TW498374B - Method of manufacturing an aluminum solid electrolyte capacitor - Google Patents

Description

498374 1. 發明領域 本發明是關於一種製造鋁固態電解質電容器的方法， 藉以量產高可信度的產品。 2. 相關技藝的說明 鋁電解質電容器通常被大量的使用，其正極金屬薄片 是由蝕刻鋁箔，以增加它的表面積，同時使此鋁箔進行化 學轉換處理，以在其上產生一氧化物膜而製成的；對於負 極金屬薄片，使用未處理的鋁箔以及一元素（以下稱為，，線 圈元素"（’’coiled element，，)），是藉由將在其間具有如馬尼拉 紙之分離物之正極金屬薄片及負極金屬薄片捲繞而形成 的；該元素是含浸於液態電解質中（關於其要素，請參考公 開曰本專利申請公報第Η·8_78287號）。 近幾年來’造鋁固態電解質電容器已經被商品化，其 中導電南分子材料被用來作為電解質，取代前述之鋁電解 質電容器中的液態電解質。 在銘固態電解質電容器中的固態電解質所具有的優點 是’它的導電率銘電解的電容器中之液態的電解質的導電 率问’所以其損失較小同時頻率特性及溫度特性較優異的。 不過，與紹電解的電容器相反，在正極上的氧化物薄 膜電極沒有自我修復的作用，所以如果在該正極上的氧化 物薄膜上產生缺陷時，有可能性會產生短路模式的毛病。 當用在電器設備中的電容器發生短路時，會造成不正 蓽的電w，這包括引起設備發生火災的危險。因此，在鋁

4 五、發明說明（2) 固態電解質電容器的情況中，所使用的電容器之正極氧化 物薄膜的耐電壓能力被設定大約是比鋁電解質電容器高三 倍’但這會使其容量被減成1/3。 除了這個問題之外，當藉由先前技藝（舉例來說，參考 公開曰本專利申請公報第H.10-50558或公開曰本專利申請 公報第H· 10-50560號）製造鋁固體電解質電容器的時候，在 该螺管狀元件被製備之後，同時在它被混入並固定於殼中 之刖，正電極上之氧化物薄膜會再次受到化學轉換處理 (“重複化學轉化，，處理）。 第7圖是用來說明製造先前技藝之固態電解質電容器 的步驟之鋁流程圖。首先，在第一步驟中，製備含有利用 化學轉換、分離器和負電極箔形成正電極箔的螺管狀元 件；第二步驟，使正電極箔的氧化物薄膜進行重複化學的 轉化，以修復任一個缺陷；第三步驟，進行清洗；第四步 驟，進行熱處理；第五步驟，產生固體電解質；第六步驟， 將其組裝在殼中；第七步驟，以環氧樹脂使螺管狀元件和 设黏結在一起，並且進行固化；第八步驟，進行老化以 及第九步驟，進行檢查。 在上述第7圖的方法中，即便是在第二步驟中，以重複 轉換形成完美地正電極氧化物薄膜，在進行後續第二+驟 至第七步驟，也就是由清洗至混入該殼中期間，如果有任 種型式之應力作用在該螺管狀元件，它會產生在正電極 上的氧化物薄膜可能輕易地產生裂縫的問題。 明確地，當螺管狀元件被混入該殼中時，該螺管狀元 五、發明說明（3) 件之導線接頭可以很輕易地移動，同時該捲繞的元件本身 也很脆弱可以輕易地藉由外力變形，直到環氧樹脂已經完 全黏著及固化，所以要使電極箔片上沒有應力產生是很困 難的，再者正電極上的氧化物薄膜是非常薄的，其厚度為 1_3奈米/伏特（nm/V)，因此即使在每一步驟都非常小心， 缺陷率還是很高，可以達到5(%)至5〇(%)，因此可信度是很 低的。 發明摘要 依照本發明，可採行一連串的步驟而避免在製造鋁固 態電解質電容器時，有應力施加在電容器本體上（例如螺管 狀元件），同時它可提供執行這些步驟的方法，藉此使高可 信度及優異性質之鋁固態電解質電容器的量產成為可能。 本發明是基於，用於鋁固態電解質電容器之電容器本 體完成後，立即將其組裝進入殼中、與環氧樹脂一起固化 及黏著，藉此可在該些步驟的初始階段即可固定該螺管狀 元件，同時避免應力施加在正電極上的氧化物薄膜；為了 要進行此一步驟，外可需要有一孔徑，以在該螺管狀元件 的導線接頭周圍的樹脂固化及黏著之後，可以進行各種不 同的加工步驟；此一情況揭示於曰本專利申請第 7-135116號（公開日本專利申請第江8-78287號）。 第1圖是用來說明關於依據本發明製造鋁固態電解質 電容器之實施例的步驟的流程圖。在第一步驟中，利用化 學轉換製備含有正電極箔以及在其上形成之氧化物膜的螺 管狀元件、分隔物和電極箔；在第二步驟中，透過該 ^374 五、發明說明（4) ^使該螺管狀元件組裝於具有第—孔徑和第二孔徑的外 元 錢柯月曰在第一孔徑處進行螺管狀 正電二喊的黏者’接著是它的固化；在第四步驟中，以 五=之氧化物薄膜的該重複化學轉換修復缺陷；在第 七步驟中，產峰…： 熱處理；在第 產生该固悲電解質；在第八步驟 產㈣九步财，密封該第二在料㈣m °σ並進仃檢查。該鋁固態電解質電容器的主要變化是， ^ 亥電容器中可以使用前述的螺管狀元件，而且在電容器 之電極是平板狀；包括這些外殼， 件集體地被喚作”電容器本體"，在此建構;現的零 線接頭也被包含於”電容器主體，，中在此建構下’—部份的導 如上所述’依據本發明的第一個概念，製造銘固態電 解貝的方法，其包含： 將電容器本體（例如’將被說明之第2圖中的電容器本 體D固定在一個具有-個或多個孔徑之殼中的步驟；和 經由該些孔徑中的任一個將固態電解質的原料引入， 以其塗佈或浸潰電容器本體，同時誘發氧化聚合反應的步 驟。 當該電容器本體被安排在該殼中時，上述一個或多個 孔徑可以被用作引道的部份。如果這做，很重要的是該孔 控的大小是可以允序電解質本體通過。不過，如過電解質 本體是利用其它的方法放置在該殼中時，這就不是必須的。 上面提及之-個或多個孔徑所擁有的另一些作用，包 7 498374 五、發明說明（5 ) 含將該殼内部的空氣或氣體透過部份之孔徑抽出的功能， 以及作為下面說明之各種不同液體引入該殼中的入口部 份。在此情況下，只要可以將該殼抽真空而且可以將液體 引入該中，該些孔徑可以是比較小的。可以提供如此之多 數的孔徑。該些位置不僅限於將作說明的第2圖中所示之該 殼的末端，也可以在該殼的側邊。 在上面的說明中，”固定”的意思是電容器本體不可以 在殼中自由地移動。關於用作該固定的材料而言，可以使 用任一種材料，只要它是非導體；可以使用各種不同型式 之樹脂產品。 特別地’液態樹脂塗佈後，接著是它的固化以固定該 電容器本體，同時將該電容器本體密封在，經由固化而被 分成兩個區域之外殼的内部，的利用不同的壓力差而引進 液體時’這是有用的，如下面說明的。 在此情況中，電容器本體較好是由該一個或多個孔徑 (在此應用的規範中，這是被稱為第一孔徑，舉例來說如第 2圖中的第一孔徑3A)插入該殼中，同時 在將该電容器本體固定在該殼内的步驟中，密封與固 定可以一起進行； 該殼的内部被抽真空，同時利用與外面的壓力差，將 固態電解質原料透過非該—個或多個孔徑中之第—孔徑的 孔徑（在此應用的規範中，這是被稱為第二孔徑，舉例來 說，如將被說明之第2圖中的第一孔徑3B)，被引進已經抽 真空的該殼中。第二孔徑是—個關於上述-個或多個孔徑

