TWI661436B - 印刷型導電複合漿料、電容器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及電容器的製造方法。電容器的製造方法包括在電容器素子的陰極部上形成導電高分子層；以及將印刷型導電複合漿料印刷於導電高分子層上，以使印刷型導電複合漿料至少包覆導電高分子層設置在陰極部的外緣的部分。印刷型導電複合漿料包括導電材料以及溶劑，且具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊之間的黏度。藉此，本發明能有效提升電容器的電性效能並改良其製造方法。
Description
本發明涉及一種導電複合漿料、電容器及電容器的製造方法，特別是涉及一種印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及其製造方法。
電容器已廣泛地被使用於消費性家電用品、電腦主機板及其周邊、電源供應器、通訊產品、及汽車等的基本元件，其主要的作用包括：濾波、旁路、整流、耦合、去耦、轉相等。是電子產品中不可缺少的元件之一。電容器依照不同的材質及用途，有不同的型態，包括鋁質電解電容、鉭質電解電容、積層陶瓷電容、薄膜電容等。現有技術中，固態電解電容器具有小尺寸、大電容量、頻率特性優越等優點，而可使用於中央處理器的電源電路的解耦合作用上。固態電解電容器是以固態電解質取代液態電解液做為陰極，而導電高分子基於其高導電性、製作過程容易等優點已被廣泛應用於固態電解電容的陰極材料。
然而，現有的堆疊型固態電解電容器的製造方法仍具有待解決的缺點。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種印刷型導電複合漿料、電容器及電容器的製造方法，其可以有效提升電容器的電性效能並改良其製造方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種印刷型導電複合漿料，其包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊的黏度。
本發明所採用的另一技術方案是，提供一種具有保護層的電容器，其包括至少一電容器素子，其中，至少一所述電容器素子的一陰極部由一導電高分子層所包覆，且所述導電高分子層由一保護層所包覆，使得所述導電高分子層設置於所述陰極部與所述保護層之間，且所述保護層是由一印刷型導電複合漿料所形成，其中，所述印刷型導電複合漿料包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊之間的黏度。
本發明所採用的再另一技術方案是，提供一種電容器的製造方法，其包括：在一電容器素子的一陰極部上形成一導電高分子層；以及將一印刷型導電複合漿料印刷於所述導電高分子層上，以使所述印刷型導電複合漿料至少包覆所述導電高分子層設置在所述陰極部的外緣的一部分。所述印刷型導電複合漿料包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及至少500泊的黏度。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及電容器的製造方法，其能通過“印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊的黏度”以及“及將一印刷型導電複合漿料印刷於所述導電高分子層上，以使所述印刷型導電複合漿料至少包覆所述導電高分子層設置在所述陰極部的外緣的一部分”的技術方案，以提升製造過程的效率並提升包括導電高分子的材料層的包覆性以及平整性，藉此改良電容器的電性特性。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下
有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1‧‧‧卷繞式組件
100‧‧‧閥金屬箔片
101‧‧‧氧化層
102‧‧‧導電層
103‧‧‧碳膠層
104‧‧‧銀膠層
2‧‧‧導電支架
21‧‧‧第一導電端子
22‧‧‧第二導電端子
3‧‧‧封裝膠體
4‧‧‧導電高分子層
5‧‧‧保護層
N、N1‧‧‧陰極部
P1‧‧‧第一正極部
P‧‧‧堆疊型固態電解電容器
C‧‧‧承載板
圖1為本發明實施例所提供的印刷型導電複合漿料所應用的其中一電容器的側視剖面示意圖；圖2為包括圖1所示的電容器的電容器封裝結構中的側視剖面示意圖；圖3為本發明實施例所提供的電容器的製造方法的流程圖；圖4為本發明實施例所提供的電容器的製造方法中其中一步驟的側視剖面示意圖；圖5為圖4所示的步驟的其中一俯視示意圖；以及圖6為圖4所示的步驟的另一俯視示意圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及電容器的製造方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
