CN204215901U - 金属阳极改良之固态电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种金属阳极改良之固态电解电容器，所述金属阳极改良之固态电解电容器包括一基材层、一导电高分子层及一电极层，所述基材层具有一阳极部及一阴极部，其中所述阳极部的厚度较所述阴极部的厚度为薄，所述导电高分子层包覆所述阴极部，所述电极层包覆所述导电高分子层。本实用新型的金属阳极改良之固态电解电容器用于堆栈式封装成型时，能大幅提升焊接成功率。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种固态电解电容器，且特别是有关于一种金属阳极改良之固态电解电容器。
背景技术
按，电容器已广泛地被使用于消费性家电用品、电脑主机板及其周边、电源供应器、通讯产品、及汽车等的基本元件，其主要的作用包括：滤波、旁路、整流、耦合、去耦、转相等。是电子产品中不可缺少的元件之一。随着半导体制程技术的进步，由半导体构装的电子产品因为市场的需求而开始朝更加精密先进的方向发展。就可携式电子产品而言，消费者所期待的产品需满足轻薄化、高频化、多功能化、高可靠度并且符合RoHS，是以传统液态电解电容器已逐渐无法满足产品需求，固态电解电容器因此应运而生。
固态电解电容器依照不同的材质及用途有不同的型态，目前工业化生产的固态电解电容器主要以铝质固态电解电容器(Aluminum solid electrolytic capacitor)和钽质固态电解电容器(Tantalum solid electrolytic capacitor)为主。一般而言，为增加电容器的电容量，业界最常利用堆栈或层迭的方式将多个铝质固态电解电容器单元并联连接，并构装成一个高电容量的固态电解电容器封装结构，其总电容量为各电容量之总和。
惟，于堆栈构装过程中常会遇到以下问题：首先，相邻的两个铝质固态电解电容器单元的阳极部是透过焊接方式固定连接，但是受到阳极部的厚度限制，往往焊接成功率很低，或是焊接质量不佳，造成固态电解电容器封装结构的可靠度较佳而容易失效；再者，因为阳极部太厚及其机械强度不足的影响，往往铝质固态电解电容器的堆栈/层迭数量不能太多，导致电容量增加幅度有限。
此外，在焊接过程中，当堆栈设置的铝质固态电解电容器的阳极部受到挤压时容易发生熔融铝芯飞溅之情事，此熔融铝芯会在凝固后为封装胶所包覆并占据部分的空间；只是，封装完成品在通过回焊炉时，此熔融铝芯又会发生二次熔融，从而其腾出的空间会导致封装体的密封性不佳，使空气中的水分进入 而影响电容器的电气特性强度。
针对上述的铝质固态电解电容器存在的缺陷或不足，本实用新型人遂以其多年从事各种电容器的制造经验和技术累积，积极地研究如何从结构上作改良，以期能改善先前技术之缺失，终于在各方条件的审慎考虑下开发出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型之主要目的在于提供一种金属阳极改良之固态电解电容器，所述金属阳极改良之固态电解电容器应用于堆栈封装成型时，能大幅提升焊接成功率，并增加堆栈/层迭的数量以大幅增加并联的总电容量。
为达上述的目的及功效，本实用新型采用以下技术内容：一种金属阳极改良之固态电解电容器，包括一基材层、一导电高分子层及一电极层，所述基材层具有一阳极部及一阴极部，其中所述阳极部的厚度较所述阴极部的厚度为薄，所述导电高分子层包覆所述阴极部，所述电极层包覆所述导电高分子层。
本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型透过“阳极部的厚度较阴极部的厚度为薄”的设计，当应用于堆栈封装以增加电容量时，不仅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加电容器并联的数量。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术内容得到进一步的了解。为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型之金属阳极改良之固态电解电容器之剖面示意图。
图2为本实用新型之薄化处理前之基材层之示意图。
图3为本实用新型之第一实施例之薄化处理后之基材层之示意图。
图4为本实用新型之第一腐蚀层或第二腐蚀层之示意图。
