专利名称：用于结构中的电容元件的装置和方法
用于结构中的电容元件的装置和方法技术领域
本公开涉及与所谓的“超级电容器”等等的领域相关的装置、方法和计算机程序。
技术背景
在便携电子设备(例如照相机闪光模块、扩音器驱动模块以及用于电磁发送的功率放大模块)中的多媒体增强模块要求短功率突发(burst)。典型地，电解电容器被用于向 LED和氣闪光模块供电,并且常规电容器被用于向扩音器驱动模块供电。发明内容
根据第一方面，提供了一种装置，所述装置包括第一和第二电路板以及电解质，所述第一和第二电路板均包括电容元件，所述装置被配置为在所述第一和第二电路板之间限定腔，所述电容元件被包含在所述腔中并且互相面对，所述腔包括所述电解质，所述装置被配置为在所述电容元件之间施加电势差时储存电荷，以及所述装置还包括在所述第一和第二电路板之间的电连接器，所述电连接器被配置为使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电。
根据另一方面，提供一种方法，包括提供第一和第二电路板，所述第一和第二电路板均包括电容元件；配置所述第一和第二电路板以在所述第一和第二电路板之间限定腔，其中所述电容元件包含在所述腔中并且互相面对；在所述腔中提供电解质；以及在所述第一和第二电路板之间提供电连接器以制造装置，所述装置包括所述第一和第二电路板、所述电解质和所述电连接器，配置所述装置以在所述电容元件之间施加电势差时储存电荷，以及配置所述电连接器以使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电。
根据另一方面，提供一种计算机程序产品，包括被配置为控制装置的充电和放电中的至少一个的计算机代码，所述装置包括第一和第二电路板以及电解质，所述第一和第二电路板均包括电容元件，所述装置被配置为在所述第一和第二电路板之间限定腔，所述电容元件被包含在所述腔中并且互相面对，所述腔包括所述电解质，所述装置被配置为在所述电容元件之间施加电势差时存储电荷，所述装置还包括在所述第一和第二电路板之间的电连接器以及开关，所述电连接器被配置为使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电，所述开关被配置为连接或者断开所述电连接器，其中所述电连接器的断开被配置为允许所述装置充电并且所述电连接器的连接被配置为允许所述装置放电，所述计算机程序产品包括被配置为操作所述开关以使所述装置充电和放电的计算机代码。
本公开包括一个或多个独立或者不同组合的对应方面、实施例或者在单独或各种实施例中的特征，无论是否组合或单独地具体指出(包括所要求保护的)。用于执行一个或多个讨论的功能的对应装置同样在本公开中。
上述发明内容仅仅旨在示范而没有限制。
现在仅作为实例参考附图给出描述，其中
图Ia示意示出了电容器；
图Ib示意示出了电解电容器；
图Ic示意示出了所谓的超级电容器的实施例；
图2示意示出了(截面图)集成在挠性印刷电路结构中的超级电容器；
图3a示意示出了图2的挠性印刷电路结构，被配置以在第一和第二电路板之间限定腔；
图3b以平面图示意示出了图3a的挠性印刷电路结构；
图4示意示出了操作的图2的挠性印刷电路结构；
图5a示意示出了挠性印刷电路结构的充电；
图5b示意示出了挠性印刷电路结构的放电；
图6a示意示出了包括金属互连的电连接器；
图6b示意示出了包括导电性粘接剂的电连接器；
图6c示意示出了折叠挠曲(origami flex)形式的挠性印刷电路结构；
图7a示意示出了串联的两个挠性印刷电路结构；
图7b示意示出了并联的两个挠性印刷电路结构；
图8示意示出了包括这里描述的装置的设备；
图9示意示出了提供程序的计算机可读介质；以及
图10示意示出了制造这里描述的装置的方法。
具体实施方式
在电路中，电池和电容器被用于向其他部件提供电功率。然而，这些电源以完全不同的方式操作。电池使用电化学反应以产生电力。他们包括通过电解质分开的两个电端子 (电极)。在负电极处(阳极)，发生产生电子的氧化反应。然后，这些电子经外部电路从阳极流到正极(阴极)在阴极处引起还原反应。持续氧化和还原反应直到反应剂完全转化。然而， 最重要的是，除非电子能够通过外部电路从阳极流向阴极，否则不会发生电化学反应。这允许电池以长时间周期储存电力。相反，电容器静态储存电荷并且不能产生电。
图Ia示出了电容器的示意图，包括一对通过电绝缘体102分开的极板101。当在极板101之间施加不同电势时，在相对的极板上产生正和负电荷。这产生了存储电能的跨绝缘体102的电场。存储的能量的量正比于极板上的电荷，并且反比于极板分隔dl。因此， 可以通过增加极板101的尺寸或者通过减少绝缘体102的厚度增加电容器的储能。设备微型化控制了最大极板尺寸，同时材料的性能支配可以不使电容器102导电(击穿)下使用的最小绝缘体厚度。
