TW202034357A - 用於鉭嵌入式微晶片的固體電解電容器 - Google Patents

用於鉭嵌入式微晶片的固體電解電容器 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種固體電解電容器及用於製造該電容器之方法。該電容器包含：一經燒結多孔陽極體，其由一閥金屬形成；一金屬物理氣相沈積(PVD)層，其直接安置於該陽極體之一平坦表面上；一介電質；一陰極；及陽極及陰極終端。該介電質上覆該陽極體之至少一部分且亦形成於該陽極體內。該陰極上覆該介電質之上覆該陽極體之至少一部分且包含一固體電解質，且該金屬PVD層之一下表面之一部分無該介電質及該固體電解質兩者。該陽極終端電連接至該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質兩者之該部分，且該陰極終端電連接至該固體電解質。

Description

用於鉭嵌入式微晶片的固體電解電容器
固體電解電容器(例如，鉭電容器)已成為電子電路微型化之主要貢獻者且使得此等電路在極端環境中之應用成為可能。Salisbury之美國專利第5,357,399號中揭示一固態電容器及用於製造可表面安裝固態電容器之相關大量生產方法之一實例。
一些固體電解電容器具有由一實質上平坦表面形成之一陽極引線，該陽極引線藉由一晶種/接種層接合至一陽極體。晶種層且有時亦為陽極體已形成為在多個維度上切割以提供離散電容器元件之各自連續材料平面。例如，Huntington之美國專利第6,699,767號揭示用於製造多個固態電容器之一方法，該方法包含用於形成此等晶種及陽極組件之步驟。一晶圓之整個上表面已在其上燒結一晶種層(例如，鉭粉之分散體)。接著將細粒電容器級鉭粉之生坯(即，未燒結)混合物壓制至基板之上表面上以形成一生坯層。燒結該生坯層以將細粒粉末熔合成一完整多孔網狀物。該燒結程序亦將多孔層熔合至粗糙接種層。接著機械加工基板總成以產生橫向通道及縱向通道之一正交網格，將該等橫向通道及縱向通道切割至恰好超過多孔鉭層之層級之一深度，使得切口撞擊於基板上。機械加工程序在基板上產生一正交截面體陣列，該等正交截面體最終經處理以形成電容器之陽極部分。
在以上製程之一相關變動中，形成一晶種層之一連續材料平面係形成於基板上方且經燒結。隨後，相同或不同高度之陽極係矩陣壓制至經接種晶圓上。在壓制之後，燒結該等陽極。仍必須執行一系列正交切割穿過晶種層略微進入晶圓中以自各自陽極層體之間移除晶種且形成離散電容器元件。
用於形成離散電容器元件之多個步驟(尤其在Huntington之美國專利第6,669,767號中之用以產生橫向及縱向通道之切割步驟)可為製程之一耗時且昂貴部分。另外，需要通常較厚之基板使得通道可切割至基板中超過基板上之多孔鉭層之層級，從而限制電容器元件之潛在體積效率。
同時，其他電容器元件需要使用自陽極體之一表面延伸之一嵌入式陽極引線或焊接至陽極體之一表面之一陽極引線，其中兩種類型之電容器元件皆具有其等自身缺點。特定言之，陽極引線降低所得電容器之體積效率。此外，在一嵌入式陽極引線之情況下，需要一較高燒結溫度以確保該陽極引線充分接合至陽極體。另外，在一焊接陽極引線之情況下，焊接接觸之區域可能相對較小，因此所有焊接能量在一小區域中消耗，此導致陽極引線及焊接區帶深入穿透至陽極體中以便達成足夠焊接強度，且在利用高比電荷粒子形成一薄多孔陽極體時在焊接區域中可能發生顯著損壞。
另外，一些電容器元件預期使用一經焊接陽極箔或使用具有不同壓制密度之兩個陽極丸粒以實現不可滲透性及/或氣密性。然而，形成此等電容器元件之程序係耗時且繁瑣的。此外，在一些例項中，在包含一經焊接陽極箔之一電容器元件之情況中，在焊接或移除陽極箔之多餘部分期間可能損壞電容器元件。
因而，目前需要可在一簡化、更具成本效益之程序中生產之具有減小之高度輪廓及提高之體積效率之一經改良電容器元件。
根據本發明之一例示性實施例，一種固體電解電容器包含：一經燒結多孔陽極體，其含有一閥金屬；一金屬物理氣相沈積(PVD)層；一介電質；一陰極；及陽極及陰極終端。該金屬PVD層直接安置於該多孔陽極體之一平坦表面上。此外，該介電質上覆該多孔陽極體之至少一部分，且該介電質亦形成於該多孔陽極體內。另外，該陰極上覆該介電質之上覆該多孔陽極體之至少一部分且包含一固體電解質，其中該金屬PVD層之一下表面之至少一部分無該介電質及該固體電解質。此外，該陽極終端電連接至該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質之該部分，且該陰極終端電連接至該固體電解質。此外，該金屬PVD層不可滲透液體。
根據本發明之一例示性實施例，一種形成一固體電解電容器之方法包含由一粉末形成一多孔陽極體，其中該粉末係由一閥金屬形成。該方法亦包含燒結該多孔陽極體及在燒結該多孔陽極體之前或之後將一金屬PVD層直接濺鍍至該多孔陽極體之一平坦表面上。另外，該方法包含：陽極氧化該經燒結多孔陽極體之至少一部分以形成上覆該經燒結多孔陽極體之至少一部分之一介電質，其中該介電質亦形成於該經燒結多孔陽極體內；及將一固體電解質施敷至該陽極氧化之經燒結多孔陽極體之至少一部分。此外，該金屬PVD層之一下表面之至少一部分無該介電質及該固體電解質。此外，該方法包含將該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質之該部分電連接至一陽極終端及將該固體電解質電連接至一陰極終端。
在下文更詳細闡述本發明之其他特徵及態樣。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張具有2018年11月19日之申請日期之美國臨時申請案第62/769,084號之權利，該案針對所有目的以引用的方式併入本文中。
一般技術人員應理解，本論述僅為例示性實施例之一描述，且並不意欲限制本發明之較寬廣態樣。
一般而言，本發明係關於一種固體電解電容器及一種用於製造此一電容器之方法。該電容器包含：一多孔陽極體，其包含一閥金屬；一金屬物理氣相沈積(PVD)層；一介電質；一陰極；及陽極及陰極終端。該金屬PVD層直接安置於該多孔陽極體之一平坦表面上。例如，該金屬PVD層之一上表面可與該多孔陽極體之一下表面直接接觸，使得無晶種層、陽極基板、陽極箔或增加壓制密度之陽極丸粒或類似者安置於該多孔陽極體與該金屬PVD層之間。此外，該介電質上覆該多孔陽極體之至少一部分，且該介電質亦形成於該多孔陽極體之至少一部分內。該陰極上覆該介電質之上覆該多孔陽極體之至少一部分且包含一固體電解質。此外，該金屬PVD層之該下表面之至少一部分無該介電質及該固體電解質兩者。另外，該陽極終端電連接至該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質兩者之該部分，且該陰極終端電連接至該固體電解質。此外，該金屬PVD層可係不可滲透液體，使得其下表面無該介電質及該固體電解質，因此在不需要一陽極引線之情況下實現至一陽極終端之連接，此容許提高之體積效率且在無需繁瑣機械處理之情況下允許陽極-陰極隔離。
