CN1258786C - 电解电容器的阳极、电解电容器和制造阳极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电容器的一种阳极，具有固定形状的阳极体(1；20)和平面的阳极导体(9)，所述阳极导体(9)含有一个宽/厚比为2～100的薄板条；所述的阳极体布置在薄板条的两个侧面；由可固化的且可连续变形的材料制成的所述阳极体(1；20)形成在所述的阳极导体(9)上。对于阳极体的制造介绍了加工膏泥(18)、未烧结膜和粉末的三种方法。

Description

电解电容器的阳极、电解电容器和制造阳极的方法

技术领域

本发明涉及具有阳极体和阳极导体的电解电容器的一种阳极。此外本发明涉及一种电解电容器，这种电解电容器具有阳极、包围阳极的电介质、设置在电介质上的被膜阴极、由阳极导体形成的一个第一连接片和与被膜阴极相连的一个第二连接片。此外本发明还涉及用于制造阳极的方法。

背景技术

所述的电容器优先涉及一种芯片电容器。可是本发明也可以毫无问题地应用到例如象无壳体电容器那样的其它电容器上。无壳体电容器拥有微小的结构高度，并且例如集成到混合电路中。但下文是以本发明的电容器是芯片电容器为出发点。

芯片电容器、尤其是钽芯片电容器的特点在于高体积比的电容电压乘积，也称为″CV乘积″。这就是说，在这些电容器中，由电容和施加在电容器上的电压所组成的与体积有关的乘积值是特别大的。芯片电容器的其它有利的性能在于稳定的温度和频率特性、低的剩余电流和小的损耗因数。

由于这些卓越的性能，可以专门将钽芯片电容器用于不同领域中的许多应用。新的应用、要求较高的使用条件和电子装置中的越来越高的小型化使得对芯片电容器的要求不断地提高。

图24以示意剖视图展示了一个常规钽芯片电容器的构造，而在图25中以侧视图展示了这种芯片电容器的阳极体，并且在图26中以俯视图展示了该阳极体。

这种常规的芯片电容器由阳极体1、电介质2和被膜阴极3组成，它们形成了原本的电容器元件。

此外还设置了承担电容器元件的重要防护功能的一个壳体4。

在壳体4内部与一个第一金属连接片6连接的钽金属丝5引向由阳极体1、电介质2和被膜阴极3所组成的电容器元件。借助一种导电粘接剂8将被膜阴极3连接到象金属连接片6那样从壳体4引出的第二金属连接片7上。

在不同大小的、且大多具有标准基面尺寸和结构高度的壳体4内来制造这样的芯片电容器。因而，为了达到较高的CV乘积，必须提高电容器元件或含在此电容器元件中的阳极体1的体积份额。

由于在阳极体1中采用钽金属丝5(对此尤其也请参阅图25和26)作为阳极侧的导体，所以几乎不可能还提高壳体的利用率。也就是说，钽金属丝5的自由末端被焊接到金属连接片6上，在制成的芯片电容器中，此金属连接片6应与另外的金属连接片一起负责通往印刷电路板的电子电路上的电气连接。在这种结构形式中，尤其在正极侧的介于电容器元件和壳体壁之间的间距是特别大的。取决于制造的原因，几乎不可能进一步减小在正极侧的金属连接片6和电容器元件或阳极体1之间的、由钽金属丝5所形成的间距。换言之，在已知的芯片电容器上仍未充分地利用壳体体积。

从文献DD-PS 215 420中公开了一种钽芯片电容器，其中，将一个阳极导体埋入到通过挤压预制成的、由两部分组成的阳极体中。随后将阳极体与阳极导体烧结。采用两个预挤压的子阳极体的缺点在于，由于制造所决定的偏差而不可能达到阳极体与阳极导体的精确的形状连接。阳极体和阳极导体之间的电接触因此而恶化。

此外从文献DE 36 34 103 A1中公开了一种钽芯片电容器，其中金属丝状的阳极导体是由一种钽粉末挤压的。这种电容器具有的缺点是金属丝状阳极导体和阳极体之间接触面较小。由此使电容器产生较高的欧姆电阻，此电阻可能负面地影响电容器的电气值。这种效应是不受欢迎的。