图Ib示出了电解电容器的示意图。电解电容器使用特殊技术以最小化极板间距 d2。它们由通过导电电解质104分开的两个导电极板103组成。当施加电势差时，电解质 104在极板103之间承载电荷并且在极板中的一个表面处激起化学反应。此反应产生阻止电荷流动的绝缘材料层105。结果是电容器具有超薄介质层105将导电电解质104与导电极板103分离。在此配置中，电解质104等效用作第二极板。因为绝缘层105仅几个分子厚，电解质电容器能够存储比常规平行板电容器更多的能量。
图Ic示出了称为超级电容器的实施例的示意图。超级电容器(还公知为电双层电容器、超大电容、赝电容器以及电化学双层电容器)与电解质和常规电容器类似。超级电容器具有两个被介电材料(分隔体)107分离的导电极板106。极板106涂敷有如粉末化的碳的多孔材料108以便增加极板106的表面积从而增加电荷存储。类似于电解电容器(以 及还有电池)，超级电容包含在导电极板106之间的电解质109。当电势差施加到极板之间时， 电解质109被极化。在正极上的电势吸引电解质109中的负离子110，并且在负极板上的电势吸引正离子111。介质分隔体107用于防止极板106之间的直接物理接触(以及由此导致的电接触)。分隔体107由多孔材料制成以允许离子110，111流向各极板106。
与电池不同，施加的电势保持在电解质109的击穿电压之下以防止在极板106的表面处发生的电化学反应。出于此原因，超级电容不能产生类似于电化学电池的电能。同样，没有电化学反应发生，就没有电子产生。作为结果，没有明显的电流在电解质109和极板106之间流动。相反，离子110，111在溶液中自我安排在极板106的表面以镜像表面电荷112并且形成绝缘“电双层”。在电双层中(即，表面电荷112的层和离子层110，111)，表面电荷112和离子110，111的间隔d3在纳米量级。双电层和在极板106的表面上的高表面积材料108的使用的结合允许大量电荷载流子储存在极板-电解质界面。在实施例中， 高表面积材料108包括碳纳米管和/或碳纳米角(nanohorn)。
超级电容器具有优于电池的几个优点，并且作为结果，在许多应用中已经威胁或者替代电池。它们通过提供大的突发电流向设备供电并且随后自我快速充电而实现功能。 它们的低内阻或者等效串联电阻允许它们发送并且吸收这些大电流，而传统化学电池的高内阻可能引起电池电压崩溃。同样，电池一般地同时要求长的充电周期，超级电容可以快速充电，通常在约几分钟内。它们还具有将电荷保持的时间远长于电池的能力，即使在多次充电之后。当与电池结合时，超级电容可以消除一般地作用在电池上的瞬时能量要求，从而延长电池寿命。
然而，电池要求经常维护并且仅能在小温度范围内工作良好，超级电容无需保养并且在宽温度范围内工作良好。超级电容还具有比电池更长的寿命并且可以坚持到至少其被用于供电的电子设备的寿命。另一方面，在设备的寿命期间电池典型地需要更换几次。
但是，超级电容不是没有缺点。除了能够存储比常规和电解电容器更多的能量外， 每单位重量的超级电容存储的能量明显低于电化学电池的能量。另外，超级电容的工作电压被电解质击穿电压限制，而电池不具有该问题。
在图2中，其示出了集成在挠性印刷电路(FPC)结构216中的超级电容。FPC结构 216的使用提供了“挠曲以安装解决方案(flex-to-installsolution)”。挠曲以安装指在设备组装期间能够弯曲或者折叠的电路，但是在设备的寿命期间其极少弯曲。如果FPC结构216充分耐久，那么其还可以适合动态挠曲应用，其中要求电路板在设备组装期间和之后都弯曲。
该装置包括两个FPC板201，每一个都包括导电材料层202。在此实施例中，在每个FPC板201上的导电材料层202的两面被电绝缘材料203的层涂敷。绝缘材料203的减少被用来限定在导电材料层202中的导电轨迹。绝缘材料203还用于保护导电材料202不受在外界环境影响。
每个FPC板201还包括具有导电区域205的电容元件204。导电区域205与导电材料层202电连接，例如通过垂直互连通路(VIA)连接206。在实施例中，电容元件204还包括在导电区域205顶部的高表面积材料207，材料207包括活性炭(AC)、多壁碳纳米管 (MWNT)、碳纳米角(CNH)、碳纳米纤维(CNF)以及碳纳米葱(CNO)中的一种或多种的混合物。 使用AC、MWNT、CNH、CNF和CN0，是因为它们的大电导率和高表面积。如前面所述，高表面积允许在电容元件204的表面上吸收大量电解质离子。