图5为本实用新型之第二实施例之薄化处理后之基材层之示意图。
图6为本实用新型之金属阳极改良之固态电解电容器的制造方法之流程示意图。
图7为应用本实用新型金属阳极改良之固态电解电容器之固态电解电容器封装结构之示意图。
【符号说明】
C电容单元
1金属阳极改良之固态电解电容器
10基材层
11阳极部
111第一金属芯体
112第一腐蚀层
1121多孔质金属层
1122氧化皮膜
12阴极部
121第二金属芯体
122第二腐蚀层
1221多孔质金属层
1222氧化皮膜
13导电高分子层
14电极层
141碳胶层
142银胶层
15绝缘层
2封装体
3导线架
31第一导电端子
32第二导电端子
t1、t2厚度
具体实施方式
本实用新型所揭示之内容涉及一种构造新颖的芯片型固态电解电容器(Stack-type solid electrolytic capacitor)，其主要技术特点在于，电容器阳极部经过激光雕刻或机械压密等方式处理而使其厚度减少，当利用数个所述芯片型固态电解电容器进行堆栈封装以增加电容量时，不仅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加电容器并联的数量，更重要的是，还能防止熔融金属飞溅，使封装结构具有良好的气密性及可靠度。
接下来将透过数个实施例并配合所附图式，说明本实用新型与先前技术相比具有创新、进步或功效等独特技术部分，使本领域普通技术人员能据以实现。 须说明的是，本领域普通技术人员在不悖离本实用新型的精神下所进行的修饰与变更，均不脱离本实用新型的保护范畴。
[第一实施例]
请参阅图1，为本实用新型第一实施例之金属阳极改良之固态电解电容器之剖面示意图。如图1所示，本实施例之金属阳极改良之固态电解电容器1主要包括一基材层10、一导电高分子层13及一电极层14，其中基材层10具有一阳极部11及一阴极部12，导电高分子层13包覆阴极部12，电极层14包覆导电高分子层13；值得注意的是，阳极部11的厚度t1小于阴极部12的厚度t2。
金属阳极改良之固态电解电容器1是利用绝缘层15区隔出电容器的阳极区域及阴极区域(图中未标示)，并以此方式在基材层10上定义出彼此电性绝缘的阳极部11及阴极部12。配合参阅图2所示，基材层10于薄化处理前，阳极部11包括第一金属芯体111与形成于第一金属芯体111之双面的两层第一腐蚀层112，阴极部12包括第二金属芯体121与形成于第二金属芯体121之双面的两层第二腐蚀层122，并且第一腐蚀层112的厚度与第二腐蚀层122的厚度相同。配合参阅图3所示，基材层10于薄化处理前后，阳极部11之第一腐蚀层112比阴极部12之第二腐蚀层122还薄，如此本实施例之阳极部11的厚度约介于25～100μm，阴极部12的厚度约介于70～130μm，虽然本实施例是以纯度99.8％以上之铝箔做为金属芯体，但本实用新型并不限制于此。
请一并参阅图2、图3及图4，第一和第二金属芯体111、121可为一特定尺寸的钽烧结体、铝箔或铌锭，而且第一金属芯体111与第二金属芯体121的厚度相同；值得注意的是，第一和第二腐蚀层112、122虽然都是由一多孔质金属层1121、1221与覆盖多孔质金属层1121、1221的一层氧化皮膜1122、1222所组成，但是第一腐蚀层112与第二腐蚀层122的厚度并不相同。更进一步来说，第一腐蚀层112是利用激光雕刻或机械压密等方式进行薄化处理，而且经薄化处理后之第一腐蚀层112的厚度小于第二腐蚀层122的厚度。附带一提，熟习此项技艺者能根据电容器的性能要求而使阳极部11达到所需之特定厚度，本实用新型并不加以限制。据此，当本实用新型使用于堆栈式封装时能增加焊接的成功率和质量，并增加电容器的堆栈层数，最大堆栈层数为8层。
导电高分子层13被覆在阴极部12之第二腐蚀层122的表面上，主要当作芯片型固态电解电容器的固态电解质。导电高分子层13可包括聚乙烯二氧噻 吩(polyethylene dioxythiophene，PEDOT)、聚噻吩(Polythiophene，PT)、聚乙炔(Polyacetylene，PA)、聚苯胺(Polyaniline，PAni)或聚吡咯(Polypyrrole，PPy)，虽然本实施例是以PEDOT为例，但本实用新型并不限制导电高分子层13的材质。附带一提，上述所有的导电高分子材料皆具备高导电度、优异的耐热性和温度特性、易附着于介电层上且不会破坏介电层、及在外加电压下不会劣化等特性，因而相当适合被使用于固态电解电容器的电解质。