首先，請參閱圖1及圖2。圖1為本發明實施例所提供的印刷型導電複合漿料所應用的其中一電容器的側視剖面示意圖，而圖2為包括圖1所示的電容器的電容器封裝結構中的側視剖面示意圖。
具體而言，本發明所提供的印刷型導電複合漿料可應用於電容器1的陰極部N的導電層102中。在圖2中，多個電容器1的負極部N相互堆疊，且多個電容器1與導電支架2與封裝膠體3
共同形成堆疊型固態電解電容器封裝結構P。
舉例而言，如圖1所示，電容器1可包括閥金屬箔片100、包覆閥金屬箔100片的氧化層101、包覆氧化層101的一部分的導電層102、包覆導電層102的碳膠層103，以及包覆碳膠層103的銀膠層104。前述電容器1的結構可依據產品實際需求加以調整。導電層102主要是作為電容器1的固態電解質。
如圖2所示，堆疊型固態電解電容器封裝結構P包含多個依序堆疊的電容器單元1。另外，堆疊型固態電解電容器封裝結構P包含導電支架2。導電支架2包含第一導電端子21及與第一導電端子21彼此分離一預定距離的第二導電端子22。另外，多個依序堆疊在一起且彼此電性連接的電容器單元1具有一電性連接於相對應的導電支架2的第一導電端子21的第一正極部P1及一電性連接於相對應的導電支架2的第二導電端子22的第一負極部N1。另外，通過封裝膠體3可將多個依序堆疊在一起且彼此電性連接的電容器單元1包覆，進而形成堆疊型固態電解電容器P。
在下文中，所提及的「電容器素子」是指前述電容器1中的閥金屬箔片100，或是閥金屬箔片100與設置在其上的功能性塗層(例如氧化層101)的總稱。本發明所提供的印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及電容器的製造方法是用以針對閥金屬箔片100上的導電層102的材料、結構以及製造方法進行改良。
首先，本發明所提供的印刷型導電複合漿料包括導電材料以及溶劑。導電材料可以是任何適用於電容器的固態電解質的材料。舉例而言，導電材料可以包括導電聚合物，例如，聚苯胺(polyaniline，PAni)、聚吡咯(polypyrrole，PPy)、聚噻吩(polythiophene，PTh)或是聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸複合物(PEDOT：PSS)。溶劑可為水或是有機溶劑，例如乙醇。在本發明的其中一個實施例中，導電材料是經過乳化劑改質的聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸複合物。通過乳化劑將PEDOT：PSS改質可以提
升導電材料的分散性與電性特性。
在本發明中，乳化劑可以是選自於可選自於由下列化合物所組成的群組：多元醇、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、聚乙二醇單硬脂酸酯(DEG monostearate)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、油酸(Oleic acid)及其衍生物、單硬脂酸甘油酯(glycerol monostearate)、聚氧乙烯單油酸酯(Polyoxyethylene monooleate)、聚氧乙烯(10EO)油醇醚(P.O.E.(10)oleyl alcohol)、去水山梨糖醇月桂酸酯(sorbitan monolaurate)、去水山梨醇單棕櫚酸酯(sorbitan monopalmitate)、去水山梨醇單硬脂酸酯(sorbitan monostearate)、去水山梨醇三硬脂酸酯(sorbitan tristearate)、去水山梨醇單油酸酯(sorbiatan monooleate)、去水山梨醇倍半油酸酯(sorbitan sesquiolate)、去水山梨醇三油酸酯(sorbitan tribleate)、聚氧乙烯氧丙烯油酸酯(polyoxyethylene oxypropylene oleate)、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯(polyoxyethylene sorbitol hexastearate)、混合脂肪酸和樹脂酸的聚氧乙烯酯類(polyoxyethylene esters of mixed fatty and resin