CN1499547A - 铝电解电容器 - Google Patents
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Abstract
提供一种能减小ESR(等效串联电阻)和ESL(等效串联电感)的铝电解电容器。其包括：具有引出阳极的阳极侧引线端子(3)和引出阴极的阴极侧引线端子(5)的电容芯体(1)、用于装入该电容芯体(1)的有底外壳(9)、以及对该有底外壳(9)的开口部进行密封的封口体橡胶(8)，其特征在于：上述阳极和阴极侧引线端子(3、5)的数量分别从2～4的范围内进行选定，通过这种多个端子结构，等效电路并联布置ESR和ESL，所以作为ESR成分的引线端子电阻和箔及引线端子的连接电阻被抵消，因此能减小ESR，能消除引线端子的L(电感)的影响，所以能减小ESL。
Description
技术领域
本发明涉及包含能表面安装的立式的铝电解电容器，尤其涉及ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)减小的铝电解电容器。
背景技术
近几年，要求电路小型化、能适应高频，因此，电容器也需要低阻抗。尤其对于计算机的CPU驱动用电路和开关电源电路等，在电路设计上要求对高频噪音和波纹电流的吸收性，尤其迫切要求能实现低ESR(等效串联电阻)化、低ESL(等效串联电感)化的电容器。
在现有的铝电解电容器中，例如，卷绕式的固体电解电容器的基本结构与涉及本发明的铝电解电容器的一例的卷绕式固体电解电容器的结构相同。
因此，引用涉及本发明的铝电解电容器一例的卷绕式固体电解电容器的局部省略的纵剖面图即图1，而且参照表示现有例的图11、图12和图13(a)、(b)，说明现有的卷绕式固体电解电容器的结构。
在图1和图11中，卷绕式固体电解电容器具有以下构成部分：圆筒状的电容芯体1、浸渍到该电容芯体1内的由单体和氧化剂形成的固体电解质层7、封口体橡胶8和有底筒状的外壳9，其中，电容芯体1是由形成了介质氧化膜并连接了阳极引出的阳极侧引线端子3的阳极铝赋能箔(化成箔)2、以及连接了阴极引出的阴极侧引线端子5的对置阴极铝赋能箔4，中间隔着隔离纸6进行卷绕而形成。
并且，电容芯体1装入到有底筒状的外壳9内，外壳9的开口部和封口体橡胶8一起进行横向收缩和卷边加工，而形成密封封装，制成固体电解电容器。
在这种现有的固体电解电容器中，在阳极铝赋能箔2和对置的阴极铝赋能箔4上所连接的阳极侧引线端子3和阴极侧引线端子5，如图11、图12和图13(a)、(b)所示，分别构成为各一个的2端子结构。
并且，现有的铝电解电容器中，能在印制电路板表面上安装的立式铝电解电容器的基本结构，与涉及本发明的铝电解电容器的其他例的立式铝电解电容器的结构相同。
因此，引用表示涉及本发明的铝电解电容器的另一例的立式铝电解电容器的局部省略的纵剖面图即图6、以及表示引线端子一例的局部省略的斜视图即图9，而且参照表示现有例的图14、图15，说明现有的立式铝电解电容器的结构。
在这些图中，立式铝电解电容器具有以下构成部分：圆筒状的电容芯体20、浸渍到该电容芯体20内的由单体和氧化剂形成的固体电解质层、封口体橡胶23、有底筒状的外壳24、耐热绝缘性垫片25，其中，电容芯体1是由形成了介质氧化膜且连接了阳极引出的阳极侧引线端子2的阳极铝赋能箔、以及连接了阴极引出的阴极侧引线端子22的对置阴极铝赋能箔，中间隔着隔离纸进行卷绕而形成。
并且，从电容芯体20中引出的一对引线端子21、22穿入到封口体橡胶23内，把电容芯体20装入到外壳24内，外壳24的开口部和封口体橡胶23一起进行横向收缩加工进行密封，再者，一对引线端子21、22的压成扁平状的前端部21a、22a穿过嵌入到封口体橡胶23侧的耐热绝缘性垫片25，而且，这一对引线端子21、22的前端部21a、22a在垫片25内形成左右对称的凹状缺口槽25a内互相向外弯曲，而布置在垫片25的外表面，被弯曲的前端部21a、22a作为在印制电路板(无图示)上的安装面。
