TWI330853B - Stacked solid electrolytic capacitor - Google Patents

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1330853 九、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域3 技術領域 本發明係有關一種積層型固體電解電容器。 5 【先前技術】 背景技術 由於電解電容器中固體電解電容器之頻率特性佳，因 此受到注意。固體電解電容器包含捲繞型固體電解電容 器、積層型固體電解電容器等。一般而言，積層型固體電 10 解電容器之外殼具有以環氧樹脂模製成形的結構。然而， 由環氧樹脂模製成形之外殼具有幾個缺點。 一般而言，形成環氧樹脂模製成形之方法係使用轉移 成形法。然而，該方法係將環氧樹脂加熱至150°C以上，且 以數氣壓以上之壓力使環氧樹脂流入。因此，聚合元件會 15 受到很大的應力。結果，容易產生漏洩電流增加與短路等 的情況。又，高溫的環氧樹脂會進入聚合元件之電極箔之 間。結果，具有因聚合物之剝離而產生特性惡化的可能性。 又，外殼模製成形時所使用之環氧樹脂含有用以提高 填充密度的填料，因此存有無數分子級的空隙。結果，於 20 耐濕性方面會產生缺點。此外，在使用環氧樹脂之外殼的 情況下，可能會因封裝時的加熱產生封裝體裂縫。為了避 開前述問題，外型尺寸必須具有成比例之一定厚度。結果， 無法實現超薄型的封裝體。 因此，曾有人提出一種方法作為轉移成形法以外之方 5 法，該方法係將浸滲有-液性環氧樹脂之熱熔膠帶黏貼於 聚合元件，並以因加熱而轉之環氧樹脂模製成形者。（例 如，參照特許文獻1) 【特許文獻1】特開2005-116713號公報 【發明内容】 發明揭示 發明欲解決之課題 …、而在由特許文獻1之技術所製成之固體電解電容器 中，由於外殼材料為環氧樹脂，因此難以實現良好的_ 性。 ‘、 本發明係繁於前述問題而製成者，且其目的在於提供 -種可實現良好耐濕性之超薄型的積層型固體電解電容 器。 解決課題之手段 性之型固體電解電容器，包含有:具有導電 且可^雷—板上之電容器元件；及連接於基板上 容:ΓΓ元件，並且與基板導通之金屬帽。又，電 I益凡件之陰極與基板導通。 本發明之積層型固體電解電容器中，電容驾 斷外部環境之效果佳的金屬帽所覆蓋： 耐濕性，，可抑制本發明之積層: U體電解電^的特性惡化。又， 里 陰極之功能，因此可降低本發明之制=帽及基板具有 的ESLe ^之積層型固體電解電容器 金屬帽可炫接於基板。在該情況下，可更有效 金屬帽與基板的電阻。又，制 屬之喊所構成，且具有陰極端子，並且具有至少-個ΐ 穿孔。又，積層型固體電解電容器更具有從電容器: 陽極透過貫穿孔引出至外部的陽極端子。 之 貫穿孔之基板與陽極端子之間亦可設置絕緣構件 該情況下，可防止基板與陽極端子的短路。又，絕緣構^ 亦可由玻璃或橡膠構成。在該情況下，可提升本發明 層型固體電解電容器的密封性。 積 基板之下面之陽極端子與陰極端子之間亦可設置 層。在該情況下，可防止陽極端子與陰極端子之短路。又 金屬帽之㈣亦可形成絕緣性層。在該情況下，可防 容器元件與金屬帽之短路。 0電容器元件更包含有於由具有閥作用之金屬所構成之 陽極V自表面’依序形成含有分離器之固體電解質層、碳糊、 及引出陰極層的單位元件。χ，基板與單位元件之引出降 極層導通。又，電容器元件具有積層有多數單位元件的: 構’ 刖述^數單位凡件中，最下層之單位元件的引出陰 極層與基板導通。 