acids)、D-山梨醇(D-sorbital)、聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物(polyoxyethylene sorbitol lanolin derivative)、聚氧乙烯烷基芳基醚(Polyoxyethylene alkyl aryl ether)、聚氧乙烯山梨醇蜂蠟衍生物(polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative)、聚氧乙烯單棕櫚酸酯(Polyoxyethylene monopalmitate)、聚乙二醇單棕櫚酸酯(polyoxyethylene glycol monopalmitate)、聚氧乙烯(20EO)去水山梨醇三油酸酯(Polyoxyethylene oxypropylene oleate)、四乙二醇單月桂酸酯(tetraethylene glycol monolaurate)、聚氧乙烯單月桂酸酯(polyoxyethylene monolaurate)、聚氧乙烯月桂醚(Polyoxyethylene lauryl ether)、聚氧乙烯單油酸酯(polyoxyethylene enemonooleate)、聚氧乙烯單油酸酯(Polyoxyethylene monooleate)、六乙二醇單硬脂酸酯(Hoxaethylene glycol
monostearate)、丙二醇單硬脂酸酯(propylene glycol fatty acid ester)、聚氧乙烯氧丙烯硬脂酸酯(Polyoxyethylene oxypropylene stearate)、N-十六烷基-N-乙基嗎啉基乙基硫酸鈉(N-cetyl N-ethyl morpholinium ethosulfate)、烷基芳基磺酸鹽(Alkyl aryl sulfonate)、聚氧丙烯硬脂酸酯(Polyoxypropylene stearate)、聚氧乙烯月桂醚(polyoxyethylene laurylether)、聚氧乙烯十八醇(polyoxyethylene stearyl alcohol)、二乙二醇單月桂酸酯(diethylene glycol monolaurate)、去水山梨醇月桂酸酯(sorbitan monolaurate)、去水山梨醇單棕櫚酸酯(sorbitan monopalmitate)、乙二醇二縮水甘油醚(ethylene glycol diglycidyl ether)、聚乙二醇二縮水甘油醚(polyethylene glycol diglycidyl ether)、丙二醇雙縮水甘油醚(propanediol diglycidyl ether)、聚丙二醇雙縮水甘油醚(polypropanediol diglycidyl ether)、1,2,3-丙三醇縮水甘油醚(1,2,3-Propanetriol glycidyl ethers)以及丁二醇雙縮水甘油醚(butanediol diglycidyl ether)。較佳地，乳化劑21是多元醇。更佳地，乳化劑21是聚乙二醇或者聚丙三醇。值得注意的是，在本發明中，可選用具有表面活性劑之功能的物質作為乳化劑，而乳化劑的具體種類不在此限制。另外，亦可同時使用多種不同的乳化劑。
另外，印刷型導電複合漿料還可以進一步包括一或多種添加劑。添加劑是選自於導電助劑、pH調整劑、凝集劑、增稠劑、黏著劑以及交聯劑。舉例而言，導電助劑可以是一種高沸點溶劑且是乙二醇、丙三醇、二甲基亞碸(DMSO)、山梨醣醇或是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。pH調整劑可以是乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、二胺類諸如乙二胺及丙二胺或是三胺類。pH調整劑可以是硫酸、硝酸、醋酸或是對甲苯磺酸。凝集劑可以是各種羧酸類、羧酸類聚合物或是聚丙烯酸。增稠劑可以是分子量介於1000至40000之間的高分子量聚乙二醇或是烴基纖維素。黏著劑
可以是聚胺酯、聚酯、聚丙烯酸酯或是聚乙烯醇。交聯劑可以是矽烷偶聯劑。
印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊的黏度。換句話說，本發明實施例所提供的印刷型導電複合漿料中的各種添加劑的含量是經過調整，使得印刷型導電複合漿料具有特定的物理特性。事實上，具有上述物理特性的印刷型導電複合漿料可以有效提升導電層102的電性特性，且可以在製造過程中良好地適用於印刷步驟中，而在電容器素子上形成保護層5。
接下來，請參閱圖3至圖6。圖3為本發明實施例所提供的電容器的製造方法的流程圖，圖4為本發明實施例所提供的電容器的製造方法中其中一步驟的側視剖面示意圖，圖5為圖4所示的步驟的其中一俯視示意圖，而圖6為圖4所示的步驟的另一俯視示意圖。