此外从文献US 3,903,589中公开了一种钽芯片电容器，通过将阳极导体浸入到含金属粉末的扩散体中来制造此钽芯片电容器的阳极。在将阳极导体从扩散体中抽出时有一液滴挂留在阳极导体上，在此之后干燥和烧结此阳极导体。这种钽芯片电容器具有不能以规定的几何形状制造阳极体的缺点。由于缺少优化的阳极几何形状和具有很宽的公差，该已知的电容器具有较差的体积利用率。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种在阳极导体和阳极体之间具有大接触面积的阳极，这种阳极的阳极体具有固定的形状，并且在阳极体和阳极导体之间存在着良好的电接触。

本发明提供了电解电容器的一种阳极，它具有固定形状的阳极体和平面的阳极导体，所述阳极导体含有一个宽/厚比为2～100的薄板条，所述的阳极体布置在薄板条的两个侧面，并且由可固化的且可连续变形的材料制成的所述阳极体形成在所述的阳极导体上。

此外本发明还提供了一种由电介质包围阳极体的电容器，其中在电介质上设置了一个被膜阴极，阳极导体的另一末端段形成为一个第一连接片，并且被膜阴极与一个第二连接片相连接。

本发明的阳极具有这种优点，即通过将可连续变形的材料形式的整个阳极体形成到阳极导体上，可以构造一种对阳极导体具有良好形状连接的、以及对阳极导体具有良好电接触的均匀阳极体。

此外本发明的阳极还具有这种优点，即通过借助可连续变形的材料来形成阳极体，可以借助在阳极体固化之前或之后所去除的相应模型进行任意的成形。形成阳极体的材料例如可以是一种含金属粉末的膏泥，一种由膏泥制造的未烧结膜，或一种合适的金属粉末本身。

通过平面地构造被烧结到例如由烧结钽粉末制成的阳极体中的阳极导体，与烧结进去的钽金属丝相比，在截面相等的情况下可以在阳极导体和阳极体之间实现较大的接触面积。这提高了接触阳极导体表面的粉末颗粒的数目，并且因此减小了在电介质和阳极导体之间的、由互相烧结的钽颗粒所组成的电流路径的平均长度。作为由此产生的结果，可以实现减少的电阻值和在高频时提高的电容。

此外，通过在阳极体中采用平面的阳极导体，可以在电流流动时减少在阳极导体和由烧结钽颗粒所形成的细微网络之间的结区上的局部过热。因为在这些结区上会出现比随后网络中更高的电流密度。这样的局部过热可能是芯片电容器突然出现和剧烈进行烧毁的原因。

对本发明的电容器或阳极尤其重要的是，在由形成电容的多孔烧结体制成的阳极体和具有大表面的阳极导体之间实现了牢固而大面积的连接。优先将钽或者也可以将象铌那样的其它合适金属或将能够形成介电层的材料用于所有这些组件。

除此之外，阳极体完全包围阳极导体的一个末端段的阳极是有利的。因此可以实现将阳极导体的表面最佳地用来与阳极体接触。此外，因此还保障了阳极的高度机械稳定性。

此外本发明还提供了制造本发明阳极的一种方法，其中在同时的外部成形条件下，将可固化的且可连续变形的材料形成到平面的阳极导体上，并且随后固化该材料以便形成阳极体。通过将材料同时成形到阳极导体上，并借助可连续变形的材料来规定阳极体的外部形状，从而取消了用于成形阳极体的费事的再加工工艺。

如下一种方法是特别有利的，其中将含有粘合剂和粉末的膏泥涂敷到阳极导体上，并随后干燥和烧结它。在此借助不同的方法将膏泥与阳极导体构成为阳极。例如可以采用一种从文献DE 199 27 909 A1中公开的膏泥，这种膏泥由具有金属粉末的离散相和具有有机化合物的连续相组成。

