KR20210025672A - 저프로파일 습식 전해 탄탈 커패시터 - Google Patents

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Abstract

커패시터는, 각각 매설형 와이어를 갖는 복수 개의 애노드 플레이트 부재를 포함할 수 있는 스택 조립체를 포함할 수 있다. 애노드 플레이트 부재는 세퍼레이터 시트 사이에 개재된 적어도 하나의 캐소드 호일에 의해 분리될 수 있다. 도전 부재는 매설형 와이어들을 전기 접속시킬 수 있고, 커패시터의 내부로부터 밀폐식으로 시일되는 외부에서 접근 가능한 단부 부분을 가질 수 있다. 케이스가 스택 조립체를 덮고, 커버 조립체에 부착될 수 있다. 케이스와 커버는 커패시터의 내부 영역 내에 스택 조립체를 밀폐할 수 있다. 적어도 하나의 캐소드 호일은 케이스에 연결될 수 있다. 전해질 유체가 내부 영역 내에 배치될 수 있다. 스택 조립체의 중앙 부분을 관통하는 통로가 마련될 수 있다. 절연체에 의해 둘러싸이는 튜브가 상기 통로를 통과하여, 커버 및 케이스에 연결될 수 있다.

Description

저프로파일 습식 전해 탄탈 커패시터
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 7월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/036, 162호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허 출원의 전체 내용은 참조에 의해 여기에서 완벽히 기술되는 것처럼 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 출원은 전자소자 분야, 보다 구체적으로는 커패시터에 관한 것이다.
습식 커패시터는 그 체적 효율, 안정한 전기 파라메터, 높은 신뢰성 및 긴 서비스 수명으로 인해 회로 구성에 사용된다. 상기한 커패시터는 통상적으로 특정 다른 타입의 커패시터보다 큰 단위 체적당 커패시턴스를 갖고, 이는 상기한 커패시터가 고전류, 고전력 및 저주파 전기 회로에서 유용하게 한다. 한가지 타입의 습식 커패시터는 습식 전해 커패시터이다. 습식 전해 커패시터는 2개의 도전면(애노드 및 캐소드) - 전하를 저장하는 기능을 가짐 - 과 유체 전해질을 포함한다. 절연재 또는 유전체가 2개의 도전면을 분리한다. 습식 전해 커패시터는 높은 커패시턴스와 낮은 누설 전류의 양호한 조합을 제공하는 경향이 있다.
습식 전해 커패시터는 위성, 항공 우주, 항공, 군사 그룹 지원, 석유 탐사, 전력 공급 등으로부터 다양한 타입의 전기 장비에 있어서 기본이다. 이러한 예시적인 어플리케이션 중 임의의 어플리케이션에서, 커패시터는 극한의 온도, 압력, 습기, 충격, 진동 등을 포함하는 거친 환경 조건에 노출될 수 있다. 커패시터는 그 정확도, 서비스 수명, 및 매우 높은 온도에서도 유지 보수 없이 작동되는 능력을 유지하면서 이러한 거친 환경 조건을 견딜 수 있어야만 한다. 거친 환경 조건으로 인한 커패시터의 고장은 수리를 위한 커패시터의 제거를 필요로 하고, 이는 지연 및 다른 관련 비용을 초래한다. 추가로, 여러 이들 예시적인 어플리케이션은 중요한 치수 또는 레이아웃 제약을 포함하는데, 그 이유는 일렉트로닉스 분야가 계속해서 보다 소형의 부품 및 디바이스를 요구하고 있기 때문이다. 예컨대, 장착 영역 및 구성요소 프로파일(즉, 높이) 모두에서의 감소는 대부분의 전류 어플리케이션에서 크게 요구된다.
탄탈(Ta) 전해 커패시터와 같은 기지의 습식 전해 커패시터는 일반적으로 원통 형상 및 축방향 연장 종결부를 갖는 것을 특징으로 한다. 당업계에서 알려진 탄탈 전해 커패시터는 애노드 재료를 위해 탄탈을 사용할 수 있다. 탄탈 애노드 본체[통상 “슬러그(slug)” 또는 “펠릿(pellet)”이라고도 함]는 대개 소결된다. 와이어(역시 탄탈로 형성될 수 있음)는 통상 아래 2개의 방식 중 하나로 애노드 본체 내에 형성된다: (1) “매설”, 와이어가 압축 공정 중에 탄탈 분말로 둘러싸이는 것을 의미함; 또는 (2) “용접”, 펠릿이 압축 및 소결된 후, 와이어가 탄탈 애노드 본체에 용접되는 것을 의미함. 와이어의 타단은 탄탈 애노드 본체의 외부로 연장된다. 커패시터 유전체 재료는 애노드재의 애노드 산화(예컨대, Ta에서 Ta205로)에 의해 형성되어, 애노드 본체 표면 위에 산화물층을 형성한다. 커패시터 캐소드는 애노드 본체의 내면 또는 탄탈 애노드 본체를 둘러싸는 커패시터 케이스를 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 캐소드는 소결 탄탈 또는 전기 영동 전착 탄탈 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 방법으로 형성되고, 캐소드 단자에 커플링될 수 있다. 유체 전해질은 캐소드와 애노드 본체를 분리하고, 캐소드와 애노드 본체 간의 전기 소통을 제공한다. 축방향 연장 종결부를 갖는 원통 형상 커패시터는 대체로 거친 환경 조건에서 신뢰성 있게 수행하지만, 2개 표면의 표면적이 커패시터의 커패시턴스를 결정하기 때문에, 제공되는 에너지 밀도는 그 원통 형상과 그 표면(애노드 및 캐소드)의 제한된 표면적에 의해 제한된다. 추가로, 치수 제약은 통상 그 어플리케이션을 어렵게 한다.
다른 타입의 기지의 습식 전해 커패시터는 반경방향 연장 종결부를 지닌 원형 또는 정사각형 형상 커패시터 본체 또는 “캔”을 갖는 것을 특징으로 한다. 반경방향 연장 종결부를 지닌 원형 또는 정사각형 형상 커패시터는 축방향 연장 종결부를 지닌 원통 형상 커패시터에 비해 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있는 반면, 거친 환경 조건에서 작동하는 그 능력은 제한된다. 예컨대, 반경방향 연장 종결부를 지닌 원형 또는 정사각형 형상 커패시터는 대개 커패시터 스웰링(swelling)을 유발하는 상승된 온도에 더욱 민감하다. 추가로, 반경방향 연장 종결부를 지닌 원형 또는 정사각형 커패시터는 대개 높은 충격 또는 진동 환경을 견뎌내는 제한된 능력을 갖는다.
현재, 통상의 치수 제약에 맞는 높은 에너지 밀도 및 저프로파일(low profile)을 특징으로 하는, 거친 환경 조건에서 작동 가능한 개선된 습식 전해 커패시터가 필요하다.
커패시터 요소의 스택을 포함할 수 있는 스택 조립체를 포함하는 커패시터가 개시된다. 스택 조립체는 복수 개의 애노드 플레이트 부재를 포함할 수 있다. 각각의 플레이트 부재는 매설형 와이어를 가질 수 있다. 애노드 플레이트 부재는 인접한 애노드 플레이트 부재들 사이에 마련되는 적어도 하나의 캐소드 호일에 의해 분리된다. 캐소드 호일은 세퍼레이트 시트에 의해 애노드 플레이트 부재로부터 분리된다. 도전 부재가 매설형 와이어에 전기 접속되고, 외부에서 접근 가능한 단부 부분을 가질 수 있다. 케이스가 스택 조립체를 커버하고 커버 조립체에 부착된다. 케이스와 커버 조립체는 커패시터의 내부 영역 내에 스택 조립체를 밀폐한다. 캐소드 호일은 케이스에 연결된다. 전해질 유체가 커패시터의 내부 영역 내에 배치된다. 바람직하게는 원통형 통로가 스택 조립체의 특정 부분과 케이스의 상부벽을 관통하여 마련된다. 제1 튜브는 원통형 통로를 통과하도록 마련된다. 제1 튜브는 절연 튜브로 둘러싸인다. 스택 조립체 세퍼레이터는 스택 조립체와 커버 사이에 위치 설정될 수 있다. 스택 조립체는 복수 개의 캐소드 호일을 포함할 수 있으며, 각각의 캐소드 호일로부터 탭이 연장된다. 탭은 서로 그리고 케이스에 연결된다.