請先參閱圖3。本發明還提供一種電容器的製造方法，其包括：在電容器素子的陰極部上形成導電高分子層(步驟S100)；以及將印刷型導電複合漿料印刷於導電高分子層上(步驟S102)，以使印刷型導電複合漿料至少包覆導電高分子層設置在陰極部的外緣的一部分。特別是，本發明所提供的電容器的製造方法中，在步驟S102中所使用的印刷型導電複合漿料為先前所敘述的具有特定物理特性的印刷型導電複合漿料。換句話說，印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及至少500泊的黏度。另外，印刷型導電複合漿料可以具有少於25%的固含量。
具體來說，在步驟S100中，導電高分子層4可以是通過將電容器素子含浸於承載有導電分散液的容器中而完成。導電分散液可以包括導電高分子材料、分散劑以及其他功能性助劑。導電高分子材料的種類可以與前述印刷型導電複合漿料中的導電材料相
同或不同。另外，導電分散液中的分散劑可以是水。其他功能性助劑的種類在本發明中並不加以限制。
在本發明的中一實施例中，在形成導電高分子層4的步驟中，還進一步包括：將導電分散液設置於電容器素子上，以使得一部分的導電分散液填入電容器素子的陰極部N的多個孔洞中；以及烘乾設置於電容器素子上的導電分散液而形成導電高分子層4。換句話說，在本發明所提供的製造方法中，是先通過含浸的方式使得導電分散液中的一部分導電高分子材料浸入陰極部N在製造過程中所產生的孔洞之中，以提高電容器素子的含浸率。
值得注意的是，在本發明中，形成導電高分子層4的方法不限於浸塗(dipping)的方式。舉例而言，除了上述直接施加導電高分子材料至陰極部N之外，導電高分子層4也可以通過陰極部N上的原位化學聚合法而形成。或是，可以先通過化學聚合法，再通過浸塗的方式形成導電高分子層4。
接下來，請參閱圖4。圖4例示本發明所提供的電容器的製造方法中，在將印刷型導電複合漿料印刷於導電高分子層4後的側視剖面示意圖。在步驟S102中，本發明是利用印刷方式而將具有高黏度的印刷型導電複合漿料印製於導電高分子層上。
如圖4所示，電容器素子被設置在承載板C的一個表面上。此處所使用的電容器素子可以是已設置有氧化層101的閥金屬箔片100。承載板C可以是由鐵弗龍等材料所製成的板狀材料。
舉例而言，設置於承載板C上的電容器素子(閥金屬薄片100)上已設置有導電高分子層4，而印刷型導電複合漿料被設置於導電高分子層4以形成保護層5。在本發明的實施例中，在將印刷型導電複合漿料通過印刷的方式設置於導電高分子層4上之後，還進一步包括烘乾被印刷於導電高分子層上4的印刷型導電複合漿料，以形成保護層5。
值得注意的是，圖4所顯示的側視剖面示意圖只顯示在電容
器素子(閥金屬薄片100)的其中一個表面進行印刷而形成保護層5的結構。事實上，在電容器素子的一個表面上形成保護層5之後，可通過同樣的方式在電容器素子的另一個表面上也形成保護層5。
除此之外，由於在本發明中，保護層5是通過印刷的方式而形成的，可以通過調整或改變印刷用的模具的形狀來控制所形成保護層5在導電高分子層4上的形狀與印刷的範圍。請同時參閱圖5及圖6所示，圖5以及圖6分別為完成圖4所示的步驟後的不同俯視示意圖。
詳細而言，如圖5所示，在本發明的其中一個實施例中，通過印刷步驟而形成的保護層5可以是完全覆蓋設置在電容器素子的陰極部N上的導電高分子層4。同時，保護層5完全包覆電容器素子的陰極部N的外緣。
接著，如圖6所示，在另一個實施例中，通過印刷步驟而形成的保護層5也可以是僅僅設置在電容器素子的陰極部N的外緣。舉例而言，設置在電容器素子的陰極部N上的導電高分子層4的一部分不被保護層5遮蔽。然而，值得注意的是，保護層5仍然完整包覆電容器素子1的陰極部N的外緣。詳細來說，在本發明所提供的實施例中，保護層5是至少完整包覆電容器素子1的陰極部3的三個外緣側邊。
具體來說，圖5以及圖6的差異主要在於保護層5設置在電容器素子的陰極部N的位置。事實上，此參數是可以依據導電高分子層4的製造步驟的參數而進行設計。舉例而言，若是事先形成在電容器素子1的陰極部N的導電高分子層4的厚度已達預定的標準，則在形成保護層5的步驟中，保護層5可以只包覆電容器素子1的陰極部N的外緣。如此一來，可以達到節省製造成本的效果。
通過上述結構設計，保護層5可以使得電容器素子1的陰極部N上設置具有足夠厚度的疊層結構，即，包括一部分的導電高
分子材料滲入電容器素子1的陰極部N的孔洞中的導電高分子層4與保護層5，藉此，可以確保包括電容器素子的電容器封裝結構P的電性特性。具體來說，相較於沒有設置保護層5的電容器，本發明所提供的電容器具有較低的漏電流(LC)。
