TWI406313B - 電解電容器及其製造方法 - Google Patents

Description

電解電容器及其製造方法

本發明是關於電解電容器及電解電容器的製造方法。

近年，追求電路的小型化及高週波的對應化，伴隨著這點，導致電容器也必須低阻抗(low impedance)化等。於是，受到注目的電容器則是採用TCNQ(tetracyanoquinodimethan)錯鹽或聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(Polythiophene)、聚呋喃(polyfuran)以及聚苯胺(polyaniline)等的導電性高分子，作為該電容器的固體電解質。

第3圖為表示習知電解電容器的捲繞型電容器元件之模式斜視圖。第4圖為習知電解電容器之剖面圖。習知電解電容器的構造等，例如在日本專利特開2003-217979號公報(專利文獻1)等之中已有揭示。根據第3圖和第4圖來說明採用固體電解質之習知捲繞型電容器的製造方法。

首先，備妥依照習知的方法施加過蝕刻處理和化成處理之陽極箔22。然後，將陽極引線27經由引線接頭端子26安裝在該陽極箔22。其次，將陰極引線28經由引線接頭端子26安裝在該陰極箔23。然後，將陽極箔22與陰極箔23隔著隔離紙24予以捲取，以止捲帶25加以固定止動。依照以上的步驟，形成捲繞型電容器元件，該捲繞型電容器元件則是含有由捲繞型的積層體所組成之捲繞構造部21、及由引線接頭端子26與陽極引線27所組成之陽極端子和由引線接頭端子26與陰極引線28所組成之陰極端子。

之後，對於該捲繞構造部21，進行切口化成及150℃至300℃的熱處理。然後，讓該捲繞構造部31，浸漬在經過聚合成為導電性高分子之單體與作為氧化劑溶液的例如對甲苯磺酸鐵乙醇溶液的混合液中。之後，藉由熱化學聚合，可以使作為固體電解質的導電性高分子層，形成在捲繞構造部21的陽極箔22與陰極箔23之間。

然後，將含有固體電解質的捲繞型電容器元件，收納到由鋁所組成的有底箱體29。然後，對於該有底箱體29的開口部，設置用來將捲繞構造部21封裝在該有底箱體29的內部之封裝構件30。之後，將有底箱體29之開口部進行縮頸加工及捲邊加工以進行封裝，進行蝕刻處理。

最後，將塑膠製的座板31插入到有底箱體29的開口部之捲邊面，再將陽極引線27和陰極引線28當作電極端子32進行壓模加工/彎折，而完成電解電容器。

但是，由於這種電解電容器的製造過程中進行熱處理等，導致該捲繞型電解電容器元件承受熱應力，因而造成隔離紙24的低密度化。另外，由於該製程中進行固體電解質充填等的處理，致使該捲繞型電解電容器元件承受機械應力，因而膨脹或變形。於是，會有因該熱應力和該機械應力，導致捲繞型電解電容器元件之陽極端子和陰極端子的位置，偏離所期望的位置之事態。

另外，進行電解電容器的組裝，將捲繞型電容器元件收納到有底箱體29之後，強制設置封裝構件30時，則會有陽極端子和陰極端子偏離位置的事態。尤其，陽極端子個數與陰極端子個數的和為3以上的情況，陽極端子和陰極端子的若干偏離會妨礙電解電容器之封裝構件的設置。於是，會對陽極箔和陰極箔加諸應力，而有助長漏電流增大等的事態。

專利文獻1：日本特開2003-217979號公報

本發明係為了要解決上述的課題而研究，提供可以將捲繞型電容器元件之陽極端子和陰極端子的位置予以固定，漏電流的增大因而能夠抑制之電解電容器及其製造方法。

本發明是關於具備有：含有將陽極箔與陰極箔隔著隔離紙進行捲繞而形成之捲繞構造部、與從捲繞構造部所拉出的陽極端子和陰極端子之捲繞型電容器元件；及收納捲繞型電容器元件之有底箱體；及將捲繞構造部封裝在有底箱體內，且陽極端子和陰極端子予以貫通之封裝構件之電解電容器；該電解電容器係具備有被配置在捲繞構造部與封裝構件之間，且具有陽極端子個數與陰極端子個數的和以上的開口之固定構件，陽極端子和陰極端子穿過開口，由固定構件來固定陽極端子和陰極端子。