스택 조립체는 애노드 플레이트 부재, 세퍼레이터 시트 및 캐소드 호일의 정렬된 코너에 형성된 각진 측벽을 포함할 수 있다. 각진 측벽은 커패시터의 내부 영역 내에 공동을 형성할 수 있고, 상기 공동은 매설형 와이어 및 도전 부재를 위한 공간을 제공한다.
제1 튜브는 커버와 일체로 형성될 수 있다. 제1 튜브의 상부 부분은 커버의 상부벽에 용접될 수 있다.
커패시터 커버는 베이스에 연결될 수 있다. 베이스는 커패시터를 표면에 부착하기 위한 장착 베이스를 포함할 수 있다. 베이스는 케이스의 외면과 접촉하는 제1 접촉 패드와, 도전 부재의 단부 부분과 접촉하는 제2 접촉 패드를 포함할 수 있다. 베이스는 커패시터를 전자 회로에 접속하기 위한 표면 장착 조립체를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 커패시터는 스택 조립체를 포함할 수 있다. 스택 조립체는 상부면, 저부면 및 둘레 측벽을 갖는 제1 애노드 플레이트를 포함하다. 제1 애노드 플레이트 부재는 애노드 플레이트 부재의 측벽으로부터 돌출하는 제1 매설형 와이어를 포함한다. 제1 애노드 플레이트 부재는 중앙 부분을 관통하는 개구를 가질 수 있다. 유사한 구성의 제2 애노드 플레이트 부재가 제1 애노드 플레이트 부재 아래에서 제1 애노드 플레이트 부재에 인접하게 마련된다. 매설형 와이어들 사이의 전기 소통을 위해 도전 부재가 마련된다. 도전 부재는 외부에서 커패시터에 접근하도록 구성된 단부를 가질 수 있다. 제1 세퍼레이터 시트는 제1 애노드 플레이트 부재의 하부면에 인접하게 위치 설정되고, 제2 세퍼레이터 시트는 제2 애노드 플레이트 부재의 상부면에 인접하게 위치 설정된다. 캐소드 호일이 제1 세퍼레이터와 제2 세퍼레이터 사이에 삽입되고, 바람직하게는 세퍼레이터 시트의 일부 내에 실링된다. 캐소드 호일은 캐소드 호일로부터 연장되는 탭을 가질 수 있다. 스택 조립체 세퍼레이터는 스택 조립체를 커버한다. 스택 조립체 세퍼레이터와 스택 조립체를 커버하는 케이스가 마련되고, 이 케이스는 커버에 부착되어, 커패시터의 내부 영역 내에서 스택 조립체를 밀폐한다. 캐소드 호일의 탭은 케이스에 전기 접속된다. 전해질 유체가 커패시터의 내부 영역 내에 배치된다. 원통형 통로가 커페시터 스택의 특정 부분, 스택 조립체의 세퍼레이터 및 케이스의 상부벽을 관통하여 마련된다. 원통형 통로를 통과하는 제1 튜브가 마련되며, 절연체 튜브가 제1 튜브를 둘러싼다.
커패시터 제조 방법도 또한 제공된다. 상기 방법은 매설형 와이어 적어도 하나의 캐소드 호일 및 복수 개의 세퍼레이터 시트를 각각 갖는 복수 개의 애노드 플레이트 부재 - 이 애노드 플레이트 부재의 특정 부분, 캐소드 호일 및 세퍼레이터 시트를 관통하는 개구를 지님 - 를 형성하는 단계; 세퍼레이터 시트를 인접한 애노드 플레이드 부재들에 인접하게 위치 설정하고 캐소드 호일이 세퍼레이트 시트들 사이에 삽입되도록 애노드 플레이트 부재를 적층하여 커패시터 스택을 형성하는 단계; 도전 부재를 매설형 와이어에 연결하는 단계; 스택 조립체를 스택 조립체 세퍼레이터로 덮는 단계; 스택 조립체 세퍼레이터와 스택 조립체를 케이스로 덮는 단계; 캐소드 호일을 케이스에 부착하는 단계; 케이스의 외부에 도전 부재의 단부를 마련하는 단계; 스택 조립체와 스택 조립체 세퍼레이터를 커패시터의 내부 영역으로 둘러싸도록 케이스를 커버에 연결하는 단계; 개구를 통과하는 튜브를 마련하는 단계; 및 상기 내부 영역을 전해질 유체로 충전하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 케이스와 접촉하는 제1 접촉 패드와, 도전 부재의 단부와 접촉하는 제2 접촉 패드를 갖는 베이스 조립체에 커버를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
복수 개의 애노드 플레이트 부재, 세퍼레이터 및 캐소드 호일이 본 발명의 교시에 따라 커패시터에 마련될 수 있다는 점이 이해된다.
첨부 도면과 연계하여 예로서 주어지는 아래의 설명으로부터 보다 상세한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1a는 본 발명의 교시에 따른 커패시터의 예의 평면 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 커패시터의 저부 사시도이다.
도 1c는 본 발명의 교시에 따른 커패시터의 평면 사시 분해도이다.
도 1d는 도 1c의 커패시터의 저부 사시 분해도이다.
도 2a는 도 1c의 커패시터의 저부도이다.
도 2b는 도 1c의 커패시터의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 교시에 따른 애노드 플레이트 부재의 예의 평면 사시도이다.
도 3b는 애노드 플레이트 부재의 평면도이다.
도 3c는 애노드 플레이트 부재의 측단면도이다.
도 4는 애노드 플레이트 부재에 매설된 도전 부재의 예를 보여준다.
도 5a는 커패시터의 일부일 수 있는 다른 플레이트 부재의 예의 평면 사시도이다.
도 5b는 애노드 플레이트 부재의 평면도이다.
도 6a는 지지 부재의 예의 평면 사시도이다.
도 6b는 지지 부재의 평면도이다.
도 6c는 지지 부재의 측면도이다.
도 7a는 커패시터의 일부인 도전 부재의 예의 사시 측면도이다.
도 7b는 도전 부재의 측면도이다.
도 7c는 도전 부재의 평면도이다.
도 7d는 도전 부재의 다른 평면 측면도이다.
도 7e는 시일 조립체의 예의 사시도이다.
도 7f는 시일 조립체의 정면도이다.
도 7g는 도 7e의 시일 조립체의 단면도이다.
도 8a는 커패시터의 일부인 세퍼레이터의 예의 평면 사시도이다.
도 8b는 세퍼레이터 시트의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 교시에 따른 커패시터의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 교시에 따른 조립된 커패시터의 측단면도이다.
도 11은 케이스가 제거된 상태인, 본 발명의 교시에 따른 커패시터의 평면 사시도이다.
도 12는 도 11의 일부의 확대도이다.
도 13a는 본 발명의 교시에 따른 커패시터의 분해 측면 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 커패시터의 다른 분해 측면 사시도이다.
도 14는 본 발명의 교시에 따른 커패시터 제조를 위한 프로세스의 예의 흐름도이다.
도 15는 도 14의 프로세스와 연관된 하위 프로세스의 흐름도이다.
도 16는 도 14의 프로세스와 연관된 다른 하위 프로세스의 흐름도이다.
단지 편의상 특정 용어가 아래의 설명에서 사용되며, 제한하지 않는다. “우”, “좌”, “상부” 및 “저부”라는 단어는 참고로 하는 도면에서의 방향을 나타낸다. 청구범위와 명세서의 대응 부분에서 사용되는 단수 표현은 달리 특별히 언급되지 않는 한, 인용된 아이템을 하나 이상으로 포함하는 것으로 규정된다. 이러한 용어는 위에서 구체적으로 언급한 단어와 그 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함한다. “A, B 또는 C”와 같은 2개 이상의 아이템의 리스트가 후속하는 “적어도 하나의”라는 구문은 A, B, 또는 C 중 어느 하나뿐만 아니라 이들의 임의의 조합을 뜻한다.
