CN112825287A - 固体电解质电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种固体电解质电容器及其制造方法，所述固体电解质电容器包括：烧结体，通过烧结包含金属粉末的模制体而形成；以及固体电解质层，设置在所述烧结体上，其中，所述固体电解质层包括设置在所述烧结体上的包含电解聚合导电聚合物的第一层和设置在所述第一层上的包含化学聚合导电聚合物的第二层。
Description
本申请要求于2019年11月20日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0149385号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被包含于此。
技术领域
本公开涉及一种固体电解质电容器及其制造方法，并且涉及一种在耐热性和防潮负荷方面优异的固体电解质电容器及其制造方法。
背景技术
钽(Ta)材料是由于具有诸如高熔点、优异延展性和优异耐蚀性等的机械特性和物理特性而在诸如电气、电子、机械、化学、航空航天和军事领域的各种产业中广泛使用的一种金属。
特别地，由于钽材料可形成最稳定的阳极氧化膜，因此钽已经广泛地用作形成用于小型电容器的阳极的材料。
此外，由于诸如电子、信息和通信等的IT产业的快速发展，钽材料的使用每年以10％的速度快速增长。
钽电容器具有如下结构：使用当钽粉烧结和硬化时出现的间隙，通过阳极氧化方法在作为电极金属的钽的表面上形成氧化钽(Ta2O5)，并且将氧化钽(Ta2O5)用作电介质，以在其上形成二氧化锰(MnO2)层或导电聚合物层作为固体电解质。
此外，由于阴极电极的衍生，在二氧化锰(MnO2)层或导电聚合物层上形成碳层并且在碳层上形成银(Ag)层作为金属层。
随着近来小型和高容量的产品的发展，电容器也需要高容量、低等效串联电阻(ESR)、低等效串联电感(ESL)和优异的直流偏置(DC偏置)特性。
通常，在钽电容器中，通过应用电解聚合技术或化学聚合技术形成固体电解质层。
然而，电解聚合技术和化学聚合技术中的每种都具有技术限制和缺点。
因此，对于开发高可靠性电容器(特别是用于电场的电容器)中的在耐热性和防潮负荷方面优异的高可靠性钽电容器的需求日益增加。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种固体电解质电容器及其制造方法，并且涉及一种在耐热性和防潮负荷方面优异的固体电解质电容器及其制造方法。
一种固体电解质电容器包括：烧结体，通过烧结包含金属粉末的模制体而形成；以及固体电解质层，设置在所述烧结体上，其中，所述固体电解质层包括设置在所述烧结体上的包含电解聚合导电聚合物的第一层和设置在所述第一层上的包含化学聚合导电聚合物的第二层。
根据本公开的另一方面，一种固体电解质电容器的制造方法包括以下操作：通过烧结形成烧结体；通过电解聚合在所述烧结体上形成包含电解聚合导电聚合物的第一层；以及通过化学聚合在所述第一层上形成包含化学聚合导电聚合物的第二层。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和其他优点，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的固体电解质电容器的截面图；
图2是图1中的区域A的放大图；以及
图3是根据本公开的另一实施例的固体电解质电容器的制造工艺图。
具体实施方式
本公开可以许多不同的形式例示，并且不应被解释为限于在此阐述的具体实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。因此，为了描述的清楚性，可夸大附图中的元件的形状和尺寸，并且在附图中，由相同的附图标记指示的元件是相同的元件。
用于描述诸如元件的1-D尺寸(包括但不限于“长度”、“宽度”、“厚度”、“直径”、“距离”、“间隙”和/或“大小”)、元件的2-D尺寸(包括但不限于“面积”和/或“大小”)、元件的3-D尺寸(包括但不限于“体积”和/或“大小”)和元件的性质(包括但不限于“粗糙度”、“密度”、“重量”、“重量比”和/或“摩尔比”)的参数的值可通过本公开中描述的方法和/或工具获得。然而，本公开不限于此。本领域普通技术人员理解的其他方法和/或工具即使在本公开中没有描述也可被使用。
在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。
图1是根据本公开的实施例的固体电解质电容器的截面图。
图2是图1中的区域A的放大图。