另外，最好是本發明的電解電容器中，陽極端子個數和陰極端子個數的和為3以上。

另外，最好是本發明的電解電容器中，固定構件由絕緣材料所組成。

另外，最好是本發明的電解電容器中，前述絕緣材料是由橡膠、樹脂、纖維以及玻璃中選出的至少一種所組成。

另外，最好是本發明的電解電容器中，固定構件的厚度為前述捲繞構造部的上面與封裝構件的下面之間的距離之50%至95%。

另外，本發明是關於至少包括以下的步驟：形成含有將陽極箔與陰極箔隔著隔離紙進行捲繞而形成之捲繞構造部、與從捲繞構造部所拉出的陽極端子和陰極端子之捲繞型電容器元件之第1步驟；及將陽極端子和陰極端子，插入具有陽極端子個數與陰極端子個數的和以上的開口之固定構件的開口中之第2步驟之電解電容器的製造方法。

此處，本說明書中，在厚度方向上，有底箱體之底方向作為下面，相反的方向則作為上面。因此，本說明書中，上面是指在厚度方向之上表示上方的面，下面則是指在厚度方向之下表示下方的面。

依據本發明，可以獲得可以將捲繞型電容器元件之陽極端子和陰極端子的位置予以固定，漏電流的增大因而能夠抑制的電解電容器。另外，該製造方法中設置封裝構件之摩擦等的應力則會減少。

(發明實施之最佳形態)

以下，根據圖面來說明本發明的實施形態。此外，在以下的圖面中相同或相當的部分，附註相同的參考符號，其說明則省略。另外，為了要使圖面明瞭化及簡單化，圖面中的長度、大小、寬度等的尺寸關係適度地予以變更，並不代表實際的尺寸。

第1圖表示本發明中一個實施形態的電解電容器之捲繞型電容器元件之模式斜視圖。第2圖為本發明中一個實施形態的電解電容器之剖面圖。

以下，根據第1圖和第2圖來進行說明。首先。根據第1圖來說明捲繞型電容器元件。

＜電解電容器的構造＞

本實施形態的捲繞型電容器元件，具有將2片陽極箔2和1片陰極箔3隔著2片隔離紙4捲繞成圓筒狀而形成之捲繞構造部1。然後，該陽極箔2和該陰極箔3分別一個個連接著引線接頭端子6。此處，2片陽極箔2分別各自連接著引線接頭端子6，1片陰極箔3連接著2個引線接頭端子6。與陽極箔2相連接的引線接頭端子6係與陽極引線7電相連接著，與陰極箔3相連接的引線接頭端子6則是與陰極引線8電相連接著。此處，本發明的該捲繞型電容器元件中，陽極箔2和陰極箔3的片數並沒有限制，例如，陽極箔2與陰極箔3的片數可以是相同也可以是不相同。此外，陽極箔2、陰極簜3以及隔離紙4之厚度等的尺寸，可以適當選擇。

然後，藉由引線接頭端子6及陽極引線7來形成陽極端子，藉由引線接頭端子6及陰極引線8來形成陰極端子。捲繞型電容器元件是含有該捲繞構造部1及陰極端子及陽極端子，尚含有作為電解質的例如固體電解質。另外，就本實施形態而言，最好是該陽極端子個數與陰該陰極端子個數的和為3以上。此外，與1片陽極箔2或陰極箔3相連接之引線接頭端子6的數量可以是單數也可以是複數。

然後，本實施形態的電解電容器，係該捲繞型電容器元件收納在由鋁等所形成的有底箱體9之中，具備有將捲繞構造部1封裝在有底箱體9內，且該陽極端子和該陰極端子予以貫通之封裝構件10。另外，第2圖所示的本實施形態中，該電解電容器進一步具備有座板11，不過即使沒有座板11的情況，也不會對本發明造成問題。