도 1a 내지 도 2b는 커패시터(100)의 예를 보여준다. 커패시터(100)는, 양면 접착 테이프(160) 또는 다른 접착제를 통해 베이스(114)에 커플링될 수 있는 커패시터 본체(110)를 포함할 수 있다. 아래에서 더 설명하겠지만, 커패시터 본체(110)는 바람직하게는, 서로 적층된 복수 개의 플레이트 부재를 수납하고, 전해질 유체로 충전된 자립형(self-contained) 유닛이다. 커패시터 본체(110)는 후속하여 별도의 베이스(114)에 커플링될 수 있는 자립형 유닛으로서 구성될 수 있다. 베이스(114)는 커패시터 본체(110)를 수용하도록 특별히 구성될 수 있다. 이 구성은 커패시터(100)가 다수의 상이한 베이스에 끼워넣어지게 할 수 있거나, 커패시터(100)가 사용될 수 있는 어플리케이션이 필요로 한다면 커패시터가 다른 방식으로 상이한 장착면에 연결 또는 장착되게 할 수 있다.
커패시터(100)는 폭(W) 및 높이(H)를 갖는 저프로파일 커패시터일 수 있다. 커패시터(100)의 폭 대 높이비는 바람직하게는 4:1일 수 있으며, 이로 인해 인쇄회로기판(PCB)이나 다른 장착면에 콤팩트하게 장착될 수 있다.
커패시터 본체(110)는 바람직하게는 케이스(112)와 커버(610)를 포함한다. 케이스(112)와 커버(610)는 탄탈 및/또는 금속과 같은 임의의 다른 적절한 타입의 도전재로 형성될 수 있다. 케이스(112)와 커버(610)는 커패시터(100)의 내부 구성요소를 수납하도록 구성된 내부 영역을 형성한다. 케이스(112)와 커버(610)는 바람직하게는 밀폐식으로 함께 용접되어 커패시터(100)의 엔클로져(enclosure)를 형성한다. 더욱이, 케이스(112)는 개구(152)(즉, 구멍)을 포함할 수 있고, 이 개구는 튜브(612)(도 6a 내지 도 6c에 도시함)를 케이스(112)에 밀폐식으로 용접하는 데 사용될 수 있다. 튜브(612)는 케이스(112)와 커버(610) 사이에서 연장될 수 수도 있고, 커버에 있는 만입부와 접촉할 수도 있다. 이 예에서 개구(152)(구멍)는 케이스(112)의 중앙에 형성될 수 있지만, 개구(152)는 중심에서 벗어난 위치에 형성될 수도 있다.
베이스(114)는 플라스틱 지지 본체로 형성될 수 있고, 제1 접촉 패드(122)와 제2 접촉 패드(124)를 포함할 수 있다. 제1 접촉 패드(122)는 음극 단자를 포함한다. 제1 접촉 패드(122)는 베이스(114)의 양측면 상에 위치할 수 있다. 제2 접촉 패드(124)는 제1 접촉 패드(122)와 동일한, 베이스(114)의 측면 상에 위치할 수 있다. 제2 접촉 패드(124)에 인접할 수 있는 제1 접촉 패드(122)는 베이스(114)의 에지에 형성될 수 있는 리세스에 배치될 수 있다. 그 결과, 제1 접촉 패드(122)와 제2 접촉 패드(124)는 상이한 거리로 케이스(112)의 측벽으로부터 이격될 수 있다. 제1 접촉 패드(122)는 전기 접속부를 통해 케이스(112)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 제2 접촉 패드(124)는 제2 접촉 패드(124)와 케이스(112) 사이에 배치되는 절연재에 의해 케이스(112)로부터 전기 절연될 수 있다. 제2 접촉 패드(124)는 시일 부재(712)의 위치와 같은 그 단부 부분(702)에서 도전 부재(622)에 인접하고 전기적으로 커플링될 수 있다.
제1 접촉 패드(122) 및 제2 접촉 패드(124)는 커패시터(100)를 다양한 타입의 전자회로에 연결할 수 있다. 제1 접촉 패드(122)는 대체로 직각 또는 L자 형상 단면을 가질 수 있고, 케이스(112)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 제2 접촉 패드(124)도 또한 대체로 직각 또는 L자 형상 단면을 가질 수 있고, 케이스(112)로부터 절연될 수 있다. 커패시터(100)는 베이스(114)를 다양한 타입의 전자회로에 연결하기 위한 연결 리드도 또한 포함할 수 있다.
연결 리드는 제1 리드(132)와 제2 리드(134)를 포함할 수 있다. 제1 리드(132)는 음극선을 포함하고, 제2 리드(134)는 양극선을 포함한다. 제1 리드(132)는 제1 접촉 패드(122)에 전기적으로 커플링되고, 제2 리드(134)는 제2 접촉 패드(124)에 전기적으로 커플링된다. 제1 리드(132)와 제2 리드(134)는 커패시터(100)의 베이스(114)로부터 외측방향으로 연장될 수 있고, 원형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 제1 리드(132)와 제2 리드(134) 중 하나 이상이 직사각형 단면과 같은 상이한 단면을 갖는 대안의 구현예가 가능하다. 제1 리드(132)와 제2 리드(134)는 상이한 두께를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 제1 리드(132)와 제2 리드(134)가 동일한 두께를 갖는 대안의 구현예가 가능하다.
베이스(114)는 베이스(114)로부터 외측방향으로 연장되는 하나 이상의 나사형 스터드(142)를 더 포함할 수 있다. 나사형 스터드(142)는 베이스(114)의 플라스틱 본체에 매설되는 너트에 고정된다. 하나 이상의 나사형 스터드(142)는 커패시터(100)를 PCB나 다른 장착면에 잘 알려진 방식으로 고정하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 하나 이상의 나사형 스터드(142)는 제2 리드(134)의 대향면에 안착되고 동일한 길이를 갖는다. 그러나, 하나 이상의 나사형 스터드(142)가 베이스(114)를 따라 상이한 위치에 놓이고/놓이거나 상이한 길이를 갖는 대안의 구현예가 가능하다.
제1 리드(132)와 제2 리드(134)도 또한 베이스(114) 상의 상이한 위치에 안착될 수 있다. 본 개시는 제1 접촉 패드(122), 제2 접촉 패드(124), 리드(132), 제2 리드(134) 및 하나 이상의 나사형 스터드(142)를 위한 임의의 위치, 형상, 재료 및 물리적 치수로 제한되지 않는다. 더욱이, 몇몇 구현예에서 제1 리드(132)와 제2 리드(134)는 커패시터(10)를 다른 커패시터 위에 적층하기 용이하도록 생략될 수 있다.
이제, 본 발명의 양태에 따른 커패시터(100)의 다양한 내부 구성요소가 더 상세히 설명된다. 도 3a 내지 도 4는 애노드 플레이트 부재(310)의 예를 보여준다. 애노드 플레이트 부재(310)는 주요부(312)와 그 둘레 주위의 측벽(314)을 포함할 수 있다. 주요부(312)는 절결 코너(322)를 갖는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 애노드 플레이트 부재(310)는 소결 탄탈 분말을 사용하여 형성될 수 있다. 소결 탄탈 분말로 이루어진 애노드는 때때로 관련 업계에서 애노드 “펠릿” 또는 “슬러그”로 칭한다. 산화물층이 애노드 플레이트 부재(310)의 표면 위에 형성되어, 커패시터(100)의 애노드로서 기능할 수 있다. 유전제층이 애노드화 프로세스에 의해 애노드 플레이트 부재(310) 상에 형성될 수 있고, 이에 의해 애노드재의 애노드 산화가 애노드 플레이트 부재(310) 위에 산화물층을 형성할 수 있다.
주요부(312)는 그 중앙 영역에 형성될 수 있는 개구(318)(즉, 구멍)를 포함할 수 있다. 개구(318)는 주요부(312)의 높이를 완전히 통과하여 연장될 수 있다. 와이어 또는 매설형 와이어라고 칭할 수 있는 도전 부재(320)가 바람직하게는 주요부(312)에 매설되고, 측벽(314)들 중 어느 하나로부터 외측방향으로 연장될 수 있다. 개구(318)가 주요부(312)의 중앙 영역에 있는 것으로 도시되어 있지만, 개구(318)가 중심에서 벗어난 위치에 형성될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
도시한 바와 같이, 주요부(312)는 절결 또는 각진 코너(322)를 갖는 정사각형 또는 직사각형으로 성형될 수 있다. 그러나, 주요부(312)가 직사각형 형상이나 원형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 애노드 플레이트 부재(310)는 탄탈 분말로 압축되어, 도전 부재(320)의 일부를 둘러쌀 수 있다.
