CN1643627A - 固体电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明的固体电解电容器包括电容器元件和由绝缘树脂制成、覆盖该电容器元件的外壳。该电容器元件具有通过卷绕带有形成在其表面上的介电氧化膜的阳极箔、阴极箔和夹在阳极箔和阴极箔之间的隔板而形成的卷绕部分，导电聚合物层形成在阳极箔和阴极箔之间。电连接到阳极箔的阳极引线和电连接到阴极箔阴极引线从卷绕部分延伸，穿过外壳并且电连接到设置在外壳表面上的阳极端子和阴极端子。
Description
技术领域
本发明涉及具有导电聚合物层的固体电解电容器，所述导电聚合物层作为固体电解质层。
背景技术
利用固体电解质层的固体电解电容器广泛用于电子设备，这是因为除了它们的小尺寸和大存储容量之外，它们的等效串联电阻也小。具体地说，利用导电聚合物层作为固体电解质层的固体电解电容器的特征在于，与利用二氧化锰或者TCNQ络合物作为电解质层的电容器相比，它们具有低的等效串联电阻，并且近年来它们的产量正在增加。
通常通过在用于保护的外壳内部容纳电容器元件形成固体电解电容器，并且外壳的形状形成为适于安装到电路板上。图7是常规使用的卷绕型电容器元件(1)的示意图。该卷绕型电容器元件(1)具有通过卷绕带状阳极箔(21)、带状阴极箔(22)和带状电绝缘隔膜(23)形成的卷绕部分(2)，所述带状电绝缘隔膜(23)夹在该阳极箔和阴极箔之间。对于阳极箔(21)来说，使用电子管金属箔例如铝、钽、铌或者钛。蚀刻阳极箔(21)的表面，并且形成介电氧化膜。对于阴极箔(22)来说，通常也使用电子管金属箔。捆绑胶带(24)粘贴在卷绕部分(2)的侧面，以防止卷绕部分散开。由铝制成的端子(31)和(32)分别连接到阳极箔(21)和阴极箔(22)。阳极引线(41)通过接头端子(31)电连接到阳极箔(21)，阴极引线(42)通过接头端子(32)电连接到阴极箔(22)。
图8是使用上述电容器元件(1)的垂直芯片型固体电解电容器的截面图。在该视图中，简化了电容器元件(1)的截面。在该电容器元件(1)中，在阳极箔(21)和阴极箔(22)之间形成固体电解质层，然后将该电容器元件(1)容纳到金属圆柱形容器(11)中。该金属容器(11)例如由铝制成。设置密封橡胶(12)以便封闭金属容器(11)的开口。例如，密封橡胶(12)由丁基橡胶制成。确保密封开口，并且确保通过压紧金属容器(11)的侧壁并且向内弯曲金属容器(11)的末端，形成一卷曲部分(13)，从而固定密封橡胶(12)。
盖状基板(14)固定在金属容器(11)的一端。该基板(14)例如由绝缘塑料制成。阳极引线(41)和阴极引线(42)都穿透密封橡胶(12)和基板(14)。在这些引线(41)和(42)从基板(14)突出的地方，将这些引线塑形，以便分别制成阳极端子((61)和阴极端子(62)。电极(61)和(62)具有平板形状，并且设置在基板(14)的表面上。
固体电解电容器用于各种电子设备中，并且将固体电解电容器安装在这些电子设备的电路板上。对于一直在变小和变薄的电子设备来说，例如笔记本PC和移动信息终端(PDA)，需要更密集和更薄的电路板，据此，也需要更小和更薄的固体电解电容器。因此，为了满足该需求，希望使常规固体电解电容器的密封橡胶(12)和基板(14)的厚度更小。应注意，难以使电容器元件(1)自身尺寸更小。由于电容器元件(1)的形状直接关系到该固体电解电容器的电性能，难以在保持预定电性能的同时改变该形状。
但是，对于上述固体电解电容器来说，密封橡胶(12)需要具有某一厚度值或者更大的厚度值，以防止大气中的潮气到达该电容器元件(1)。基板(14)也需要具有某一厚度值或者更大的厚度值，以便得到耐冲击的理想的耐久性。因此，在试图通过减小密封橡胶(12)和基板(14)的厚度使该固体电解电容器更小和更薄方向存在限制。此外，在金属容器(11)中必须形成卷曲部分(13)，以便在该金属容器(11)中固定该密封橡胶(12)。但是固体电解电容器的高度增加了卷曲部分(13)的高度。