通过使用聚四氟乙烯(PTFE)作为接合剂和丙酮作为溶剂并且通过将不同比例的 AC、MWNT和CNH混合在一起以及通过搅拌混合物而均匀化，可以制备高表面积材料207。 在一个实施例中，通过在每个导电区域205的表面上辊涂混合物施加产生的浆料。然后在 50°C下退火FPC板20120分钟以去除溶剂并固化混合物。为了最大化其表面积和导电性， 作为薄膜向导电区域205施加高表面材料207。
如图2所示，配置FPC板201以便导电区域205 (现在涂敷有高表面积材料207) 互相面对，在其间夹住薄介质分隔体208。分隔体208防止电容元件204之间的直接物理接触(以及由此的电接触),但是包括大量孔209以使得当在电容元件204之间施加电势差时电解质离子向高表面积材料207移动。
可以由各种不同材料形成导电区域205，例如铜、铝或者碳。材料的选择影响超级电容器的物理和化学性能。使用碳，可以制造具有 3Ω的ESR的超级电容器。另外，可以通过增加电连接(VIA) 206的数目或尺寸减少在导电层202和导电区域205之间的电阻。还可以通过除去邻近导电区域205的绝缘材料203以便导电区域205可以直接沉积到导电层 202上来减少电阻。导电区域205还可以包括表面加工(涂敷)以保护导电区域205或者修改他们的结构或者材料特性。可能的表面材料包括镍-金、金、银或者有机表面保护(OSP) 材料。
如在背景部分所述，超级电容器可以用于向在便携电子设备中的多媒体增强模块供电。在本实施例中，FPC结构216 (其中集成了超级电容器)形成多媒体增强模块，模块的不同部件物理(并且电)连接到FPC板201。在图2中，表面安装的(SMD)LED210，两个陶瓷帽盖211，指示器LED212、指示器213和超级电容器充电器以及LED驱动电路214 (电)连接到上层FPC板201的导电层202，同时板到板(B2B)连接器215 (电)连接到下FPC板201 的导电层202。各种电部件可以焊接到或者ACF (各向异性导电膜)接触到FPC板201。导电层202用于输送到和来自超级电容器和模块部件的电力，并且B2B连接器215 (电)连接到FPC结构216到电子设备的主板。
在电容元件204之间需要电解质以使得能够储存电荷。为获得此目的，FPC板201 被配置为形成腔，在其中可以包含电解质。在图3a中以截面形式并且在图3b中以平面形式示出了腔。为了制造腔301，限定了围绕电容元件303的边界302，如图3b所示。然后FPC 板304在边界302处密封到一起以防止电解质305 (凝胶或者液态形式的电解质)在使用过程中泄漏或者蒸发。可以通过热压、真空封装或者标准的FPC冲击工艺密封FPC板304。 边界302的小区域(未示出)可以保持未密封直到电解质305被引入腔301。
在另一个实施例中，在FPC结构中并入环以形成腔。在此实施例中(未示出)，环位于电容元件303周围并且夹在FPC板304之间。在实践中，可以包括将第一 FPC板面向上放在平坦表面上；将环(其具有至少电容元件303的最大面内(in-plane)尺寸的直径)围绕此FPC板的电容元件；将环密封附着到FPC板；用电解质305填充环；将第二 FPC板面向下放在第一 FPC板的顶部以便第二 FPC板的电容元件包含在环中并且面向其它电容元件；以及将第二 FPC板密封附着到环。理想地，环的厚度应该基本与FPC结构的总厚度相同。然而，因为FPC板304的挠性，环的厚度可以偏离FPC结构的总厚度并且仍允许腔的形成。
在另一个实施例中，环可以包括孔。在此实施例中，可以通过孔将电解质引入腔并且随后密封以保持电解质305。
然而应该注意，腔301的厚度tl在图3a中被夸大。在实践中，电容元件303和分隔体306物理接触以最小化腔301的厚度。在另一个实施例中，电容元件303可以简单地互相分离。但是如果FPC结构物理上挠性，此配置可以除去对分隔体306的需要，但可能难以保持。
图4示出了操作中的图3a的挠性印刷电路结构的示意图。为了给装置充电，跨电容元件402、403施加电势差。这可以通过将电池(或其它电源)的正和负端子分别连接到各 FPC板404的导电层进行。然而，实践中FPC板404的导电层典型地连接到充电器电路(未示出)，其本身连接到电池或其它电源。电势差的应用极化电解质405，引起正离子406和负离子407分别被吸收到负402和正403充电电容元件的高表面积材料408的暴露表面上。 当超级电容器放电时，存储在高表面积材料408和电解质405之间的界面处的电荷可以用于给多媒体增强模块409的部件供电。