電令器元件更包含有單位元件且該單位元件係於由 具有闕作用之金屬所構成之陽極訂下面，依序形成含有 分離器之固體電解質層、及將碳化物粒子固持於固體電解 質層側之面的陰極落者。又，基板與陰極g導通。在該情 況下’構成陰極g之金屬與gj體電解質層並非直接接觸而 1330853 是透過有機物之碳化物粒子接觸。藉此，可提升陰極箔與 固體電解質層的黏著性。又，當朝積層型固體電解電容器 通電時，陰極箔、碳化物粒子及固體電解質層是可導通的。 藉此，碳化物粒子及固體電解質層不會影響作為積層型固 5 體電解電容器之陰極的容量，且陽極側之靜電容量會成為 積層型固體電解電容器的容量。 單位元件之陰極箔亦可互相導通。又，電容器元件具 有積層有多數單位元件的結構，且多數單位元件之各陰極 箔互相導通。 10 發明效果 根據本發明，可實現高耐濕性。藉此，可抑制本發明 之積層型固體電解電容器之特性惡化。 I：實施方式3 實施發明之最佳型態 15 以下，說明實施發明之最佳型態。 (第1實施型態） 第1圖係用以說明本發明第1實施型態之積層型固體電 解電容器100的圖。第1(a)圖係固體電解電容器100的截面 圖，第1(b)圖係固體電解電容器100的俯視圖，第1(c)圖係 20 固體電解電容器100的仰視圖。如第1(a)圖所示，固體電解 電容器100具有於盒體部10内收容有電容器元件200之結 構。 如第1(a)圖及第1(b)圖所示，盒體部10具有於底部基板 13上配置有金屬帽11的結構。金屬帽11亦可利用縫熔接等 8 溶接於底部基板13。金屬帽11係由銅、鋁、spc鋼板、碳鋼 板、及不銹鋼等金屬所構成。 底部基板13係由具有導電性且可輕易焊接，並且透濕 性低之材料所構成’例如，可使用銅、鋁、Spc鋼板、碳鋼 板、不銹鋼等金屬、及利用電鍍等於表面形成有金屬層之 陶瓷等。金屬帽11之内側塗布有絕緣性層12。藉此，可防 止電容器元件200與金屬帽11的短路。又，絕緣性層12可使 用具有絕緣性之樹脂、耐綸、及PET(聚四氟乙烯）等。 又，如第1(a)圖及第1(c)圖所示，底部基板13之兩端附 近形成有貫穿孔，且各貫穿孔配置有陽極端子31。又，陽 極端子31與貫穿孔之間隙形成有絕緣構件32。藉此，可防 止陽極端子31與底部基板13之短路。 陽極端子31係由可輕易焊接之導電性材料所構成，例 如"T使用SPC鋼、碳鋼等，且陽極端子31連接於後述之陽 極箔21的引出部。又，底部基板13下面之兩貫穿孔之間設 有凸部33，且該凸部33如後所述具有陰極端子的功能。凸 部33與陽極端子31之間形成有絕緣薄片34。藉此，可防止 凸部33與陽極端子μ的短路。 絕緣構件32係由硬質玻璃、軟質玻璃等的破璃、橡膠 等所構成。當使用SPC鋼板等線膨脹係數較大的材料作為底 部基板13時，以使用軟質玻璃作為絕緣構件3‘2為佳。另一 方面，當使用碳鋼板等線膨脹係數較小的材料作為底部基 板13時，以使用硬質玻璃作為絕緣構件32為佳。在該等情 況下’可提升盒體部10的密封性。 5 接著…面參照第l(a)圖及第2圖一 2電__明°第2_示第1⑷圖之直線 電:器元件2°°截面的圖，1⑷圖及第2圖所示，= =2⑽具有積層有多數單位元件觀多層元件結構口， 本^型態之電容器元件具有透過導電性的黏著劑^ 於-4基板13上積層有兩層單位元件2〇的結構。又，夢由 調整單位^件20之積層數，可任意設定容量。 曰 10 黏著劑25係由銀等導電性材料所構成。單位元件2〇係 形成於義21全體的表面，依序形成有固體電解質層 22、碳糊層23及引出陰極層24的結構。