具體來說，為了使電容器素子的陰極部N具有足夠的厚度，相較於現有技術是重複進行塗佈步驟而在陰極部N上設置多層導電高分子層，本發明是直接採用具有特定物理性質的印刷型導電複合漿料來一次形成具有足夠厚度的保護層5。如此一來，製造成本可以被降低，且製造效率也被大幅提升。
根據上述製造方法，本發明還提供一種具有保護層5的電容器，其包括至少一電容器素子，且電容器素子的陰極部N由導電高分子層4所包覆，且導電高分子層4由保護層5所包覆，使得導電高分子層4設置於陰極部N與保護層5之間。本發明所提供的電容器的保護層5是由上述印刷型導電複合漿料所形成。具體來說，印刷型導電複合漿料包括導電材料以及溶劑，且具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及至少500泊的黏度。
有關印刷型導電複合漿料中的各成份的選擇以及使用印刷型導電複合漿料於電容器的製造方法的詳細步驟以及相關參數皆如上所述，在此不再次說明。
[實施例的有益效果]
本發明的有益效果在於，本發明所提供的印刷型導電複合漿料、使用複合漿料的電容器及電容器的製造方法，其能通過“印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊的黏度”以及“及將印刷型導電複合漿料印刷於所述導電高分子層4上，以使印刷型導電複合漿料至少包覆導電高分子層4設置在陰極部N的外緣的一部分”的技術方案，以提升製造過程的效率並提升包括導電高分子的材料層(即導電高
分子層4與保護層5)的包覆性以及平整性。
具體來說，本發明是使用具有特定物理特性，例如具有特定固含量、pH值與黏度的印刷型導電複合漿料來改良所製造而成的電容器的電器效能並簡化製造流程。另外，本發明還特別採用印刷的方式來將前述印刷型導電複合漿料設置在電容器素子的陰極部N上的導電高分子層4上，藉此，由印刷型導電複合漿料所形成的保護層5的設置區域與形狀可以通過改變印刷用模具的形狀而輕易調整，而增加製造過程的靈活度。
除此之外，通過印刷方式而設置具有特定物理特性的印刷型導電複合漿料可以確保所形成的保護層5的上表面具有優異的平整性，並良好包覆於導電高分子層4以及電容器素子的外緣。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
Claims (10)
- 一種印刷型導電複合漿料，其包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及高於500泊的黏度。
- 如請求項1所述的印刷型導電複合漿料，還進一步包括：一或多種添加劑，其是選自於一導電助劑、一pH調整劑、一凝集劑、一增稠劑、一黏著劑以及一交聯劑。
- 如請求項1所述的印刷型導電複合漿料，其中，所述導電材料是經過乳化劑改質的聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸複合物。
- 如請求項2所述的印刷型導電複合漿料，其中，所述增稠劑是具有介於1000至40000之間的分子量的一聚乙二醇或者一烴基纖維素。
- 一種電容器，其包括至少一電容器素子，其中，至少一所述電容器素子的一陰極部由一導電高分子層所包覆，且所述導電高分子層由一保護層所包覆，使得所述導電高分子層設置於所述陰極部與所述保護層之間，且所述保護層是由一印刷型導電複合漿料所形成，其中，所述印刷型導電複合漿料包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及至少500泊的黏度。
- 如請求項5所述的電容器，其中，所述導電高分子層被所述保護層所完全包覆。
- 一種電容器的製造方法，其包括：在一電容器素子的一陰極部上形成一導電高分子層；以及將一印刷型導電複合漿料印刷於所述導電高分子層上，以使所述印刷型導電複合漿料至少包覆所述導電高分子層設置在所述陰極部的外緣的一部分；其中，所述印刷型導電複合漿料包括一導電材料以及一溶劑，其中，所述印刷型導電複合漿料具有至少4%的固含量、介於2至8之間的pH值以及至少500泊的黏度。
- 如請求項7所述的電容器的製造方法，其中，在形成所述導電高分子層的步驟中，還進一步包括：將一導電分散液設置於所述電容器素子上，以使得一部分的所述導電分散液填入所述電容器素子的所述陰極部的多個孔洞中；以及烘乾設置於所述電容器素子上的所述導電分散液而形成所述導電高分子層。
- 如請求項7所述的電容器的製造方法，還進一步包括：烘乾被印刷於所述導電高分子層上的所述印刷型導電複合漿料，以形成一保護層。
- 如請求項8所述的電容器的製造方法，其中，所述導電分散液是以含浸的方式設置於所述電容器素子上。
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