本发明的电容器适合于SMD(SMD＝表面安装器件)。通过采用膏泥，简化了高电容和极高电容的钽粉末的加工。

此外本发明还提供了制造本发明阳极的一种方法，其中用一种粉末挤压平面的阳极导体，该阳极导体在一个侧面上从此粉末中探出。然后烧结该挤压块。可以有利地如此实施本发明的方法，即把条状薄板形式的阳极导体推入到位于挤压模具中的由粉末组成的装料中，并且在此之后进行挤压过程。

优先用于阳极导体的钽材料是很昂贵的，以至于用于本方法的条应尽可能薄。另一方面，所采用的钽薄板必须具有足够的机械稳定性，以至于可以将它推入粉末装料中，并且在稍后可以弯曲成机械稳定的连接片。在这种边界条件下，0.3～5mm之间宽度的和50～150μm之间厚度的条形阳极导体已被证明是合适的。这些阳极导体具有位于2和100之间的宽/厚比。

可以特别有利地通过横向挤压、也即与条形阳极导体的延伸方向相垂直地来进行粉末的挤压。

其它的制造步骤符合常规的钽芯片电容器的制造。因此，在烧结的阳极体的内外表面上的被称为成形的过程中，由五氧化钽形成电介质。在安放阴极层之后进行阴极接头和壳体的制造。为了可焊性或可粘接性的目的，在本发明的实施方案中可以再处理所述被用作正极侧电气接头的、由钽制成的阳极连接片，这也适用于其它的实施例。

在钽芯片电容器的以上本发明实施方案的变型中，还用一种添加剂掺入到钽粉末中，这种添加剂由于它的润滑作用而使得挤压过程更加容易进行，并可保护挤压模具。通过添加剂的粘合作用也能改善粉末的喷洒能力和挤压块的机械稳定性。通常的添加剂是樟脑。在烧结所述的挤压块之前应尽可能无残留地除去它。

代替钽也可以采用例如象铌的其它合适金属，或者也可以采用合适的金属合金，或者采用具有构成电介质能力的其它材料。

附图说明

以下借助图来详述本发明。所展示的：

图1至3为阐述本发明第一实施例的示意图，

图4至6为阐述本发明第二实施例的示意图，

图7至13为阐述制造阳极体的第一方法的示意图，

图14和15为阐述图7至13方法的一种变型的示意图，

图16至23为阐述制造阳极体的第二方法的示意图，和

图24至26为阐述常规芯片电容器的示意图。

具体实施方式

已经在开始时说明了图24至26。在图中互相对应的组件分别配备以相同的参考符号。

图1展示了具有原本电容器元件的一种本发明的芯片电容器，此电容器元件由一个阳极体1，一个电介质2，一个被膜阴极3和伸到阳极体1中的一个平面的阳极导体9组成。阳极体1由一种多孔的金属烧结体组成，象在后面还要详述的那样，由已干燥和烧结的含金属粉末的膏泥来构造此金属烧结体，并且在此建立与阳极导体9的牢固而大面积的连接。

尤其是用钽来制造阳极导体9，此钽也以有利的方式被用作膏泥的金属粉末的金属。

象在图24的常规芯片电容器中那样，被膜阴极3经过一种导电粘接剂8与金属连接片7连接。

阳极导体9满足了图24的常规芯片电容器的钽金属丝5以及金属连接片6的功能：为此将它弯曲或构成为接触片(尤其参阅图2和3)，由此可以在正极侧减小电容器元件和壳体4边缘之间的间距。因此更好地利用了该部件的壳体4的体积，以便以有利的方式达到更高的CV乘积。在阳极体1保持不变的体积情况下，也可以选择较小的壳体4的尺寸。在壳体4的尺寸相同的情况下，通过本发明可以比图24至26所示的现有技术能更大地构成电容器元件或阳极体1。

在阳极体1中具有平面阳极导体9的本发明的芯片电容器允许制造极其扁平的电容器元件，正如示意地可从图4至6中看出的那样。图5在此处象图2那样展示了具有阳极导体9的阳极体1的侧视图，而在图6中，类似于图3中那样表示了具有阳极导体9的阳极体1的俯视图。可是在图3和6中以其整个范围示出了阳极导体9，尽管它的一部分被阳极体1所覆盖。