参照图1和图2，根据本公开的实施例的固体电解质电容器包括：烧结体110，通过烧结包含金属粉末的模制体而形成；以及固体电解质层130，设置在烧结体110上。固体电解质层130包括设置在烧结体110上的包含电解聚合导电聚合物的第一层130a和设置在第一层130a上的包含化学聚合导电聚合物的第二层130b。
固体电解质电容器还可包括阳极引线120，阳极引线120具有位于烧结体110内部的插入区和位于烧结体110的外部的非插入区。
烧结体110可通过烧结包括金属粉末和粘合剂的模制体而形成。
具体地，可将金属粉末、粘合剂和溶剂以预定比例混合并搅拌，并且可将混合粉末压制成长方体形式，然后在高温和高振动下烧结。
金属粉末没有特别限制，只要其可用于根据本公开的实施例的固体电解质电容器的烧结体即可，金属粉末可以是从由例如钽(Ta)、铝(Al)、铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)和锆(Zr)组成的组中选择的一种或更多种。
特别地，根据本公开的实施例的固体电解质电容器的烧结体可使用钽(Ta)粉形成。
粘合剂没有特别限制，并且例如可以是纤维素基粘合剂。
纤维素基粘合剂可以是从由硝化纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素和羟丙基纤维素组成的组中选择的一种或更多种。
此外，在压制混合粉末之前，可将阳极引线120插在混合粉末中并且安装在混合粉末上，以使其与中心偏离。
根据本公开的实施例，可在烧结体110上形成介电氧化物层作为绝缘层。
也就是说，介电氧化物层可通过使用电化学反应的化学处理工艺在烧结体110的表面上生长氧化膜(例如，Ta2O5)来形成。
在这种情况下，介电氧化物层将烧结体110变为电介质。
可在介电氧化物层上施加具有阴极极性的固体电解质层130。
固体电解质层130没有特别限制，并且可利用例如从由二氧化锰(MnO2)和导电聚合物组成的组中选择的一种或更多种形成，特别地，可利用导电聚合物形成。
具体地，在将导电聚合物用于固体电解质层的情况下，可通过3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的化学聚合或吡咯单体的电解聚合在包括绝缘层的烧结体110的外表面上形成具有导电聚合物阴极的阴极层。
随着近来小型和高容量产品的发展，电容器也需要高容量、低等效串联电阻(ESR)、低等效串联电感(ESL)和优异的DC偏置特性。
通常，在钽电容器中，通过应用使用吡咯单体的电解聚合技术或使用3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的化学聚合技术来形成固体电解质层。
然而，电解聚合技术和化学聚合技术分别具有技术限制和缺点。
因此，对于开发高可靠性电容器(特别是用于电场的电容器)中的在耐热性和防潮负荷方面优异的高可靠性钽电容器的需求日益增加。
根据本公开的实施例，固体电解质层130包括设置在烧结体110上的包含电解聚合导电聚合物的第一层130a和设置在第一层130a上的包含化学聚合导电聚合物的第二层130b。
第一层130a包含电解聚合导电聚合物，并且通过电解聚合形成。第一层130a可设置在烧结体110上，特别地，可与设置在烧结体110上的介电氧化物层接触。
第二层130b包含化学聚合导电聚合物，通过化学聚合形成，并且设置在第一层130a上。
在通过电解聚合形成第一层130a的情况下，可在半成品内部形成均匀且高强度的聚合物膜，并且可在施加电力以形成聚合物层的工艺期间使用高电容电压(CV)粉末。因此，当制造成品时，具有优异的防潮特性的优点。
然而，在电解聚合的情况下，存在难以形成厚聚合物膜的缺点。
另外，在化学聚合的情况下，通过将半成品若干次浸渍到3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体溶液中来形成阴极层，并且由于其优异的耐热性而可获得耐高压产品。然而，具有的缺点在于：最终产品易受潮并且因在孔隙堵塞时浸渍不均匀而难以使用高电容电压(CV)粉末。
根据本公开的实施例，可通过吡咯的电解聚合在钽电容器内部形成均匀的阴极层并且使用高电容电压(CV)粉末，并且可通过在钽电容器外部使用3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的浸渍方法来增加阴极层的厚度。
因此，在本实施例中，可使用高电容电压(CV)粉末，均匀地形成阴极层并且获得拥有高容量、高压以及在耐热性和防潮负荷方面优异的固体电解质电容器的最终产品。