도전 부재(320)는 굴곡부(406)를 통해 제2 부분(404)에 커플링될 수 있는 제1 부분(402)을 포함할 수 있다. 도전 부재(320)는 굴곡된 또는 오목한 측부(408) - 이 측부는 도전 부재(320)가 도전 부재(622)와 커플링될 때에 도전 부재(622)(도 7 및 도 10 내지 도 12에 도시됨)와 접촉 및/또는 포개지도록 구성될 수 있음 - 를 가질 수 있다.
도전 부재(320)는 도 4에 도시한 형상으로 와이어를 구부리는 것에 의해 형성될 수 있다. 와이어의 제1 단부는 애노드 플레이트 부재(310)에 매설될 수 있는 한편, 제2 단부는 측벽(314)으로부터 외측방향으로 연장될 수 있다. 예시한 바와 같이, 도전 부재(320)는 절결 코너(322)에 위치할 수 있는 측벽의 일부로부터 외측방향으로 연장될 수 있다. 그러나, 도전 부재(320)가 측벽(314)의 다른 부분으로부터 연장되는 대안의 구현예가 가능하다. 도전 부재(320)는 탄탈, 니오븀 및 티탄과 같은 임의의 적절한 타입의 재료나 적절한 도전 금속으로 형성될 수 있다. 도전 부재가 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 도전 부재(320)가 직사각형 단면과 같은 다른 타입의 단면을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
도 5a 및 도 5b는 캐소드 호일(510)의 예를 보여준다. 캐소드 호일(510)은 금속 또는 백금(Pd)으로 코팅된 탄탈 호일과 같은 코팅 금속으로 형성될 수 있다. 그러나, 캐소드 호일(510)이 백금, 로듐, 또는 그 산화물이나 임의의 다른 캐소드재와 같은 다른 적절한 재료로 형성될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
캐소드 호일(510)은 주요부(512)와, 이 주요부(512)에 커플링될 수 있는 탭(514)을 포함할 수 있다. 주요부(512)는 주요부(512)의 중앙 영역에 형성될 수 있는 개구(516)(즉, 구멍)를 포함할 수 있다. 탭(514)은 주요부(512)에 대해 각을 이루도록 배향될 수 있다. 탭(514)이 주요부(512)와 일체형인 것으로 도시되어 있지만, 탭(514)이 주요부(512)와 별개로 형성될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 상기한 경우, 탭(514)은 주요부(512)에 용접될 수 있다. 주요부(512)는 절결 코너(518)를 갖는 정사각형으로 성형될 수 있다. 그러나, 주요부(512)가 직사각형 형상이나 원형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 탭(514)이 절결 코너(518)로부터 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 탭(514)이 캐소드 호일(510)의 다른 부븐으로부터 연장될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
캐소드 호일(510)의 표면과 케이스(112)의 내면의 일부는 다양한 캐소드층을 형성할 수 있다. 캐소드 호일(510)과 케이스(112)의 내면의 일부는 미국 특허 제9,947,479호 및 미국 특허 출원 공개 제2017/0207031 A1호 - 참조에 의해 각각의 전체 내용이 여기에 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 소결 탄탈을 포함할 수 있다. 캐소드 호일(510)과 케이스(112)의 내면의 일부는 미국 특허 제9,070,512호 - 참조에 의해 전체 내용이 여기에 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 전기 영동 전착 탄탈을 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 커버 조립체(600)의 예를 보여준다. 커버 조립체(600)는 탄탈 및/또는 니오븀, 티탄이나 이들의 합금과 같은 다른 적절한 재료와 같은 도전 금속을 포함할 수 있다. 커버 조립체(600)는 튜브(612)와 커버(610)를 포함할 수 있다. 튜브(612)는 커버(610)로부터 외측방향으로 연장될 수 있고, 내부에 중공 통로를 포함할 수 있다. 튜브(612)가 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 튜브(612)가 직사각형 또는 정사각형 단면과 같은 다른 타입의 단면을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 튜브(612)는 커버(610)와 별개로 형성되어, 커버(610)에 용접될 수 있다. 그러나, 튜브(612)가 커버(610)와 일체를 이루거나, 이와 달리 단일 부재로서 형성될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 튜브(612)가 커버(610)의 중앙에 있는 것으로 도시되어 있지만, 튜브(612)가 중심에서 벗어나 위치할 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 튜브(612)의 상부 부분은 커버에 있는 개구에 끼워지도록 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 하나 이상의 애노드 플레이트 부재(310)(도 3a 내지 도 3c)를 제2 접촉 패드(124)(도 1a 및 도 1b)에 커플링하는 데 사용될 수 있는 도전 부재(622)의 예를 보여준다.
도전 부재(622)의 단부 부분(702)은 가능하다면 시일을 통해 커패시터(100)의 외부 부분에 접근 가능할 수 있다. 단부 부분(702)은 대체로 직선형일 수 있고, 제1 굴곡부(706)를 통해 대체로 직선형인 부분(704)에 커플링될 수 있다. 대체로 직선형인 부분(704)은 제2 굴곡부(710)를 통해 직선형 부분(708)에 커플링될 수 있다. 도전 부재(622)는 도 7a 내지 도 7d에 도시한 형상을 얻기 위해 굴곡될 수 있는 와이어를 포함할 수 있다. 도전 부재(622)가 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 도전 부재(622)가 직사각형 단면과 같은 다른 단면을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
도 7e 내지 도 7g는 도전 부재(622)와 시일 부재(712)를 포함할 수 있는 케이스(112)의 일부의 시일 조립체(700)의 예를 보여준다. 시일 부재(712)는 바람직하게는 유리 대 금속 시일(GTMS)이고, 개구(716)와 튜브 부분(718)을 갖는 플레이트 부재(714)를 포함할 수 있다. 튜브 부분(718)은 내부 중공 통로를 포함할 수 있다. 도전 부재(622)의 단부 부분(702)은 중공 통로 내부에 배치될 수 있다. 튜브 부분(718)의 중공 통로는 플레이트 부재(714)의 개구(716)와 적어도 부분적으로 정렬되어, 단부 부분(702)이 시일 부재(712)를 통과하게 할 수 있다. 튜브 부분(718) 내부의 나머지 공간은 유리 실란트와 같은 절연체로 충전되어 밀폐식 시일(720)을 형성할 수 있다. 유리 실란트는 단부 부분(702)을 둘러싸고, 도전 부재(622)를 시일 부재(712)로부터 전기적으로 절연하도록 구성될 수 있다.
튜브 부분(718)이 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 튜브 부분(718)이 직사각형 단면과 같은 다른 단면 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
도 8a 및 도 8b는 세퍼레이터 시트(810)의 예를 보여준다. 각각의 시트(810)는 그 중앙 부분을 관통하는 개구(812)를 가질 수 있다. 세퍼레이터 시트(810)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 전해질이 투과할 수 있는 다른 비도전성 및/또는 절연성 재료로 형성될 수 있다. 세퍼레이터 시트는 캐소드 호일(510)을 애노드 플레이트 부재(310) 또는 커패시터의 다른 구성요소로부터 분리하고 절연시킬 수 있다. 세퍼레이터 시트(810)는 대체로 절결 코너(814)를 지닌 정사각형으로서 성형될 수 있고, 세퍼레이터의 중앙에 형성된 개구(812)를 포함할 수 있다. 개구(812)가 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 개구(812)가 직사각형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 더욱이, 세퍼레이터 시트(810)가 직사각형 형상이나 타원 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 세퍼레이터 시트(810)는 애노드 플레이트 부재(310)와, 세퍼레이트 시트(810)의 양 측면에 배치될 수 있는 캐소드 호일(510) 간의 단락을 방지하도록 구성될 수 있다. 세퍼레이터 시트(810)는 바람직하게는 도 9에 도시한 바와 같이 캐소드 호일(510)의 표면에 인접하고 이 표면을 향하는 애노드 플레이트 부재(310)들의 표면 사이에 위치 설정된다.
