TWI556277B - 捲繞型電容器元件之改良結構及其捲繞型固態電解電容器 - Google Patents

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Description

捲繞型電容器元件之改良結構及其捲繞型固態電解電容器
本發明涉及電容器技術領域，特別是指一種電容器合金線材質結構改良的捲繞型電容器元件之改良結構及其捲繞型固態電解電容器。
隨著半導體製程技術的進步，半導體構裝的產品因市場需求而開始發展出更精密、更先進的電子元件。就可攜式電子產品而言，消費者所期待者須充分滿足輕薄化、高頻化、多功能化、高可靠度及符合RoHS，故傳統液態電解電容器已逐漸無法滿足需求，進而固態電解電容器因應而生。
固態電解電容器為最常見的電容被動元件之一，尤其鋁電解電容器產品更是目前及未來在電氣設備上使用的一大主流。一般來說，電容器包括陽極和陰極，並以導針(或稱端子)連接陽極及陰極；目前市面上常見的導針有純銅導針、純銀導針、合金導針(鍍錫銅包鋼線)等，其中導線材質的不同將影響產品阻抗、導電率等物理特性。
通常鋁電解電容器產品插件於主板上之後會有阻抗大小差異，因而在電流通過時造成電容溫度上升，從而影響使用壽命、紋波電流壽命、直流電流壽命等。
目前國內使用最多的是鍍錫銅包鋼線或純銅線，雖然銅線的阻抗約在6~7mΩ左右，但是銅線於製作過程中容易有因施加熱處 理而導致軟化的問題(因為線材材質強度低)，且純銅線或純銀線的價格比貴重金屬高約30~60%。另外，鍍錫銅包鋼線係以低碳鋼為芯線，其外表面鍍覆一層銅，最外層則為錫或錫基金屬層，鍍錫銅包鋼線的阻抗約在7~8mΩ左右，很明顯的不符合低阻抗要求。
因此，本發明人有鑒於習知的電容器導針材料實在有其改良之必要性，遂以其多年從事相關領域的設計及製造經驗，積極地研究如何能在有效降低成本的前提下提升電容器性能，在各方條件的審慎考量下終於開發出本發明。
本發明之主要目的在於提供一種捲繞型電容器元件之改良結構及其捲繞型固態電解電容器，其中正極、負極導針具有優異之導電性，可確實克服阻抗問題。
為達前揭目的，本發明實施例所提供的捲繞型電容器元件之改良結構，包括一捲繞本體及從所述捲繞本體延伸而出的一正極導針和一負極導針，其改良在於，所述正極導針與所述負極導針之中的至少一個為多層結構，所述多層結構包括一鐵芯及一包覆所述鐵芯的銅層或銅合金層。
本發明實施例所提供的一封裝殼體及一捲繞型電容器元件之改良結構，所述捲繞型電容器元件之改良結構的主要部分設置於所述封裝殼體內，所述捲繞型電容器元件包括一捲繞本體及從所述捲繞本體延伸而出的一正極導針和一負極導針，其改良在於，所述正極導針與所述負極導針之中的至少一個為多層結構，所述多層結構包括一鐵芯及一包覆所述鐵芯的銅層或銅合金層。
本發明的有益效果在於：本發明實施例所提供的捲繞型電容器元件，其中之正極及/或負極導針為多層結構之合金導針，且具有高導電率、良好的可彎折性、良好的可焊性、良好的導磁性、優良的對鋁熔接特性以及良好的對焊線材的工藝性等，因此可大 幅降低電容器的等效串聯電阻，並可提升電子傳導能力。
承上述，透過導針材質的改善，本發明實施例所提供的捲繞型固態電解電容器不但降低了外引線成本，而且具有極佳的電氣和機械特性。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
C‧‧‧捲繞型固態電解電容器
1‧‧‧封裝殼體
11‧‧‧外殼
110‧‧‧開口端
12‧‧‧封蓋
120‧‧‧配接孔
2‧‧‧捲繞型電容器元件
21‧‧‧捲繞本體
211‧‧‧正極箔
212‧‧‧負極箔
213‧‧‧電解紙
214‧‧‧氧化皮膜層
22‧‧‧正極導針
23‧‧‧負極導針
24‧‧‧導針花瓣
M1‧‧‧鐵芯
M2‧‧‧銅層
M2’‧‧‧銅合金層
M3‧‧‧錫層
R‧‧‧預釘接區域
圖1為本發明之捲繞型固態電解電容器的結構示意圖。
圖2為本發明之捲繞型電容器元件的結構示意圖。
圖3為所述捲繞型電容器元件之正極導針或負極導針的剖視圖。
圖4至圖6為對應所述捲繞型電容器元件的正極和負極導針之釘接工藝的製程示意圖。
基於鋁電解電容器的信賴性會因導針材質之阻抗而有所差異，因此本發明特別針對捲繞型固態電解電容器中之正、負極導針材質作改善以使其具有高導電率，進而本發明電容器產品可具有極佳的電氣特性；不只是如此，本發明透過導針材質的改善，得以讓電容器之導針用低成本、高產率生產的方式推向實際應用。