各种配置的变化可以用于给装置放电。在图5a和5b中示出的一种配置中，在FPC 板的导电层之间提供电连接器501。电连接器501允许电子从负充电电容元件502向正充电电容元件503流动。当装置充电时，为了防止电子的此流动，装置包括开关504，被配置为连接或者断开电连接器501 (即，形成或者断开连接)。电连接器501的断开允许装置被充电，同时电连接器501的连接允许装置被放电。可以在充电电路505中提供开关504。当开关504在图5a中的第一位置时，其将装置连接到电源506，允许电容元件502、503被充电。 一旦电容元件502、503被充电，开关504向图5b中的第二位置的移动断开装置与电源506 的连接并且将电容元件502、503连接到电部件508。这允许电子从负充电电容元件502向正充电电容元件503流动507，从而装置放电。电部件508可以电连接到FPC板中的一个或两个的导电层。一旦装置被放电，移动开关504再次返回图5a中的第一位置引起电源506 向装置再次充电。本领域的技术人员将明白，存在配置向装置充电和放电的电路的其它方法，图5a和5b中示出的结构只是一种可能执行方法。
图6a示意示出了包括金属互连的电连接器的示意图。电连接器可以包括如垂直互连通路(VIA)连接器的金属互连。为了形成此连接器，在每一个FPC板602、603的绝缘材料中制造(可以通过钻孔)孔601以显露导电材料层604 (由此形成FPC板602、603的总线)。然后使用局部镀敷工艺用导电涂层605(典型地如铜的金属)镀敷到每个孔601的内表面以便导电材料605与导电层604电接触。可选地，可以用导电材料、环或者铆钉填充孔洞 601以形成电连接。然后，分别在底603和顶602FPC板的顶表面607和底表面608上沉积导电衬垫606，与每个孔601的导电涂层605电接触。可以使用光刻步骤形成衬垫606，而且可以通过简单地将导电涂层605的沉积从孔601中扩展到FPC板602、603的表面607，608 而使用镀敷/填充工艺形成。一旦形成衬垫606，FPC板602、603 —个位于另一个的顶上。顶FPC板602的孔601与底FPC板603的孔601对准以便在底FPC板603的顶表面607上的衬垫606与顶FPC板602的底表面608上的衬垫606物理并电接触。以该方式，FPC板 602、603两者的衬垫606和导电涂层605形成在导电层604之间的电路径。然而，为了保持对准(以及由此的电连接)，FPC板602、603必须保持在适当位置。这可以使用在FPC板 602、603之间的粘接剂609获得以防止它们之间的移动。
图6b示意示出了包括导电粘接剂的电连接器的示意图。在实施例中，导电粘接剂是各向异性导电粘接剂(ACA)，包围各向异性导电膜(ACF)和各向异性导电浆糊(ACP)。ACA 材料由包含导电颗粒的粘接聚合物构成。
可以向FPC板的表面施加ACA以形成电连接。为了获得此目的，必须首先暴露导电材料层604。这通过分别除去绝缘材料610在底603和顶602FPC板的的导电材料层604 之上和之下的一些而进行(可以通过钻孔)。一旦导电材料层604暴露，ACA 611便沉积到底FPC板603的顶表面607，与导电材料层604的暴露材料物理接触。这可以使用用于ACF 的层压工艺或者用于ACP的分配或者印刷工艺进行。然后，顶FPC板602被放在底FPC板 603之上(即，它们互相对准)，并且两个FPC板602、603被压到一起以在底FPC板603上安装顶FPC板602。不使用热或者使用刚好足以引起ACA611稍微发粘的热进行安装步骤。
使用Hitachi 化学AC2051/AC2056作为ACA，要求在底FPC板603上成功安装顶 FPC板602的温度、压力和时间参数分别是80°C、10kgf/cm2和5秒。使用3M ACF7313作为 ACA，温度、压力和时间参数分别是100°C、l-15kgf/cm2和I秒。
接合是完成ACA组装所需的工艺的最后步骤。在层压和安装期间，温度范围可以从环境到100°c，加热I秒或者更少。然而，为了将FPC板602、603接合到一起，要求更大量的热能，首先引起ACA611流动(其允许FPC板602、603被安置以用于最大电接触)，并且其次固化ACA611 (其允许制造持久并且可靠的接合)。根据具体使用的ACA和FPC材料，要求的温度和加热时间的范围分别是从130-220°C和5-20秒。通过将接合工具头(未示出)按压在顶FPC板602上执行接合步骤。工具头保持在要求的温度并且以要求的压力和要求的时长施加到顶FPC板602。在工具头之下的整个区域上要求的压力范围从l_4MPa (^10-40kgf/ cm2)。
使用Hitachi 化学AC2051/AC2056作为ACA，要求顶FPC板602成功接合在底FPC 板603上的温度、压力和时间参数分别是170°C、20kgf/cm2和20秒。使用3M ACF7313作为ACA，温度、压力和时间参数分别是140°C、15kgf/cm2和8_12秒。