도 9는 전술한 요소들이 조립되는 방법을 예시하는 커패시터(100)의 분해도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 커패시터 요소(909)는 캐소드 호일(510)이 애노드 플레이트 부재(310) 위 아래에 배치된 애노드 플레이트 부재(310)와, 애노드 플레이트 부재(310)와 캐소드 호일(510)의 대향면 사이의 세퍼레이터 시트(810)의 조합으로서 나타난다. 조립 시, 애노드 플레이트 부재(310), 캐소드 호일(510) 및 세퍼레이터 시트(810)에 있는 개구들이 정렬되어 커패시터 요소(909)를 통과하는 통로를 형성한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 애노드 플레이트 부재(310), 캐소드 호일(510) 및 세퍼레이터 시트(810)를 포함하는 하나 이상의 커패시터 요소(909)가 스택 조립체(909)로서 칭하는 스택 구성으로 이루어질 수 있다. 스택 조립체(906)는 기본적으로 커패시터 요소(909) 또는 커패시터 요소(909)의 부분의 스택이고, 세퍼레이터 시트(810)는 필요하다면 애노드 플레이트(310)의 표면과 캐소드 호일(510) 사이에 배치된다.
조립 시, 애노드 플레이트 부재(310), 캐소드 호일(510) 및 세퍼레이터 시트(810)에 있는 개구들이 정렬되어 스택 조립체(906)를 관통하는 통로(P)를 형성한다. 튜브(612)와 절연체 튜브(904)는 통로를 형성하는 스택 조립체(906)의 정렬된 개구들을 통과하도록 위치 설정된다. 튜브(612)는 케이스와 커버에 연결된다. 절연체 튜브(904)는 튜브(612)를 애노드 플레이트 부재와 캐소드 호일로부터 절연한다.
스택 조립체(906)는 바람직하게는 커버 조립체(600) 위에 배치된다. 스택 조립체(906)는 제1 애노드 플레이트 부재(310), 제1 세퍼레이터 시트(810), 캐소드 호일(510) 및 제2 세퍼레이터 시트(810) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 애노드 플레이트 부재(310)는 제2 세퍼레이터 시트(810)에 인접할 수 있다. 캐소드 호일(510)은 2개의 세퍼레이터 시트(810) 사이에 삽입되어 캐소드 호일 조립체(908)를 형성할 수 있다. 각각의 캐소드 호일 조립체(908)에서, 캐소드 호일(510)의 절결 코너(518)는 세퍼레이터 시트(810)의 절결 코너(814)와 정렬될 수 있고, 이에 따라 절결 코너(814, 518)는 서로 위아래로(예컨대, 서로 직접적으로 위아래로) 위치하고 도 11에 도시하고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 고유 에지 또는 단부 페이스(1110)를 형성한다. 각각의 캐소드 호일 조립체(908)는 애노드 플레이트 부재(310)들 사이에 배치되어, 스택 조립체(906)를 형성할 수 있다.
애노드 플레이트 부재(310), 캐소드 호일(510), 세퍼레이터 시트(810) 및 케이스(112)를 관통하는 개구는 바람직하게는 커패시터의 중앙 부분을 관통하는 통로를 형성한다. 통로는 대체로 원통형일 수도 있고, 개구가 라운드형 이외의 다른 형상을 갖는 경우에는 상이한 형상을 가질 수도 있다. 통로는 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이 튜브(612)와 절연체 튜브(904)를 수용하도록 구성된다.
도 10은 전술한 요소들이 조립되는 방법을 예시하는 커패시터(100)의 단면도이다. 스택 조립체(906)가 커버 조립체(600) 위에 배치될 때, 튜브(612)와 절연체 튜브(904)는 애노드 플레이트 부재(310), 캐소드 호일(510) 및 세퍼레이터 시트(810)에 있는 각각의 정렬된 개구를 통해 연장된다. 커버 조립체(600)의 튜브(612) 위에 배치되는 절연체 튜브(904)는 튜브(612)가 애노드 플레이트 부재(310) 및 캐소드 호일(510)과 전기 접촉하거나 다른 방식으로 애노드 플레이트 부재(310)와 캐소드 호일(510) 간의 단락을 유발하는 것을 방지한다. 튜브(612)는 각각의 단부에 단차부(즉, 보다 작은 외경)를 가져, 원형 쉽랩 타입(shiplap-type) 조인트를 형성한다. 쉽랩 타입 조인트는 튜브(612)를 케이스(112)와 커버(610)에 용접하는 것을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 10은 스택 조립체(906)가 3개의 애노드 플레이트 부재(310)를 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있지만, 스택 조립체(906)가 임의의 개수의 애노드 플레이트 부재(310)를 포함할 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 도 10은 스탭 조립체(906)가 2개의 캐소드 호일(510)를 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있지만, 스택 조립체(906)가 임의의 개수의 캐소드 호일(510)을 포함할 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 도 10은 스탭 조립체(906)가 보다 적은 개수의 캐소드 호일(510)과 애노드 플레이트 부재(310)를 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있지만, 스택 조립체(906)가 보다 많은 개수의 캐소드 호일(510)과 애노드 플레이트 부재(310)를 포함할 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
도 11은 케이스(112)가 제거된 상태의 커패시터(100)를 위에서 본 사시도를 보여준다. 도 9 및 도 11에 예시한 바와 같이, 스택 조립체(906)를 고려하면, 캐소드 호일(510)의 절결 또는 각진 코너(518)는 세퍼레이터 시트(810)의 절결 또는 각진 코너(814)와 애노드 플레이트 부재(310)의 절결 또는 각진 코너(322)와 정렬될 수 있고, 이에 따라 절결 코너(322, 518, 814)들은 상하(즉, 서로의 바로 위)로 배치되어, 공유 에지, 단부면 또는 단부 페이스(1110)를 형성한다. 스택 조립체(906)가 조립될 때, 절결 코너(322, 518, 814)는 적어도 부분적으로 스택 조립체(906)의 각진 측벽 또는 각진 페이스(1110)를 획정할 수 있다. 각진 측벽(1110)은 애노드 플레이트 부재(310)의 측벽의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
스택 조립체 세퍼레이터(910)는 스택 조립체(906) 위에 배치될 수 있다. 스택 조립체 세퍼레이터(910)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 전해질이 투과할 수 있는 몇몇 다른 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 스택 조립체 세퍼레이터(910)는 스택 조립체(906) 및/또는 케이스(112)의 형상과 동일하거나 유사하거나 상보적인 형상을 갖고, 케이스(112) 내부에 끼워질 수 있다. 스택 조립체 세퍼레이터(910)의 측벽(916)은, 측벽(916)이 스택 조립체(906)의 측면을 완전히 덮는 높이를 가져, 케이스(112)가 스택 조립체(906)를 단락시키는 것을 방지할 수 있다. 스택 조립체 세퍼레이터(910)는 스택 조립체 세퍼레이터(910)의 상부면(914) 중앙에 놓일 수 있는 개구(912)를 포함할 수 있다. 개구(912)가 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 개구가 직사각형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 개구(912)가 상부면(914)의 중앙에 있는 것으로 도시되어 있지만, 개구(912)가 중심에서 벗어나 위치할 수 있는 대안의 구현예가 가능하다.
케이스(112)는 스택 조립체 세퍼레이터(910)와 스택 조립체(906) 위에 배치될 수 있다. 케이스(112)는 상부면(918)과 측벽(920)을 포함할 수 있다. 개구(922)는 측벽(920)의 일부(924)에 형성될 수 있다. 플레이트 부재(714)는 개구(922)에서 케이스(112)에 용접될 수 있으며, 이는 개구(922)를 폐쇄할 수 있다. 충전 포트(116)는 유체 전해질을 커패시터(100)의 내부 내로 도입하기 위해 케이스(112)의 일측부에 형성될 수 있다. 전해 커패시터 업계에 알려진 바와 같이, 유체 전해질과 케이스는 커패시터의 캐소드의 부분으로서 작용할 수 있다. 충전 포트(116)는 적소에 용접될 수 있는 플러그를 사용하여 밀봉될 수 있다. 플러그는, 예컨대 탄탈, 티탄 또는 니오븀과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 충전 포트(116)는 측벽(920)의 일부(924)에도 또한 형성될 수 있다.