随着引线(41)和(42)从卷绕部分(2)到电极端子(61)和(62)的长度变得更短，该固体电解电容器的等效串联电阻变得更小。然而，由于密封橡胶(12)和基板(14)需要至少具有某一厚度，因此不可能缩短引线(41)和(42)以降低等效串联电阻。由于固体电解电容器的优点是小的等效串联电阻，因此理想的是使这些引线(41)和(42)对等效串联电阻的贡献最小。
为了解决这些问题获得了本发明，以便提供更小的更薄的固体电解电容器，其中引线对等效串联电阻的贡献小。
发明内容
本发明的固体电解电容器包括：电容器元件和由绝缘树脂制成并且覆盖该电容器元件的外壳，其中该电容器元件包括：通过将具有形成在其表面上的介电氧化膜的阳极箔、阴极箔和夹在该阳极箔和阴极箔之间的隔板卷绕在一起形成的卷绕部分；导电聚合物层形成在阳极箔和阴极箔之间；电连接到该阳极箔的阳极引线和电连接到阴极箔的阴极引线从该卷绕部分延伸，穿透外壳并且分别连接到设置在外壳表面上的阳极端子和阴极端子。
此外，除了上述结构，本发明的固体电解电容器可以具有覆盖卷绕部分而不电连接阳极引线和阴极引线的金属层或者由防水树脂例如氟树脂和硅树脂制成、覆盖该卷绕部分的涂层。
此外，在本发明的固体电解电容器中，固定到电路板、由金属制成的辅助接头可以设置在设置有阳极端板和阴极端板的外壳表面上。
通过用由树脂制成的外壳覆盖卷绕部分，在常规固体电解电容器中使用的密封橡胶、卷曲部分和基板不再需要。由于这些厚度不增加树脂的厚度，因此可以使设置有阳极引线和阴极引线的一侧的固体电解电容器的厚度更薄。此外，由于引线长度缩短，因此引线对等效串联电阻的贡献变得更小。
通过用由金属或者防水树脂制成的涂层覆盖该卷绕部分，显著降低了透过外壳到达卷绕部分的潮气量，可以使由于潮气而导致的电容器性能的变化非常小。
例如，在需要抗震动的汽车中安装的电子设备中，除了阳极端子和阴极端子之外，通过在外壳表面上设置辅助接头，并且通过焊接将该辅助接头以及这些端子接合到电路板上，可以更稳固地将固体电解电容器固定到电路板上。
附图的简要说明
图1是根据本发明的固体电解电容器的第一工作例的透视图。
图2是沿着包含图1的A-A’线垂直平面切割的、根据本发明的固体电解电容器的第一工作例的截面图。
图3是根据本发明的固体电解电容器的第二工作例的截面图。
图4是根据本发明的固体电解电容器的第三工作例的截面图。
图5是根据本发明具有辅助接头的固体电解电容器的透视图。
图6是根据本发明的固体电解电容器的透视图，该固体电解电容器具有带有两级结构的外壳。
图7是电容器元件的示意图。
图8是常规固体电解电容器的截面图。
实施本发明的最佳方式
下面参考附图说明本发明的工作例。与常规固体电解电容器相同或者类似的结构元件用相同的符号表示。
图1是表示根据本发明的固体电解电容器的第一工作例的透视图。图2是该电容器的截面图。通过由绝缘树脂制成的外壳(5)覆盖电容器元件(1)。对于绝缘树脂来说，例如使用环氧树脂。外壳(5)的形状基本上是矩形固体的形状，阳极端子(61)和阴极端子(62)放置在形成在外壳(5)的一个表面上的缺口(51)和(51)中。电极端子(61)和(62)不直接放置在外壳(5)的平坦表面上，但是通过将这些电极端子(61)和(62)放置在缺口(51)和(51)中，进一步降低了固体电解电容器的高度。阳极引线(41)和阴极引线(42)从电容器元件(1)一直延伸到形成了缺口(51)和(51)的外壳(5)的表面。这些引线(41)和(42)穿过外壳(5)，并且到达缺口(51)和(51)的底面，分别与阳极端子(61)和阴极端子(62)连接。
按如下方式制造根据本发明的固体电解电容器。首先，制造如图7所示的电容器元件(1)。该电容器元件(1)的结构如上面所描述的。此外，由于阳极箔(21)通过氧化大表面积的电子管金属(在本工作例中是铝)并且将其切割为带制成，因此介电氧化膜没有形成在该切割表面上。因此，如图7所示，在制成电容器元件(1)的卷绕结构之后再在该阳极箔(21)的切割表面上形成介电氧化膜。然后，在280℃热处理该电容器元件(1)之后，将其浸入包含n-丁醇作为稀释剂的3，4-亚乙二氧基噻吩和三(对甲苯磺酸)铁(III)的混合溶液中，以便通过化学聚合在阳极箔(21)和阴极箔(22)之间形成介质聚合物层。在该工作例中，导电聚合物层由聚噻吩功能聚合物制成，但是也可以使用聚吡咯或者聚苯胺功能聚合物作为功能聚合物。