五、發明說明（6) 中液體引入的孔徑。 在此方法中，所獲得的優點舉例來說如在外殼上之固 態電解質原料的沈積可被減到最少的量，藉此使接續的清 潔負擔能被減少，同時可以獲得另一個好處是因為孔徑中 出現如氣泡等，而阻礙固態電解質原料塗佈/浸潰進入該電 解質本體的内部的傾向可以被降低，藉此使它可以完成可 靠的塗佈/浸潰。 關於第一孔徑的位置，如將被說明之第2圖的3八所 不’在殼的末端有一寬的孔徑，金行電容器本體的插入是 較好的。 關於第二孔徑，也就是用於液體引入的孔徑的位置， 較好疋被限制形成於第一孔徑3A的對面的末端上，如將被 。兒明之第2圖3B所示。當製造本發明這個應用的鋁固態電 解質電容器的時候，在液體被引入而仍存在於該殼之内部 日守，必須進行反轉該殼的動作；該孔徑受限制的形狀有助 於避免液體的溢流。它也想要在用於液體引人的孔徑處提 供套環的部份，如將被說明的第2圖中3C所示。 這是因為，依據外殼的材料而定，利用熱焊接此套環部份 及可輕易地進行孔徑最後的密封。 對於前述之固定及密封，只要它能符合本發明的益處 可以使用任—種材料1確地且適當地，所使賴樹脂有 流動性：且在後續固化時會喪失該流動性。 考頁固化樹脂的耐熱性與非流動性，使用熱固性類型 的樹脂是較好的。舉例來說，環氧樹脂、賴脂 '梦樹脂、 9 498374

五、發明說明（7) 敦樹脂、聚醯亞胺樹脂或這些樹脂的改質都可以被使用。 在這些之中，以性質多樣性及可靠性等的觀點而言，環氧 樹脂是特別好的。 當使用如環氧樹脂的熱固性類型樹脂時，為瞭解前述 固定/密封，它通常需要藉由預先插入一固態平板（在此申 請案中被稱為密封物封鎖組件）的配置，以阻礙（也就是阻

礙物）液態密封物的流動。此密封物封鎖組件也可能具有固 定的功能。 應該注意的是，雖然在本申請案中用於固定或密封的 祕脂被稱為密封物’這不是意謂它的應用僅限於密封；也 包括單獨與固定的物件一起使用。 在依據本發明之鋁固態電解質電容器中，在電容器本 體與第二孔徑之間較好是有一縫隙。這是因為如果沒有縫 隙，電容器本體會阻斷用於液體引入的孔徑。為了這個目 的’分別適當地選擇電容器本體的固定或密封的位置，可 以有效的在該殼的内部提供一將被說明的凸出物。

在電容器本體已經塗佈或浸潰固態電解質原料之後， 透過第二孔徑將用來誘發固態電解質原料之氧化聚合反應 的氧化劑引入。如果該氧化劑是共同存在時，依據本發明 之氧化聚合反應通常是在低溫下逐漸進行的。因此，將固 態電解質原料和氧化劑混合，同時在此之後立刻將此混合 物引入該殼物中是較令人滿意的。不過，已經發現除此之 外’在預先以固態電解質原料塗佈或浸潰該電容器本體之 後’用於誘發固態電解質原料之氧化聚合反應的氧化劑將 10 哪374

透過第二孔徑被引入。這是因為以μ 疋u兩以此方法可使固態電解質 原料和氧化劑能充分的接觸之故。 該固態電解質原料較好是3,4_乙烯二氧噻吩 (thiophene)。 在利用氧化聚合反應產生固態電解質之後，或利用環 氧樹脂將電容器本體固定或密封在殼中之後，故態電解質 原料引人之m ’於第二孔徑打開的條件下進行乾燥期間，

它也需要進行老化以透過該第二孔徑，並將電流通過正電 極，引進化學轉換液體進行化學轉換處理，接著進行清洗 與乾燥。 ⑺' 除此之外，在氧化劑引入之後至少需要除去存在於該 第二孔徑的空隙中之氧化劑。