当ACA611被压紧时，包含在粘接聚合物中的导电颗粒被迫使彼此物理接触，从而产生从顶FPC板602的导电材料层604到底FPC板603的导电材料层604的电路径。电路径高度方向性(因为各向异性导电粘接剂)。其允许电流在Z-轴上流动，但是防止电流在 x-y平面上流动。此特征在本装置中很重要，因为其防止(或者最小化)电解质的电短路。当 ACA611固化时，导电颗粒被以压紧形式固定，从而在Z-轴中保持好的导电性。
在实施例中，导电压力设定粘接(PSA)被用于将FPC板接合到一起。PSA是一种粘接剂，其仅在压力下形成粘接接合。其被用于压力设定胶带、标签、标记带、汽车装饰以及广泛的各种其它产品。如名字所示，接合的程度受施加的压力的量的影响，但是如平整度、表面能、污染物等的表面因素同样影响粘接。通常设计PSA以在室温下形成和保持接合。分别在低温和高温下，粘接程度和剪切保持性能通常下降。然而，特殊的PSA被开发以在高于或者低于室温的温度下实现功能。因此，使用适合于电路的典型操作温度的PSA配方很重要。
如前所述，FPC板需要密封到一起，以形成腔并且防止电解质泄漏。导电或者非导电粘接剂可以用于此目的。在实施例中，用于提供FPC板之间的电连接的ACA或者导电PSA 还用于密封该结构。在此配置中，提供电连接器以及密封该结构的制造步骤被结合为单一步骤。在另一个实施例中，提供电连接器的步骤可以与密封该结构的步骤分开执行。在后面的实施例中，为每个步骤使用相同或者不同的粘接剂。
图6c示出了折叠挠曲形式的挠性印刷电路结构的示意图。在一个实施例中，单 FPC板612可以围绕其本身弯曲以限定腔，而不是使用两个分离的FPC板602、603 (虽然结构619的一侧仍需要密封以包含电解质)。此配置称为“折叠挠曲形式”。折叠挠曲形式的优点是导电层604从该结构的一侧613 (即，底FPC603)到另一侧614 (即，顶FPC602)连续。此特征消除了对为了向电部件615供电在FPC板602、603之间提供附加电连接器的需要。此外，为了控制装置的充电和放电，要求开关(未示出)形成或者断开电连接，否则，电荷将简单地围绕电池616 (或者其它电源)的相对端子之间的电路流动而不储存在电容元件 617,618 之间。
如前所述，超级电容的工作电压受电解质的击穿电压限制。典型地存在两种类型的电解质用于超级电容器-含水电解质(aqueous electrolyte)和有机电解质。用于使用含水电解质的超级电容器基元的最大电压是水的击穿电压， I. IV，因此优选这些超级电容器的每个基兀具有O. 9V的最大电压。依赖于使用的电解质和最大额定操作温度，有机电解质超级电容器被额定在每个基元2. 3-2. 7V的范围内。为了增加超级电容器的工作电压，几个超级电容器基元可以串联。
图7a示出了串联的FPC集成超级电容器701。在此配置中，总电容和最大工作电压分别通过下式给出1/C总zl/Ci+l/Q以及Vmax=VJVy因此，虽然相对于单个FPC集成超级电容器701的工作电压提高了，但是叠层的电容减少了。可以通过并联FPC集成超级电容器701提高电容，如图7b所示。在此配置中，总电容和最大工作电压分别通过下式给出 C总=CJC2以及Vmax=V1=Vy因此，虽然叠层的电容增加了，但是工作电压保持与单个FPC集成超级电容器701的工作电压相同。
为了测试FPC集成超级电容器的特性，使用具有四乙基四氟硼酸铵 (tetraethyl ammonium tetraf luoroborate )在乙臆中的IM溶液作为电解质的5cm2面积的超级电容器进行循环伏安实验。循环伏安法是动电位电化学测量的一种类型，其包括随着时间线性增加电极电势同时测量电流。该斜变率(ramping)公知为实验扫描速率(V/s )。在此情况下，使用50mV/s的扫描速率。一旦电压到达设定的电势，电势斜变反转。在单次实验期间此反转通常进行多次。然后，关于施加的电势绘制电流以给出循环伏安轨迹。
此实验产生了矩形轨迹(未示出)，表明好的电容特性。另外，在实验期间，施加的电压增加到2. 7V而没有劣化超级电容器的性能。
在此之后，研究了在超级电容器中的改变分隔体层的数目的影响。同样，使用具有四乙基四氟硼酸铵在乙腈中的IM溶液作为电解质的5cm2面积的超级电容器。发现，随着分隔体层的数目从I增加到2导致电容的增加和ESR的降低。当分隔体层的数目从2增加到3时，观察到了相同的趋势。这归因于可获得更大数量的孔以容纳电解质中的离子种10(species)，其可以允许更多的离子与高表面材料相互作用。然而，当增加分隔体层的数目超过3时，电容没有进一步的变化。