明確言之，本發明者已發現，藉由在燒結多孔陽極體之前或之後將一金屬物理氣相沈積(PVD)層直接濺鍍至該多孔陽極體之一平坦表面上(其中該金屬PVD層不可滲透液體)，陰極層無法自PVD陽極層之上表面穿透至金屬PVD層之下表面以接觸陽極終端，其中此接觸可在所得電容器之使用期間導致短路。另外，金屬PVD層簡化生產程序且實現形成相較於利用一陽極引線之電容器具有一較小高度輪廓或厚度之一體積高效電容器。
現將更詳細描述本發明之各項實施例。 I.陽極組件
陽極組件之多孔陽極體可由含有一閥金屬(即，能夠氧化之一金屬)或一基於閥金屬之化合物(諸如鉭、鈮、鋁、鉿、鈦、其等之合金、其等之氧化物、其等之氮化物等等)之一閥金屬組合物形成。例如，該閥金屬可含有鈮之一導電氧化物，諸如具有1:1.0 ±1.0，在一些實施例中，1:1.0 ± 0.3，在一些實施例中，1:1.0 ± 0.1，且在一些實施例中，1:1.0 ± 0.05之鈮對氧之一原子比之氧化鈮。例如，氧化鈮可為NbO0.7 、NbO1.0 、NbO1.1 及NbO2 。在一特別合適實施例中，閥金屬組合物含有鉭。
閥金屬組合物可具有在從約10,000 µF*V/g至約500,000 µF*V/g，在一些實施例中，約15,000 µF*V/g至約400,000 µF*V/g，在一些實施例中，從約20,000 µF*V/g至約250,000 µF*V/g，在一些實施例中，從約25,000 µF*V/g至約125,000 µF*V/g之範圍內之一比電荷。如此項技術中已知，該比電荷可藉由將電容乘以所採用之陽極處理電壓且接著將此乘積除以經陽極處理之電極體之重量來判定。
在一特定實施例中，多孔陽極體可由具有在從約10,000 µF*V/g至約70,000 µF*V/g，在一些實施例中，從約15,000 µF*V/g至約65,000 µF*V/g，且在一些實施例中，從約20,000 µF*V/g至約60,000 µF*V/g之範圍內之一比電荷之一粉末形成。亦應理解，在一些實施例中，多孔陽極體皆可由具有在從約60,000 µF*V/g至約500,000 µF*V/g，在一些實施例中，從約70,000 µF*V/g至約400,000 µF*V/g，且在一些實施例中，從約80,000 µF*V/g至約300,000 µF*V/g之範圍內之一較高比電荷之一粉末形成。
為由閥金屬組合物形成多孔陽極體，閥金屬組合物之粉末可含有具有各種形狀(諸如球狀、角狀、片狀等以及其等之混合物)之任一者之顆粒。特別合適粉末係可自Showa購得之鉭粉(例如，S506粉末、S708粉末、S15HB粉末等)、自Cabot Corp. 購得之鉭粉(例如，C255片狀粉末、TU4D片狀/球狀粉末等)及自H.C. Starck購得之鉭粉(例如，NH175球狀粉末)。儘管不需要，但在一些實施例中，閥金屬組合物之粉末可使用此項技術中已知之任何技術(諸如透過熱處理)結塊。在其他實施例中，粉末可未結塊以提供降低之表面多孔性，此可實現將一更均勻金屬PVD層直接形成於多孔陽極體上，此可繼而增強及/或確保所得金屬PVD層之不可滲透性。
在將粉末形成為一陽極體之形狀之前，亦可視需要將該粉末與一黏結劑及/或潤滑劑混合以確保顆粒在經燒結以形成該陽極體時彼此充分黏附。然而，應理解，在本發明中並不一定需要黏結劑及/或潤滑劑，此係因為多孔陽極體之經減小厚度可無需一黏結劑或潤滑劑來確保顆粒之彼此充分黏附。接著可使用任何習知粉末壓制裝置壓實所得粉末以形成一丸粒(例如，一陽極體丸粒)。例如，可採用一壓模(press mold)，其係含有一模具(die)及一或多個衝頭之一單工位壓實壓機。替代性地，可使用僅使用一個模具及單個下衝頭之鐵砧式壓實壓模。單工位壓實壓模可以若干基礎類型獲得，諸如具有不同能力(諸如單動、雙動、浮動模具、可移動壓板、對置柱塞、螺釘、衝擊、熱壓、壓印加工或上漿)之凸輪、肘節/關節及偏心/曲柄壓機。
在一特定實施例中，可採用包含一模具之一壓模，該模具具有經組態以形成陽極體之兩個或兩個以上部分(例如，上部分及下部分)。在使用期間，模具之該等部分可相鄰彼此放置，使得其等之壁實質上經對準以形成具有陽極體之所要形狀之一模具腔。在用粉末填充該模具之後，該模具腔接著可閉合且經受藉由一衝頭之壓縮力。
無關於形成陽極丸粒之特定壓模，所得多孔陽極體可經壓制至在從約每立方厘米3.5克至約每立方厘米7.5克之範圍內，在一些實施例中，從約每立方厘米3.75克至約每立方厘米7克，且在一些實施例中，從約每立方厘米4克至約每立方厘米6.5克之一壓制密度。在一特定實施例中，諸如在使用經結塊粉末來形成多孔陽極體時，可將多孔陽極體壓制至在從約每立方厘米5.1克至約每立方厘米8克之範圍內，在一些實施例中，從約每立方厘米5.25克至約每立方厘米7.5克，在一些實施例中，從約每立方厘米5.5克至約每立方厘米7克，且在一些實施例中，從約每立方厘米5.75克至約每立方厘米6.5克之一壓制密度，其中增加該壓制密度可將任何結塊物間空隙之直徑減小至小於或等於約10微米之直徑。例如，結塊物間空隙之直徑可在從約0.1微米至約10微米，諸如從約0.5微米至約5微米，諸如從約1微米至約4微米，諸如從約2微米至約3微米之範圍內。結塊物間空隙之經減小直徑可導致金屬PVD層至多孔陽極體之一平坦表面上之一更均勻塗佈以確保金屬PVD層對液體之不可滲透性及/或氣密性，如下文更詳細論述。此外，應理解，壓制密度係藉由將經壓制多孔陽極體之重量除以經壓制多孔陽極體之體積來判定。
在壓制之後，可藉由在真空下於一特定溫度(例如，從約150°C至約500°C)加熱多孔陽極體持續幾分鐘來移除視需要使用之任何黏結劑/潤滑劑。替代性地，亦可藉由使多孔陽極體與一水溶液接觸來移除黏結劑/潤滑劑，諸如在Bishop等人之美國專利第6,197,252號中所描述，該案之全文針對所有目的以引用的方式併入本文中。此後，可如下文更詳細描述般用一金屬PVD層濺鍍多孔陽極體之一平坦表面且接著燒結該平坦表面以形成一多孔陽極體。然而，亦應理解，可在燒結之後將該金屬PVD層濺鍍至該多孔陽極體之一平坦表面上。
通常可在從約1000°C至約2000°C，在一些實施例中，從約1100°C至約1900°C，且在一些實施例中，從約1200°C至約1800°C之範圍內之一溫度下燒結多孔陽極體(及金屬PVD層，若其在此階段已濺鍍至多孔陽極體上)持續約1分鐘至約100分鐘，且在一些實施例中，從約15分鐘至約60分鐘之一時間。視需要且儘管不需要，燒結可在限制氧原子轉移至多孔陽極體之大氣下發生。例如，燒結可在惰性、真空或還原大氣中發生。在一特定實施例中，真空燒結可在從約1 x 10-9 托至約100托，在一些實施例中，從約1 x 10-8 托至約75托，且在一些實施例中，從約1 x 10-7 托至約50托之一壓力下發生。在另一實施例中，燒結可在(例如)氫氣之還原大氣中發生，其中該大氣可具有從約10托至約2000托，在一些實施例中，從約100托至約1000托，且在一些實施例中，從約100托至約930托之一壓力。可在此一還原大氣中採用氫氣與其他氣體(例如，氬氣或氮氣)之混合物。