陽極如係由表面 形成有介電體氧化覆膜之間金屬所構成。使用於綱21 ^金屬可舉料金屬為例。藉由於閥金屬之表面施㈣ 刻處理及化學轉化氧化處理，可形成介電體氧化覆膜。 15 藉由從形成有介電體氧化覆膜之閱金屬衝切出預定形 =形成陽_。在衝切時，陽極妨之端面會露出 Γ二Γ電體氧化覆膜會產生損傷。因此，必須於露 出之闊金屬上形成新的氧化覆膜。例如，藉由在衝切後進 行數次化學轉化處理及熱處理， 膜於閱金屬的露出部。前述化^=新的介電體氧化覆 20 。一t%的己二酸錢為：^^^ 電體氧化覆膜之化學轉化電壓值的 化液，及接近” 係以期。(:〜3赃之溫度範圍妨壓進行。又’熱處理 固體電解質層22具有分離器。在固體中， 分離器内與分離器及陽極箔21之 形成有固體電解質。分 10 離讀以早獨或混合有，例如，PET纖維、丙烯酸纖維等高 分子纖維之合成纖維為主體。固體電解質係由職^聚 -氧乙《吩)等所構成^藉由使分離器適量浸渗於聚合性 单體及氧化射，可形成前述固體電解質。以下，針對固 體電解質之形成方法進行說明。 首先，將作為固體電解質之單體及氧化劑的混合液形 成於陽減21表面及分_上。此處所制之單體係揮發 性溶劑的混合溶劑。前述混合溶劑中，單體濃度在 祕〜5_%的範圍内，其中又以在i〇wt%〜35wt%之範圍 内為佳…氧化劑為濃度在4〇wt%〜6〇wt%左右的醇系溶 劑。在本實施型態中係使用6 〇 wt %漢度的氧化劑。接著， 藉由加熱聚合法加熱聚合形成於陽極㈣及分離器的混合 液，而形成固體電解質層22。 又，固體電解質層22露出的部分形成有絕緣層26。藉 此’可防止1U體電解質從固體電解f層22完全滲入。絕緣 層26係由，例如，矽樹脂、環氧樹脂、聚醯胺樹脂、及聚 醯亞胺樹脂等具有絕緣性的合成樹脂所構成。 引出陰極層24係由銀糊等所構成。在本實施型態中， 下側之單位元件20的引出陰極層24與底部基板13係透過黏 著劑25電連接。藉此，底部基板13及金屬帽11皆具有陰極 之功能。 本實施型態之固體電解電容器1〇〇係由密封性高且阻 斷外部環境之效果佳的金屬帽11及底部基板13密封電容器 元件200，因此可實現南耐濕性。故，可抑制固體電解電容 1330853 器100之特性惡化。又，由於盒體部10全體具有陰極的功 能’因此可降低本實施型態之固體電解電容器100的ESL。 (第2實施型態） 第3圖係用以說明本發明第2實施型態之固體電解電容 5器l〇〇a的圖。第3(a)圖係固體電解電容器100&的截面圖，第 3(b)圖係固體電解電容器l〇〇a的俯視圖，第3(c)圖係固體電 解電容器l〇〇a的仰視圖。如第3(a)〜3(c)圖所示，固體電解 電容器100a與第1圖之固體電解電容器1〇〇相異之點在於固 體電解電容器100a係配置電容器元件2〇〇a代替電容器元件 10 200 。 電容器元件200a具有積層有多數單位元件20a的結 構，而前述單位元件20a係於陽極箔21之上下面，分別依序 積層有固體電解質層22及陰極箔27者。本實施型態之電容 器元件200a係積層兩層單位元件2〇a。電容器元件2〇〇a係透 15過導電性的黏著劑25黏著於底部基板π上。藉此，金屬帽 11及底部基板13具有陰極的功能。 陽極箔21 a與第1圖之陽極羯21相異之點在於形狀。詳 細内容留至後述。陰極箔27係由鋁、钽、鈮等金屬所構成。 在本實施型態中陰極箔27係由鋁箔所構成。陰極箔27表面 20 施行有碳化物之蒸鑛處理或物理的吸附處理。結果，碳化 物粒子會吸附於陰極箔27表面。 因此，構成陰極箔27之金屬與固體電解質層22並非直 接接觸而是透過有機物之碳化物粒子接觸。