；
图3为本发明中电容器芯包的正视结构示意图；
图4为本发明中阳极金属框架的结构示意图；
图5为本发明中阴极金属框架的结构示意图；
图6为本发明的制备方法流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、芯子；2、立体引线框；3、电容器芯包；4、电容器；5、阳极金属框架；51、阳极端部；52、阳极连接部；53、阳极舌部；6、阴极金属框架；61、阴极端部；62、阴极连接部；63、阴极舌部；64、口字型开口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：具体为一种表面安装型固态铝电解电容器，包括若干个堆叠放置的芯子1和立体引线框2，若干个芯子1安装在立体引线框2上，芯子1与立体引线框2之间形成电容器芯包3，电容器芯包经过封装及老化后得到电容器4；
立体引线框2包括相互配合的阳极金属框架5和阴极金属框架6，阳极金属框架5包括阳极端部51、阳极连接部52和阳极舌部53，阳极舌部53的形状为长条形，阳极舌部53的一条长边中间部位连接有阳极连接部52，且阳极连接部52与阳极舌部53垂直连接，阳极端部51的形状为L型，阳极连接部52一端相对的另一端与阳极端部51水平部位的中间部分相连接，且阳极连接部52与阳极端部51垂直连接；
阴极金属框架6包括阴极端部61、阴极连接部62和阴极舌部63，阴极舌部63的形状为凹字形，阴极端部61的形状为L型，阴极端部61水平部位沿长度方向开设有口字型开口64，口字型开口64远离阴极端部61垂直部位的短边固接有阴极连接部62，阴极连接部62远离阴极端部61的一端固接有阴极舌部63，且阴极舌部63位于口字型开口64上方，阴极连接部62分别与阴极端部61和阴极舌部63垂直连接；
阴极连接部62与阳极连接部52的高度一致；
芯子1的阳极与阳极舌部53相连接，芯子1的阴极与阴极舌部63相连接。
具体的，阳极舌部53的两侧短边垂直向上弯折。
具体的，阳极端部51的宽度为电容器总宽度的50％～100％，阳极端部51水平部位的长度为电容器4总长度的12％～17％，阳极端部51垂直部位的高度为电容器4总高度的50％～100％，阳极连接部52的高度为电容器4总高度的10％～33％；
阴极端部61的宽度与电容器4总宽度一致，阴极端部61水平部位的长度为电容器4总长度的33％～50％，阴极端部61垂直部位的高度为电容器4总高度的50％～100％。
具体的，阴极舌部63的长度为阴极端部61水平部位长度的50％～75％，阴极舌部63的宽度为阴极端部61水平部位宽度的33％～66％；
阴极连接部62宽度为阴极舌部63宽度的33％～66％。
具体的，阳极金属框架5和阴极金属框架6均由平面金属带材冲压而成。
具体的，平面金属带材为金及其合金、银及其合金、铜及其合金、锡及其合金、镍及其合金中的一种。
一种表面安装型固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1：对化成铝箔进行裁切，形成第一铝箔；
S2：在第一铝箔表面涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3：将第二铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
S4：在第三铝箔阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第四铝箔；
S5：在第四铝箔阴极区表面被制导电浆料，形成单片芯子1；
S6：将若干个芯子1与外设立体引线框2连接，形成电容器芯包3；
S7：将电容器芯包3进行封装及老化，制得表面安装型固态铝电解电容器4。
具体的，步骤S6中芯子的阳极与阳极舌部通过焊接相连，所述芯子的阴极与阴极舌部、芯子阴极与芯子阴极之间均通过导电银胶粘接。
具体的，步骤S7中电容器芯包封装时在阴极金属框架的口字型开口处填充有机树脂封装料。
请参照图1-6，本发明的实施例1为：
一种表面安装型固态铝电解电容器，包括若干个堆叠放置的芯子1和立体引线框2，若干个芯子1安装在立体引线框2上，芯子1与立体引线框2之间形成电容器芯包3，电容器芯包3经过封装及老化后得到电容器4；
立体引线框2包括相互配合的阳极金属框架5和阴极金属框架6，阳极金属框架5与芯子1的阳极相连接，阴极金属框架6与芯子1的阴极相连接，且芯子1的阳极与阳极金属框架5上设置的阳极舌部53通过焊接相连，芯子1的阴极与阴极金属框架6上设置的阴极舌部63、芯子1阴极与芯子1阴极之间通过导电银胶粘接，从而引出阳极以及阴极，形成电容器芯包3；
阳极金属框架5包括阳极端部51、阳极连接部52和阳极舌部53，阳极舌部53的形状为长条形，阳极舌部53的一条长边中间部位连接有阳极连接部52，且阳极连接部52与阳极舌部53垂直连接，阳极端部51的形状为L型，阳极连接部52一端相对的另一端与阳极端部51水平部位的中间部分相连接，且阳极连接部52与阳极端部51垂直连接，阳极舌部53的两侧短边垂直向上弯折；阳极端部51的宽度为电容器4总宽度的75％，阳极端部51水平部位的长度为电容器4总长度的15％，阳极端部51垂直部位的高度为电容器4总高度的75％，阳极连接部52的高度为电容器4总高度的22％；