此處，就本實施形態的電解電容器而言，具備有被配置在捲繞構造部1與封裝構件10之間，且具有陽極端子個數與陰極端子個數的和以上的開口之固定構件13。固定構件13係被配置在捲繞構造部1的上面與封裝構件10的下面之間(也就是後述的距離L1中的任何一個位置)，陽極端子和陰極端子穿過固定構件13的開口，由固定構件13來固定陽極端子和陰極端子。

依據本實施形態的電解電容器時，因為可以將捲繞型電容器元件之陽極端子和陰極端子的位置予以固定，故不容易因製程的熱應力和機械應力而引起該位置的偏離。因此，可以將例如因該偏離而無法將封裝構件10設置(插入)到有底箱體9所導致的不良品等予以減少。另外，本實施形態的電解電容器，因為可以抑制因該位置偏離而引起電解電容器之漏電流的增大，故與習知的電解電容器作比較，具有較高的性能。另外，就該陽極端子個數和該陰極端子個數的和為3以上之電解電容器而言，尤其是陽極端子和陰極端子的若干偏離會妨礙電解電容器之封裝構件的設置。因此，本發明的電解電容器中，該陽極端子個數和該陰極端子個數的和為3以上的情況，由於藉由固定構件13來固定陽極端子及陰極端子的位置，因而與習知的電容器作比較，特別有助於抑制漏電流的增大。

《固定構件的構造》

本實施形態的固定構件13係形成如同鈕釦的形狀，具備有陽極端子個數與陰極端子個數的和相同數量的開口。該固定構件中，該開口係設置在從上面來看電解電容器時為陽極端子和陰極端子的理想位置。電解電容器中陽極端子和陰極端子的理想位置，可以依照該電解電容器來適當設定，根據這點，該固定構件13之開口位置也可以設定。另外，該開口最好是設置成與該陽極端子個數和該陰極端子個數的和相同數量以上。這點是因具有設置的開口數量多於用來固定該陽極端子和該陰極端子的開口數量之固定構件13之電解電容器的情況，電解電容器的電阻更加變小之故。然後，進一步對於使用設置的開口數量多於用來固定該陽極端子和該陰極端子的開口數量之固定構件13之捲繞型電容器元件浸漬聚合液(後述)時，為了要從下方開始逐漸浸漬捲繞型電容器元件，設有多數個開口之固定構件13在厚度方向上形成空氣的通道，故可以順利地進行。

然後，就本實施形態而言，本實施形態之該開口的直徑，最好的大小是陽極端子和陰極端子之引線接頭端子6的寬度的±15%以內。這點是因該開口的直徑必須很小到該引線接頭端子6的位置可以固定的程度之故。然後，該固定構件13由具有收縮性的材料所組成的情況，該開口的直徑為從與引線接頭端子6的寬度相同至-15%大小的範圍則特別理想。另外，本實施形態中，開口雖為圓形，但該開口的形狀並沒有特別的限定，例如，橢圓形、四角形等皆可。

另外，固定構件13的厚度，最好是捲繞構造部1的上面與封裝構件10的下面之間的距離L1的50%至95%。此處，如同上述，固定構件13設置在捲構造部1的上面與封裝構件10的下面之間。固定構件13的厚度未達到距離L1的50%的情況，會有固定該陽極端子和該陰極端子的位置變困難之虞。另外，固定構件13的厚度超過距離L1的90%的情況，例如，在製造電解電容器的過程中，有底箱體9的開口部分進行縮頸時，閒置的空間消失，結果會有發生製品也就是電解電容器的內部短路等的危險之虞。