藉此，可提升 陰極箔27與固體電解質層22之黏著性。又，由於碳化物粒 12 1330853 子群之空隙較一般氧化覆膜之蝕孔廣，因此可有效率地形 成固體電解質層22内的固體電解質。藉此，可減少陰極羯 27與固體電解質層22之界面電阻’並可降低tan8&ESR。結 果’可提升固體電解電容器100a的頻率特性。 5 再者，當朝固體電解電容器l〇〇a通電時，陰極羯27、 碳化物粒子及固體電解質層22是可導通的。藉此，碳化物 粒子及固體電解質層22不會影響作為固體電解電容器1〇〇& 之陰極的容量，且陽極側之靜電容量會成為固體電解電容 器l〇〇a的容量。又’由於固體電解電容器1〇〇a之容量增加， 10因此可減少單位元件2〇a的積層數。藉此，可將固體電解電 容器100a薄型化。又’藉由調整單位元件2〇a之積層數，可 任意設定容量。 石反化物粒子只要為含有碳的材料即可，並未特別限 定。例如，可使用碳、石墨、氮化碳、碳化物、碳化化合 15物等作為碳化物粒子。又，碳化物粒子亦可由形成於陰極 箔27表面之晶鬚固持。 陰極箔27形成有引出部。各陰極箔27之引出部係由熔 接部28所連接。藉此，各陰極箔27可互相電連接。熔接部 28係由雷射熔接、電阻熔接、及超音波熔接等形成。又， 20㈢極、消21係透過引出部連接於陽極端子y。 第4圖係用以說明陽極箔21a及陰極箔27之形狀的圖。 第4(a)圖係從上面側看固體電解電容器1〇〇&之透視圖，第 4(b)圖係陽極落213之平面圖，而第4⑷圖係陰㈣27之平 面圖。如第4(b)圖及第4(c)圖所示，陽極羯21a及陰極落27 13 1330853 糸鬼平板狀的省。又，各陽極落21及各陰極箱27 一體的 形成有引出部。陽極羯之引出部及陰極落27之引出部係 配置成在從對於各落之垂直方向看來的情況下互相不重複 的狀態。又，前述第3圖係第4圖之直線c_c的截面圖。又， 5第5圖係第4圖之直線B-B的戴面圖。 本實施型態之固體電解電容器1〇〇a係由密封性高且阻 斷外部環境之效果佳的金屬帽11及底部基板13密封電容器 兀件20〇a，因此可實現高耐濕性。故，可抑制固體電解電 容器100a之特性惡化。又，由於盒體部10全體具有陰極之 10功能，因此可降低本實施型態之固體電解電容器i〇〇a的 ESL ° [實施例] 以下，係製作前述實施型態之固體電解電容器，並調 查其特性。 15 (實施例1) 實施例1係製作第1圖所示的固體電解電容器10〇。其 中’陽極箔21係使用施行有蝕刻處理及化學轉化處理之紹 v白。首先’將陽極箔21衝切成預定大小。接著，對陽極羯 21使用以濃度〇.5wt%〜2wt%的己二酸銨為主體的化學轉化 20 液及接近陽極箔21氧化覆膜之化學轉化電壓值的電壓進行 化學轉化處理，並以200°C〜280T：之溫度範圍進行熱處理。 陽極箱21之羯厚為ΙΟΟμπι〜1 ΙΟμπι。 接著，將固體電解質層22形成於陽極箔21。之後，將 25wt%之單體混合溶劑與6〇wt%之氧化劑形成於陽極落21 14 1330853 之兩面及分離器，並使溫度慢慢地從3〇。〇上昇，且在i5〇°C 結束。又，固體電解質層22的膜厚為3〇μιη〜50μιη。 之後’將碳糊層23及引出陰極層24形成於固體電解質 層22上’並將絕緣層26形成於固體電解質層22兩端，而完 5成單位元件20。其中’碳糊層23之膜厚在ΙΟμηι以下，而陰 極層24之膜厚在ι〇μιη以下。又，陰極層24係使用銀糊。之 後’透過黏著劑25積層兩層前述單位元件20於底部基板13 上以完成電容器元件200。又，黏著劑25係使用銀。 