此外，在化學轉換處理期間、老化期間等期間，當固 態電解質原料被引進殼内時，當原料和氧化劑被引進的時 候，當其它如清洗液的液體被引入時，需要施以超音波震 蘯。一般相信這有助於氣泡的去除、液體的混合、死角的 降低並且促進反應等。特別地，當固態電解質原料和氧化 劑被引入籍進行化學轉換處理期間或老化期間，需要使用 超音波震盪。 在清洗的步驟中’較好是江該第二孔徑進入含有、生 液的槽中、接著重複該槽内部減壓與增壓，使得清先液 進该设及由该槽流出’以產生清洗效果。 本鋁固態電解質電容器組件包含： 電容器本體； 11 498374 五、發明說明（9) 可容納電容器本體的殼； 將電谷器本體固定在殼中，同時將該殼的内部分成兩 個區域的密封物層； 用於控制該密封物，使其不會滲透進入殼中這兩個區 域中的任一個之密封物封鎖組件； 和在4區域中控制密封物不會滲透的孔徑，以及 由此一組件製造成的鋁固態電解質電容器。

如上面說明的，在一開始之初因為電容器本體是在非 常堅硬的外殼之中，可以免於外力的作用，即使處理時有 一點粗糙，也不會因為應力施加在正極上的氧化物薄膜， 而有缺陷產生的危險，如此可以產生高可信度之鋁固體電 解質電容器。 本發明的其他目的、優點、和新的特徵透過下面詳細 的說明以及伴隨的圖式是表格，而變的更清楚。 圖式之概要說明

第1圖是用於說明依據本發明製造鋁固態電解質電容 器之實施例的步驟的流程圖； 第2圖是說明完成本發明的第三個步驟階段時，鋁固態 電解質電容器之細部截面圖； 質 質 第3圖是用來說明在這些步驟的重點處之銘固態電解 電谷器以及製造它的裝置的示意細部面圖； 第4圖是用來說明在這些步驟的重點處之紹固態電解 電谷器以及製造它的裝置的示意細部面圖 及電容器安裝台的 第5圖說明在乾燥步驟中之電容^ 12 五、發明說明（10 細部截面側試圖； 第6圖說明透過由外殼的第二孔徑引進之第二液體移 除的步驟中之電容器及移除裝置的示意細部圖式；和 第7圖製造傳統鋁固態電解質電容器的步驟的流程圖。 實施例的說明 第2圖是說明已經完成如第1圖中說明的本發明之第二 個步驟階段時，鋁固態電解質電容器之細部截面圖；在此 圖中，1表示電容器本體、2是導線接頭、3是外殼、3八代 表第一孔徑、3B代表第二孔徑、3C是套環部份、4代表密 封物封鎖組件，同時5則表示密封物。 先前的技藝可以被用來產生螺管狀元件；被舉例說明 的兩個導線接頭2之一是連接到正電極箔，同時另一個是被 連接到負電極箔。 密封物封鎖組件4被安裝在螺管狀元件之導線接頭2 上，同時透過第一孔徑插進殼3中，然後如環氧樹脂之密封 物5被引入並且固化，使得螺管狀元件被固定在殼3中，藉 此完成舉例說明的建構。密封物封鎖組件4,如其名所隱含 的意思，其具有抑制密封物5流進電容器本體的功能，除此 之外他具有將該螺管狀元件定位的功能。 因此，在該步驟的初始階段，藉著將螺管狀元件固定 在殼3中，即便是是該些導線接頭2被拉離也不會有應力施 加在該電容器本體1上，同樣地即便是殼3緊接著進行一連 串的加工步驟’也不會將應力施加在電容器本體1上。在此 情況中，不僅需要將該殼3固定，同時藉由將密封物倒入， 13 498374 五、發明說明（11 ) 而有效地將殼分隔成兩個區域，也就是孔徑3A側與孔徑36 側’使得當氣泡由孔徑3B被抽初十，只有孔徑3B侧維持在 減壓狀態’也就是將其至於密封狀態。在本發明的應用中， 就是使用π電容器本體的密封”的意思。以下應該注意的 是，如果僅簡單地使用，，固定”一詞，除非另外標示或清楚 標示於文中，固定和密封均包含其中。 如材料3，高熔點的熱塑性樹脂，如聚苯基硫化物（pps) 樹脂可以被使用；這能夠抵抗焊接劑在流動的溫度，其峰 值大約是在240(。〇 ;不過，也可以使用具有與外殼3相同 之第一孔徑3A和第二孔徑3B的構造之鋁質外殼。附帶一 提，PPS樹脂的熔點是大約28〇(°C )。 密封物5必須維持它的機械強度，同時即使是與焊接劑 再流動物接觸’也不會使和導線接頭2及[或]殼3的接著損 壞。熱固型環氧樹脂可符合這個目的。 在將螺管狀元件固定在殼3中之後，第1圖中所示的步 驟流程可以透過：重複化學轉化—清洗—熱處理的步驟進 行’不過’如果在该螺管狀元件製造期間，或如果 產率時，利用化學轉換而形成在正電極上的氧化物薄膜產 生缺陷時才需要這些步驟。它的說明將會被延遲，同時來 造該故態電解質的製造的說明。 此外’用於產生固態電解質的霧值必須透過第二孔捏 3Β被引入，而且該物質必須藉由加工而轉換成固態電解 質’不過照慣例，不必進行這些步驟，所以需要一些技術 以實現這些步驟。 14 ^ ^ 12 在此實施例中，3 4 — 〆 質或導電性聚合物材料的=二=吩被用作事故態電解 鹽被用作是氧化劑。 而且鐵⑽對甲苯基績酸 因為3,4·乙烯二氧咳吩在高濃度 輯著將其溶於乙”而增加，其所制的是释叫動容 液。在下面的說明中，此溶液被稱為第一液體。 此第一液體較好是透過形成小寬度之第：孔徑3B而 被引入。考慮後續完整密封殼3;為了這個目的，可以藉由 真空浸潰方法而獲得良好的結果。 第圖矛第4圖在這些步驟的重點處製造銘固態電解質 電谷态和製造它的裝置之細部界面侧視 圖。圖中所用的符 號與第2圖相同，代表相同的部份或具有相同的意義。 在沒些圖中，該些符號分別是2A表示正電極側的導線 接頭，2B表示負電極側的導線接頭，1〇表示鋁固體電解質 電容器。21表示真空浸潰槽，22表示第-液體引入導管， 23表示一個闕，24是真空導管，25是轉換閥，26是可動的 電谷為支撐組件，他也可以提供一個正電壓的供應通道， 27表不一負電極，28是直流電源，29是超音波轉換器，3〇 是一震盪器，31是液溫度度控制元件，32是電解質槽，33 是真空幫浦，34是真空導管，35是一外部空氣供應導管， 36是第一液體’ 38是具有密閉的底部之透明圓柱體，39是 氣泡。鋁固態電解質電容器製造裝置的主要部份，舉例說 明是真空浸潰裝置。 現在參考第3圖與第4圖，將製造鋁固體電解質電容器 15 五、發明說明（13) 的步驟作一說明。 關於第3圖 3-(1) 如圖式中所示，一端延伸到真空浸潰槽21的外部之可 移動的電容器支撐組件26被向下壓制一足夠的角度。在此 情況中，電容器10被設定在部真浸潰槽21的定位上。在此 情況下，可以藉由使殼3的孔徑3B面向真空浸潰槽21的底 部’並且將正電極側的導線接頭2 A連接到該可移動的電容 裔支撲組件2 6來完成。 3-(2) 打開閥23，允許所需量之第一液體36自槽32轉移進入 真空浸潰槽21 ;然後在該液面維持在預定的高度時，關閉 閥23。 如果真空浸潰的操作是連續進行的，由該第一液體槽 32轉移至該真空浸潰槽21中之地一液體的量應該要可以補 足前一真空浸潰操作循環所消耗的量。 在舉例說明的條件下，下壓延伸至真空浸潰槽21之該 可移動的電谷器支撐組件26的一端，如此電容器仍未與 第一液體36接觸。 3-0) 第一液體36的液溫度度可以利用液溫度度控制元件3 i 的操作，而維持在一適當的值。 、第一液體的溫度的控制通常是不需要的，但是因為牵 涉真空浸潰與用於在電容器本體1上產生氧化物薄膜之重 五、發明說明（l4 ) 複化學轉換的各種不同處理，與第一液體的溫度有一一定 的關係，合適的溫度控制較好是依據它的型式來進行。 3-(4) 在此條件中，真空浸潰槽21的内部與外部大氣的交流 可以藉由改變轉換閥而被切斷，以便與真空幫浦33連接同 時可以藉由驅動真空幫浦33來進行抽真空。 這會使得在抽真空槽21中的空氣壓力下降，所以殼3 中的空氣與在具有密封底部之圓柱體38中的空氣可以擴散 及膨脹’同時逐漸被抽出。 在此情況下，無法看見由殼3抽出的空氣流，但是如果 圓柱體38的孔竟使其底部向上而浸泡於第一液體託時，由 圓柱體38抽出的空氣會形成氣泡39，其可以通過該第一液 體如此是可以看得見的。由一般玻璃製成的試管可以被 用作透明的圓柱體38。 因為真空在進行，由圓柱體38不再看到氣泡的條件時 間點上時，可以斷定在真空浸潰槽21中的空氣壓力已經達 到目標值，而且可以維持在一固定值上。 參見第4圖。 4_⑴ 藉由准許延伸至該真空浸潰槽2丨外側之部份的可動電 奋器支撐組件被下壓而返回一點，所產生的情況是在電容 器W中之殼3的第二孔徑被浸泡在第一液體36中。在此狀態 中，第一液體36不可能進入殼3的内部或圓柱體38的内部。 498374