接着，如图7所示，当阳极引线(41)和阴极引线(42)竖直立在电容器元件(1)的接头端子(31)和(32)上，通过从它们的末端到引线(41)和(42)的基本上中央附近进行压力加工形成平坦的阳极端子(61)和阴极端子(62)。接着，通过注射模制形成由环氧树脂制成的外壳(5)，使其覆盖该电容器元件(1)。在形成外壳(5)之前，优选将脱模剂涂覆到电极端子(61)和(62)上，以便当进行注射模制时容易除去粘到电极端子(61)和(62)上的树脂。形成外壳(5)之后，弯曲阳极端子(61)和阴极端子(62)的底端，并且将这些端子(61)和(62)分别放在已经形成在外壳(5)表面上的缺口上。
在该工作例中，在形成了阳极端子(61)和阴极端子(62)之后制作覆盖电容器元件(1)的外壳(5)。但是也可以先形成外壳(5)，然后压力加工阳极引线(41)和阴极引线(42)，以便形成阳极端子(61)和阴极端子(62)，接着弯曲这些端子(61)和(62)。还可以独立于阳极引线(41)和阴极引线(42)形成阳极端子(61)和阴极端子(62)，并且通过焊接连接这些端子(61)和(62)与相应的阳极引线(41)和阴极引线(42)。
图3是本发明的第二工作例的截面图。该第二工作例的固体电解电容器的特征在于，除了第一工作例的结构之外，用金属层(7)覆盖电容器元件(1)的卷绕部分(2)的表面。此外，为了避免阳极引线(41)和阴极引线(42)电连接，或者，换句话说，为了避免接头端子(31)和(32)形成物理接触，在接头端子(31)和(32)突出的表面上不形成金属层(7)。在该工作例中，在电容器元件(1)的表面上形成导电聚合物层之后，将该电容器元件(1)容纳在圆柱形容器中。使得该铝金属层(7)围绕该电容器元件(1)。容器的厚度大约与图8所示的金属容器(11)的厚度相同，高度大约与电容器元件(1)的卷绕部分(2)的高度(也就是隔板(23)的宽度)相同。
例如，形成金属层(7)的另一种方式是通过在电容器元件(1)的表面上涂覆金属膏或者通过在电容器元件(1)的表面上粘附金属箔形成。
也可以仅在电容器元件(1)的卷绕部分(2)的任意侧面上或者在与接头端子(31)和(32)突出的面相对的面上形成金属层(7)。该金属层(7)可以形成在接头端子(31)和(32)突出的面上，但是，在这种情况下，需要电绝缘金属层(7)和接头端子(31)和(32)。
图4是本发明的第三工作例的截面图。该第三工作例的固体电解电容器的特征在于，除了第一工作例的结构之外，电容器元件(1)的卷绕部分(2)被树脂层(8)覆盖。该薄树脂层(8)通过涂覆氟树脂或者通过喷涂形成在卷绕部分(2)的表面上。形成该树脂涂层(8)的目的是防止潮气进入该电容器元件(1)。因此，优选使用防水树脂例如氟树脂或者硅树脂作为该树脂层(8)。
图5是本发明的固体电解电容器的透视图，其中为上述第一至第三工作例的结构配置两个嵌埋在外壳(5)中的两个板状辅助接头(52)和(52)。该辅助接头(52)和(52)是可以焊接的金属板例如铜板或者其表面被这种金属覆盖的塑料板，并且它们嵌埋在放置阳极端子(61)和阴极端子(62)的外壳(5)的表面中。当在电路板上安装该固体电解电容器时，这些辅助接头(52)和(52)通过焊接连接到该电路板上的由可以焊接的金属制成的接头上。因此，本工作例的固体电解电容器通过在4个位置焊接连接到电路板上。辅助接头(52)和(52)还可以通过将金属膏涂覆到外壳(5)的表面上形成。
图6是本发明的固体电解电容器的透视图，其中上述第一至第三工作例的结构中的外壳(5)具有两级结构。在图6所示的工作例中，外壳(5)是两级形状的，即，不同尺寸的两个矩形固体放置在彼此的顶部上。放置阳极端子(61)和阴极端子(62)的矩形固体的侧边更宽，因此增加了外壳(5)的水平截面积。通过如此设置外壳(5)，可以增加接合到电路板上的辅助接头(52)和(52)以及电极端子板(61)和(62)的表面积。由此可以将该固体电解电容器牢固地固定到电路板上。