＜電解電容器之各構件的材料＞

本實施形態之電解電容器的材料，可以例示如以下的材料。

《固定構件的材料》

首先，本實施形態中，固定構件13的材料最好是由絕緣材料所組成。具體上，最好是由橡膠、樹脂、纖維以及玻璃中選出的至少一種所組成。固定構件13為絕緣材料的情況，電解電容器內引起該固定構件13短路之虞的原因消失。另外，本實施形態中，橡膠可以列舉如：氟系、矽系以及丁基系的橡膠、EPT(乙烯丙烯橡膠)、CSM(氯磺化聚乙烯橡膠)等，樹脂中的熱塑性樹脂可以列舉出：氟系的樹脂、PPS(聚苯硫醚)、聚醯胺系PEEK(聚醚醚酮)等，樹脂中的熱硬化性樹脂可以列舉如：酚系、三聚氰胺系的樹脂等，纖維可以列舉如：聚醯胺系、聚醯亞胺系、玻璃系以及陶瓷系的纖維等。

此處，固定構件13的材料所追求的是：(1)抗外在衝擊的強度、(2)絕緣性、(3)耐熱性。首先，不具一定程度強度的材料之情況，是因本來就無法固定陽極端子和該陰極端子之故。於是，不具絕緣性的材料的情況，是因例如固體電解質等附著在該固定構件13上，而會有導致漏電流之虞。然後，不具耐熱性的情況，是因無法耐熱處理所造成的熱應力之故。

基於以上所述，本實施形態之固定構件13的材料，最好是樹脂與纖維的混合材料或樹脂與玻璃的混合材料。這點是因該混合材料會使耐熱性提升，或使加熱造成材料的膨脹、縮小等的變形不容易引起之故。本實施形態中，特別理想的複合材料為氟系樹脂與纖維的混合材料。

《其他構件的材料》

另外，陽極箔2可以採用對於鋁、鉭、及鈮等的閥金屬施加過蝕刻處理和化成處理等之箔。另外，陰極箔3和隔離紙4可以適當地選用習知的材料。

另外，本實施形態的電解電容器，可以用固體電解質來作為電解質，也可以用液體電解質來作為電解質。固體電解質是採用電子傳導性固體或導電性高分子，電子傳導性固體可列舉如：二氧化錳、TCNQ(tetracyanoquinodimethan)錯鹽，導電性高分子可列舉如：聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(Polythiophene)、聚呋喃(polyfuran)、聚苯胺(polyaniline)等。另外，液體電解質可以列舉如：相對於例如含有γ-丁內酯(γ-butyrolactone)的有機溶媒100份，具有鄰苯二甲酸(phthalic acide)及/或順丁烯二酸(maleic acide)的烷基取代脒(amidine)基之化合物的4級鹽5至100份作為電解質予以溶解的電解質等。惟，就本實施形態而言，最好是用固體電解質之電解電容器。

另外，封裝構件10，例如，可以採用環氧樹脂、或既有低透過性又有高耐熱性之丁基橡膠等。

＜電解電容器的製造方法＞

根據第1圖和第2圖來概略說明本實施形態之電解電容器的製造方法。

就本實施形態的電解電容器而言，至少包括第1步驟及第2步驟。第1步驟係將含有將陽極箔2與陰極箔3隔著隔離紙4進行捲繞而形成之捲繞構造部、及從捲繞構造部1所拉出的陽極端子和陰極端子之捲繞型電容器元件而形成之第1步驟。另外，第2步驟則是將該陽極端子和該陰極端子，插入具有陽極端子個數與陰極端子個數的和以上的開口之固定構件13的開口中。以下，針對第1步驟和第2步驟分別進行說明。

《第1步驟》

首先，備妥依照習知的方法施加過蝕刻處理和化成處理等之陽極箔2。然後，將陽極引線7經由引線接頭端子6安裝到該陽極箔2。其次，將陰極引線8經由引線接頭端子6安裝到陰極箔3。然後，隔著隔離紙4來捲取該陽極箔2及該陰極箔3，以止捲帶5加以固定止動。經過以上的步驟，形成捲繞型電容器元件，該捲繞型電容器元件則是含有由捲繞型的積層體所組成的捲繞構造部1、及由引線接頭端子6與陽極引線7所組成的陽極端子和由引線接頭端子6與陰極引線8所組成的陰極端子。

《第2步驟》

其次，備妥具有開口的固定構件13，將經過第1步驟所製造之捲繞型電容器元件的該陽極端子和該陰極端子插入該開口中。此時，可以適度進行調整以使陽極端子和陰極端子藉由該固定構件13固定在所期望的位置。