通过按图4至6实施例的扁平方案可获得特别大的外壳面积，这使得短的电流路径成为可能，并且促使电性能的改善。极其扁平的电容器元件必要时也可以无壳体地集成在混合电路中。

为了制造阳极体1，在采用模板11的条件下将由粘合剂和钽粉末制成的膏泥印刷到50至150μm厚的钽薄膜或钽薄板10上。图7展示了此模板11的俯视图，而在图8中展示了钽薄板10与模板11在一起时的侧视图，并且在图9中用钽膏泥12充填了模板11。在除去模板11之后，将钽薄板10与刮抹上的或印刷上的钽膏泥12一起干燥和烧结，以至于获得在图10的侧视图中所展示的装置。

最后沿点线(参阅图11)裁剪图10的装置，使得以此方式获得与钽薄板10连接的阳极体。图12展示了具有钽薄板10的这种阳极体的侧视图，而在图13中表示了它的俯视图。

在充分干燥的情况下，必要时也可以在烧结之前进行各个阳极体的裁剪(请参阅图11)。

随后的处理步骤符合常规的钽芯片电容器的制造。因此在所谓的成形过程中在所烧结阳极体1的内和外表面上形成由五氧化钽制成的电介质2。在安放被膜阴极3之后，随后制造阴极接头或金属连接片7和壳体4。为了改善可焊性或可粘接性，还可以再处理由钽制阳极导体9构成的、用作为正极侧的电气接头的阳极连接片。

在图7至13实施例的变型中，用钽膏泥12双面印刷钽薄板10是可能的，这可以在一个工序中实现。在以两个步骤中印刷时，在印刷钽薄板10的第一个侧面之后预干燥涂敷到此侧面上的膏泥。不取决于是否以一个工序或以两个工序来进行印刷，最后便获得象在图14和15中所示的一种装置，其中图14展示了一个侧视图，而在图15中展示了具有由两个部分组成的阳极体的钽薄板10的俯视图。

通过丝网印刷来制造芯片电容器的阳极体也是可能的，为此将由粘合剂和钽粉末制成的膏泥丝网印刷到50至150μm厚度的钽薄膜或钽薄板10上。象在以上实例中那样来干燥和烧结具有被丝网印刷的钽膏泥12的钽薄板10。在烧结之后裁剪钽薄板10。以此方式获得按图12和13所示的、具有由钽薄板10或钽薄膜制成的阳极导体的各个阳极体。在充分干燥的情况下，此处也可以在原来的烧结之前进行裁剪。

以上述方式实施其它的处理步骤。

双面地丝网印刷到钽薄板10上也是可能的，必要时可以在一个工序中实现这一点。若以两个步骤进行印刷的话，则可以在用膏泥印刷钽薄板10的第一侧面之后进行预干燥。以此方式最后获得在图14和15中所展示的、具有钽薄板10和烧结到阳极体上的钽膏泥12的装置。

在本发明借助图16至23所阐述的实施例中，由金属粉末膏泥完全包围阳极导体，以至于该阳极导体仅可以在一个侧面上探出由金属粉末膏泥通过干燥和烧结所生成的阳极体20，正象首先在图22和23的侧视图或俯视图中所展示的那样。可以将一种多级的模板方法用于该装置的制造，其中，首先在两个带孔掩模13、14之间放置由具有50至150μm厚度的钽薄膜或钽薄板制成的条15。图16展示了具有条15的带孔掩模13的俯视图，而在图17中表示了具有一个位于第一基板16上的条15的带孔掩模13、14的侧视图。通过间距保持器17可以支承伸入带孔掩模13、14的孔中的条15的部分(参阅图17)。该间距保持器17必要时也可以是基板16的一部分，或固定在它上面。

在预干燥所刮抹的膏泥18之后(参阅图18)，放上一个其它的基板19(参阅图19)，然后除去具有间距保持器17的第一基板16(参阅图20)，并第二次刮抹金属粉末膏泥(参阅图21)。在脱模之后进行干燥和烧结。以此方式可以获得具有阳极体20的图22和23的装置。