在燒結之前或之後，可將一金屬PVD層直接濺鍍至多孔陽極體之一平坦表面上。用於形成該金屬PVD層之金屬可為一閥金屬或一耐火金屬或其等之合金或任何其他合適金屬，只要該金屬具有類似於用於形成多孔陽極體之該閥金屬之一熔點。例如，用於金屬PVD層之合適金屬可包含鉭、鈮、鉿、鈦、鎢、釩、鋯或其等之一組合。用於金屬PVD層之其他合適金屬可包含具有在從約1500°C至約3500°C，諸如從約1750°C至約3250°C，諸如從約2000°C至約3000°C之範圍內之一熔點之金屬。在一特定實施例中，多孔陽極體及金屬PVD層皆可由鉭形成。
在一些實施例中，金屬PVD層可在燒結之前直接濺鍍至多孔陽極體之平坦表面上，此係因為燒結程序可改良多孔陽極體之平坦表面與金屬PVD層之間的接合且亦有助於限制收縮引發之陽極表面多孔性。在其他實施例中，金屬PVD層可替代性地在燒結之後直接濺鍍至多孔陽極體之平坦表面上。在任何情況下，存在於一單平面中之金屬PVD層不可滲透液體，此有助於防止在陽極終端上或附近施敷介電層或陰極層(諸如導電聚合物或MnO2 )，其中應理解，亦可利用合適機械或化學手段以防止介電層或陰極層與陽極終端電接觸。另外，所得電容器之體積效率可經由使用本發明之金屬PVD層及陽極體組態而提高。
同時，與上文所描述之多孔陽極體及經濺鍍之金屬PVD層配置形成對比，具有一嵌入式陽極引線之一陽極體(例如，鉭丸粒)遭受該鉭丸粒與非常低表面積(低表面能量)陽極引線之間的一弱燒結連接，且使用高比電荷鉭粉實現良好體積效率所需之低壓制密度及燒結溫度加劇此問題。此外，雖然焊接陽極引線與燒結一嵌入式導線相比導致一更佳接合，但焊接損壞成比例大體積之鉭丸粒以實現此較強連接，此係因為必須熔化壓實之大量鉭顆粒以產生足夠大小之一焊核以實現所要連接強度。又，因為消耗此等鉭顆粒以產生該焊核，所以圍繞焊接區帶產生一非常大的氧化鉭層，該氧化鉭層必須在燒結期間擴散，否則陽極電性質將降級。
替代性地，將鉭丸粒附著至一經接種鉭基板對於獲得一非常強接合係有效的，此係因為經接合之兩個表面(例如，晶種層及鉭丸粒)之表面能量足夠高，使得可在最大化高比電荷粉末之效率之燒結溫度下實現一強接合。又，層之間的接合係在一大接觸區域上方，從而確保接合之高整體強度。然而，此方法消耗成品陽極上之大量體積，從而導致體積效率之整體損失。
另外，儘管將一陽極箔焊接至一陽極體或由具有兩種不同壓制密度之兩個丸粒形成一陽極體使得一個丸粒不可滲透或氣密的可解決與體積效率有關之問題，但此等程序可能歸因於所需之額外步驟而效率低。例如，移除陽極箔之延伸超出電容器元件之側面之一部分(諸如一突片)耗時且繁瑣，且將陽極箔焊接至陽極體及移除該突片之步驟可能無意地損壞陽極體。另外，形成具有兩種不同壓制密度之兩個陽極丸粒亦係耗時且繁瑣的。
另一方面，藉由如本發明中所描述將一金屬PVD層直接濺鍍至多孔陽極體，在以一有效方式形成一體積高效電容器元件時克服關於陽極引線、經接種基板、經焊接陽極箔及使用具有不同壓制密度之兩個陽極丸粒之上述問題。明確言之，可在一濺鍍程度中施敷金屬PVD層，該濺鍍程序並不涉及(例如)出於不可滲透性及/或氣密性目的壓制兩個丸粒以達成兩種不同密度，從而必須將一陽極箔焊接至一陽極丸粒上且接著移除該陽極箔之一部分等之繁瑣程序。另外，經濺鍍之金屬PVD層可在多孔陽極體之燒結之前或之後施敷以提供一靈活製程。
此外，在濺鍍程序期間，可調整作為入射於多孔陽極體之一平坦表面上之一射線與垂直於入射點處之表面之線(被稱為法線)之間的角度，或換言之，作為與經濺鍍之金屬PVD層被遞送至多孔陽極體之該平坦表面所依之法線所成之角度之入射角以便均勻地(uniformly及evenly)塗佈多孔陽極體之一平坦表面。例如，在一些實施例中，在濺鍍程序期間入射角可在約0°與約90°之間，諸如在約0°與約60°之間，諸如在約0°與45°之間改變。在一特定實施例中，經濺鍍之金屬PVD層可施敷至多孔陽極體之平坦表面所依之入射角可以約90°、約60°或約45°開始，且可在濺鍍期間自動或手動地減小直至完成濺鍍所依之入射角係約0°。另外，歸因於在濺鍍期間調整入射角，可填充具有高達約10微米之直徑之結塊物間空隙，使得一連續金屬PVD層覆蓋多孔陽極體之平坦表面。
此外，本發明設想之金屬PVD層可具有在從約0.01微米至約10微米，諸如從約0.025微米至約7.5微米，諸如從約0.05微米至約5微米之範圍內之一厚度。因此，金屬PVD層相較於已知電容器設計消耗顯著更少陽極之可用體積，從而導致相較於其他設計更高之一體積效率。
本發明之固體電解電容器之陽極組件之經燒結多孔陽極體102及金屬PVD層104兩者皆可具有一矩形形狀。然而，除了具有一矩形形狀之外，應理解，陽極體及/或金屬PVD層亦可為圓柱形、圓形、正方形、D形等。此外，陽極體亦可「有凹槽(fluted)」，此係因為其可能含有一或多個溝紋、溝槽、凹入部或凹口以增加表面體積比以最小化ESR且擴展電容器之頻率回應。此等「有凹槽」陽極體係描述於(例如) Webber等人之美國專利第6,191,936號、Maeda等人之美國專利第5,949,639號及Bourgault等人之美國專利第3,345,545號以及Hahn等人之美國專利公開申請案第2005/0270725號中，所有案之全文針對所有目的以引用的方式併入本文中。
無關於陽極體102或金屬PVD層104之特定形狀，陽極體102及金屬PVD層104之高度或厚度可歸因於用薄金屬PVD層104形成一不可滲透障壁之能力而最小化，使得所得固體電解電容器112可具有一低高度輪廓以促進其用作(例如)一印刷電路板中之一嵌入式被動組件或微晶片。然而，在其他實施例中，應理解，所得固體電解電容器112可經表面安裝。參考圖1A，包含陽極體102及金屬PVD層104及下文更詳細論述之任何額外層之電容器元件112組件可具有在x方向上之在從約100.01微米至約410微米，諸如從約150.01微米至約357.5微米，諸如從約200.01微米至約305微米之範圍內之一高度或厚度T1 。同時，如上文所提及，金屬PVD層104可具有在x方向上之在從約0.01微米至約10微米，諸如從約0.025微米至約7.5微米，諸如從約0.05微米至約5微米之範圍內之一厚度T2 。此外，陽極體102可具有在x方向上之在從約100微米至約400微米，諸如從約150微米至約350微米，諸如從約200微米至約300微米之範圍內之一厚度T3 。另外，金屬PVD層之厚度T2 可為電容器元件112之總高度T1 之從約0.01%至約10%、諸如從約0.02%至約5%，諸如從約0.04%至約1%。
此外，參考圖1A至圖1B，包含陽極體102及下文更詳細論述之任何額外層之電容器元件112可具有在y方向上之一寬度W1 及/或在z方向上之在從約0.5毫米至約5毫米，諸如從約0.75毫米至約4毫米，諸如從約1毫米至約3毫米之範圍內之一長度L1 。同時，成品電容器元件112中之金屬PVD層104可具有在從約0.25毫米至約5毫米，諸如從約0.5毫米至約4毫米，諸如從約0.75毫米至約3毫米之範圍內之一寬度W2 。另外，儘管金屬PVD層104經展示為具有小於電容器元件112之總寬度W1 之一寬度W2 ，但在一些實施例中，W1 及W2 可為相等的。 II.介電質