《電解質充填步驟》

之後，對於該捲繞構造部1，進行切口化成及150℃至300℃的熱處理。然後，讓該捲繞構造部1浸漬在經聚合變成導電性高分子的單體與當作為氧化劑溶液的例如對甲苯磺酸鐵乙醇溶液的混合溶液(聚合液)中。之後，經熱化學聚合，可以將作為固體電解質的導電性高分子層形成在與捲繞構造部1的陽極箔2和陰極箔3之間。

《最終加工步驟》

然後，將含有固體電解質的捲繞型電容器元件，收納到由鋁所組成的有底箱體9內。此時，最好是設置了固定構件13的捲繞型電容器元件直接收納至有底箱體9內，不過也可以適度拆下固定構件13。然後，對於有底箱體9的開口部，設置用來將捲繞構造部1封裝到該有底箱體9的內部之封裝構件10。此時，就本實施形態而言，因為藉由固定構件13來固定陽極端子和陰極端子的位置，故於封裝構件10設置(插入)時，不容易引起該位置的偏離。之後，將有底箱體9進行縮頸及捲邊以進行封裝，進行蝕刻處理。

最後，將塑膠製的座板11插入到有底箱體9的開口部之捲邊面，再將陽極引線7和陰極引線8當作電極端子12來進行壓模加工/彎折，而完成電解電容器。

另外，本發明的電解電容器係用固體電解質，但也可以使用液體電解質。

以下，列舉實施例為例子來更加詳細說明本發明，本發明並不侷限於這些例子。

[實施例] <實施例1>

根據第1圖和第2圖來進行說明。

《第1步驟》

首先，備妥依照習知的方法施加過蝕刻處理和化成處理等之陽極箔2。然後，將2條陽極引線7經由引線接頭端子6安裝到該陽極箔2。其次，將2條陰極引線8經由引線接頭端子6安裝到陰極箔3。然後，隔著隔離紙4來捲取該陽極箔2及該陰極箔3，以止捲帶5加以固定止動。

《第2步驟》

備妥具有4個開口之厚度1.0mm的固定構件13，將經過第1步驟所製造之捲繞型電容器元件的該陽極端子和該陰極端子插入該開口中。此時，可以適度進行調整以使陽極端子和陰極端子藉由該固定構件13固定在所期望的位置。

《電解質充填步驟》

之後，對於該捲繞構造部1，進行切口化成及150℃至300℃的熱處理。然後，讓該捲繞構造部1浸漬在經聚合變成導電性高分子的單體與作為氧化劑溶液的例如對甲苯磺酸鐵乙醇溶液的混合溶液中。之後，經熱化學聚合，讓當作固體電解質的導電性高分子層在與捲繞構造部1的陽極箔2和陰極箔3之間形成。

《最終加工步驟》

然後，將含有固體電解質的捲繞型電容器元件，收納到由鋁所組成的有底箱體9內。然後，對於有底箱體9的開口部，設置用來將捲繞構造部1封裝到該有底箱體9內部之封裝構件10。要留意：使由丁基橡膠所形成之固定構件13配置在捲繞構造部1與封裝構件10之間。之後，將有底箱體9之開口部進行縮頸及捲邊以進行封裝，進行蝕刻處理。

最後，將塑膠製的座板11插入有底箱體9的開口部之捲邊面，再將陽極引線7和陰極引線8作為電極端子12來進行壓模加工/彎折，而完成電解電容器。

＜實施例2＞

就本實施例而言，除了採用由氟樹脂所形成的固定構件13之外，其餘與實施例1同樣的方式，製造電解電容器。

＜實施例3＞

就本實施例而言，除了採用由醯胺纖維(aramid fiber)所形成的固定構件15之外，其餘與實施例1同樣的方式，製造電解電容器。

＜實施例4＞

就本實施例而言，除了採用由氟樹脂與醯胺纖維的混合材質所形成的固定構件13之外，其餘與實施例1同樣的方式，製造電解電容器。

＜實施例5＞

就本實施例而言，除了採用由氟樹脂與玻璃的混合材質所形成的固定構件13之外，其餘與實施例1同樣的方式，製造電解電容器。

＜比較例＞

除了未經過實施例1的第2步驟來設置固定構件13之外，其餘與實施例1同樣的方式，製造電解電容器。

有關上述的實施例1至實施例5和比較例中相關電解電容器的不良發生率、Cap(電容)、tanδ(介電損耗正切)、ESR(等效串聯電阻)以及LC(漏電流)，顯示在表1中。