下面将更具体地说明本发明的固体电解电容器的工作例。制备常规的固体电解电容器以及根据上述第一和第三工作例的固体电解电容器，并且在下表中示出了性能测试的结果。所有的固体电解电容器都具有4V的额定电压和150μF的静电容。电容器元件(1)的直径为6.3mm。此外，在下表的最左列中列出的固体电解电容器的结构部件的厚度(h1至h9)如图2至4和8所示。
| 常规例 | 第一工作例 | 第二工作例 | 第三工作例 | |
| h1：铝的厚度 | 0.3mm | - | - | - |
| h2：密封橡胶的厚度 | 1.7mm | - | - | - |
| h3：卷曲的高度 | 0.3mm | - | - | - |
| h4：基板的厚度 | 0.4mm | - | - | - |
| h5：电极端子的厚度 | 0.2mm | - | - | - |
| h6：卷绕部分的高度 | 2.7mm | 2.7mm | 2.7mm | 2.7mm |
| h7：外壳树脂的厚度 | - | 0.5mm | 0.2mm | 0.5mm |
| h8：外壳树脂的厚度(具有引线的侧面) | - | 0.5mm | 0.5mm | 0.5mm |
| h9：金属层的厚度 | - | - | 0.3mm | - |
| 电容器的高度 | 5.6mm | 3.7mm | 3.7mm | 3.7mm |
| 潮湿测试之后静电容的变化率 | +0.5％ | +10％ | +2％ | +2％ |
如该表所示，对于常规电容器来说，固体电解电容器的高度为5.7mm，但是在本发明的工作例中仅为3.7mm。换句话说，通过使用本发明，固体电容器的高度变为常规电容器高度的30％或者更薄。由于树脂涂层(8)的厚度比表中所列的结构部件的厚度薄很多，因此当测量第三工作例的固体电解电容器的高度时忽略了涂层(8)的高度。
通过使常规形式以及工作例的固体电解电容器经过60℃和90％的湿度的气氛1000小时来测试耐湿特性。确定该测试之前和之后的静电容变化率。如表所示，第一工作例的固体电解电容器的静电容量在当潮气透过外壳(5)并且到达电容器元件(1)的测试之后增加10％。另一方面，在第二和第三工作例的固体电解电容器中，由于在电容器元件(1)和外壳(5)之间存在铝金属层(7)或者氟树脂(8)，因此静电容量的变化率达到值(+2％)，仅次于常规的电容器(+0.5％)。
上述工作例的描述仅仅是本发明的说明，并不意味着限制如各权利要求所描述的本发明，或者缩小权利要求的范围。此外，本发明的各个部分的结构并不限于上述工作例，各种修改当然也可能在各权利要求所描述的技术范围内。
工业实用性
由于电容器元件被由绝缘树脂制成的外壳包围，因此本发明的固体电解电容器是小的并且是薄的。引线对等效串联电阻的贡献也小。此外，由于由金属层或者防水树脂制成的涂层包围电容器元件的卷绕部分，因此降低了透过外壳渗入该卷绕部分的潮气。
Claims (4)
1.一种固体电解电容器，包括：电容器元件和由绝缘树脂制成并且覆盖该电容器元件的外壳；
其中该电容器元件包括：通过将具有形成在其表面上的介电氧化膜的阳极箔、阴极箔和夹在该阳极箔和阴极箔之间的隔板卷绕在一起形成的卷绕部分；
其中导电聚合物层形成在阳极箔和阴极箔之间；和
其中电连接到该阳极箔的阳极引线和电连接到阴极箔的阴极引线从该卷绕部分延伸，穿透外壳并且分别连接到设置在外壳表面上的阳极端子和阴极端子。
2.根据权利要求1的固体电解电容器，包括覆盖卷绕部分而不电连接阳极引线和阴极引线的金属层。
3.根据权利要求1的固体电解电容器，其中用由防水树脂例如氟树脂或硅树脂制成的涂层覆盖该卷绕部分。
4.根据权利要求1至3任意一项的固态电解电容器，其中固定到电路板上的由金属制成的辅助接头设置在设置有阳极端板和阴极端板的外壳表面上。
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