下文中特舉一較佳實施例，並配合所附圖式來說明本發明的實施方式，所屬領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示的內容瞭解本發明的優點與功效。另外，本發明可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，也就是說本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在本發明的精神下進行各種修飾與變更。此外，所附圖式僅做為簡單示意用途，並非依實際尺寸的描繪，先予敘明。
請參閱圖1，為本發明一較佳實施例之捲繞型固態電解電容器 的結構示意圖。如圖1所示，所述捲繞型固態電解電容器C可為捲繞型固態鋁電解電容器，其包括一封裝殼體1及一捲繞型電容器元件2，其中捲繞型電容器元件2之主要部分設置於封裝殼體1內，捲繞型電容器元件2包括一捲繞本體21及從捲繞本體21的其中一側端延伸而出的一正極導針22和一負極導針23。
更詳細地說，封裝殼體1為一外殼11及一封蓋12組成，而外殼11可為鋁殼或由其他的封裝材料所形成者，且具有一開口端110；封蓋12可以熱固性、紫外線固化或利用觸媒固化之膠體，並透過填膠或灌膠方式以成型於外殼11的開口端110；在產品組裝上，封蓋12上設有兩個配接孔120，舉例來說，所述配接孔120可利用沖壓模具加工或機械加工方式形成，用於使正極和負極導針22、23的一部分穿過封蓋12並外露，作為與外部電性連接的接點。然而所述配接孔120的形狀和孔徑大小並不限定，係可根據正極和負極導針22、23的構造形式而調整。
請一併參閱圖1及圖2，其中圖2為本發明一較佳實施例之捲繞型電容器元件的結構示意圖。如圖2所示，所述捲繞本體21可為一正極箔211、一負極箔212及一設置於正極箔211與負極箔212之間的電解紙213一起捲繞而成的圓柱狀電容器芯子，但不限定於此；對於本實施例之其他實施態樣，所述捲繞本體21亦可為矩狀電容器芯子，其製作方法包括：先將正極箔211、負極箔212及電解紙213一起捲繞，以形成圓柱狀電容器芯子，然後再將圓柱體電容芯進行壓合，於壓合過程中並可配合50℃~300℃之熱處理，以將圓柱狀電容器芯子進一步成型為矩狀電容器芯子。
更詳細地說，正極導針22位於正極箔211與電解紙213之間，負極導針23位於負極箔212與電解紙213之間，且正極導針22與負極導針23可分別電性接觸正極箔211與負極箔212。而較佳的設計是，正極導針22可以刺鉚方式結合於正極箔211上，以達成正極導針22與正極箔211之間最佳的電性接觸效果，同時負極 導針23可以刺鉚方式結合於負正極箔211上，以達成負極導針23與負極箔212之間最佳的電性接觸效果。
請參閱圖3，值得注意的是，所述捲繞型電容器元件2的正極導針22與負極導針23之中的至少一個為多層結構，其至少包括一鐵芯M1及一包覆鐵芯M1的銅層M2或銅合金層M2’；本實施例中，銅層M2或銅合金層M2’可利用化學鍍或電鍍方式形成，其中銅合金層M2’之材料可為銅銀合金或銅鎳合金，而銅銀合金包含1至3%的銀(Ag)，銅鎳合金包含1至3%的鎳(Ni)。而較佳的設計是，所述多層結構之正極、負極導針22、23可再包括一包覆銅層M2或銅合金層M2’的錫層M3，且錫層M3亦可利用化學鍍或電鍍方式形成。
由於多層結構之合金導針(即正極、負極導針)具有高導電率、良好的可彎折性、良好的可焊性、良好的導磁性、優良的對鋁熔接特性以及良好的對焊線材的工藝性等，因此本發明實施例所提供的捲繞型固態電解電容器C不但降低了外引線成本，而且具有極佳的電氣和機械特性；除此之外，透過導針材質的改善，電容器的等效串聯電阻(equivalent series resistance，ESR)可降至12.0mΩ以下，且漣波(ripple)能力可獲得提升。由表一可見，傳統電容器的ESR分佈多集中於11-14mΩ，本發明電容器的ESR分佈則下降為9-12mΩ。
請參閱圖4至圖6，本發明實施例所提供的捲繞型固態電解電容器C的特徵、優點及其所能達成之功效已具體說明如上，接下來將簡單介紹其中之捲繞型電容器元件2的正極和負極導針22、23的釘接工藝。