一旦如上文所描述用一金屬PVD層濺鍍陽極體之一表面，便可陽極處理所得陽極組件，使得一介電質係形成於陽極體之一表面上方及/或整個陽極體內。在陽極處理程序期間，歸因於金屬PVD層之不可滲透性，防止該介電質自金屬PVD層之上表面經由多孔陽極體之一下表面形成於金屬PVD層之下表面上。同時，最終將連接至陽極終端之金屬PVD層之一下表面之至少部分必須經物理及/化學遮罩或稍後被剝除介電質。在一特定實施例中，金屬PVD層之該下表面可用丙烯酸酯類聚合物或任何其他合適遮罩材料遮罩。例如，陽極處理遮罩可為一UV可固化胺基甲酸酯丙烯酸酯。在一項實施例中，金屬PVD層之整個下表面在遮罩移除或介電質剝除之後將無介電質。然而，應理解，在一些實施例中，將遮罩金屬PVD層之下表面之大部分(例如，從約75%至約100%，諸如從約80%至約99%，諸如從約85%至約95%)且將陽極處理金屬PVD層之下表面之剩餘部分。
儘管圖1A至圖1B中未展示，但應理解，在陽極處理之後，介電質係形成於陽極體102內之表面上(諸如在陽極體102之多孔結構內部)。此外，一介電層106係形成於陽極體102之外表面上。例如，如圖1A至圖1B中所展示，介電層106可形成於陽極體102之一上表面114、一第一側表面118及一第二側表面120以及陽極體102之下表面116之一或多個部分上方，此取決於施敷一陽極處理遮罩之處。同時，金屬PVD層104之上表面122係與多孔陽極體102之下表面116實體、電及/或化學接觸，使得無介電層106形成於多孔陽極體102與金屬PVD層104之間。另外，最終將與一陽極終端接觸之金屬PVD層104之下表面124之部分係歸因於施敷稍後移除之一陽極處理遮罩而無介電層106。亦應理解，無關於其定位所處之準確表面，介電層106可具有從約20奈米至約800奈米，在一些實施例中，從約40奈米至約600奈米，且在一些實施例中，從約60奈米至約400奈米之一厚度，其中介電層106可提供實體保護所得電容器之一塗層。
如上文所陳述，介電質係藉由陽極處理形成。陽極處理係藉由其氧化陽極組件以形成具有一相對較高介電常數之一材料之一電化學程序。例如，鉭陽極體可經陽極處理為五氧化二鉭(Ta2 O5 )。通常，陽極處理係藉由最初將一電解質施敷至陽極體(諸如藉由將陽極體浸漬至該電解質中)來執行。電解質通常呈一液體之形式，諸如一溶液(例如，酸或鹼)、分散液、熔化物等。通常在電解質中採用一溶劑，諸如水(例如，去離子水)；醚類(例如，二乙醚及四氫呋喃)；醇類(例如，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇及丁醇)；三酸甘油酯；酮類(例如，丙酮、甲基乙基酮及甲基異丁基酮)；酯類(例如，乙酸乙酯、乙酸丁酯、二乙二醇醚乙酸酯及丙二醇甲醚乙酸酯)、醯胺類(例如，二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、二甲基辛酸/癸酸脂肪酸醯胺及N-烷基吡咯啶酮)；腈類(例如，乙腈、丙腈、丁腈及芐睛)；亞碸或碸類(例如，二甲基亞碸(DMSO)及環丁碸)；等等。該溶劑可構成電解質之從約50 wt.%至約99.9 wt.%，在一些實施例中從約75 wt.%至約99 wt.%，且在一些實施例中從約80 wt.%至約95 wt.%。儘管不一定需要，但通常期望使用一水溶劑(例如，水)以幫助達成所要氧化物。實際上，水可構成電解質中所使用之(若干)溶劑之約50 wt.%或更多，在一些實施例中約70 wt.%或更多，且在一些實施例中約90 wt.%至100 wt.%。
電解質係離子導電的，具有任何合適範圍之離子電導率。例示性電解質可包含金屬鹽、鹼金屬鹽、與乙二醇混合之鹼金屬鹽、與有機溶劑混合之酸，或與乙二醇(諸如乙烯乙二醇)混合之磷酸。為增強電解質之離子電導率，可採用能夠在溶劑中解離以形成離子之化合物。用於此目的之合適離子化合物可包含(例如)：酸，諸如硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸(boric acid、boronic acid)等；有機酸，包含羧酸，諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水楊酸、磺基水楊酸、己二酸、馬來酸、蘋果酸、油酸、沒食子酸、酒石酸、檸檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、戊二酸、葡萄糖酸、乳酸、天冬氨酸、麩胺酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羥基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，諸如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羥基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚合酸，諸如聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)及其共聚物(例如，馬來酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸及苯乙烯-丙烯酸共聚物)、鹿角菜酸、羧甲基纖維素、海藻酸等；等等。選擇離子化合物之濃度以達成所要離子電導率。例如，酸(例如，磷酸)可構成電解質之從約0.01 wt.%至約5 wt.%，在一些實施例中從約0.05 wt.%至約0.8 wt.%，且在一些實施例中從約0.1 wt.%至約0.5 wt.%。視需要，亦可在電解質中採用離子化合物之混合物。
在陽極處理期間，一電流通過電解質以形成介電層。當利用質子性陽極處理電解質時，陽極處理程序之速率限制性質容許透過控制陽極處理電壓來管理介電質厚度。例如，陽極處理電源供應可最初經恆電流組態直至獲得所需電壓，此後切換至一恆電位控制模式且維持所需電壓直至通過電解質之電流達到在恆電流控制模式中所達到之最初電流之一分率值。介電質厚度控制亦可透過恆電位控制模式中之固定浸泡時間來實現。亦可採用其他已知方法，諸如脈衝或步進恆電位方法。陽極處理電壓通常在從約4伏特至約250伏特，諸如從約5伏特至約200伏特，諸如從約9伏特至約100伏特之範圍內。在陽極處理期間，電解質可保持在高溫下，諸如從約30°C至約200°C，在一些實施例中約40°C至約150°C，諸如在一些實施例中約50°C至約100°C。陽極氧化亦可在環境溫度或更低溫度下進行。