커패시터(100)가 조립될 때, 케이스(112)의 일부(924)와 스택 조립체(906)의 각진 측벽(1110)이 공동(1120)을 획정하여, 커패시터(100) 내부 영역 내에 공간을 제공할 수 있다. 공동(1120)에서, 스택 조립체(906)와 커패시터 단자[예컨대 접촉 패드(122 내지 124 및/또는 리드(132 내지 134)] 사이에 전기 접속부가 위치 설정되고 형성될 수 있다. 충전 포트(116)는 또한 케이스(112)의 측벽(920)에 있는 부분(924)에도 형성될 수 있기 때문에, 유체 전해질이 공동(1120)에 직접 전달될 수 있으며, 이 공동으로부터 유체 전해질은 커패시터의 내부 영역 내에서 분산될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 커패시터의 다른 부분에서 유체를 분산시키는 것은 케이스(112)와 커패시터(100)의 나머지 구성요소들 간의 억지 끼워맞춤(tight fit)으로 인해 비실용적일 수 있다. 더욱이, 케이스(112)가 스택 조립체 세퍼레이터(910) 위에 배치될 때, 스택 조립체 세퍼레이터(910)의 개구(912)는 케이스(112)의 개구(152)와 정렬되어, 개구(152)의 에지가 튜브(612) 상부에 용접되게 할 수 있다.
도 12는 도 11에서 확인되는 부분(A)의 확대도이다. 캐소드 호일(510)의 탭(514)은 캐스캐이딩, 중첩 구성으로 배열될 수 있다. 각각의 탭(514)은 길이(L1)를 갖고, 서로 부분적으로 중첩될 수 있다. 중첩되는 탭(514)의 각각의 부분은 길이 L1보다 짧은 거리 L2를 가질 수 있다. 탭(514)의 적어도 일부는 애노드 플레이트 부재(310)의 측벽(314) 위로 연장될 수 있다. 이에 관하여, 예컨대 임의의 애노드 플레이트 부재(310)와 하나 이상의 캐소드 호일(510) 간의 단락의 발생을 방지하기 위해 탭(514)과 애노드 플레이트 부재(310) 사이에 전기 절연체가 마련될 수 있다. 도 12는 탭이 서로 부분적으로 중첩되는 것을 보여주지만. 적어도 하나의 탭(514)이 다른 탭(514)과 충분히 또는 보다 충분히 중첩될 수 있는 대안의 구현예가 가능하다. 상기한 경우, 2개의 탭(514)이 상이한 길이를 가질 수 있다.
탭(514)들은 서로 전기적으로 커플링될 수 있고, 탭(514)들 중 적어도 하나는 커버 조립체(600)의 커버(610)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 커버 조립체(600)와 케이스(112)가 연결될 때, 케이스(112)는 커패시터(100)의 캐소드의 일부를 형성할 수 있다. 탭(514)들은 서로 직접 접촉할 수도 있고 직접 커플링될 수도 있다. 탭(514)들 중 하나는 커버 조립체(600)의 커버(610)와 직접 접촉할 수도 있고 직접 커플링될 수도 있다. 탭(514)들은 용접부(1002)를 통해 서로 스팟 용접될 수 있고, 탭(514)들 중 하나는, 대체로 최하위에 있는 탭은 용접부(1004)를 통해 커버 조립체(600)의 커버(610)에 스팟 용접될 수 있다. 직접 접촉하거나 커플링된 요소의 설명은 직접 접촉 또는 직접 커플링된 것으로 설명된 요소 사이에 땜납 또는 일부 다른 형태의 접착제 또는 부착 요소의 존재를 배제하지 않는다는 것을 이해할 수 있다.
제2 접촉 패드(124)는 도전 부재(622)를 통해 각각의 애노드 플레이트 부재(310)의 도전 부재(320)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 부재(622)의 단부 부분(702)은 제2 접촉 패드(124)에 있는 구멍(126)에 삽입된 후, 제2 접촉 패드(124)에 용접될 수 있도록 GTMS 시일 부재(712)를 통과해 연장될 수 있다. 절연체(1130)는 제2 접촉 패드(124)와 시일 부재(712) 사이에 위치할 수 있다. 도전 부재(622)의 직선부(708)는 애노드 플레이트 부재(310)의 도전 부재(320)에 스팟 용접될 수 있고, 이에 의해 애노드 플레이트 부재(310)와 제2 접촉 패드(124) 사이의 전기 경로를 완성할 수 있다.
케이스(112)와 커버(610)가 연결되어 스택 조립체(906)와 커패시터(100)의 다른 내부 구성요소를 둘러쌀 때, 커패시터는 커패시터 조립체로 간주될 수 있고, 완벽히 기능하는 커패시터 유닛을 구성한다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 양태에 따른 커패시터(500)를 보여준다. 복수 개의 애노드 플레이트 부재(2001)가 마련된다. 애노드 플레이트 부재(2001)는 탄탈 분말을 적절한 형상으로 압축하는 것에 의해 형성되고, 절결 또는 각진 코너(2015)를 포함하며, 중앙 부분을 관통하는 개구(2016)를 갖는다. 와이어(2002)는 압축 프로세스 중에 각각의 애노드 플레이트 부재(2001)에 매설된다. 애노드 플레이트 부재(2001)는 진공에서 고온으로 소결된다. 애노드화 공정은 비정질 유전체층을 형성하기 위해 수행된다. 애노드 조립체는 복수 개의 애노드 플레이트 부재(2001)를 도전 부재(2012)에 용접하는 것에 의해 형성된다. 도전 부재(2012)의 단부는 앞서 설명한 바와 같이 GTMS 시일(2011)을 통과한다.
캐소드 호일(2004)은 2개의 세퍼레이터 시트(2003) 사이에서 가열 실링된다. 세퍼레이터 시트(2003)는 캐소드 호일보다 크도록 크기가 정해진다. 세퍼레이터 시트(2003)의 다른 둘레 에지는 캐소드 호일(2004)의 에지를 넘어 연장된다. 세퍼레이터 시트(2003)의 외측 둘레 에지는 애노드 플레이트 부재(2001)의 외측 둘레 측벽 위로 접혀 적어도 부분적으로 이 측벽을 덮는다. 캐소드 호일(2004)은 바람직하게는 탄탈 호일을 스탬핑하고 백금 캐소드층을 그 위에 적층함으로써 형성된다. 캐소드 탭(2005)이 각각의 캐소드 호일(2004)의 절결 또는 각진 코너에 연결되어 이 코너로부터 연장된다. 캐소드 호일(2004)과 세퍼레이터 시트(2003)의 개구(2017)들이 정렬된다.
캐소드 조립체는 복수 개의 캐소드 탭(2005)들을 서로 스팟 용접한 다음, 캐소드 탭들 중 하나를 커버(2010)에 용접함으로써 형성된다.
스택 조립체(906)와 유사한 스택 조립체(2025)는, 캐소드 호일(2004)이 애노드 플레이트 부재(2001)들 사이에 삽입되거나 끼워지도록 애노드 조립체와 캐소드 조립체를 조합하는 것에 의해 형성된다. 절결 또는 각진 코너들은 각진 면을 형성하도록 정렬된다. 스택 조립체(2025)의 상부 및 측부를 덮는 상부 세퍼레이터(2006)가 마련되고, 스택 조립체(2025)의 저부 또는 반대쪽 단부에 저부 세퍼레이터(2009)가 마련된다. 상부 세퍼레이터(2006)는 각진 표면에 인접하게 위치 설정되는 개구를 갖는다.
외측 절연 튜브로 덮이는 내부 금속 또는 도전 튜브를 포함하는 튜브 조립체(2008)가 개구(2016, 2017)에 의해 형성된, 스택 조립체(2025)에 있는 통로를 통과해 위치 설정된다. 내부 도전 튜브는 바람직하게는 커버(2010)의 일부와 케이스(2007)의 일부에 용접된다.
케이스(2007)가 커버(2010)에 용접되어, 스택 조립체(2025), 도전 부재(2012), 상부 세퍼레이터(2006) 및 저부 세퍼레이터(2009)를 커패시터(500)의 내부 영역 내에서 밀폐한다. 전해질 유체가 충전 포트(2013) 내로 도입된다. 충전 포트(2013)는, 충전 포트 커버(2029) 등에 의해 용접 차폐되는 충전 포트 플러그(2014)를 통해 실링된다.
케이스(2007)와 커버(2010)가 연결되어 스택 조립체(2025)와 커패시터(500)의 다른 내부 구성요소를 둘러쌀 때, 커패시터(500)는 커패시터 조립체로 간주될 수 있고, 완벽히 기능하는 커패시터 유닛이다.