在这种现有的立式铝电解电容器中，连接在阳极铝赋能箔和对置的阴极铝赋能箔上的阳极侧和阴极侧引线端子21、22，各自的前端部21a、22a如图14和图15所示，分别各一个，共同构成2端子结构。
而且，在说明现有例的上述两种类型的铝电解电容器中，对其电容芯体1、20均说明了阳极赋能箔和阴极箔中间隔着隔离纸进行卷绕，在阳极赋能箔和阴极箔之间形成了由导电性高分子构成的固体电解质层的固体型电容芯体，但该电容芯体1、20也可以是阳极赋能箔和阴极箔中间隔着隔离纸进行卷绕而形成的卷芯物内浸渍了电解液的电解液型电容芯体。
这样，现有的铝电解电容器，无论是卷绕型固体电解电容器，还是立式铝电解电容器，均是阳极引出的阳极侧引线端子和阴极引出的阴极侧引线端子各一个的2端子结构。
但是，在阳极引出的阳极侧引线端子和阴极引出的阴极侧引线端子分别各一个的2端子结构中，如图16的双点划线所包围的部分所示，等效电路是串联布置ESR、ESL，所以引线端子的电阻和赋能箔与引线端子的接触电阻，使阻抗和ESR(等效串联电阻)有一定限度。并且，由于引线端子的L(电感)量，使ESL(等效串联电感)减小也有一定限度。
并且，现有的2端子结构，在用于流过较大电流的高频应用电路内的情况下，存在的问题是：引线端子的电流容量、引线端子和电极箔的连接部的电阻造成发热，所以不能流过较大的电流。
本发明要解决的问题是，在包括卷绕式固体电解电容器和立式铝电解电容器在内的铝电解电容器中，由于引线端子的电阻和赋能箔及引线端子的连接电阻而不能减小阻抗和ESR(等效串联电阻)这点，以及由于引线端子的L(电感)而不能减小ESL(等效串联电感)这点。
再者，在铝电解电容器用于有较大电流流过的高频应用电路内的情况下，由于引线端子的电流容量、引线端子和电极箔的连接部的电阻造成发热而不能流过较大电流。
发明的内容
为了解决这些问题，本发明的铝电解电容器，包括：具有阳极和阴极侧引线端子的电容芯体、用于装入该电容芯体的有底外壳以及对该有底外壳、的开口部进行密封的密封体，其特征在于：构成为上述阳极和阴极侧引线端子的数量分别从2～4的范围内进行选定。
所述的铝电解电容器，其特征在于：是能进行表面安装的立式铝电解电容器。
所述的铝电解电容器，其特征在于：阳极和阴极侧引线端子设置在有底外壳的同一面上。
所述的铝电解电容器，其特征在于：电容芯体是用阳极赋能箔和阴极赋能箔中间隔着隔离纸进行卷绕，在阳极赋能箔和阴极赋能箔之间形成由导电性高分子构成的固体电解质层而制成。
所述的铝电解电容器，其特征在于：电容芯体是用阳极赋能箔和阴极赋能箔中间隔着隔离纸进行卷绕，在该卷绕物内浸渍电解液而制造。
所述的铝电解电容器，其特征在于：形成固体电解质层的导电性高分子是：从聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、TCNQ络盐中选择的高分子。
所述的铝电解电容器，其特征在于：电解液，其溶剂采用：乙二醇等的质子系溶剂、γ-丁内酯等非质子系溶剂；电解质采用铵盐或脒盐。
所述的铝电解电容器，其特征在于：阳极和阴极侧引线端子通过耐热绝缘性垫片的穿通孔向外部引出，而且，上述阳极和阴极侧引线端子的前端部被弯曲而作为在印制电路板上的安装面，以便与上述耐热绝缘性垫片的表面相搭接。
发明的效果
涉及本发明的铝电解电容器，阳极箔和阴极箔的各个引出电极用引线端子采用了按某一间隔设置了2～4个端子的多个端子结构。
这样一来，如图10的双点划线所围住的部分所示，等效电路并联布置ESR(等效串联电阻)·ESL(等效串联电感)，所以，作为ESR(等效串联电阻)成分的引线端子的电阻和箔及引线端子的连接电阻被抵消，所以，在与现有的2端子结构的铝电解电容器相比较的情况下，能减小ESR(等效串联电阻)，能消除引线端子的L(电感)的影响，所以能减小ESL(等效串联电感)。