如上文所論述，所得介電層106形成於陽極體102之表面(包含在多孔陽極體結構內部之表面)上。介電層106亦可形成於金屬PVD層104之側表面126及128及金屬PVD層104之下表面124之一部分上，但金屬PVD層104之不可滲透性防止介電質穿透至金屬PVD層104內部，且可藉由已知機械或化學遮罩手段防止介電層106形成於金屬PVD層104之下表面124及經曝露側表面126及128上。同時，金屬PVD層104之上表面122係與多孔陽極體102之下表面116實體、電及/或化學接觸，使得無介電層106形成於多孔陽極體102與金屬PVD層104之間。在任何情況下，金屬PVD層104之下表面124之至少一部分可無介電層106，其中此部分最終連接至一陽極終端。介電質形成之速率可部分藉由溫度管控，其中較低溫度通常導致較長形成時間。 III.陰極
再次參考圖1A至圖1B，在陽極處理之後，包含介電層106之陽極體102接著可經受形成一陰極層108之一步驟，該陰極層108包含一固體電解質，諸如二氧化錳、導電聚合物或其等之一組合等。然而，金屬PVD層104之下表面124之至少一部分必須無陰極層108以維持電容器之陽極組件與陰極組件之間的電隔離，且金屬PVD層104對液體之不可滲透性有助於防止固體電解質材料自金屬PVD層104之上表面122傳輸至金屬PVD層104之下表面124。此外，應理解，陰極層108僅在其中亦存在介電層106之情況下存在。例如，在一些實施例中，諸如在介電層106塗佈金屬PVD層104之側表面126及128以及下表面124之一部分之情況下，陰極層108亦可塗佈金屬PVD層104之側表面126及128以及下表面124之一部分，但在此等實施例中，陽極終端無法接觸此等介電質及金屬PVD層104之陰極塗佈區域。如上文所論述防止陰極層108沈積於金屬PVD層104之特定表面上可透過已知機械或化學手段在陰極層之沈積期間或經由沈積後材料移除來完成。
若固體電解質包含二氧化錳，則二氧化錳固體電解質可(例如)藉由硝酸錳(Mn(NO3 )2 )之熱分解來形成。此等技術係描述(例如)於Sturmer等人之美國專利第4,945,452號中，該案之全文針對所有目的以引用的方式併入本文中。替代性地或結合二氧化錳固體電解質之形成，可採用一導電聚合物塗層，其含有一或多種聚雜環(例如，聚吡咯；聚噻吩、聚(3,4-乙烯二氟噻吩) (PEDT)；聚苯胺)；聚乙炔；對聚苯(poly-p-phenylenes)；多酚及其等衍生物。此外，視需要，導電聚合物塗層亦可由多個導電聚合物層形成。例如，在一項實施例中，導電聚合物陰極可含有由PEDT形成之一層及由聚吡咯形成之另一層。可利用各種方法來將導電聚合物塗層施敷至陽極體上。例如，習知技術(諸如電聚合、網版印刷、浸漬、電泳塗佈及噴射)可用於形成一導電聚合物塗層。在一項實施例中，例如，用於形成導電聚合物(例如，3,4-二氧乙基噻吩)之(若干)單體可最初與聚合催化劑混合以形成一溶液。例如，一合適聚合催化劑係CLEVIOS C，其係甲苯磺酸鐵(III)且由H.C. Starck出售。CLEVIOS C係CLEVIOS M之市售催化劑，其係3,4-乙烯二氧噻吩，亦由H.C. Starck出售之一PEDT單體。一旦形成一催化劑分散液，陽極體便可浸漬至該分散液中，使得聚合物形成於陽極體之表面上。替代性地，催化劑及(若干)單體亦可分開施敷至陽極體。在一項實施例中，例如，催化劑可溶解於一溶劑(例如，丁醇)中且接著作為一浸漬溶液施敷至陽極體。陽極體接著可經乾燥以自其移除該溶劑。此後，陽極體可浸漬至含有適當單體之一溶液中。一旦單體接觸含有催化劑之陽極體之表面，其便可在該表面上化學聚合。諸如上文所描述之技術可更詳細描述於Biler之美國公開案第2008/0232037號中。
在施敷固體電解質陰極層期間或之後，固體電解質可經電解修復。修復可在一固體電解質層之各次施敷之後發生或可在整個塗層之施敷之後發生。在一些實施例中，可藉由將陽極體浸漬至一電解質溶液(諸如乙酸之一溶液)中，且此後將一恆定電壓施加至該溶液直至電流減小至一預選擇位準或一預定浸泡時間已經過，而修復固體電解質。視需要，此修復可在多個步驟中完成。在施敷上文所描述之一些或所有層之後，接著可洗滌含有介電層之陽極組件及陰極以移除各種副產物、過量催化劑等等。此外，在一些例項中，可在上文所描述之一些或所有浸漬操作之後利用乾燥。例如，可在施敷催化劑之後及/或在洗滌組件之後期望乾燥以便敞開陽極體之孔，使得其可在後續浸漬步驟期間接納一液體。 IV.終端
參考圖1A，本發明之固體電解電容器亦可含有電容器元件112之金屬PVD層104電連接至之一陽極終端130，及電容器元件之陰極層108電連接至之一陰極終端132。在一些實施例中，陽極終端130及陰極終端132係平坦的且可分別直接連接至金屬PVD層104及陰極層108，其中平坦組態及直接電連接兩者改良所得電容器之體積效率。此外，金屬PVD層104與陽極終端130之間的直接連接消除對一陽極引線之需要。此外，可控制陽極終端130之在x方向上之厚度T4 及陰極終端132之在x方向上之厚度T5 以最小化電容器之高度輪廓或厚度以改良所得電容器之體積效率。例如，陽極終端130之厚度T4 可在從約0.5微米至約5微米，諸如從約0.75微米至約4.5微米，諸如從約1微米至約4微米之範圍內，且陰極終端132之厚度T5 可在從約5微米至約40微米，諸如從約10微米至約35微米，諸如從約15微米至約30微米之範圍內。
可採用任何導電材料來形成終端，諸如導電金屬(例如，金、銅、鎳、銀、鎳、鋅、錫、鈀、鉛、銅、鋁、鉬、鈦、鐵、鋯、鎂、鎢及其等之合金)。然而，在一項實施例中，導電金屬可為抗氧化之一金屬，諸如金、鈀或鉑。在一額外實施例中，形成陽極終端及陰極終端之導電材料可經由一薄層沈積技術(諸如物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)或任何其他合適技術)施敷。PVD及CVD可促進將具有奈米級之一薄金屬層沈積至陽極基板及陰極上，此可進一步限制高度輪廓或厚度且提高本發明之固體電解電容器之體積效率。亦應理解，當由抗氧化金屬形成時，該薄金屬層可經施敷使得其與金屬PVD層或固體電解質直接接觸，而無需如通常施敷以防止氧化般在固體電解質與陰極終端之間施敷一碳層或任何其他障壁層，其中消除此等層進一步減小厚度或高度輪廓且提高所得固體電解電容器之體積效率。在另一特定實施例中，終端可呈一導電膏之形式，諸如可用鎳及一處理層(finish layer)電鍍之銀聚醯亞胺膏或一銅合金導電膏。
在又另一實施例中，終端可呈可使用此項技術中已知之任何技術(諸如黏附接合及類似者)連接至陽極基板及陰極之一金屬板或層之形式。在一項實施例中，例如，一導電黏附劑可最初施敷至陽極及/或陰極終端之一表面。該導電黏附劑可包含(例如)一樹脂組合物所含之導電金屬顆粒。金屬顆粒可為金、銀、銅、鉑、鎳、鋅、鉍等。該樹脂組合物可包含一熱固性樹脂(例如，環氧樹脂)、固化劑(例如，酸酐)及偶合劑(例如，矽烷偶合劑)。合適導電黏附劑可描述於Osako等人之美國專利申請公開案第2006/0038304號中，該案之全文針對所有目的以引用的方式併入本文中。
在又另一實施例中，終端可包含如上文所描述之一PVD或CVD氧障壁層，一分離金屬層或板安置於該PVD或CVD氧障壁層上。例如，氧障壁層可為金，且該分離金屬層可為銀、鈦等。