五、發明說明（15 ) 4_(2) 在真空幫浦33停止之後，藉由變更轉換閥25使得浸潰 槽稍稍與外部大氣導管35連通，而使外面的空氣被逐步引 進真空浸潰槽21中。 這樣當第一液體36逐漸地進入殼3的内部和圓柱體38 的内部，而且液面到達電容器本體丨時，藉由毛細作用使第 一液體36被吸上由插在正電極箔與負電極箔之間的絕緣紙

做成之分隔物，結果電容器本體丨的液面會高於殼3的液 面0 4-(3) 當外側空氣的引進持續進行時，在真空浸潰槽21中的 壓力上升。因此在殼3中的第一液體36之液面會進一步上 升。該圖顯示在此情況中電容器本體i可以被第一液體36 所浸潰。 4-(4)

當已經完成外側空氣的引進時，真空浸潰槽21中的壓 力可到達大氣壓力，殼3和圓柱體38的内部可以充滿第一液 體36。 第一液體36的浸潰量可以依據電容器的型式來決定， 但是一般大約可以到達殼3體積的60(%)至70(%)，所以當有 效的灌注量是大約300(hPa)至400(hPa)時，壓力可以降低。 在通過上述該些步驟之後，必須進行如右步驟，其中 已經含浸第一液體36的電容器需被乾燥；不過，如果第二 孔徑3B是左邊向下時，第一液體36將會流出；因此第二孔 18 五、發明說明（16) 須保持面向上。應該注意的是反轉電容器的位置的 操作可使彳于第二孔徑3B持續保持面向上，且第二孔徑犯仍 八、;、T開著這疋因為如果這個操作是在短時間内進行，液 體流出的危險較小。 第5圖是說明在乾燥步驟時之電容器及電容器安裝台 的細部截面側試圖。其中之符號與第2至第4圖中所用之符 號相同者，代表相同的部份或有相同的意義。 在此圖中，40表示安裝台、4〇A表示可容納電容器的 導線接頭2A和2B^凹陷處，而且X是電容器本體1的上表面 與设3中之第二孔徑3B的側邊壁面之間的縫隙。在此圖 中縫隙X會產生一個透過第二孔徑3B與外界連通所必須 的通道，而且其較好至少是〇1(公董）或更多、更好是大約 〇·5(公釐）。 依照市場要求，外部的大小需要盡可能的小，在傳統 的電谷裔中縫隙X是0。不過，在依據本發明之電容器的情 況中，在殼中第一液體36的乾燥將會是不足的，因此會降 地可信度，所以它需要有前述的縫隙χ。 為了要維持這個大小的縫隙χ，實際上它提供一個高度 等於殼3之上壁的内表面上所需要之縫隙乂深度的突出物， 使得電容器本體1的頂部表面不直接與殼3的頂部表面接 觸。 因為第一液體36的溶劑是乙醇，其較好是維持在不超 過匕的/弗點78·3( C )的溫度，例如7〇(°c )，進行乾燥。闕於 乾燥％間，這當然是依據電容器的大小及第二孔徑大 498374 五、發明說明（I?) 小而定，如果殼3的外部尺寸是3·6(公釐）χ3·6(公董）χ6·3 (公釐）到4.6 (公釐）X 4.6 (公釐）X 10.1 (公釐），且第二孔徑 的直徑φ為10.8(公釐）時，則大約需3〇(分鐘）至3(小時）。 當乾燥完成時’電容器本體1的内部與外部表被彼覆 上由導電聚合物材料之單體所組成的薄膜，所以固態電解 質必須藉由其與氧化劑混合，而由氧化聚合反應產生。