并且，涉及本发明的铝电解电容器，因为能减小引线端子电阻，所以，电容器本身的发热少，能适应高频，与现有相比，能用作流过更大电流的电容器，能实现噪音吸收能力强的铝电解电容器。
附图说明
图1是卷绕式固体电解电容器的局部省略的纵剖面图，它表示涉及本发明的铝电解电容器的一例。
图2是表示本发明的实施例中所使用的电容芯体的一例的分解斜视图。
图3是图1的平面图。
图4是局部省略的概要正面图，它表示本发明实施例的引线端子对电极箔的连接状态一例。(a)是阳极侧引线端子的连接状态图。(b)是阴极侧引线端子的连接状态图。
图5是局部省略的概要正面图，它表示本发明实施例的引线端子对电极箔的连接状态的另一例。(a)是阳极侧引线端子的连接状态图，(b)是阴极侧引线端子的连接状态图。
图6是表示涉及本发明的铝电解电容器的另一例的立式铝电解电容器的纵剖面图。
图7是图6的平面图。
图8是图6的底面图。
图9是表示引线端子的一例的局部省略的斜视图。
图10是根据涉及本发明的铝电解电容器而取得的等效电路图。
图11是表示现有例子的2端子结构的电解电容器所使用的电容芯体的分解斜视图。
图12是表示现有例子的2端子结构的卷绕式固体电解电容器的平面图。
图13是局部省略的概要正面图，它表示现有例的引线端子对电极箔的连接状态。(a)是阳极侧引线端子的连接状态图。(b)是阴极侧引线端子的连接状态图。
图14是表示现有例子的2端子结构的立式铝电解电容器的平面图。
图15是图14的底面图。
图16是现有例子的2端子结构的铝电解电容器的等效电路图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明用于实施本发明的最佳方式。
在图1、图2和图3中，卷绕式固体电解电容器由电容芯体1、固体电解质层7、封口体橡胶8和外壳9构成。
形成了固体电解质层7的电容芯体1和封口体橡胶8一起装入到外壳9内进行密封，与外壳9一起在封口体橡胶8上进行横向收缩和卷边加工，加以密封，制成固体电解电容器。
在该固体电解电容器中，固体电解质层7的电解质有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等，但为了减小ESR(等效串联电阻)，主要使用了固有电阻小的聚乙烯二羟噻吩。
现更详细地说明。对铝箔进行腐蚀处理和赋能氧化处理后的铝赋能箔作为阳极和阴极体使用，将其按预定宽度进行切断，在阳极赋能箔2(厚度100μm)上按一定间隔用铆接或超声波焊接法来连接阳极侧引出的2个阳极侧引线端子3。
并且，在阴极赋能箔4(厚度80μm)上按一定间隔用铆接或超声波焊接法来连接阴极引出的2个阴极侧引线端子5。
并且，阳极赋能箔2和阴极赋能箔4中间隔着隔离纸6从一边进行卷绕，制成圆筒状的电容芯体1。
这2个阳极侧引线端子3和阴极侧引线端子5如图4(a)、(b)所示，按照一定间隔用铆接等方法与阳极赋能箔2和阴极赋能箔4的各连接部2a和4a连接。但这些引线端子3、5与电极箔的连接，如图5(a)、(b)所示，也可以分别在1处的共用连接部2b、4b上按一定间隔分别连接2个端子。
本实施方式是各2个端子整体4个端子的结构的情况。在整体为6个端子、8个端子的偶数端子结构的情况下，虽无特别图示，但与4个端子结构的情况相同，分别按一定间隔在3处连接部2a、4a上进行连接，或者在一处共用连接部2b、4b上按一定间隔分别各连接3个端子。
而且，在整体为5个端子、7个端子的奇数个端子结构的情况下，虽然没有特别图示，但和图4(a)、(b)或图5(a)、(b)一样，连接引线端子3、5，其中一个端子作为空端子，必要时，不仅可以是空端子，如不影响特性，也可以连接到阳极、阴极上。