具体地，根据本公开的实施例，包含电解聚合导电聚合物的第一层130a设置在烧结体110上。
第一层130a可使用高电容电压(CV)粉末形成，并且可通过施加电力经电解聚合形成聚合物层而形成。
第一层130a可包含聚吡咯。
此外，包含化学聚合导电聚合物的第二层130b设置在第一层130a上。
第二层130b可通过将烧结体110若干次浸渍到3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体溶液中而通过化学聚合形成。
第二层130b可包含EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩)。
根据本公开的实施例，由于第一层130a通过电解聚合方法设置在烧结体110上，因此当第二层130b通过化学聚合方法形成在第一层130a上时，第二层130b由于孔隙不被堵塞而可通过浸涂均匀地形成。
参照图2，第二层130b的厚度t2与第一层130a的厚度t1之比t2/t1可满足1.5≤t2/t1≤10.0。
通过将第二层130b的厚度t2与第一层130a的厚度t1之比t2/t1调节为满足1.5≤t2/t1≤10.0，可使用高电容电压(CV)粉末，并且可均匀地形成阴极层，从而可实现在耐热性和防潮负荷方面优异的高容量、高压固体电解质电容器。
当第二层130b的厚度t2与第一层130a的厚度t1之比t2/t1小于1.5时，第二层130b的厚度t2太薄，这会导致防潮性差，并且在耐热性方面也存在问题，使得难以实现高压产品。
当第二层130b的厚度t2与第一层130a的厚度t1之比t2/t1超过10.0时，第二层130b的厚度t2太厚，防潮性和耐热性得到改善，但存在难以实现小型高容量钽电容器的问题。
另外，固体电解质层130还可包括例如在第二层130b上利用二氧化锰(MnO2)形成的层。为了形成二氧化锰(MnO2)层，用硝酸锰溶液浸渍其上形成有介电氧化物层的烧结体110，从而将硝酸锰溶液涂覆到烧结体110的外表面，然后烧结并且可形成具有阴极的二氧化锰(MnO2)层。
接下来，在固体电解质层130上堆叠碳层140，将碳粉溶解在包含环氧基树脂的有机溶剂中，将其上形成有固体电解质层130的烧结体110浸渍在溶解有碳粉的溶液中，然后在预定温度下干燥，以使有机溶剂挥发。作为示例，碳层140可形成在第二层130b上。
此外，碳层140可用于防止银(Ag)离子通过。
接下来，利用银(Ag)膏形成的银(Ag)层150可设置在碳层140上。
银(Ag)层150可堆叠在碳层140的外部上，以改善导电性。
此外，银(Ag)层150可改善阴极层的极性的导电性，从而促进用于极性转移的电连接。
图3是根据本公开的另一实施例的固体电解质电容器的制造工艺图。
参照图3，根据本公开的另一实施例的固体电解质电容器的制造方法包括以下操作：操作S1，通过烧结形成烧结体；操作S2，通过电解聚合在烧结体上形成包含电解聚合导电聚合物的第一层；以及操作S3，通过化学聚合在第一层上形成包含化学聚合导电聚合物的第二层。
在固体电解质电容器的制造方法中，首先，通过烧结形成烧结体。
在形成烧结体的方法中，对烧结体110进行模制，使得阳极引线120被设置为与烧结体110偏心。更详细地，例如，将钽粉和粘合剂以一定比例混合并搅拌，将混合粉末压制成长方体形式，然后在高温和高振动下烧结，以模制烧结体110。
另外，在压制混合粉末之前使阳极引线120与烧结体110的中心偏离，并且将阳极引线120插入烧结体110中并安装在烧结体110上，使得阳极引线120的一端突出到外部。之后，在烧结体110上形成绝缘层和作为阴极层的固体电解质层130。
根据本公开的另一实施例，在形成固体电解质层130的操作中，包括通过电解聚合在烧结体上形成包含电解聚合导电聚合物的第一层的操作和通过化学聚合在第一层上形成包含化学聚合导电聚合物的第二层的操作。
具体地，根据本公开的另一实施例，在烧结体110上形成包含电解聚合导电聚合物的第一层130a。
第一层130a可使用高电容电压(CV)粉末形成，并且可通过施加电力而通过电解聚合形成。
第一层130a可包含聚吡咯。
接下来，在第一层130a上形成包含化学聚合导电聚合物的第二层130b。
第二层130b可通过将烧结体110若干次浸渍到EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩)单体溶液中而通过化学聚合形成。
第二层130b可包含3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的聚合物。