在此實施例中，如上所述，對_甲苯基續酸鐵（Hj)被用 作氧化劑。它是以50(wt%)溶液的型式被使用，其是溶於正 -丁醇（仏點117 _7( C ))而製得的。在下面的說明中，此役體 被稱為第二液體。 為了將第二液體引進殼3中之電容器本體丨，真空浸潰 是非常合適的。為了達成這個目的，可以使用與第一液體 真空浸潰完全相同的方法，但是極其重要的是要確定在在 電谷器本體1裡面完全被第二液體所充滿，較好是其有效的 壓力降低以第一液體的情況更大，舉例來說是在1⑼(hpa) 的大小範圍。

結果，在以第二液體進行真空浸潰之後，殼3的内部是 處於被第二液體充填的情況，同樣地也包括第二孔徑3B ; 當以此方法使第二液體沖滿其中及第二孔徑3B時，它將很 難完成乾燥。 第6圖是說明電容器及移除裝置的示意細部圖式，給定 的步驟說明中，其中將被引進該殼之第二孔徑之第二液體 移除。其中之符號與第2至第5圖中所用之符號相同者，代 表相同的部份或有相同的意義。 20 五、發明說明（丨8) 在此圖中，41表示加壓的空氣供應導管、42表示噴嘴、 51是第二液體同時51A是被吹走的第二液體。 由此圖清楚可見，電容器10是垂直站立的，同時有加 壓空氣由喷嘴42吹向它，藉由將它吹開以，趕除存在於第 一孔k3B附近的第二液體。任何在浸潰期間黏著於殼3的 外不支第二液體在此程序中都可以被移除。 因為第二液體可以由第二孔徑邛處被排出，在此處有 過量的溶液存在於電容器本體1和殼3之間，它的排出一 點也不會影響電容器的效能。 因為組成第一液體的單體是溶解在乙醇中，其有優異 的界面潤濕性，然後將其用於浸潰電容器本體1，在單體進 入正電極n的表面中之孔洞後，使乙醇被蒸發，結果會產 生在表面上留下單體薄膜的情況；然後進行第二液體的浸 潰，如此可以自然地進行單體和第二液體的混合。不過， 然而，促進該混合，使用超音波震妓有效的。因此品質 的變化得以被降低。 在第二液體浸潰之後’立即在對-甲笨基續酸鐵㈣的作用 下逐步進行3,4-乙稀二氧嚷吩的氧化聚合反應；在這段期 間’如第5圖所示，電容HU)方向朝上而垂直站立於第二孔 徑3B之上，同時進行下述的熱處理以進行氧化聚合反應， 以及包含鄭丁純枝溶劑的氣化。 第一階段 處理溫度·· 50(°C) 處理時間·· 3(小時） 498374 五、發明說明（l9) 第二階段 處理溫度·· 60(°C) 處理時間：3(小時） 第三階段 處理溫度：80(°C) 處理時間：10(小時）至3(小時） 第四階段 處理溫度：125(°C) 處理時間：2(小時） 第五階段 處理溫度：150(°C) 處理時間：1(小時） 在80(°C )的溫度下進行熱處理的處理時間的選擇可依 據電谷裔大小等規格而定。 當以150(C)的溫度完成熱處理時，3,4-乙稀二氧σ塞吩 的氧化聚合反應也完成，其可產生聚（3,4_乙烯二氧噻吩）。 不過，依據本發明，在進行125(〇的溫度之熱處理及 15〇(°C)的溫度之熱處理階段，也就是第二孔徑3B的密封之 前，施加一電壓進行老化可以獲得優良的效應。在本發明 申請案中的”老化”是指在在加熱的同時，於電容器的電極 之間施加一電壓。在此加熱中，電容器的溫度較好是在85 C至165X：以利於老化。如已經說明的，這個加熱縱用也可 被用來作為熱處理。應該注意的是，如果加熱溫度太高時， 這不是所想要的，因為它會造成性能的衰退。所施加的電

22 498374

五、發明說明 壓也可以是直流電壓，且其較好是產品應有電壓的“倍至 2.0倍。萬-太低則不是所希望獲得的結果，因為這會降低 產品的可靠纟。萬一太低，也不是希望獲得的結果，因為 會產生絕緣的缺陷。此外，基於將被說明的理由，在電容 器中應該較好是有一點濕氣存在。

一般所熟知的，在一般鋁電解質電容器領域中所用的，， 老化”的目的是”氧化物薄膜的修補”；一般認為在鋁固態電 解質電容器中’氧化物薄膜是沒有修補作用的。 不過，由f驗已可觀察到，在高溫情況下藉由對整個 鋁固態電解質電容器施加電壓負載一段長時間，則洩漏電 流可以被降低。 一般相信這是可能發生的，因為曝露於正電極的缺陷 區域的鋁會由於電容器漏電，而由於存在於電容器中的少 量水氣發生氧化作用；因此，即便是在鋁固態電解質電容 器中老化是有效的。