在一特定實施例中，陽極終端可包含：用作氧化物稀釋層之一經濺鍍PVD層，諸如一經濺鍍PVD鉭層；用作氧化障壁層之一經濺鍍PVD層，諸如一經濺鍍金層；及用作陽極終端之最外層之一經濺鍍PVD層，其可為一經濺鍍銅層，而陰極終端可包含一個氧化障壁層及一導電膏層。
在一特定實施例中且參考圖1A，可用一個氧化障壁層146、一導電膏層148或其等之組合施敷固體電解質108以形成陰極終端132。氧化障壁層146可限制導電膏層148與固體電解質之接觸，此可減小藉由固體電解質(例如，二氧化錳)氧化導電膏層148之風險。例如，在一特定實施例中，陰極終端132可包含一個氧化障壁層146及一導電膏層148，其中氧化障壁層146安置於導電膏層148與陰極層108之間。氧化障壁層146可為碳基的(例如，石墨)，且導電膏層148可包含銅合金。用於形成陰極終端132之氧化障壁層146及導電膏層148可覆蓋部分或全部固體電解質，而金屬PVD層104係與此等層隔離，如圖1A中所展示。此外，氧化障壁層146及導電膏層148可具有在從約5微米至約40微米，諸如從約10微米至約35微米，諸如從約15微米至約30微米之範圍內之一總厚度。
現轉至陽極終端130，在一些實施例中且參考圖1A，一薄金屬(諸如鉭)層可用作氧化物稀釋層150且可經由物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)或任何其他合適方法施敷至金屬PVD層104之下表面124以形成陽極終端130之部分。另外，一抗氧化材料層152 (諸如金)之一薄層可經由物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)或任何其他合適方法施敷至氧化物稀釋層150作為陽極終端130之一額外層以提供金屬PVD層104與陽極終端130之最外金屬層154之間的一障壁，其中陽極終端130之最外金屬層154可由任何合適金屬(諸如銅)形成且可經由物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)或任何其他合適方法施敷。此外，在其中經濺鍍之抗氧化材料152具有足夠厚度之實施例中，抗氧化材料層152可提供足夠安裝穩定性，使得不需要陽極終端130之最外金屬層154。在此等實施例中，抗氧化材料層152可具有在從約10奈米至約200奈米，諸如從約25奈米至約150奈米，諸如從約50奈米至約100奈米之範圍內之一厚度。
在其他實施例中，抗氧化材料152可充分嵌入至金屬PVD層104中，使得氧化物稀釋層150並非必要的。在此等實施例中，抗氧化材料152可嵌入於金屬PVD層104內，且最外金屬層154可鄰近其中嵌入有抗氧化材料152之金屬PVD層104。 V.額外層 / 組件
另外，本發明之固體電解電容器亦可視需要包含可圍繞多孔陽極體102施敷於其上表面114、下表面116、側表面118、側表面120及其前表面及後表面(未展示)之部分處之一絕緣樹脂110 (例如，一保形聚醯亞胺塗層或環氧樹脂)，其中絕緣樹脂110使陽極終端130及(若干)陰極終端132之部分曝露，如圖1A中所展示。然而，亦應理解，固體電解電容器可(例如)在不具有圍繞多孔陽極體102安置之一絕緣樹脂之情況下嵌入至一印刷電路板中。代替性地，可在適當定位嵌入式電容器之後增加絕緣樹脂以填充於該電路板與嵌入式電容器之間的空間中，或其中嵌入電容器之印刷電路板可包含具有電容器可插入至其中之一凹部之一絕緣樹脂。在任何情況下，陽極體102及金屬PVD層104之特定設計限制可利用之絕緣樹脂110之量，此進一步提高電容器之體積效率。例如，絕緣樹脂110可具有在y方向上之在從約5微米至約100微米，諸如從約7.5微米至約75微米，諸如從約10微米至約50微米之範圍內之一厚度。
圖1A係根據本發明之一特定實施例之一固體電解電容器100之一橫截面視圖。其中固體電解電容器100包含其中一陽極終端130及一陰極終端132定位於固體電解電容器100之相對側上之一雙電極組態。如所展示，陽極體102包含一介電層106及一陰極層108。此外，金屬物理氣相沈積(PVD)層104之一上表面122直接接觸多孔陽極體102，且金屬PVD層104不可滲透液體，使得介電層106及陰極層108並未浸入金屬PVD層104。此外，可利用機械及/或化學手段以確保金屬PVD層104之並不緊鄰陽極體102 (例如，下表面124及側表面126及128)及/或與陽極體102直接接觸之經曝露表面可無介電層106及陰極層108，但應理解，金屬PVD層104之側表面126及128以及下表面124之一部分可用介電層106及陰極層108塗佈，只要金屬PVD層104之下表面124之連接至陽極終端130之該部分無介電層106及陰極層108且與介電層106及陰極層108隔離。此外，一個氧化障壁層146及一導電膏層148可塗佈至陰極層108之至少一部分上以形成陰極終端132，其中金屬PVD層104係與氧化障壁層146及導電膏層148隔離。仍參考圖1A，一個氧化物稀釋層150及一抗氧化材料層152可定位於金屬PVD層104與陽極終端130之一最外金屬層154之間。此外，當抗氧化材料152係一金屬層(諸如一金層)且具有一足夠厚度時，其可代替陽極終端130之最外金屬層154。此外，一選用絕緣樹脂110可圍繞所得電容器元件112之表面安置，從而使陽極終端130及陰極終端132之至少一部分曝露。如所展示，陽極終端130定位於陽極體102之下表面116附近且陰極終端132定位於陽極體102之上表面114附近。
圖1B係圖1A之固體電解電容器100之一頂表面視圖且繪示其中經濺鍍之金屬PVD層104僅覆蓋多孔陽極體之下表面116之一部分之一實施例，該部分跨越y方向上之一寬度W2 及z方向上之一長度L2 (其等小於多孔陽極體102之總寬度W1 及總長度L1 )。然而，應理解，在一些實施例中，金屬PVD層104可覆蓋多孔陽極體102之整個下表面116，使得金屬PVD層104延伸z方向上之總長度L1 及y方向上之總寬度W1 (如圖1A中所展示)。
現參考圖2，可根據本發明設想之各種方法形成上文所論述之固體電解電容器。在一特定實施例中，可根據方法200形成固體電解電容器。首先，在步驟202，可如上文詳細描述般壓制一陽極體102。接著，在步驟204，可將金屬PVD層104直接濺鍍至陽極體102之一平坦表面上。接著，在步驟206，可在一惰性、真空或還原環境中(諸如在存在氫氣之情況下)燒結陽極體102及濺鍍於其上之金屬PVD層104以消除可能已發生之任何微結構損壞。然而，亦應理解，可在步驟206之前燒結陽極體102且可在步驟206之前及在步驟206燒結陽極體102 (例如，濺鍍前及濺鍍後)。此後，在步驟208，可將一陽極處理遮罩(諸如丙烯酸類聚合物或任何其他合適遮罩材料)施敷至金屬PVD層104。接著，在步驟210，可經由如上文詳細描述之陽極處理將介電層106施敷至陽極體102 (且視需要，如上文所描述之金屬PVD層104之部分)。此外，在步驟212，可將固體電解質層或陰極層108施敷至陽極體102 (且視需要，如上文所描述之金屬PVD層104之部分)，在此之後可在步驟214自金屬PVD層104移除陽極處理遮罩。接著，在步驟216及218，可分別施敷(若干)陽極終端層及(若干)陰極終端層，但應理解，可在步驟216之前實行步驟218，或可同時實行步驟216及步驟218。此後，在步驟220，可視需要用一絕緣層110塗佈所得電容器元件112。此外，應理解，在形成本發明設想之電容器及模組時並非需要上文所描述之所有步驟且可利用如上文所闡述之額外步驟。 VI.應用