电极层14被覆在导电高分子层13的表面上，具体结构为一双层电极层；在本实施例中，电极层14包括一碳胶层141及一银胶层142，碳胶层141被覆在导电高分子层13的表面上，银胶层142被覆在碳胶层141的表面上。
[第二实施例]
请一并参阅图1及图5，在本實施例中，阳极部11仅为单一第一金属芯体111所构成，而阴极部12包括第二金属芯体121与形成于第二金属芯体121之双面的两层第二腐蚀层122。由图5与图3的比较可知，本实施例与前一实施例最大的差別在于：阳极部11在经过薄化处理后，不只是完全移除第一金属芯体111上之腐蚀层，视需求还能移除部分的第一金属芯体111，以此方式，经薄化处理后之阳极部11的厚度t1可小于阴极部12的厚度t2。
请参阅图6，本实用新型之金属阳极改良之固态电解电容器1的结构特征已详述如上，接下来将进一步说明金属阳极改良之固态电解电容器1之制造方法，其主要包括下列步骤：
首先，执行步骤S100：提供一基材层10，其具有一阳极部11及一阴极部12。如图2所示，阳极部11包括第一金属芯体111与形成于第一金属芯体111之双面的两层第一腐蚀层112，阴极部12包括第二金属芯体121与形成于第二金属芯体121之双面的两层第二腐蚀层122。
此步骤包含两个实施要项：如图3所示，第一，对第一和第二金属芯体111、121进行腐蚀处理，腐蚀处理可为不施加电压之化学性腐蚀或施加电压之电气化学性腐蚀，以分别在第一和第二金属芯体111、121之双面上形成一多孔质金属层1121、1221，多孔质金属层1121、1221大致呈现海绵状，能使有效面积增加约1.5～100倍，进而能获得较大的容量；第二，利用含硼酸或硝酸之化成液，并配合适当的化成条件，形成氧化皮膜1122、1222以覆盖每一多孔质金属层1121、1221，如此便完成基材层10的准备。附带一提，熟习此项技艺者能根据电容器的性能要求而腐蚀出具不同凹穴形貌的多孔质金属层1121、 1221，并能控制化成条件而形成特定厚度的氧化皮膜，藉此得到所需之容量，本实用新型并不限制多孔质金属层1121、1221上之凹穴形貌。
接着，执行步骤S102：至少移除部分阳极部11之腐蚀层(第一腐蚀层112)，使阳极部11的厚度较阴极部12的厚度为薄。首先，如图3所示，执行此步骤时主要利用激光雕刻方式(Laser trimming or Laser stripping)，并沿着基材层10的厚度方向来移除阳极部11中一部分的第一腐蚀层112，但本实用新型非限制于此。再者，如图5所示，基于电容器的性能或制程上的考虑，执行此步骤时也能选择将阳极部11之第一腐蚀层112完全移除，甚至是进一步移除部分的第一金属芯体111。另外，薄化处理前之阳极部11的厚度为110μm(即基材层的厚度)，薄化处理后之阳极部11的厚度为70μm。
执行此步骤时还能利用机械压密方式，例如以平板压力机(图中未显示)自基材层的厚度方向上压下阳极部11之第一腐蚀层112，以使阳极部11的薄化。据此，本实用新型能大幅提升焊接成功率与封装的气密性质量，并能在不降低电容量不影响电容量的前提下提升自身的机械强度。
此后，如图1所示，执行步骤S104：形成一导电高分子层13以包覆陰極部12，并执行步骤S106：形成一电极层14以包覆导电高分子层13。当以上步骤S100至S106逐步完成之后，即制得本实用新型的金属阳极改良之固态电解电容器1。
[应用实施例]
请参阅图7，为应用本实用新型之固态电解电容器封装结构之示意图。如图所示，固态电解电容器封装结构中之数个金属阳极改良之固态电解电容器1是依序堆栈而达成并联连接，以构成电容单元C；就相邻的两个金属阳极改良之固态电解电容器1而言，堆栈设置的两个阴极部12可透过彼此的电极层14电性连接，堆栈设置的两个阳极部11可透过焊接层(图中未标示)结合在一起。
所述固态电解电容器封装结构并包括一封装体2及一导线架3，封装体2包含不透光的封装材料(如Epoxy或Silicone)，用于将电容单元C完全包覆，导线架3包括彼此分离的第一导电端子31及第二导电端子32，第一导电端子31一端与位于最下方的金属阳极改良之固态电解电容器1的阳极部11相接，另一端则由封装体2一侧延伸至外部环境，第二导电端子32一端与位于最下方的金属阳极改良之固态电解电容器1的阴极部12相接，另一端则由封装体2 另一侧延伸至外部环境。值得注意的是，应用本实用新型的固态电解电容器封装结构具有良好的气密性及可靠度。