不過，基本上如此的老化是在電容器本體丨已經固定 在殼3中之後進行的；如果老化是在電容器本體丨未固定在 殼3中的情況下進行，則在後續的步驟中不可避免的會對電 容恭本體產生一應力，這與老化的優點是完全非常不同的。 甚至在傳統的技術中，（參考公開曰本專利申請公報第 H. 10-50558號和公開曰本專利申請公報第H1〇_5〇56〇 號），為了避免沒有將電容器固定在殼中而產生老化的問 題’如苐7圖所示，這些是在固定之後進行。 不過’在先前技藝中，以環氧樹脂將電容器本體黏著 23 498374 五、發明說明（幻 =二接著直接進行固化，同時將該殼密封，也就 下，老=而且在這個階段中，在缺乏濕氣的情況 下老化的優點不可能完全被實現。 攄太上纟第—餘财封之前，在熱處理階段依 進行老化同時進行熱處理。在這期間，電容$ 柳已經被固定在殼3t;此外，老化是在殼^有足夠水 孔存在的It;兄下進行’以使老化的優點可以完全被實現， 後來多餘的水氣在密封之前’可以透過該第二孔徑沾完全 被排除。 在本發明中，在殼3完全密封之後，也就是第二孔徑3B 密封之後，進行老化的步驟中進行測試；不過因為在前述 氧化聚合反應之熱處理以及溶劑完全被乾燥後的情況中， 溶劑/溼氣完全被蒸發同時老化的優點可能不充足；不過， 如果需要’目前沒有理由說明這不應該進行。 β 因此，如上所述在本發明中，雖然如第i圖中所示之該 些步驟：重複化學的轉化-洗滌-熱處理不是必要的，作是 由改改良電谷器性能的觀點而言，這些步驟的進行是有必 要的。所以，以下將對這些性能作一說明。 通常在鋁電解質電容器和鋁固態電解質電容器兩者之 中都可藉由使正電極箔進行蝕刻，同時在化學轉換液體中 通上化學轉換電流進行處理，而產生氧化物膜以择加表面 積。在展開先前捲繞在較大寬度之捲軸上的鋁箱的同日夺， 在此情況下，藉由連續地進行這些方法而使產率提$。 結果為了要產生捲繞的元件，它必須將鋁 24 498374 五、發明說明（22) 的寬度和短的長度的部分。 因此’沒有氧化物薄膜是可以存在於切面上。導線接 頭也必須被連接在以此方法製造之電極箔片上。在這些步 驟進行期間該氧化物薄膜通常會被損壞。 在一般铭電解電容器，也就是使用液態電解質的電容 器’液悲電解質有自我修復的能力，所以組裝之後，在老 化步驟中對氧化物薄膜的損壞可以被修復。不過，在鋁固 態電解質電容器的情況中，其基本上沒有自有修復的能 力’所以它需要利用重複化學轉換修復氧化物薄膜的缺陷 部份，舉例來說諸如在在電極箔片的切口平面。 將〇·ΐ(克）磷酸溶解在1公升之2(重量百分比）至3(重量 百分比）的銨己二酸鹽的水溶液而獲得一個作為標準化學 轉換洛液的溶液。不過，除此之外，其他各種不同的溶液 也了以被使用，諸如删酸錢的水溶液，·這些可遵照化學轉 化電壓及[或]電極箔片作選擇。因為化學轉化溶液也會影 響氧化物薄膜的效能，控制在一預定的溫度是需要的。 虽重複化學轉化處理進行時，在這個步驟進行期間藉 由使用超音波震盪，而使氧化物薄膜成長，同時化學轉化 電流會逐漸減少，化學轉化溶液與氧化物薄膜之間良好的 接觸是可以達成的，而且小的缺陷可以被修復。 由第7圖清楚可見，雖然在傳統的製造方法之重複化學 轉化處理中，化學轉化溶液浸潰/洗滌的操作可沒有困難的 被執行，因為它們可以在捲繞的元件尚未被容納於殼中的 情況下進行，如果此方法可以被採納，不論氧化物薄膜進 25 498374 五、發明說明（υ) 行，多好，對於外力幾乎沒有任何的抵抗力，直到將其至 於殼中且被固定，如此即使在後續的步驟中非常小心，它 也不可能進行這些操作，而不會使螺管狀元件不受應力。 舉例來說壓力可被施加在前端端點連接被連接之電極 薄板上，當經由抓住該些導線接頭而使其被移動，同時應 力可以簡單地藉由將該螺管狀元件放置在一托盤上，這不 是說將該螺管狀元件堆疊在一起，而使應力施加在電極薄 板上。 在本發明中，雖然在各種不同的步驟：如第1圖所示之 重複化學轉化—清洗—熱處理進行的同時，在螺管狀元件 的條件下’於此情況中它是無法避免在殼中之組裝步驟 時’不將應力是加在氧化物薄膜上，而且環氧樹脂的黏著/ 固化也在進行。 因此依據本發明，於螺管狀元件1固定在該殼3中之 後，進行重複化學轉化處理。此外這必須透過第二孔徑3B 來進行，該孔徑被作的很小，以使殼作最後的密封可以輕 易地進行而不會失敗。因此，如果採用與上述之第一液體 及第二液體的真空浸潰相同的方法怎可以獲得良好的結 果。 那就是重複化學轉化處理可以實際地使用參考第3圖 與第4圖而說明的步驟的相同步驟來進行，利用化學轉化容 易取代第一液體或第二液體，該些操作可以使用與已經說 明之製造設備相同的裝置來進行。不過，一些補充的說明 是必須的。 26