阴极金属框架6包括阴极端部61、阴极连接部62和阴极舌部63，阴极舌部63的形状为凹字形，阴极端部61的形状为L型，阴极端部61水平部位沿长度方向开设有口字型开口64，口字型开口64远离阴极端部61垂直部位的短边固接有阴极连接部62，阴极连接部62远离阴极端部31的一端固接有阴极舌部63，且阴极舌部63位于口字型开口64上方，阴极连接部62分别与阴极端部61和阴极舌部63垂直连接，阴极连接部62与阳极连接部52的高度一致，阴极端部61的宽度与电容器4总宽度一致，阴极端部61水平部位的长度为电容器4总长度的40％，阴极端部61垂直部位的高度为电容器4总高度的75％，阴极舌部63的长度为阴极端部61水平部位长度的65％，阴极舌部63的宽度为阴极端部61水平部位宽度的50％，阴极连接部62宽度为阴极舌部63宽度的50％；
且阳极金属框架5和阴极金属框架6均由平面金属带材冲压而成，平面金属带材为铜及其合金。
实施例1的具体制备方法为：
S1：对化成铝箔进行裁切，形成第一铝箔；
S2：在第一铝箔表面涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3：将第二铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
S4：在第三铝箔阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第四铝箔；
步骤S4中导电聚合物电解质层可通过化学聚合的方式制得，且导电聚合物为聚噻吩及其衍生物。
S5：在第四铝箔阴极区表面被制导电浆料，形成单片芯子1；
S6：将若干个芯子1与外设立体引线框2连接，形成电容器芯包3；外设立体引线框2包括相互配合的阳极金属框架5和阴极金属框架6，阳极金属框架5与芯子1的阳极相连接，阴极金属框架6与芯子1的阴极相连接；
步骤S6中芯子1的阳极与阳极金属框架5上设置的阳极舌部53通过焊接相连，芯子1的阴极与阴极金属框架6上设置的阴极舌部63、芯子1阴极与芯子1阴极之间通过导电银胶粘接，从而引出阳极以及阴极，形成电容器芯包3；
S7：将电容器芯包3通过有机树脂封装料进行封装、并老化，制得表面安装型固态铝电解电容器，封装时，在阴极端部61的口字型开口64处填充有机树脂封装料。
实施例2
与实施例1不同的是：
阳极端部51的宽度为电容器4总宽度的50％，阳极端部51水平部位的长度为电容器4总长度的12％，阳极端部51垂直部位的高度为电容器4总高度的50％，阳极连接部52的高度为电容器4总高度的10％；
阴极端部61水平部位的长度为电容器4总长度的33％，阴极端部61垂直部位的高度为电容器4总高度的50％，阴极舌部63的长度为阴极端部61水平部位长度的50％，阴极舌部63的宽度为阴极端部61水平部位宽度的33％，阴极连接部62宽度为阴极舌部63宽度的33％；
实施例3
与实施例1不同的是：
阳极端部51的宽度为电容器4总宽度的100％，阳极端部51水平部位的长度为电容器4总长度的17％，阳极端部51垂直部位的高度为电容器4总高度的100％，阳极连接部52的高度为电容器4总高度的33％；
阴极端部61水平部位的长度为电容器4总长度的50％，阴极端部61垂直部位的高度为电容器4总高度的100％，阴极舌部63的长度为阴极端部61水平部位长度的75％，阴极舌部63的宽度为阴极端部61水平部位宽度的66％，阴极连接部62宽度为阴极舌部63宽度的66％；
对比例1
与实施例1不同的是：
步骤S6中连接若干个芯子1的引线框为带有平面阳极舌部和平面阴极舌部的外设金属平面引线框，若干个芯子1分别堆叠在平面引线框的两面，其中芯子1的阳极与平面引线框上的平面阳极舌部通过焊接相连，芯子1的阴极与平面引线框上的平面阴极舌部、芯子1阴极与芯子1阴极之间通过导电银胶粘接，从而引出阳极以及阴极，并形成电容器芯包；
步骤S7中将电容器芯包封装后，将封装后的芯包从引线框上切下，将暴露在封装外壳之外的金属带贴合着外壳进行两次机械弯折以形成引脚，再将引脚成型后的电容器进行老化，制得叠片式固态铝电解电容器。
对实施例1-3形成的表面安装型固态铝电解电容器与对比例1形成的叠片式固态铝电解电容器分别测试电性能，数据如表1所示：
表1实施例与对比例电性能表
由上述实施例和对比例的电性能数据可以看出，与对比例1相比，实施例1-3的漏电流值显著减小；在稳态湿热试验中，实施例1-3的容量变化率和漏电流值均显著小于对比例1，反映出实施例1-3的耐湿性能显著优于对比例1；同时，实施例1-3测得的ESL(等效串联电感)值也较对比例1更小。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：包括若干个堆叠放置的芯子(1)和立体引线框(2)，若干个所述芯子(1)安装在立体引线框(2)上，所述芯子(1)与立体引线框(2)之间形成电容器芯包(3)，所述电容器芯包(3)经过封装及老化后得到电容器(4)；