此外，電容和介電損耗正切以120Hz進行測定，等效串聯電阻以100kHz進行測定，漏電流為施加2分鐘的額定電壓的值。這些值均是用安捷倫科技(Agilent)公司製造的型號4284A進行測定。另外，計數封裝構件的插入不良來作為不良發生數。

從以上的結果確認：實施例1至實施例5中的電解電容器並無不良發生，相對於此，比較例則是試樣500個中有27個不良品。另外，得知：實施例1至實施例5中的電解電容器，可以防止漏電流的增大。然而，尤其是實施例4和實施例5中，漏電流的值很小，這點被認為是固定構件13由樹脂和纖維所組成之複合材料或樹脂和玻璃所組成之複合材料所形成的情況，尤其耐熱性提升由加熱造成固定構件13的膨脹、縮小等的變形不會引起之故。

應被認為：本次所揭示的實施形態和實施例中，全部論點為例示，並不是侷限於該例子。本發明的範圍並不是藉由上述的說明而是藉由申請專利範圍來呈現，主張：包含與本發明的申請專利範圍同等的意思和範圍內之全部變更。

1、21．．．捲繞構造部

2、22．．．陽極箔

3、23．．．陰極箔

4、24．．．隔離紙

5、25．．．止捲帶

6、26．．．引線接頭端子

7、27．．．陽極引線

8、28．．．陰極引線

9、29．．．有底箱體

10、30．．．封裝構件

11、31．．．座板

12、32．．．電極端子

13．．．固定構件

第1圖為表示本發明中一個實施形態的電解電容器中之捲繞型電容器元件之模式斜視圖。

第2圖為本發明中一個實施形態的電解電容器之剖面圖。

第3圖為習知電解電容器的捲繞型電容器元件之模式斜視圖。

第4圖為習知電解電容器之剖面圖。

1．．．捲繞構造部

2．．．陽極箔

3．．．陰極箔

4．．．隔離紙

5．．．止捲帶

6．．．引線接頭端子

7．．．陽極引線

8．．．陰極引線

13．．．固定構件

Claims (5)

1. 一種電解電容器的製造方法，其特徵為，至少包括以下的步驟：形成含有將陽極箔與陰極箔隔著隔離紙進行捲繞而形成之捲繞構造部、與從前述捲繞構造部所拉出的陽極端子和陰極端子之捲繞型電容器元件之第1步驟；於前述第1步驟之後，將前述陽極端子和前述陰極端子，插入到具有前述陽極端子個數與前述陰極端子個數的和以上的開口之固定構件的前述開口中之第2步驟；於前述第2步驟之後，使前述捲繞型電容器元件浸漬在電解液或固體電解質中之第3步驟；及於前述第3步驟之後，將前述陽極端子和前述陰極端子插入具有貫穿孔的封裝構件，且將前述捲繞型電容器元件收納到有底箱體中之第4步驟。
2. 如申請專利範圍第1項之電解電容器的製造方法，其中，前述陽極端子個數和前述陰極端子個數的和為3以上。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電解電容器的製造方法，其中，固定構件係由絕緣材料所組成。
4. 如申請專利範圍第3項之電解電容器的製造方法，其中，前述絕緣材料係由橡膠、樹脂、纖維以及玻璃中選出的至少一種所組成。
5. 如申請專利範圍第1或2項之電解電容器的製造方法， 其中，固定構件的厚度為前述捲繞構造部的上面與封裝構件的下面之間的距離之50%至95%。