498374 五、發明說明（24) 曰在如第3圖所示之真空浸潰槽21中，殼3的第二孔徑3B 是與液體表面分開，而且浸潰槽21的内部的抽真空可以利 用真空幫浦33來進行。在此程序中，殼3中的空氣當然可以 透過第二孔徑3B被排出。 如第4B圖所示，在殼3中的第二孔徑3B已經被插入化 學轉化溶液之後，外側大氣被引進真空浸潰槽21中，藉此 殼3的内部完全充滿化學轉化溶液；然後施加一化學轉化電 壓。 當正的化學轉化電壓被施加在正電極箔板，同時負的 化學轉化電壓被施加在負電極箱板27時，該些電極已經分 別浸泡在化學轉換溶液之中，化學轉化電流會由正電極經 過第二孔徑3B而流到負電極27。電容器1()的導線接頭从被 連接在正電極羯板上〇 當化學轉化電流作如上之流動時，會發生水的電解， 結果在正電㈣板上會產生氧氣；因隸會魏化產生銘 氧化物薄膜，同時在負電極27會產生氫氣，而且會被排放 置浸潰槽21中。在此程序中，化學轉化溶液的溫度與化學 轉化薄膜，也就是氧化物薄膜，的效“密切的關係，所 以必須作控制使得溫一直度保持恆定；該溫度通常是在 40(°C)至 60(°C)。 在重複化學轉化中，藉由使用如第4圖所示之超音波轉 換器29和震動器30，可將超音波震動透過化學轉化溶液而 施加到正電極箔板上，藉此促進化學轉化。 重複化學轉化的進行時間長短是在1〇(分鐘）至6〇(分

27 五、發明說明（2 5 ) 鐘）彳疋如果而要，在後續清洗、乾燥和熱處理步驟完成 之後，再進一步重複處理。 當重複化學的轉化已經完成時，必須將化學轉化溶液 由殼3移開，並其進行清洗和乾燥。 在先則的技藝中，仍在螺管狀元件階段的同時進行處 理％，必須浸泡在流通的純水中一段時間，舉例來說(分 鐘）至30(分鐘）才符合要求。不過在本發明中，因為電容器 本體1被固疋在殼3中，無法僅藉由浸泡在流動的水中即可 完成’所以較好是採用下面說明的方法。 如第3圖所示，如果在真空浸潰槽中的電容器ι〇是以第 二孔徑3B直接向下的方式被支撐著，同時藉由真空幫浦μ 的運作使壓力降低時，在殼3中的化學轉化溶液可以經由第 二孔徑3B被排出。 當如此作時，如果壓力降低非常多，化學轉化溶液被 排出的量很大，但是如果同時進行許多處理時，可能發生 需排除的變化性’所以較好是如下述進行兩次減壓。明確 地： 大氣壓（1013(hPa)—減壓（100(hPa)到 2〇〇(hPa))_ 大氣 壓 U〇13(hPa))。 雖然存在於殼3與電容器本體丨之間的化學轉化溶液可 以藉由進行前述的步驟而被排除，電容器本體丨仍然是在具 有化學轉化溶液的潮濕狀態，所以後續之清洗是必須的。 产如果以浸在清洗液體中之第二孔徑3B重複進行減壓/ 乳壓還原’當壓力被有效地降低時在殼3中的清洗液體可以

-28 - 498374 五、發明說明（26) 透過第二孔徑3B被排出，同時於氣體壓力還原時，清洗液 體會透過第二孔徑3B而被強迫進入殼3中。所以清洗液體 的功能與水流相同。 如上所述的壓力降低之大小是2〇〇(hpa)至300(hPa)，即 使當洗滌液體因為氣體壓力還原而被強迫進入殼3中時，如 果它被安排使一些氣泡留在殼3中，該清洗液體可以有效的 循環。 任一種清洗液體都可以被使用，只要它能洗掉化學轉 化浴液，一般純水是較理想的。清洗液體的溫度會影響洗 濯的速度，其較好是維持在大約4O(0C) t〇 80(^);此外在 洗濯的情況下，同時使用超音波震盪可以提升洗濯效果。 可以使用與排除化學轉化液體的方法相同之方法排除殼3 中的洗濯液體。 在殼3中的洗濯液體剛剛被排除之後，電容器本體“乃 然保持在潮濕的狀況，所以可以利用加熱來進行乾燥。乾 燥可與用於改善化學轉化薄膜之品質的熱處理及[或]用 於改善絕緣紙的熱處理一起合併進行。熱處理條件是依據 目標而定，但是一般該溫度應該是在大約1〇〇(t)到27〇(它） 之間，且時間是在大10(分鐘）到6〇(分鐘）。 單一個循環之重複化學轉化處理可以利用上述的步驟 來70成，但是如上所述，因為鋁固態電解質電容器沒有有 氧化物薄膜自我修復的功能，所以在產生固態電解質之前 形成一個品質非常良好的氧化物薄膜，在改善可信度上是 非常重要的。為了要暸解高可信度之鋁固態電解質電容 五、發明說明（27) 器’因此重複化學轉化處理較好重複數個循環。是 在操作結束時所有的孔徑通常是被密封起來。諸如孔 控B之孔徑的情況中，這是可以被樹脂的密封所影響。 藉由使用環氧樹脂黏著螺管狀元件、接著進行外部尺 寸為3.6(公釐）x 3.6(公釐）χ 9 8(公釐）之殼3的固化、藉由 上述的方法進行兩個循環的重複化學轉換、含浸在藉由上 述方法，將3,4-乙基二氧噻吩溶於乙醇中而獲得之溶液 中、接著乾燥、含浸在以對鐵（111)甲苯基磺酸鹽溶解在正 丁醇中而形成50(〇/〇)的溶液中，以形成固態電解質等步驟製 備60個樣品。 當對這些樣品進行測試時，可以獲得優異的結果，只 有三個被視為有缺陷的樣品，因為在1〇〇(千赫茲）時它們的 等效串聯電阻（ESR)超過15〇(毫歐姆），其餘的57個樣品是 良好的產品。 從5亥些良好的產品中，隨意選出1〇個樣品並且在上面 進行再机動干接。當在^”。^的溫度同時施加6·3㈠犬特） 的額定電壓下進行壽命試驗時，可以獲得如下面表i所列的 數據。由此可以發現其可以獲得非常穩^的效能，這些數 據是10次的平均值。 498374 五、發明說明（28) [表1] 120赫茲電容 120赫茲 tan δ 100千赫茲 ESR(毫歐姆） 洩漏電流 (//Α) 起始值 31.3 0.095 89.5 1.12 再流動之後 30.3 0.092 112.2 1.93 焊接 29.1 0.088 115.3 0.87 105°C 250小時 29.1 0.082 117.5 0.75 105°C 500小時 29.4 0.081 118.6 0.72 105°C 1000 小時