之後，使陽極箔21連接於陽極端子31。接著，將金屬 10帽11覆蓋於電容器元件200,並以浮凸熔接連接底部基板13 與金屬帽11。金屬帽11之高度為l.7mm。又，底部基板13 及陽極端子31係使用碳鋼，而絕緣構件32係使用硬質玻 璃。底部基板13之厚度為〇.7mm。又，實施例1之固體電解 電容器的容量為2.5νΐ000μΡ。 15 (實施例2) 實施例2係製作第3圖〜第5圖之固體電解電容器1〇〇a。 其中’陽極箔21a係使用施行有蝕刻處理及化學轉化處理之 紹箔’且陽極箔21a之箔厚為ΙΟΟμιη〜1 ΙΟμπι。又，陰極箱27 係使用箔厚為50μιη，且於表面固持有碳化物粒子者。首 20先’將陽極箔21a及陰極箔27衝切成預定大小。接著，對陽 極箔21a使用以濃度〇.5wt%〜2wt%的己二酸銨為主體的化 學轉化液及接近陽極落21a氧化覆膜之化學轉化電壓值的 電壓進行化學轉化處理，並以2〇〇。〇280。(：之溫度範圍進行 熱處理。 15 1330853 接著，將固體電解質層22形成於陽極箔21a之單面。之 後，將25wt%之單體混合溶劑與6〇wt%之氧化劑形成於陽極 箔21a之兩面及分離器，並使溫度慢慢地從3〇6(：上昇，且在 150°C結束。固體電解質層22的膜厚為3〇μπι〜50μιηβ 5 之後，將陰極箔27貼於固體電解質層22上，而完成單 位元件20a ^再以黏著劑積層數層前述單位元件2〇a以完成 電谷器元件200a。之後，使陽極羯21a連接於陽極端子31， 並利用超音波熔接連接陰極箔27之引出部。接著，將金屬 帽11覆蓋於電容器元件200a ’並以浮凸熔接連接底部基板 10 13與金屬帽11。金屬帽11之高度為1.7mm。底部基板13及陽 極端子31係使用破鋼’而絕緣構件32係使用硬質玻璃。底 部基板13之厚度為0.7mm。又，實施例2之固體電解電容器 的容量為2.5V100(^F。 (比較例） 15 比較例中係將實施例1之電容器元件200安裝於習知引 導框體，並利用轉移膜製成形包裝環氧樹脂，以製成固體 電解電容器。又，比較例之固體電解電容器的容量為 2.5V1000pF。 (分析） 20 將實施例1、2及比較例之固體電解電容器之靜電容 量、tanS、漏·;电電流及ESR值顯示成表1。在此，係分別製 作30個實施例1、2及比較例的固體電解電容器，而表1之各 值係表示該等的平均值。 [表1] 16 1330853 靜電容量 (μΡ) tan5 (%) 漏7¾電流 (μΑ/2分值） ESR (ιηΩ) 實施例1 1084 2.7 165 2.3 實施例2 1108 1.9 158 2.2 比較例 987 3.5 213 4.3 如表1所示，相較於比較例之固體電解電容器，實施例 1、2之固體電解電容器的靜電容量增加，且tanS及ESR大幅 減少。特別地，漏洩電流大幅降低。前述情況可以認為係 因為電容器元件由金屬盒體及底部基板密封的緣故。 5 接著，以表2顯示在90°C、95Rh%之高溫高溼度的條件 下放置1000個小時之實施例1、2及比較例之固體電解電容 器的特性變化。表2之各值亦是顯示平均值。 [表2] 靜電容量變 化率 (%) tan5 (%) 漏茂電流 (μΑ/2 分值） ESR (ιηΩ) 實施例1 初期 2.7 165 2.3 lOOOHr 後 -1.23 3.1 231 2.8 實施例2 初期 1.9 158 2.2 lOOOHr 後 -1.89 2.7 224 2.6 比較例 初期 3.5 213 4.3 lOOOHr 後 — — 短路 — 如表2所示，比較例之固體電解電容器全部短路。