커패시터(500)는 전술한 바와 같이 장착용 베이스에 부착될 수 있다. 본 발명의 커패시터를 베이스(114)와 조립하기 위해, 절연체 시트가 양극 단자의 내부면 상에 배치된다. 양면 테이프(160)와 같은 접착제가 커패시터(500)를 향하는 베이스(114)의 내부면 상에 배치된다. 양극 커넥터 단부(702)를 양극 단자(124)의 구멍(126)에 삽입하는 동안, 커패시터(500)는 베이스(114) 위에 위치 설정된다. 커패시터(500)의 에지는 베이스(114)의 에지와 정렬된다. 커넥터 단부(702)는 양극 단자(124)에 용접된다. 케이스(112)의 양측 에지는 음극 단자(122)에 용접된다. 조합된 커패시터와 베이스 조립체는 이제 원하는 대로 장착될 수 있다.
도 14는 커패시터(100) 제조를 위한 전체 프로세스(1300)의 실시예의 흐름도이다. 단계 1310에서, 커패시터 본체(110)가 형성될 수 있다. 시일 조립체(700)가 커패시터 본체(110)에 용접될 수 있다. 단계 1320에서, 베이스(114)가 형성될 수 있다. 베이스(114)는 제1 접촉 패드(122) 및 제2 접촉 패드(124)를 포함할 수 있다. 단계 1330에서, 커패시터 본체(110)는 베이스(114)에 커플링되어 커패시터(100)를 형성할 수 있다. 커패시터 본체(110)를 베이스(114)에 커플링하는 것은 양면 접착 테이프를 베이스(114) 위에 배치한 다음 커패시터 본체(110)를 양면 접착 테이프 위에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 그 후, 제1 접촉 패드(122)가 커패시터 본체(110)에 용접될 수 있고, 시일 부재(712)로부터 돌출하는 시일 조립체(700)의 연결 부재에 있는 부분(702)이 접촉 패드(124)의 구멍에 삽입되어 이 구멍에 용접될 수 있다.
도 15는 전술한 단계 1310을 위한 하위 프로세스를 예시하는 흐름도이다. 단계 1405에서, 케이스(112)와 커버(610)가 형성될 수 있다. 단계 1410에서, 스택 조립체(906)가 형성될 수 있다. 단계 1415에서, 스택 조립체 세퍼레이터(910)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 다른 적절한 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 단계 1420에서, 시일 조립체(700)가 형성될 수 있다. 단계 1425에서, 튜브(612)가 형성될 수 있다. 단계 1430에서, 절연 튜브(904)가 형성될 수 있다. 단계 1435에서, 절연 튜브(904)가 튜브(612) 위에 배치되어 튜브 조립체를 형성할 수 있다. 단계 1440에서, 튜브 조립체가 스택 조립체(906)를 통과해 나사 결합될 수 있다. 튜브 조립체의 저부 에지는 커버(610)에 있는 개구에 끼워질 수 있다.
단계 1445에서, 시일 조립체(700)의 도전 부재(622)는 스택 조립체(906)의 일부인 애노드 플레이트 부재(310)의 도전 부재(320)에 용접될 수 있다. 단계 1450에서, 튜브(612)가 커버(610)에 용접될 수 있다. 단계 1455에서, 캐소드 호일(510)의 적어도 하나의 탭(514)이 커버(610)에 용접되어, 탭(514)과 커버(610) 사이의 전기 접속부를 형성할 수 있다. 단계 1460에서, 스택 조립체 세퍼레이터(910)가 스택 조립체(906) 위에 배치될 수 있다. 단계 1465에서, 케이스(112)가 스택 조립체 세퍼레이터(910) 위에 배치될 수 있다. 튜브 조립체의 저부 에지는 케이스(112)에 있는 개구(152)에 끼워질 수 있다. 개구(922)는 시일 조립체(700)의 튜브 부분(718)에 걸쳐 끼워질 수 있다.
단계 1470에서, 케이스(112)는 커버(610)에 용접될 수 있고, 전기 접속부가 케이스(112)와 커버(610) 사이에 형성될 수 있다. 단계 1475에서, 시일 조립체(700)의 시일 부재(712)는 케이스(112)에 용접되어 커패시터 본체(110)를 완성할 수 있다. 단계 1480에서, 전해질 유체가 커패시터 본체(110) 엔클로져에 분배될 수 있다. 단계 1485에서, 충전 포트(116)가 충전 플러그(118)를 사용하여 폐쇄되어, 커패시터 본체(110)를 완성할 수 있다.
도 16은 전술한 단계 1410에 관하여 설명한 바와 같은 스택 조립체(906)를 형성하기 위한 하위 프로세스의 흐름도이다. 단계 1510에서, 애노드 플레이트 부재(310)가 형성된다. 애노드 플레이트 부재(310)는 탄탈 분말을 적절한 형상으로 압축하는 것에 의해 형성될 수 있다. 도전 부재(310)가 압축 중에 매설된다. 압축 탄탈 분말은 진공에서 고온으로 소결될 수 있다. 애노드화 공정은 비정질 유전체층을 형성하기 위해 수행될 수 있다.
단계 1520에서, 캐소드 호일(510)이 형성된다. 캐소드 호일(510)은 탄탈 호일로부터 스탬핑될 수 있다. 백금 캐소드층이 호일 위에 적층될 수 있다.
단계 1530에서, 세퍼레이터 시트(810)가 형성된다. 단계 1540에서, 캐소드 호일 조립체(908)가 형성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 각각의 캐소드 호일 조립체(908)는 하나의 호일(510)과, 캐소드 호일(510)의 양 측면에 배치되는 2개의 세퍼레이터 시트(810)를 포함할 수 있다. 캐소드 호일 조립체(908) 각각에서, 캐소드 호일(510)의 개구(516)는 세퍼레이터 시트(810)의 개구(812)와 정렬되어, 커버 조립치(600)의 튜브(612)가 캐소드 호일 조립체(908)를 통과하게 한다.
단계 1550에서, 애노드 조립체가 복수 개의 애노드 플레이트 부재를 도전 부재에 용접하는 것에 의해 형성될 수 있다. 단계 1560에서, 캐소드 조립체는 캐소드 호일(510)을 서로 그리고 커버(610)에 스팟 용접하는 것에 의해 형성될 수 있다.
단계 1570에서, 애노드 조립체는, 캐소드 호일 조립체(908)가 애노드 플레이트 부재(310)들 사이에 삽입되도록 캐소드 조립체와 조합될 수 있다. 커버(610)는 최저부 부재일 수 있다. 애노드 플레이트 부재(310)의 개구(318)는 플레이트 부재 조립체(908)에 있는 개구와 정렬되어, 스택 조립체(906)가 커버 조립체(600) 위에 위치할 때에 커버 조립체(600)의 튜브(612)가 스택 조립체(906)를 통과하게 할 수 있다.
본 발명의 피쳐(feature) 및 요소가 특별한 조합으로 예시적인 실시예에서 설명되었지만, 각각의 피쳐는 예시적인 실시예의 다른 피쳐 및 요소 없이 단독으로 또는 본 발명의 피쳐 및 요소와 함께 혹은 이들 없이 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 본 기술의 특정 실시예에 관한 전술한 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제시되었다. 전술한 설명은 완벽하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하려는 의도는 없으며, 많은 수정 및 변형이 상기 교시의 견지 내에서 가능하다는 것이 명백하다. 본 기술의 원리와 그 실용적인 어플리케이션을 가장 잘 설명하기 위한 실시예를 선택하고 설명하였으므로, 당업자라면 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 통해 본 기술 및 다양한 실시예를 가장 잘 활용할 수 있다. 본 발명의 범위는 여기에 첨부되는 청구범위와 그 등가물에 의해 규정되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 커패시터로서,
    복수 개의 커패시터 요소가 스택으로 배열된 스택 조립체로서, 각각의 커패시터 요소는
    매설된 와이어를 갖는 애노드 플레이트 부재,
    애노드 플레이트 부재들의 인접한 대향 표면들 사이에 위치 설정되는 적어도 하나의 캐소드 호일, 및
    적어도 하나의 캐소드 호일과, 애노드 플레이트 부재들의 인접한 대향 표면들 사이에 위치 설정되는 적어도 하나의 세퍼레이터 시트
    를 포함하는 것인 스택 조립체;
    매설된 와이어에 전기 접속되고, 외부에서 접근 가능한 단부 부분을 갖는 도전 부재;
    스택 조립체의 측부 및 상부를 덮고, 스택 조립체의 저부를 노출 상태로 남겨두며, 적어도 하나의 캐소드 호일이 연결되는 케이스;
    스택 조립체의 저부를 덮고, 케이스에 연결되는 커버로서, 케이스와 커버가 스택 조립체와 도전 부재를 커패시터의 내부 영역 내에서 밀폐하는 것인 커버;
    커패시터의 내부 영역 내에 배치되는 전해질 유체;
    스택 조립체를 관통하여 마련되는 통로; 및
    상기 통로를 통과하고 커버 및 케이스에 연결되며, 절연 튜브로 둘러싸이는 제1 튜브
    를 포함하는 커패시터.