根据本公开的另一实施例，由于第一层130a通过电解聚合方法形成在烧结体110上，因此当第二层130b通过化学聚合方法形成在第一层130a上时，第二层130b由于孔隙不被堵塞而可在浸渍期间均匀地形成。
因此，可使用高电容电压(CV)粉末，并且可均匀地形成阴极层，使得可实现在耐热性和防潮负荷方面优异的高容量、高压固体电解质电容器。
可在其上形成有作为阴极层的固体电解质层130的烧结体110上顺序地堆叠碳层140和银(Ag)层150，从而改善阴极层的极性的导电性。
其他特征与上述根据本公开的实施例的固体电解质电容器的描述相同，因此将省略其详细描述。
如以上所阐述的，根据本公开，固体电解质电容器的固体电解质层可包括包含电解聚合导电聚合物的第一层和设置在第一层上的包含化学聚合导电聚合物的第二层，使得可使用高电容电压(CV)粉末，并且可均匀地形成阴极层，并且可实现具有在耐热性和防潮负荷方面优异的高容量、高压固体电解质电容器。
然而，本实施例的各种和有利的优点和效果不限于以上描述，并且在描述本公开的具体实施例的过程中将更容易理解。
虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可进行修改和变型。
Claims (16)
1.一种固体电解质电容器，包括：
烧结体，包含烧结的金属粉末；以及
固体电解质层，设置在所述烧结体上，
其中，所述固体电解质层包括设置在所述烧结体上的包含电解聚合导电聚合物的第一层和设置在所述第一层上的包含化学聚合导电聚合物的第二层。
2.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，其中，所述第一层包含聚吡咯。
3.根据权利要求1或2所述的固体电解质电容器，其中，所述第二层包含3,4-乙烯二氧噻吩聚合物。
4.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，其中，所述第二层的厚度t2与所述第一层的厚度t1之比t2/t1满足1.5≤t2/t1≤10.0。
5.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，其中，所述金属粉末包括从由钽、铝、铌、钒、钛和锆组成的组中选择的一种或更多种。
6.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，其中，所述第一层与设置在所述烧结体上的介电氧化物层接触。
7.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，所述固体电解质电容器还包括：
碳层，设置在所述固体电解质层上；以及
银层，设置在所述碳层上。
8.根据权利要求1所述的固体电解质电容器，其中，所述固体电解质层还包括包含二氧化锰的层。
9.一种制造固体电解质电容器的方法，包括以下操作：
通过烧结形成烧结体；
通过电解聚合在所述烧结体上形成包含电解聚合导电聚合物的第一层；以及
通过化学聚合在所述第一层上形成包含化学聚合导电聚合物的第二层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一层包含聚吡咯。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述第二层包含3,4-乙烯二氧噻吩聚合物。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二层的厚度t2与所述第一层的厚度t1之比t2/t1满足1.5≤t2/t1≤10.0。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，通过烧结包含金属粉末的模制体形成烧结体，其中，所述金属粉末包括从由钽、铝、铌、钒、钛和锆组成的组中选择的一种或更多种。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一层与设置在所述烧结体上的介电氧化物层接触。
15.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括以下操作：
在所述第二层上形成碳层；以及
在所述碳层上形成银层。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，通过化学聚合形成所述第二层通过将所述烧结体浸渍到包含所述化学聚合导电聚合物的膏中来执行。
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