在本發明之一實施例中，圖1A之固體電解電容器可用作一薄電子零件(諸如一印刷電路板)之一嵌入式組件。在另一實施例中，電容器在約10伏特之一電壓額定值下可具有約10微法拉之一電容額定值。歸因於其小佔據面積，此一電容器可用於(例如)可植入式醫療裝置中。電容器可具有類似於熟習此項技術者所知且可嵌入至一印刷電路板結構中之矽基整合式被動元件(passives)之尺寸。因而，固體電解電容器可具有在x方向上之從約250微米至約1000微米，諸如從約275微米至約800微米，諸如從約300微米至約700微米之一厚度T1 。
現參考圖3至圖5，繪示其中可併入圖1A至圖1B之複數個固體電解電容器之若干模組。此等模組可經囊封或保持未囊封以用於嵌入目的。模組可包含圖1A至圖1B之可具有相同或不同電容及電壓額定值之兩個或兩個以上固體電解電容器。此等模組可實現電壓額定值或電容之增加、等效串聯電阻(ESR)之減小，容許非極性或其等之一組合。取決於模組之特定配置，可達成遠超出100伏特之電壓額定值。
特定言之，圖3展示包含串聯配置之四個陽極體102 (a)至102 (d)、四個陽極終端130 (a)至130 (d)及四個陰極終端132 (a)至132 (d)之一模組300。當基於一10微法拉、10伏特電容器時，模組300可具有2.5微法拉之一電容及40伏特之電壓額定值。
此外，圖4展示包含並聯配置之兩個陽極體102 (a)及102 (b)以及兩個金屬PVD層104 (a)及104 (b)之一模組400。該模組亦包含一陽極終端130及與一主陰極終端132電連接之兩個陰極終端132 (a)及132 (b)。當基於一10微法拉、10伏特電容器時，模組400可具有20微法拉之一電容及10伏特之電壓額定值。儘管未展示，但四個電容器可代替兩個電容器並聯配置於兩個電容器×兩個電容器區塊中以實現具有40微法拉之一電容及10伏特之一電壓額定值之一模組。
同時，圖5展示一模組500，該模組500具有其中兩個陽極體102 (a)及102 (b)以及兩個陽極終端130 (a)及130 (b)經配置使得陰極終端132 (a)及132 (b)如所展示接觸之一非極性組態。當基於一10微法拉、10伏特電容器時，模組500可具有5微法拉之一電容及10伏特之電壓額定值。
此外，雖然圖3至圖5展示利用具有雙電極組態之電容器元件之模組，但應理解，亦可利用三電極組態(諸如在固體電解電容器之相對側上之兩個陰極終端，及一個陽極終端)，其中三電極組態容許一印刷電路板(PCB)內之層間連接。亦應理解，本發明設想具有同側電極組態之模組。利用三電極或同側電極組態之一優點在於，此等設計容許增加PCB佈局及層間連接設計之靈活性。
根據本發明形成之電容器及模組可達成一有利地增加之電容及有利地減小之等效串聯電阻(ESR)，同時維持洩漏電流與耗散因數之相當位準且同時展現極高頻率回應。該等電容器及模組展現改良之可靠性，從而使其等適用於醫療裝置應用中。例如，本發明設想之電容器及模組可用於除顫器中。
可藉由參考以下實例較佳理解本發明。實例 1
在實例1中，首先透過具有400之一篩孔大小之一篩處理結塊鉭粉以移除具有大於約38微米之直徑之任何結塊物，在此之後壓制結塊粉末以形成具有增加之壓制密度之多孔陽極體。圖6係由已被壓制至每立方厘米4.97克之一密度之結塊鉭粉形成之一多孔陽極體的一掃描電子顯微照片。圖7係由已被壓制至每立方厘米5.34克之一密度之結塊鉭粉形成之一多孔陽極體的一掃描電子顯微照片。圖8係由已被壓制至每立方厘米5.97克之一密度之結塊鉭粉形成之一多孔陽極體的一掃描電子顯微照片。如所展示，在壓制密度增加時，結塊物間空隙(圈出以供參考之實例)之大小及頻率減小，從而指示增大結塊粉末之壓制密度可容許具有降低之多孔性之一更均勻平坦表面，待將一金屬PVD層施敷至該表面上。經降低之表面多孔性可能夠形成一更均勻金屬PVD層(尤其在以各種入射角施敷該金屬PVD層時)，且亦可為一電容器提供其他效能益處，諸如改良每立方厘米陽極CV之一致性，降低反電極可變性等。實例 2
在實例2中，壓制未結塊鉭粉以形成具有每立方厘米5克之一密度之一多孔陽極體。圖9係由已被壓制至每立方厘米5.00克之一密度之非結塊鉭粉形成之一多孔陽極體在1300°C下真空燒結持續10分鐘之後之一平坦表面的一掃描電子顯微照片。圖10係圖9之該多孔陽極體之該平坦表面的一放大視圖。此外，圖11係在以法向入射將具有2.8微米之一厚度之一鉭PVD層濺鍍於平坦表面上(例如，該濺鍍係相對於平坦表面成90°度施加)之後的圖9之多孔陽極體之平坦表面的一掃描電子顯微照片，且圖12及圖13係圖11之多孔陽極體之經金屬PVD層塗佈之平坦表面的放大視圖。
如所展示，在施敷鉭PVD層之後有效地閉合經壓制之多孔陽極體之表面上之開孔結構，從而產生不可滲透液體之一障壁。在具有金屬層之陽極上看到之微小空洞(在圖11及圖13中圈出)係淺的，且此等區域之底部亦用金屬PVD層覆蓋，因此確保液體不可滲透性。可在遮罩及陽極處理之前再次燒結此等陽極。
可由一般技術人員在不脫離本發明之精神及範疇之情況下實踐本發明之此等及其他修改及變動。另外，應理解，各項實施例之態樣可全部或部分互換。此外，一般技術人員將瞭解，前文描述僅供實例，且並不意欲如此等隨附發明申請專利範圍中進一步描述般限制本發明。
100:固體電解電容器 102:經燒結之多孔陽極體/陽極體/多孔陽極體 102(a)至102(d):陽極體 104:金屬物理氣相沈積(PVD)層 104(a):金屬物理氣相沈積(PVD)層 104(b):金屬物理氣相沈積(PVD)層 106:介電層 108:陰極層/固體電解質 110:絕緣樹脂 112:固體電解電容器/電容器元件 114:上表面 116:下表面 118:第一側表面/側表面 120:第二側表面/側表面 122:上表面 124:下表面 126:側表面 128:側表面 130:陽極終端 130(a)至130(d):陽極終端 132:陰極終端 132(a)至132(d):陰極終端 146:氧化障壁層 148:導電膏層 150:氧化物稀釋層 152:抗氧化材料層/經濺鍍之抗氧化材料/抗氧化材料 154:最外金屬層 200:方法 202:步驟 204:步驟 206:步驟 208:步驟 210:步驟 212:步驟 214:步驟 216:步驟 218:步驟 220:步驟 300:模組 400:模組 500:模組 L1:長度/總長度 L2:長度 T1:高度或厚度/總高度 T2:厚度 T3:厚度 T4:厚度 T5:厚度 W1:寬度/總寬度 W2:寬度