所述立体引线框(2)包括相互配合的阳极金属框架(5)和阴极金属框架(6)，所述阳极金属框架(5)包括阳极端部(51)、阳极连接部(52)和阳极舌部(53)，所述阳极舌部(53)的形状为长条形，所述阳极舌部(53)的一条长边中间部位连接有阳极连接部(52)，且阳极连接部(52)与阳极舌部(53)垂直连接，所述阳极端部(51)的形状为L型，所述阳极连接部(52)一端相对的另一端与阳极端部(51)水平部位的中间部分相连接，且阳极连接部(52)与阳极端部(51)垂直连接；
所述阴极金属框架(6)包括阴极端部(61)、阴极连接部(62)和阴极舌部(63)，所述阴极舌部(63)的形状为凹字形，所述阴极端部(61)的形状为L型，所述阴极端部(61)水平部位沿长度方向开设有口字型开口(64)，所述口字型开口(64)远离阴极端部(61)垂直部位的短边固接有阴极连接部(62)，所述阴极连接部(62)远离阴极端部(61)的一端固接有阴极舌部(63)，且阴极舌部(63)位于口字型开口(64)上方，所述阴极连接部(62)分别与阴极端部(61)和阴极舌部(63)垂直连接；
所述阴极连接部(62)与阳极连接部(52)的高度一致；
所述芯子(1)的阳极与阳极舌部(53)相连接，所述芯子(1)的阴极与阴极舌部(63)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：所述阳极舌部(53)的两侧短边垂直向上弯折。
3.根据权利要求1所述的一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：所述阳极端部(51)的宽度为电容器(4)总宽度的50％～100％，所述阳极端部(51)水平部位的长度为电容器(4)总长度的12％～17％，所述阳极端部(51)垂直部位的高度为电容器(4)总高度的50％～100％，所述阳极连接部(52)的高度为电容器(4)总高度的10％～33％；
所述阴极端部(61)的宽度与电容器(4)总宽度一致，所述阴极端部(61)水平部位的长度为电容器(4)总长度的33％～50％，所述阴极端部(61)垂直部位的高度为电容器(4)总高度的50％～100％。
4.根据权利要求1所述的一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：所述阴极舌部(63)的长度为阴极端部(61)水平部位长度的50％～75％，所述阴极舌部(63)的宽度为阴极端部(61)水平部位宽度的33％～66％；
所述阴极连接部(62)宽度为阴极舌部(63)宽度的33％～66％。
5.根据权利要求1所述的一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：所述阳极金属框架(5)和阴极金属框架(6)均由平面金属带材冲压而成。
6.根据权利要求5所述的一种表面安装型固态铝电解电容器，其特征在于：所述平面金属带材为金及其合金、银及其合金、铜及其合金、锡及其合金、镍及其合金中的一种。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的表面安装型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对化成铝箔进行裁切，形成第一铝箔；
S2：在所述第一铝箔表面涂覆绝缘胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
S3：将所述第二铝箔阴极区侧面电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
S4：在所述第三铝箔阴极区表面形成导电聚合物电解质层，形成第四铝箔；
S5：在所述第四铝箔阴极区表面被制导电浆料，形成单片芯子(1)；
S6：将若干个所述芯子(1)与外设立体引线框(2)连接，形成电容器芯包(3)；
S7：将所述电容器芯包(3)进行封装及老化，制得表面安装型固态铝电解电容器(4)。
8.根据权利要求7所述的表面安装型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中芯子(1)的阳极与阳极舌部(53)通过焊接相连，所述芯子(1)的阴极与阴极舌部(63)、芯子(1)阴极与芯子(1)阴极之间均通过导电银胶粘接。
9.根据权利要求7所述的表面安装型固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中电容器芯包(3)封装时在阴极金属框架(6)的口字型开口(64)处填充有机树脂封装料。
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