因 10 此，靜電容量、tanS及ESR皆無法測量。另一方面，實施例 1、2之固體電解電容器的靜電容量、tan5、漏洩電流及ESR 未見明顯的變化。前述情況可以認為係因為電容器元件由 金屬盒體及底部基板完全地密封，而可提高在高溫高溼度 條件下之耐濕性的緣故。 15 【圖式簡單說明】 17 1330853 第1(a)〜(c)圖係用以說明本發明第1實施型態之積層型 固體電解電容器的圖。 第2圖係顯示第1(a)圖之直線A-A截面中電容器元件截 面的圖。 第3 (a)〜(c)圖係用以說明本發明第2實施型態之固體電 解電容器的圖。 第4(a)〜(c)圖係用以說明陽極箔及陰極箔之形狀的圖。 第5圖係第3圖之直線B-B的截面圖。 【主要元件符號說明】 10…盒體部 26…絕，㈣ 11·.·金屬帽 27...陰極箔 12…絕緣性層 28…雜部 13...底部基板 31·.·陽極端子 20,20a...單位元件 32…絕緣構件 21,21a...陽極箔 33...凸部 22...固體電解質層 34...絕緣薄片 23...碳糊層 100,100a...固體電解電容器 24…引出陰極層 25...黏著劑 200200a...電容器元件 18

Claims (1)

1330853 十、申請專利範圍： 1. 一種積層型固體電解電容器，包含有： 具有導電性之基板； 配置於前述基板上之電容器元件；及 5 連接於前述基板上且可覆蓋前述電容器元件，並且 與前述基板導通之金屬帽， 又，前述電容器元件之陰極與前述基板導通。 2. 如申請專利範圍第1項之積層型固體電解電容器，其中 前述金屬帽熔接於前述基板。 10 3.如申請專利範圍第1或2項之積層型固體電解電容器，其 中前述基板係由金屬或表面形成有金屬之陶瓷所構 成，且具有陰極端子，並且具有至少一個貫穿孔， 又，前述積層型固體電解電容器更具有從前述電容 器元件之陽極透過前述貫穿孔引出至外部的陽極端子。 15 4.如申請專利範圍第3項之積層型固體電解電容器，其中 前述貫穿孔中，前述基板與前述陽極端子之間設有絕緣 構件。 5.如申請專利範圍第4項之積層型固體電解電容器，其中 前述絕緣構件係由玻璃或橡膠所構成。 20 6.如申請專利範圍第1或2項之積層型固體電解電容器，其 中前述基板之下面之前述陽極端子與前述陰極端子之 間設有絕緣層。 7.如申請專利範圍第1或2項之積層型固體電解電容器，其 中前述金屬帽之内面形成有絕緣層。 19 8. 如申請專利範圍第1或2項之積層型固體電解電容器，其 中前述電容器元件更包含有於由具有閥作用之金屬所 構成之陽極箔表面，依序形成含有分離器之固體電解質 層、碳糊、及引出陰極層的單位元件， 又，前述基板與前述單位元件之引出陰極層導通。 9. 如申請專利範圍第8項之積層型固體電解電容器，其中 前述電容器元件具有積層有多數前述單位元件的結構， 且前述多數單位元件中，最下層之單位元件的引出 陰極層與前述基板導通。 10. 如申請專利範圍第1或2項之積層型固體電解電容器，其 中前述電容器元件更包含有單位元件，且前述單位元件 係於由具有閥作用之金屬所構成之陽極箔上下面，依序 形成含有分離器之固體電解質層、及將碳化物粒子固持 於前述固體電解質層側之面的陰極箔者，又，前述基板 與前述陰極箔導通。 11. 如申請專利範圍第10項之積層型固體電解電容器，其中 前述單位元件之陰極箔互相導通。 12. 如申請專利範圍第10項之積層型固體電解電容器，其中 前述電容器元件具有積層有多數前述單位元件的結構， 且前述多數單位元件之各陰極箔互相導通。 20