在本說明書之其餘部分中(包含參考附圖)更明確闡述對熟習此項技術者進行之本發明之一完整及致能揭示內容(包含其最佳模式)，其中： 圖1A係根據本發明之一實施例之一固體電解電容器的一橫截面視圖，其中該固體電解電容器包含其中一陽極終端及一陰極終端定位於該固體電解電容器之相對側上之一雙電極組態； 圖1B係圖1A之固體電解電容器之一底表面視圖且繪示金屬PVD層可在陽極體之一下表面之一部分上方延伸； 圖2係繪示根據本發明之一實施例之形成一固體電解電容器之一方法的一流程圖； 圖3係包含串聯配置之本發明之多個電容器之一模組的一橫截面視圖； 圖4係包含並聯配置之本發明之多個電容器之一模組的一橫截面視圖； 圖5係包含以一非極性組態配置之本發明之多個電容器之一模組的一橫截面視圖； 圖6係由已被壓制至每立方厘米4.97克之一密度之結塊鉭粉形成之一多孔陽極體之一平坦表面的一掃描電子顯微照片； 圖7係由已被壓制至每立方厘米5.34克之一密度之結塊鉭粉形成之一多孔陽極體之一平坦表面的一掃描電子顯微照片； 圖8係由已被壓制至每立方厘米5.97克之一密度之結塊鉭粉形成之多孔陽極體之一平坦表面的一掃描電子顯微照片； 圖9係由已被壓制至每立方厘米5.00克之一密度之非結塊鉭粉形成之一多孔陽極體在1300°C下真空燒結持續10分鐘之後之一平坦表面的一掃描電子顯微照片； 圖10係圖9之多孔陽極體之平坦表面的一放大視圖； 圖11係在以法向入射將具有2.8微米之一厚度之一鉭PVD層濺鍍於平坦表面上(例如，該濺鍍係相對於平坦表面成90°度施加)之後的圖9之多孔陽極體之平坦表面的一掃描電子顯微照片； 圖12係圖11之多孔陽極體之平坦表面的一放大視圖；及 圖13係圖11之多孔陽極體之平坦表面的一額外放大視圖。 在本說明書及圖式中重複使用元件符號旨在表示本發明之相同或類似特徵或元件。
100:固體電解電容器
102:經燒結之多孔陽極體/陽極體/多孔陽極體
104:金屬物理氣相沈積(PVD)層
106:介電層
108:陰極層/固體電解質
110:絕緣樹脂
112:固體電解電容器/電容器元件
114:上表面
116:下表面
118:第一側表面/側表面
120:第二側表面/側表面
122:上表面
124:下表面
126:側表面
128:側表面
130:陽極終端
132:陰極終端
146:氧化障壁層
148:導電膏層
150:氧化物稀釋層
152:抗氧化材料層/經濺鍍之抗氧化材料/抗氧化材料
154:最外金屬層
L1:長度/總長度
L2:長度
T1:高度或厚度/總高度
T2:厚度
T3:厚度
T4:厚度
T5:厚度
W1:寬度/總寬度
W2:寬度

Claims (22)

  1. 一種固體電解電容器，其包括： 一多孔陽極體，其包括一閥金屬，其中該多孔陽極體經燒結； 一金屬PVD層，其中該金屬PVD層直接安置於該多孔陽極體之一平坦表面上； 一介電質，其上覆該多孔陽極體之至少一部分，其中該介電質亦形成於該多孔陽極體內； 一陰極，其上覆該介電質之上覆該多孔陽極體之至少一部分，該陰極包括一固體電解質，其中該金屬PVD層之一下表面之至少一部分無該介電質及該固體電解質； 一陽極終端，其電連接至該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質之該部分；及 一陰極終端，其電連接至該固體電解質。
  2. 如請求項1之固體電解電容器，其中該多孔陽極體係由該閥金屬之一粉末形成，其中該粉末具有在從約10,000 µF*V/g至約500,000 µF*V/g之範圍內之一比電荷。
  3. 如請求項1之固體電解電容器，其中該閥金屬包括鉭、鈮、鋁、鉿、鈦、其等之一導電氧化物或其等之一導電氮化物。
  4. 如請求項1之固體電解電容器，其中該多孔陽極體具有從約100微米至約400微米之一厚度。
  5. 如請求項1之固體電解電容器，其中該金屬PVD層不可滲透液體。
  6. 如請求項1之固體電解電容器，其中該金屬PVD層係濺鍍至該多孔陽極體之該平坦表面上，其中該金屬PVD層之一上表面係與該多孔陽極體之該平坦表面直接接觸。
  7. 如請求項1之固體電解電容器，其中該金屬PVD層係由具有在從約1500°C至約3500°C之範圍內之一熔點之一金屬形成。
  8. 如請求項1之固體電解電容器，其中該金屬PVD層包括鉭、鈮、鉿、鈦、鎢、釩、鋯或其等之一組合。
  9. 如請求項1之固體電解電容器，其中該金屬PVD層具有在從約0.01微米至約10微米之範圍內之一厚度。
  10. 如請求項1之固體電解電容器，其中該固體電解質包括二氧化錳、一導電聚合物或其等之一組合。
  11. 如請求項1之固體電解電容器，其中該陽極終端包括鄰近該金屬PVD層之一個氧化物稀釋層、鄰近該氧化物稀釋層之一抗氧化材料層，及鄰近該抗氧化材料層之一最外金屬層。
  12. 如請求項1之固體電解電容器，其中一抗氧化材料係嵌入於該金屬PVD層內，且一最外金屬層係鄰近其中嵌入有該抗氧化材料之該金屬PVD層。
  13. 如請求項1之固體電解電容器，其中該陰極終端包括一個氧化障壁層及一導電膏層。
  14. 如請求項1之固體電解電容器，其中該固體電解電容器包含一絕緣樹脂之一塗層，其中該陽極終端之至少一部分及該陰極終端之一部分經曝露且無該塗層。
  15. 一種包括如請求項1之複數個固體電解電容器之模組。
  16. 如請求項15之模組，其中該複數個固體電解電容器係串聯、並聯或以一非極性組態配置。
  17. 一種形成一固體電解電容器之方法，該方法包括： 由一粉末形成一多孔陽極體，其中該粉末係由一閥金屬形成； 燒結該多孔陽極體； 在燒結該多孔陽極體之前或之後將一金屬PVD層直接濺鍍至該多孔陽極體之一平坦表面上； 陽極氧化該經燒結多孔陽極體之至少一部分以形成上覆該經燒結多孔陽極體之至少一部分之一介電質，其中該介電質亦形成於該經燒結多孔陽極體內； 將一固體電解質施敷至該陽極氧化之經燒結多孔陽極體之至少一部分，其中該金屬PVD層之一下表面之至少一部分無該介電質及該固體電解質； 將該金屬PVD層之該下表面之無該介電質及該固體電解質之該部分電連接至一陽極終端；及 將該固體電解質電連接至一陰極終端。
  18. 如請求項17之方法，其中該金屬PVD層不可滲透液體，且其中該金屬PVD層之上表面係與該多孔陽極體之該平坦表面直接接觸。
  19. 如請求項17之方法，其中在將該金屬PVD層直接濺鍍至該多孔陽極體之該平坦表面上之前燒結多孔陽極體，進一步其中接著燒結該多孔陽極體及濺鍍於其上之該金屬PVD層。
  20. 如請求項17之方法，其中在一惰性、真空或還原環境中燒結該多孔陽極體及該金屬PVD層。
  21. 如請求項17之方法，其中該金屬PVD層具有在從約0.01微米至約10微米之範圍內之一厚度且該多孔陽極體具有在從約100微米至約400微米之範圍內之一厚度。
  22. 如請求項17之方法，其進一步包括用一絕緣樹脂塗佈該固體電解電容器，其中該陽極終端之至少一部分及該陰極終端之一部分經曝露且無該塗層。
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