在±lmA处循环(+ImA用于基元充电并且-ImA用于基元放电，每个循环持续20 秒)的充电-放电(V)曲线(未示出)显示电容在250-649mF之间具有5. 35-1.8Ω之间的 ESR0从其中C=I/ (dV/dt)的放电曲线的斜率推断电容，c是以法拉计的基于电容，I是以安培计的放电电流并且dV/dt是以伏特每秒计的斜率。使用ESR=dV/dI计算直流ESR，其中 dV是在放电开始时以伏特计的电压下降并且dl是以安培计的电流变化。
还研究了超级电容器中高表面材料的变化的影响。测试了三个配方的高表面材料97%的活性碳和3%的PTFE (接合剂)，(ii)87%的活性碳、10%碳纳米管和3%PTFE，以及(iii)77%的活性碳、20%碳纳米管和3%PTFE。再次，使用具有四乙基四氟硼酸铵在乙腈中的IM溶液作为电解质的5cm2面积的超级电容器进行这些实验。
循环伏安实验对每个样品都产生矩形轨迹(未示出)，表明好的电容特性。另外，在 ±lmA处循环的充电-放电(V)曲线(未示出)显示电容分别为476、500和649mF，分别具有2.3、I. 8和I. 8Ω的ESR。随纳米管含量的电容的增加和ESR的减少归因于碳纳米管的高表面积和高导电性。
图8示出了包括FPC集成超级电容器802的电子设备801的示意图。该设备还包括处理器803、多媒体装置804和存储介质805，其通过数据总线806互相电连接。设备 801可以是便携通信设备，同时多媒体装置804可以是内置相机、扩音器或者电磁信号的发送器。
FPC结构802 (其中集成了超级电容器)形成了用于多媒体装置804的多媒体增强模块。超级电容器本身用于存储电荷用于向与FPC板物理(并且电)连接的多媒体增强模块的不同部件供电。多媒体增强模块可以是照相机闪光模块、扩音器驱动模块或者用于电磁信号传输的功率放大模块。
处理器803被配置为一般地通过向其它设备部件提供信号或者从其它设备接收信号以管理它们的操作而操作设备801。具体地，处理器335被配置为提供信号以控制FPC 集成超级电容器802的充电和放电。典型地，无论何时多媒体增强模块要求短电流突发，超级电容器802将放电。例如，在多媒体装置804是照相机时，无论何时801的使用者希望使用照相机闪光灯照相，就要求电流的短突发。在此实施例中，处理器803提供信号以命令超级电容器802放电并且用要求的电流提供给闪光灯。在超级电容器802放电后，处理器803 命令超级电容器802使用连接的电池(或其它电源)充电。因此，超级电容器802的使用消除了一般地放置在电池上的瞬时能量要求。处理器803可以提供信号以操作开关，配置开关操作以断开以及形成在FPC板之间的电连接以分别弓I起超级电容器802的充电和放电。
存储介质805被配置为储存操作装置所需的计算机代码。存储介质805还可以被配置为存储设备设定。例如，存储介质805可以被用于存储用于各种电部件(例如，多媒体增强模块部件或者多媒体装置804的部件)的特定电流/电压设定。具体地，存储介质805 可以被用于存储超级电容器802的电压设定。处理器803可以访问存储介质805以在指示使用电池给超级电容器802充电前检索期望的信息。存储介质805可以是如易失性随机访问存储器的暂存寄存器介质。另一方面存储介质805可以是如硬盘驱动、闪存或者非易失性随机访问存储器的永久存储介质。1
图9示意示出了根据一个实施例的提供计算机程序的计算机/处理器可读介质 901的示意图。在此实例中，计算机/处理器可读介质901是如数字多功能光盘(DVD)或者光盘(CD)的盘片。在另一个实施例中，计算机/处理器可读介质901可以是任意介质，该介质以执行发明功能的方式编程。计算机/处理器可读介质可以是如记忆棒或者存储卡(SD， mini SD或者micro SD)的可移除存储装置。
计算机程序可以包括计算机代码，其被配置为控制装置的充电和放电，该装置包括第一和第二电路板以及电解质，第一和第二电路板中的每一个都包括电容元件，配置该装置以便在第一和第二电路板之间限定腔，电容元件包含在腔中并且互相面对，腔包括电解质，其中该装置被配置为当在电容元件之间施加电势差时存储电荷，该装置还包括在第一和第二电路板之间的电连接器以及开关，电连接器被配置为使得电荷能够从电容元件流动以便当装置放电时向一个或多个电部件供电，开关被配置为连接或者断开电连接器，电连接器的断开被配置为允许装置被充电，并且电连接器的连接被配置为允许装置放电，计算机程序包括计算机代码，其被配置为操作开关以引起装置的充电和放电。
图10示出了根据本发明的示范性实施例的方法的示意图。在1001处，提供第一和第二电路板。在1002处，电路板被配置为限定腔。在1003处，在腔中提供电解质。在1004 处，在电路板之间提供电连接器。