[本实用新型实际达成的功效]
综上所述，本实用新型的有益效果可以在于，本实用新型实施例透过“基材层10之阳极部11包括第一金属芯体111与形成于第一金属芯体111之双面的两层第一腐蚀层112，而阴极部12包括第二金属芯体121与形成于第二金属芯体121之双面的两层第二腐蚀层122，且第一腐蚀层112的厚度要比第二腐蚀层122还薄”及“阳极部11仅为单一第一金属芯体111所构成，而阴极部12包括第二金属芯体121与形成于第二金属芯体121之双面的两层第二腐蚀层122”的设计，当应用于堆栈封装以增加电容量时，不仅能大幅提升焊接成功率、降低阻抗(ESR值)及增加电容器并联的数量，更重要的是，还能防止熔融金属飞溅，使封装结构具有良好的气密性及可靠度。
以上所述仅为本实用新型的实施例，其并非用以限定本实用新型的专利保护范围。任何熟习相像技艺者，在不脱离本实用新型的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍落入本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，包括：
一基材层，具有一阳极部及一阴极部，其中，所述阳极部的厚度较所述阴极部的厚度为薄；
一导电高分子层，系包覆所述阴极部；以及
一电极层，系包覆所述导电高分子层。
2.如权利要求1所述的金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，其中所述阳极部及所述阴极部各包括：
一金属芯体；以及
两层腐蚀层，系分别形成于所述金属芯体之双面；
其中，所述阳极部之腐蚀层的厚度较所述阴极部之腐蚀层的厚度为薄。
3.如权利要求1所述的金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，其中所述阳极部为一第一金属芯体，所述阴极部包括一第二金属芯体及分别形成于所述第二金属芯体之双面的两层腐蚀层，所述第一金属芯体的厚度较所述第二金属芯体的厚度为薄。
4.如权利要求3所述的金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，其中所述第一金属芯体为一钽烧结体、一铝箔或一铌锭。
5.如权利要求3所述的金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，其中所述第二金属芯体为一钽烧结体、一铝箔或一铌锭。
6.如权利要求1所述的金属阳极改良之固态电解电容器，其特征在于，其中所述电极层包括一包覆所述导电高分子层的碳胶层及一包覆所述碳胶层的银胶层。
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| CN201420631805.1U Expired - Lifetime CN204215901U (zh) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | 金属阳极改良之固态电解电容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204215901U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104319105A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-01-28 | 钰邦电子（无锡）有限公司 | 金属阳极改良之固态电解电容器及其制造方法 |
-
2014
- 2014-10-28 CN CN201420631805.1U patent/CN204215901U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104319105A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-01-28 | 钰邦电子（无锡）有限公司 | 金属阳极改良之固态电解电容器及其制造方法 |
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| GR01 | Patent grant |