如圖4所示，首先，將正極導針22插入正極箔211與電解紙213之間，其中正極導針22上之預釘接區域R緊靠正極箔211表面之氧化皮膜層214，並將負極導針23插入負極箔212與電解紙213之間，其中負極導針23上之預釘接區域R緊靠負極箔212表面之氧化皮膜層214。本實施例中，配置正極和負極導針22、23的動作可藉由夾持機構施行，但不限定於此。
如圖5及圖6所示，接著，對正極和負極導針22、23進行沖花，並將所形成的導針針花壓平。於具體實施時，可先利用釘接機構對正極和負極導針22、23上的預釘接區域R施加沖擊正向力，過程中釘接針可將對應預釘接區域R的部分刺穿，並使其翻折以形成導針針花(圖中未顯示)，所述導針針花具有一較大的彎 曲角度；然後再利用壓平機構將針花壓平，其中呈彎曲狀的導針針花有較大的接觸面積，以利形成平貼於正極和負極導針22、23表面的導針花瓣24。
值得注意的是，利用本發明實施例所提供的釘接工藝，所形成的導針花瓣24可以被充分壓扁，使得正極導針22與正極箔211之間及負極導針23與負極箔212之間幾乎完全沒有空隙，且花瓣邊緣完全沒有破裂；再者，所形成的多數個導針花瓣24可沿正極或負極箔211、212的寬度方向整齊排列，且大小及形狀完全相同。
〔本發明實際達成的功效〕
綜上所述，本發明實施例所提供的捲繞型電容器元件，其中之正極及/或負極導針為多層結構之合金導針，且具有高導電率、良好的可彎折性、良好的可焊性、良好的導磁性、優良的對鋁熔接特性以及良好的對焊線材的工藝性等，因此可大幅降低電容器的等效串聯電阻，並可提升電子傳導能力。
承上述，透過導針材質的改善，本發明實施例所提供的捲繞型固態電解電容器不但降低了外引線成本，而且具有極佳的電氣和機械特性。
再者，利用本發明實施例所提供的釘接工藝，由於所形成正極和負極導針的導針花瓣可以被充分壓扁，其中花瓣邊緣完全沒有破裂，而導針花瓣可沿正極或負極箔的寬度方向整齊排列，且大小及形狀完全相同，因此正極和負極導針可分別與正極箔及負極箔之間達成最佳的電性接觸效果。
以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍落入本發明的專利保護範圍內。
C‧‧‧捲繞型固態電解電容器
1‧‧‧封裝殼體
11‧‧‧外殼
110‧‧‧開口端
12‧‧‧封蓋
120‧‧‧配接孔
2‧‧‧捲繞型電容器元件
21‧‧‧捲繞本體
22‧‧‧正極導針
23‧‧‧負極導針

Claims (7)

  1. 一種捲繞型電容器元件之改良結構，其包括一捲繞本體及從所述捲繞本體延伸而出的一正極導針和一負極導針，其改良在於，所述正極導針與所述負極導針之中的至少一個為多層結構，所述多層結構包括一鐵芯及一包覆所述鐵芯的銅合金層，其中所述銅合金層之材料為銅銀合金，所述銅銀合金包含1至3%的銀。
  2. 如請求項1所述的捲繞型電容器元件之改良結構，其中所述多層結構還包括一包覆所述銅合金層的錫層或錫合金層。
  3. 如請求項1所述的捲繞型電容器元件之改良結構，其中所述捲繞本體為一正極箔、一負極箔及一設置於所述正極箔與所述負極箔之間的電解紙捲繞而成，所述正極導針刺鉚於所述正極箔上，所述負極導針刺鉚於所述負極箔上。
  4. 一種捲繞型固態電解電容器，包括：一封裝殼體；以及一捲繞型電容器元件，所述捲繞型電容器元件之主要部分設置於所述封裝殼體內，所述捲繞型電容器元件包括一捲繞本體及從所述捲繞本體延伸而出的一正極導針和一負極導針，其改良在於，所述正極導針與所述負極導針之中的至少一個為多層結構，所述多層結構包括一鐵芯及一包覆所述鐵芯的銅合金層，其中所述銅合金層之材料為銅銀合金，所述銅銀合金包含1至3%的銀。
  5. 如請求項4所述的捲繞型固態電解電容器，其中所述多層結構還包括一包覆所述銅合金層的錫層或錫合金層。
  6. 如請求項4所述的捲繞型固態電解電容器，其中所述捲繞本體為一正極箔、一負極箔及一設置於所述正極箔與所述負極箔之間的電解紙捲繞而成，所述正極導針刺鉚於所述正極箔上，所述負極導針刺鉚於所述負極箔上。
  7. 如請求項4所述的捲繞型固態電解電容器，其中所述封裝殼體包括一外殼及一設置於所述外殼之一開口端的封蓋，所述封蓋上設有兩個分別與所述正極導針及所述負極導針相配合的配接孔，所述正極導針及所述負極導針的一部分分別從所述兩個配接孔外露。
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