没有以任何方式限制下面出现的权利要求的范围、解释或者应用，这里公开的一个或多个示范性实施例的技术效果是提供了一种紧凑的超级电容器结构。这里公开的一个或多个示范性实施例的另一个技术效果是超级电容器没有受电解质膨胀影响。这里公开的一个或多个示范性实施例的另一个技术效果是超级电容器结构具有适合于附加到便携电子设备的电路板上的形状因子(form factor)。这里公开的一个或多个示范性实施例的另一个技术效果是在组装阶段中的制造步骤的数目的减少。这里公开的一个或多个示范性实施例的另一个技术效果是超级电容器可以靠近负载电路实施。这里公开的一个或多个示范性实施例的另一个技术效果是可以从本地电源接收功率而没有通过电连接(例如，连接器、 过孔、簧针(pogo pin)、焊料接触等等)引起的阻性和感性损耗。
技术读者应该明白，可以通过安排的装置提供任何提及的装置/设备/服务器和 /或具体提及的装置/设备/服务器的其它特征以便它们被配置为仅当被激活例如开启等等时进行期望的操作。在这样的情况中，它们在未被激活(例如，断开状态)时不必具有加载在活性存储器中的合适软件并且仅在激活状态(即，合上状态)时加载合适的软件。该装置可以包括硬件电路和/或固件。该装置还可以包括加载在存储器中的软件。这样的软件/ 计算机程序可以被记录在相同的存储器/处理器/功能单元上和/或一个或多个存储器/ 处理器/功能单元上。
在一些实施例中，具体提及的装置/设备/服务器可以用合适的软件编程以进行期望的操作，并且其中该合适的软件可以通过由用户下载密钥而激活使用，例如，解锁/激活软件以及其相关功能。与这样的实施例相关的优点包括当设备要求另外的功能时减少对下载数据的要求，并且这在设备被认为具有足够的容量以存储用于不能被使用者激活的功能的这样的预-编程软件的实例中是有用的。
应该明白，任意提及的装置/电路/元件/处理器都可以具有除了提及的功能以外的其他功能，并且这些功能可以通过相同的装置/电路/元件/处理器执行。一个或多个公开的方面将涵盖相关计算机程序和记录在合适载体(例如，存储器，信号)上的计算机程序(源/传输编码)的电子分布。
应该明白，这里描述的任何“计算机”可以包括位于或者不位于相同电路板上或者电路板的相同区域/位置上或者甚至相同设备上的一个或多个独立处理器/处理元件的集合。在一些实施例中，一个或多个任何提及的处理器可以分布在多个设备上。相同或者不同的处理器/处理元件可以执行这里描述的一个或多个功能。
通过参考任意提及的计算机和/或处理器和存储器(例如，包括ROM、⑶-ROM等) 的任意讨论，这些可以包括计算机处理器、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)和/或以这样的方式编程以执行发明功能的其它硬件部件。
申请人由此单独公开了本文描述的每个分立特征和两个或更多这样的特征的组合并到达这样的程度，特征或者组合能够基于本说明作为整体执行，从本领域的技术人员的普通基础知识来看，不管这样的特征或者特征组合是否解决这里公开的任意问题，并且不限制权力要求的范围。申请人指出公开的方面/实施例可以由任意这样的单独特征或者特征的组合构成。从前述观念看，本领域的技术人员将明白，可以在本公开的范围内进行各种修改。
虽然当实施其不同实施例时示出并且描述并且指出了基本的新特征，应该明白本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神下进行描述的设备方法的形式和细节的各种省略和替代。例如，其明确指出以基本相同的方法执行基本相同功能以获得相同的结果的这些元件的所有组合和/或方法步骤都在本发明的范围内。另外，应该认识到联系任意公开的形式或者实施例的示出和/或描述的该结构和/或元件和/或方法步骤可以包含在任意其它公开的或者描述的或者建议的形式或者实施例，作为设计选择的一般事件。另外，在权利要求中，装置加功能条款旨在覆盖这里描述的结构作为执行列举的功能以及不仅是结构等价物而且是等价结构。因此，虽然钉子和螺丝可以不是结构等价，因为钉子采用圆柱表面以将木质部件固定在一起，然而螺母采用螺旋表面以拴紧木质部件，当钉子和螺母可以被认为是等价结构。
权利要求
1.一种装置，包括第一和第二电路板以及电解质，所述第一和第二电路板均包括电容元件，所述装置被配置为在所述第一和第二电路板之间限定腔，所述电容元件被包含在所述腔中并且互相面对，所述腔包括所述电解质，所述装置被配置为在所述电容元件之间施加电势差时储存电荷，以及所述装置还包括在所述第一和第二电路板之间的电连接器，所述电连接器被配置为使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电。