  2. 제1항에 있어서, 애노드 플레이트 부재, 세퍼레이트 시트 및 적어도 하나의 캐소드 호일의 정렬된 코너에 각진 측벽이 형성되는 것인 커패시터.
  3. 제2항에 있어서, 각진 측벽은 커패시터의 내부 영역 내에 공동을 형성하고, 상기 공동은 매설된 와이어 및 도전 부재를 위한 공간을 제공하도록 구성되는 것인 커패시터.
  4. 제1항에 있어서, 스택 조립체의 상부 및 측부와 커버 사이에 위치 설정되는 스택 조립체 세퍼레이터를 더 포함하는 커패시터.
  5. 제1항에 있어서, 커버의 하부면에 부착되는 베이스를 더 포함하는 커패시터.
  6. 제5항에 있어서, 베이스는 케이스의 외면과 접촉하는 제1 접촉 패드와, 도전 부재의 단부 부분과 접촉하는 제2 접촉 패드를 포함하는 것인 커패시터.
  7. 제7항에 있어서, 케이스는 커패시터를 전자 회로에 연결하기 위한 장착 조립체를 형성하는 것인 커패시터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단부 부분은 유리 대 금속 시일(GTMS)을 통해 케이스를 통과해 연장되는 것인 커패시터.
  9. 커패시터로서,
    스택 조립체를 포함하고, 이 스택 조립체는
    상부면, 하부면, 둘레 측벽 및 중앙 부분을 관통하는 개구를 갖는 제1 애노드 플레이트 부재;
    제1 애노드 플레이트 부재의 제1 각진 측벽으로부터 돌출하는 제1 매설형 와이어;
    상부면, 하부면, 둘레 측벽 및 중앙 부분을 관통하는 개구를 갖는 제2 애노드 플레이트 부재로서, 이 제2 애노드 플레이트 부재는, 제2 애노드 플레이트 부재의 상부면이 제1 애노드 플레이트 부재의 하부면을 향하도록 제1 애노드 플레이트 부재에 인접하게 위치 설정되는 것인 제2 애노드 플레이트 부재;
    제1 각진 측벽 아래에 위치하는 제2 애노드 플레이트 부재의 제2 각진 측벽으로부터 돌출하는 제2 매설형 와이어;
    제1 매설형 와이어와 제2 매설형 와이어 간의 전기 소통을 제공하고 커패시터 외부에서 접근되도록 구성되는 도전 부재;
    제1 애노드 플레이트 부재의 하부면에 인접하게 위치 설정되고, 제3 각진 측벽을 갖는 제1 세퍼레이트 시트;
    제2 애노드 플레이트 부재의 상부면에 인접하게 위치 설정되고, 제4 각진 측벽을 갖는 제2 세퍼레이트 시트;
    제1 세퍼레이트 시트와 제2 세퍼레이트 시트 사이에 개재되고, 탭이 연장되며 제5 각진 측벽을 갖는 캐소드 호일;
    스택 조립체의 상부 및 측부를 덮는 스택 조립체 세퍼레이터;
    스택 조립체 세퍼레이터와 스택 조립체를 커버하고, 캐소드 호일의 탭이 전기 접속되는 케이스;
    케이스에 부착된 스택 조립체 아래에 위치하는 커버로서, 케이스와 커버가 스택 조립체를 커패시터의 내부 영역 내에 밀폐하는 것인 커버;
    커패시터의 내부 영역 내에 배치되는 전해질 유체;
    스택 조립체의 중앙 부분과 케이스의 상부벽을 관통하는 통로; 및
    상기 통로를 통과하고 커버 및 케이스에 연결되며, 절연 튜브로 둘러싸이는 제1 튜브
    를 포함하는 것인 커패시터.
  10. 제9항에 있어서, 제1 각진 측벽, 제2 각진 측벽, 제3 각진 측벽, 제4 각진 측벽 및 제5 각진 측벽은 제1 애노드 플레이트 부재, 제2 애노드 플레이트 부재, 제1 세퍼레이터 시트, 제2 세퍼레이터 시트 및 캐소드 호일의 정렬된 코너에 형성되는 것인 커패시터.
  11. 제10항에 있어서, 제1 각진 측벽, 제2 각진 측벽, 제3 각진 측벽, 제4 각진 측벽 및 제5 각진 측벽은 커패시터의 내부 영역 내에 공동을 형성하도록 구성되고, 상기 공동은 도전 부재, 매설형 와이어 및 탭을 위한 공간을 제공하는 것인 커패시터.
  12. 제9항에 있어서, 커버의 하부면에 부착되는 베이스를 더 포함하는 커패시터.
  13. 제12항에 있어서, 베이스는 케이스의 외면과 접촉하는 제1 접촉 패드와, 도전 부재의 단부 부분과 접촉하는 제2 접촉 패드를 포함하는 것인 커패시터.
  14. 제13항에 있어서, 베이스는 커패시터를 전자 회로에 연결하기 위한 표면 장착 조립체를 형성하는 것인 커패시터.
  15. 제9항에 있어서, 캐소드 호일은 세퍼레이터 시트들 사이에서 실링되고, 적어도 하나의 세퍼레이터 시트의 일부가 애노드 플레이트 부재의 측벽을 따라 연장되는 것인 커패시터.
  16. 제9항에 있어서, 상기 단부 부분은 유리 대 금속 시일(GTMS)을 통해 케이스를 통과해 연장되는 것인 커패시터.
  17. 도전체 제조 방법으로서,
    각각 매설형 와이어와 외부에서 접근 가능한 단부 부분을 갖고, 개구가 관통하는 복수 개의 애노드 플레이트 부재를 형성하는 단계;
    개구가 관통하는 적어도 하나의 캐소드 호일을 형성하는 단계;
    각각 개구가 관통하는 세퍼레이터 시트를 형성하는 단계;
    2개의 세퍼레이터 시트 사이에 개재되고, 세퍼레이터 시트의 개구와 정렬되는 개구를 갖는 캐소드 호일을 포함하는 캐소드 호일 조립체를 조립하는 단계;
    적어도 2개의 애노드 플레이트 부재를 인접 적층 구성으로 위치 설정하고 인접한 애노드 플레이트 부재들 사이에 캐소드 호일 조립체를 위치 설정하는 것에 의해 스택 조립체 - 이 스택 조립체는 애노드 플레이트 부재의 개구, 캐소드 호일의 개구, 및 세퍼레이터 시트의 개구가 정렬되어 통로를 형성함 - 를 조립하는 단계;
    매설형 와이어를 도전 부재에 전기 접속시키는 단계;
    스택 조립체의 노출 부분이 남겨지도록 스택 조립체를 케이스로 덮는 단계;
    적어도 하나의 캐소드 호일을 케이스에 연결하는 단계;
    스택 조립체의 노출 부분을 밀폐하도록 커버를 위치 설정하는 단계;
    커패시터의 내부 영역을 전해질 유체로 충전하는 단계; 및
    커패시터를 실링하는 단계
    를 포함하는 커패시터 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 스택 조립체와 튜브를 관통하는 통로를 더 포함하고, 상기 튜브를 절연 튜브로 덮는 단계와, 상기 튜브를 상기 통로를 통해 스택 조립체를 통과하도록 위치 설정하는 단계를 더 포함하는 것인 커패시터 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 스택 조립체를 커버로 덮기 전에 스택 조립체의 상부 및 측부를 스택 조립체로 덮는 단계를 더 포함하는 커패시터 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서, 커패시터를 커버에 인접한 베이스에 부착하는 단계를 더 포함하는 커패시터 제조 방법.
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