在这样构成的电容芯体1的阳极侧引线端子3和阴极侧引线端子5的圆棒部10、11部分及其附近的凸缘部12、13上，为防止形成导电性高分子而安装封口体橡胶8。
该封口体橡胶8采用IIR(由异丁烯·异丙烯共聚物构成的橡胶)或者EPT(由乙烯·丙烯共聚物构成的橡胶)或者IIR·EPT混合橡胶。在本实施例中，采用了IIR橡胶(由异丁烯·异丙烯共聚物构成的橡胶)。
这种电容芯体1的赋能薄膜，由于预先赋能的铝箔被切成预定长度进行卷绕，所以箔端面的阀作用金属露出或因端子连接而使薄膜损伤等，会造成赋能氧化膜上的缺陷。
因此，对赋能薄膜的缺陷部分，利用从己二酸氨浓度2％为主的赋能液来进行缺陷修复。
修复的方法是在赋能液温度35～80℃中，对电极箔加赋能电压，赋能时间为8～10分钟。
赋能后，对电容芯体1进行200～280℃的热处理5～10分钟，利用氧化膜的退火效应和隔离器的炭化促进来减小漏电流和提高单体、氧化剂的含浸性，反复进行1～5次。
然后，利用作为导电性高分子的3、4亚乙二氧基噻吩和作为氧化剂的对甲苯基磺酸正铁的1-丁醇溶液对电容芯体1进行浸渍，通过化学聚合而形成由聚乙二氧基噻吩的导电性高分子构成的固体电解质层7。
连续加热环境中，化学聚合在40℃下进行5小时，在105℃下进行4小时。
这样，形成了固体电解质层7的电容芯体1装入到有底筒状的铝制外壳9内进行密封，然后，在125～145℃下进行浪涌电压热处理60～120分钟，制成外壳9的同一面上各具有2个引线端子3、5的整体为4端子结构的卷绕式固体电解电容器。
而且按照上述方法制作的固体电解电容器是其电容芯体1具有固体电解质层7的固体型电解电容器。对该电容芯体1并无特别图示，即使是电解液型的电解电容器，也能获得同样的效果。
电解液型的电容芯体与上述固体型电容芯体一样，对于通过卷绕而形成的电容芯体的卷绕物进行电解液浸渍，该电解液采用乙二醇等质子系溶剂或γ-丁内酯等非质子系溶剂，电解质采用铵盐或脒盐。
吸入了电解液的电容芯体，插入对其引线端子保持密封的封口体橡胶，装入到有底圆筒状的铝制外壳内，进行密封，对封口体橡胶进行铆接加工。
然后，在85～125℃下进行浪涌电压热处理30～120分钟，制成在外壳的同一面上各具有2个引线端子的整体为4端子结构的卷绕型铝电解电容器。
以下参照附图，详细说明涉及本发明的铝电解电容器的另一例，即能在印制电路板上进行表面安装的立式铝电解电容器。
在图6～图9中，立式铝电解电容器的主要构成部分是：圆筒状的电容芯体20、利用浸渍到该电容芯体20内的单体和氧化剂形成的固体电解质层、封口体橡胶23、有底筒状的外壳24和耐热绝缘性垫片25，其中，电容芯体20是由形成了介质氧化膜且按一定间隔用铆接或超声波焊接法连接了引出阳极的2个阳极侧引线端子21的阳极铝赋能箔、以及按一定间隔用铆接或超声波焊接法连接了引出阴极的2个阴极侧引线端子22的对置的阴极铝赋能箔，中间隔着隔离纸进行卷绕而形成的。
而且，引线端子21、22与电极箔的连接无特别图示，它和上述卷绕式固体电解电容器的情况一样，如图5(a)、(b)所示，也可以在一处的共用连接部上按一定间隔分别连接2个端子。
把从电容芯体20中引出的各2个引线端子21、22穿过封口体橡胶23，放入到外壳24内，外壳24的开口部和封口体橡胶23一起进行横向收缩加工进行密封，再有，引线端子21、22的被压成扁平状的前端部21a、22a穿过嵌入到封口体橡胶23侧的耐热绝缘性垫片25，而且，该引线端子21、22的前端部21a、22a在垫片25的外表面上左右对称地分别在2处形成的凹状缺口槽25a内互相向外弯曲，布置在垫片25的外表面上，被弯曲的前端部21a、22a作为将电容芯体20安装到印制电路板(无图示)上的安装面。