2.根据权利要求I的装置，所述装置还包电源，被配置为在所述电容元件之间施加所述电势差。
3.根据权利要求I的装置，所述装置还包括配置为连接或断开所述电连接器的开关， 其中所述电连接器的断开被配置为允许所述装置充电并且所述电连接器的连接被配置为允许所述装置放电。
4.根据权利要求I的装置，其中在所述第一和第二电路板之间的所述电连接器包括导电粘接剂。
5.根据权利要求4的装置，其中所述导电粘接剂包括下述中的一种或多种各向异性导电粘接剂和导电压力设定粘接剂。
6.根据权利要求I的装置，其中所述第一和第二电路板被密封在一起以在所述腔中包含所述电解质。
7.根据权利要求I的装置，其中在所述第一和第二电路板之间的所述电连接器还包括导电粘接剂，所述导电粘接剂还被配置为将所述第一和第二电路板密封在一起以在所述腔中包含所述电解质。
8.根据权利要求I的装置，其中在所述第一和第二电路板之间的所述电连接器包括金属互连，其被配置为物理并电连接所述第一和第二电路板。
9.根据权利要求I的装置，其中所述第一和第二电路板是围绕其自身弯曲以限定所述腔的同一电路板的不同端部。
10.根据权利要求I的装置，其中所述一个或多个电部件与所述一个和第二电路板中的一个或两个物理并电连接。
11.根据权利要求I的装置，其中所述装置被配置为是挠性的。
12.根据权利要求I的装置，其中所述装置形成多媒体增强模块的一部分。
13.根据权利要求I的装置，其中所述装置被配置为用于便携电子设备。
14.一种方法,包括提供第一和第二电路板，所述第一和第二电路板均包括电容元件；配置所述第一和第二电路板以在所述第一和第二电路板之间限定腔，其中所述电容元件包含在所述腔中并且互相面对；在所述腔中提供电解质；在所述第一和第二电路板之间提供电连接器以制造装置，所述装置包括所述第一和第二电路板、所述电解质和所述电连接器，配置所述装置以在所述电容元件之间施加电势差时储存电荷，以及配置所述电连接器以使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电。
15.根据权利要求14的方法，其中在所述第一和第二电路板之间提供电连接器包括将所述第二电路板用导电粘接剂附接到所述第一电路板。
16.根据权利要求15的方法，其中将所述第二电路板附接到所述第一电路板包括向所述第一电路板的表面施加所述导电粘接剂；将所述第二电路板和所述第一电路板对准；将所述第二电路板设置到所述第一电路板的顶上与所述导电粘接剂物理接触；以及施加压力和热中的至少一种以将所述第二电路板通过所述导电粘接剂接合到所述第一电路板。
17.根据权利要求14的方法，其中在所述第一和第二电路板之间提供电连接器，包括在所述第一和第二电路板中制造一个或多个孔以显露总线；用导电材料镀敷所述孔以形成与各所述总线的电接触；以及对准所述第一电路板的所述孔和所述第二电路板的所述孔以便在所述第一电路板中的所述孔的所述导电材料与在所述第二电路板中的所述孔的所述导电材料电接触从而提供各所述总线的电连接。
18.一种计算机程序产品，包括被配置为控制装置的充电和放电中的至少一个的计算机代码，所述装置包括第一和第二电路板以及电解质，所述第一和第二电路板均包括电容元件，所述装置被配置为在所述第一和第二电路板之间限定腔，所述电容元件被包含在所述腔中并且互相面对，所述腔包括所述电解质，所述装置被配置为在所述电容元件之间施加电势差时存储电荷。所述装置还包括在所述第一和第二电路板之间的电连接器以及开关，所述电连接器被配置为使来自所述电容元件的电荷流动以在所述装置放电时向一个或多个电部件供电，所述开关被配置为连接或者断开所述电连接器，其中所述电连接器的断开被配置为允许所述装置充电并且所述电连接器的连接被配置为允许所述装置放电，所述计算机程序产品包括被配置为操作所述开关以使所述装置充电和放电的计算机代码。
全文摘要
根据本发明的示范性实施例，提供了一种装置，包括第一和第二电路板(201)以及电解质，第一和第二电路板均包括电容元件(204)，该装置被配置为在第一和第二电路板之间限定腔，该电容元件(204)包含在该腔中并且互相面对，该腔包括电解质，该装置被配置为在电容元件之间施加电势差时储存电荷并且该装置还包括在第一和第二电路板之间(201)的电连接器，该电连接器被配置为使来自电容元件的电荷流动以在装置放电时向一个或多个电部件供电。
文档编号H01G11/84GK102939636SQ201180029307
公开日2013年2月20日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年6月15日
发明者M·A·K·罗瓦拉, T·冯劳纳 申请人:诺基亚公司