本發明不限制在所提出之規範中的圖式、表格、試製 產品的例子或其他說明或闡明的實施例，在不偏離本申請 專利範圍，可以進行許多的修正。 舉例來說，雖然在上面的實施例中，對於電容器本體 而言，是使用捲繞夾在正電極箔板與負電極箔板之間的隔 離物之二明治結構而獲得的元件，平板狀的鋁電極可以被 用作正電極與負電極。

雖然在上面的實施例中，為了要製備該固態電解質， 用於導電性高分子材料的原料3,4_乙烯基二氧噻吩被溶解 在一溶劑中，且氧化_(m)對.甲苯基續酸鹽被溶解在另 一種溶劑中，且進行兩次的含浸，但也可以製備—種用於 導電性高分子材料的原料與氧化劑的混合溶液，並且僅進 行一次含浸。 这的k點是進行的步驟數目可以被降低1 ΓΓ逐漸地在混合溶液中進行，該溶液不可以被儲 子，，、必财每_次含浸之前立即直接製備；此外每一次

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32 498374 五、發明說明（3〇 ) 質電容器的製造是有利的。 另外’可以提出來說明之重要的優點包括最終產品品 貪與產率的改善。這意味這些優點不僅僅是來自於電容器 本體被固定及受保護，它也可能是依據本發明申請案中之 製I方法所產生的結果’而使它可以在一穩定的狀態下進 订伴隨化學反應，諸如氧化聚合反應、化學轉換處理以極 具有優異再現性之老化，同時可以使應力減少。

應讀注意的是，在製造鋁固態電解質電容器方面本發 明申明案的優點，在其具有下列之組件而可以被達成，其 包括·電谷器本體、容納該電容器本體的外殼、將電容器 本體固定在殼中’同時將殼内部分成兩個區域的密封層、 用於便免該密封物穿透進入殼之任 一區域的密封物阻隔元 件、和在避免密封物滲透之區域中的孔徑、以及由此方法 氣備而成具有高品質穩定性的鋁固態電解質電容器。

33 498374 五、發明說明（31) 元件標號對照 1...電容器本體 29...超音波轉換器 2...導線接頭 30...震盪器 2A·.·正電極側的導線接頭 31...液溫度度控制元件 2B...負電極側的導線接頭 32...電解質槽 3…外殼 33…真空幫浦 3A...第一孔徑 34...真空導管 3B...第二孔徑 35...外部空氣供應導管 3C…套環部份 36...第一液體 4...密封物封鎖組件 38…具有密閉的底部之透明 5...密封物 圓柱體 10...鋁固體電解質電容器 39…氣泡 21...真空浸潰槽 40...安裝台 22…第一液體引入導管 40A...可容納電容器的導線 23…閥 接頭2A和2B之凹陷處 24...真空導管 41...加壓的空氣供應導管 25...轉換閥 42...喷嘴 26...可動的電容器支撐組件 51…第二液體 27...負電極 51A...被吹走的第二液體 2 8...直流電源 34

Claims (1)

1. 498374 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種製造鋁固態電解質電容器的方法，其至少包含： 將電容器本體固定在具有一個或更多個孔徑之殼 的步驟；和 由該些孔徑中至少一個將固態電解質原料引入而 產生固態電解質，將其塗佈或含浸於該電容器本體以及 誘發氧化聚合反應的步驟。 2·如申請專利範圍第1項之製造鋁固態電解質電容器的方 法’其中電容器本體由該一個或更多個孔徑中的一個插 入該殼中（第一孔徑），和 固定該容器本體、與固定一起進行的密封步驟； 該殼的内部被抽真空，以及 利用與外部之壓力差，透過該一個或更多個孔徑中 非該第一孔徑的一個孔徑（第二孔徑），將該固態電解質 的原料引進已經抽真空的殼中。 3·如申請專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 法’其中環氧樹脂被用於該密封中。 4.如申請專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中在該電容器本體與該第二孔徑之間有一隙縫。 5·如申請專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中在以該固態電解質的原料塗佈或含浸該電容器 本體之後，透過第二孔徑引進氧化劑，以誘發該固態電 解質原料的氧化聚合反應。 女申明專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中在以氧化聚合反應產生固態電解質之後，在第 E張尺度適用中規格(210 x 297市 -----1---------------訂--------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請專利範圍 一孔徑開放的條件下進行老化，同時進行乾燥。 •如申睛專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 去其中在將固態電解質原料引進之前，以環氧樹脂將 電合器本體密封及固定在殼中之後，藉由透過第二孔徑 引進化予轉化液體，並且流至該正電極進行化學轉化處 理，然後進行清洗和乾燥。 8·如申請專利範圍第2項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中該固態電解質原料是3,4_乙烯基二氧噻吩。 9.如申請專利範圍第5項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中在引進氧化劑之後，至少在該第二孔徑附近的 氧化劑會被排除。 10·如申請專利範圍第5項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中在引入該固態電解質原料和該氧化劑之後，利 用超音波震盪促進混合。 11 ·如申請專利範圍第7項之製造鋁固態電解質電容器的方 法，其中是在化學轉化處理期間施加超音波震盪。 12·如申請專利範圍第7項之製造鋁固態電 法’其中藉由造成流人以進行清洗，同時藉由將:= 孔徑浸泡在含有該清洗液體的射，並且重複使該槽内 部減壓與充壓，以排放殼中的清洗液體。 13·—種鋁固態電解質電容器的組件，其至少包含·· 電容器本體； 將該電容器本體容納其中的殼； 將電容器本體固定在殼令，同時將該殼的内部分成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2J0 X 297公爱）

   --------^---------#11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498374 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 兩個區域的密封物層； 避免該密封物滲透進入殼中這兩個區域中的任一 個之密封物封鎖組件； 和在該區域中被配置使該密封物不會滲透的孔徑。 14. 一種鋁固態電解質電容器，申請專利範圍第13項之 铭固態電解質電今器漸製備之。' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 37 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）