这样，涉及本例的铝电解电容器，在阳极铝赋能箔和对置的阴极铝赋能箔上，分别各连接2个的阳极侧和阴极侧引线端子21、22，在外壳24的同一面上引出，而且分别弯曲的前端部21a、22a如图6和图8所示，在耐热绝缘性垫片25的凹状缺口槽25a内左右对称地进行布置，各具有2个引线端子21、22，形成整体为4端子结构的立式铝电解电容器。
而且，在该立式铝电解电容器中，该电容芯体20无特别图示，与上述卷绕式固体电解电容器的情况一样，即使是电解液型的电容器也能获得同样效果。
涉及本发明的铝电解电容器，无论是卷绕式的固体电解电容器和立式的铝电解电容器，并且电容芯体不管是固体型还是电解液型的，均为阳极侧和阴极侧引线端子分别各2个的整体为4端子结构，这些电容器的等效电路如图10的双点划线所围住的部分所示，ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)并联布置，所以ESR(等效串联电阻)成分的引线端子电阻和箔及引线端子的连接电阻互相抵消，所以，该部分与现有的2端子结构的铝电解电容器相比较的情况下，能减小ESR(等效串联电阻)，能消除引线端子的L(电感)的影响，所以能减小ESL(等效串联电感)。
因此，作为代表性例子，上述涉及本发明的铝电解电容器的一例即卷绕式固体电解电容器(实施例)、以及按上述方法制作的现有的2端子结构的卷绕式固体电解电容器(比较例)，分别在频率120Hz下的静电电容、在频率100KHz下的ESR(等效串联电阻)、频率10MHz的ESL(等效串联电感)的初期特性的平均值示于表1。
【表1】
| 120Hz的静电容量(μF) | 100KHz的ESR(mΩ) | 10MHz的ESL(nH) | |
| 实施例 | 800 | 2.0 | 0.9 |
| 比较例 | 795 | 6.0 | 2.4 |
从表1中可以看出，涉及本发明的实施例的卷绕式固体电解电容器，与现有产品即比较例的卷绕式固体电解电容器相比较，能大幅度减小ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)。
Claims (8)
1、一种铝电解电容器，包括：具有阳极和阴极侧引线端子的电容芯体、用于装入该电容芯体的有底外壳、以及对该有底外壳的开口部进行密封的封口体橡胶，其特征在于：
构成为上述阳极和阴极侧引线端子的数量分别从2～4的范围内进行选定。
2、如权利要求1所述的铝电解电容器，其特征在于：上述铝电解电容器是能进行表面安装的立式铝电解电容器。
3、如权利要求1或2所述的铝电解电容器，其特征在于：上述阳极和阴极侧引线端子设置在有底外壳的同一面上。
4、如权利要求1或2所述的铝电解电容器，其特征在于：上述电容芯体是用阳极赋能箔和阴极赋能箔中间隔着隔离纸进行卷绕，在阳极赋能箔和阴极赋能箔之间形成由导电性高分子构成的固体电解质层而制成的。
5、如权利要求1或2中的任一项所述的铝电解电容器，其特征在于：上述电容芯体是用阳极赋能箔和阴极赋能箔中间隔着隔离纸进行卷绕，在该卷绕物内浸渍电解液而制造的。
6、如权利要求4所述的铝电解电容器，其特征在于：形成上述固体电解质层的导电性高分子是从聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、TCNQ络盐中选择的高分子。
7、如权利要求5所述的铝电解电容器，其特征在于：上述电解液的溶剂采用乙二醇等的质子系溶剂、γ-丁内酯等非质子系溶剂，电解质采用铵盐或脒盐。
8、如权利要求2所述的铝电解电容器，其特征在于：上述阳极和阴极侧引线端子通过耐热绝缘性垫片的穿通孔向外部引出，而且，上述阳极和阴极侧引线端子的前端部被弯曲而作为在印制电路板上的安装面，以便与上述耐热绝缘性垫片的表面相搭接。
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