可选择地，对于芯片电容器的制造，也可以用由粘合剂和钽粉末制成的膏泥来压注、挤压或围铸由具有50至150μm厚度的钽薄膜或钽薄板制成的条。在脱模之后干燥和烧结如此获得的阳极体。以此方式获得按图22(侧视图)和23(俯视图)所示的、具有由钽薄膜或钽薄板制成的阳极导体的各个阳极体，并以上述方式进一步处理这些阳极体。

最后，为了制造阳极体也可以用由粘合剂和钽粉末制成的膏泥来预制一种弹性薄膜状的物质(未烧结膜)，然后裁剪此物质，并且与具有50至150μm厚度的钽薄膜或钽薄板粘接。在干燥和烧结之后获得具有由钽薄膜或钽薄板制成的阳极导体的各个阳极体，正象在图22和23中所示的那样。

通过远在前面所说明的挤压方法而用粉末制造的阳极体具有完全象图22和图23中所示那样的外貌。

Claims (23)

1.电解电容器的阳极，具有固定形状的阳极体(1；20)和平面的阳极导体(9)，所述阳极导体(9)含有一个宽/厚比为2～100的薄板条，

-其中所述的阳极体布置在薄板条的两个侧面，和

-其中由可固化的且可连续变形的材料制成的所述阳极体(1；20)形成在所述的阳极导体(9)上。

2.按权利要求1的阳极，其中阳极体(1；20)完全包围阳极导体(9)的一个末端段。

3.按权利要求1或2的阳极，其中阳极体(1；20)由多孔的烧结体组成。

4.按权利要求3的阳极，其中所述的烧结体由能形成介电层的金属制成。

5.按权利要求1至2之一的阳极，其中所述的阳极导体(9)由能形成介电层的金属制成。

6.具有按权利要求1至5之一所述的阳极的电容器，其中由一个电介质(2)包围了阳极体(1；20)，在电介质(2)上设置了一个被膜阴极(3)，阳极导体(9)的另一末端段形成为一个第一连接片，而且被膜阴极(3)与一个第二连接片连接。

7.用于制造按权利要求1至5之一所述的阳极的方法，其中在同时的外部成形的条件下，将可固化的且可连续变形的材料形成到平面的阳极导体(9)上，并且随后为了形成阳极体(1；20)而固化此材料。

8.按权利要求7的方法，其中将由粘合剂和粉末制成的膏泥(18)涂敷到阳极导体(9)上，并随后干燥和烧结它。

9.按权利要求8的方法，其中在采用模板(11)的条件下通过印刷来涂敷膏泥(18)。

10.按权利要求8的方法，其中通过丝网印刷来涂敷膏泥(18)。

11.按权利要求8至10之一的方法，其中将膏泥(18)双面地涂敷到阳极导体(9)上。

12.按权利要求8的方法，其中借助两个掩模将膏泥(18)涂敷到阳极导体(9)上，这两个掩模中的每一个分别分配给阳极导体(9)的一个侧面。

13.按权利要求12的方法，其中用一个间距保持器(17)支承阳极导体(9)的探出掩模孔边缘的一个末端。

14.按权利要求8的方法，其中通过压注、挤压或围铸将膏泥(18)涂敷到阳极导体(9)上。

15.按权利要求8的方法，其中由膏泥(18)制造一种未烧结膜，裁剪此未烧结膜并将其与阳极导体(9)粘接。

16.按权利要求7的方法，其中用一种粉末挤压阳极导体(9)，使得产生一种挤压块，阳极导体(9)在一侧从该挤压块中探出，并且随后烧结该挤压块。

17.按权利要求16的方法，其中在挤压之前将平面的阳极导体(9)推入到粉末的粉末装料中。

18.按权利要求16或17的方法，其中将宽/厚比为2～100的条状薄板采用作阳极导体(9)。

19.按权利要求16的方法，其中为阳极导体(9)采用一种钽薄膜或钽薄板(10)。

20.按权利要求16的方法，其中为粉末采用一种钽粉末。

21.按权利要求16的方法，其中给粉末添加一种具有润滑作用的添加剂。

22.按权利要求21的方法，其中在烧结之前除去添加剂。

23.按权利要求16的方法，其中给粉末添加樟脑。

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