固态电容器的制造方法与流程

本发明涉及电解电容器技术领域，特别涉及一种固态电容器的制造方法。

背景技术：

固体电解电容器相比较普通的液体电解电容器，其电性能很突出，具有等效串联电阻(esr)低、耐纹波电流高、使用寿命长、性能稳定等优点。随着电子产品的不断升级换代，其功能及性能的不断提高，对电容器的高频特性要求也越来越高，人们做出不同的安装方式来实现不同的安装要求，同时还通过各种途径来降低固体电解电容器的等效串联电阻(esr)，以满足电容器的高频特性。

目前，固态电容器的制造方法包括依次进行的卷绕形成芯包的步骤，碳化步骤，对芯包进行化成修复处理的化成步骤，含浸单体步骤，含浸氧化剂步骤，加热聚合步骤，封装步骤以及老化步骤，其中化成步骤也是十分的重要，其化成的结果直接影响电容器的esr值。

然而，在现有技术中，其采用的化成步骤包括：将多个芯包紧密排列在传载架上并形成多个芯包排，并使各芯包排内的各个芯包上的正极引出片排成一排，然后用夹板将所述一排正极引出片的自由端夹住，最后将载架放入装有化成液的化成槽内，夹板连接电源正极，加电进行化成，所述夹板包括由酚醛树脂构成的一对夹板本体和设置于一对夹板本体的内表面上用于夹持正极引出片的铝带。

根据上述的化成方法，在实际操作中发现：这种将化成液通过传递框或化成槽相连接成为负极的化成方式有个致命的问题，就是正极箔接上电压后，虽然是与负极箔之间隔有电解纸，但由于化成液有一定的电阻值，在液体中有一定的压降，这样负极箔必然会承担一定的电压值，由于负极的耐压很低，承受电压后，表面的功能层会有一定程度的损坏，特别是正负箔有毛刺后，施加在负极箔上的电压更高，负极箔破坏更加严重。破坏的结果会表现为esr串联等效电阻升高，而且esr值的大小波动较大，产品均一性不好，不良率较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的固态电容器的制造方法，其不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的esr值的大小波动幅度小，产品的均一性好，不良率下降。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种固态电容器的制造方法，该固态电容器包括铝壳、设置于铝壳内的芯包、设置在芯包顶部且与铝壳密封连接的盖板、正极端子、负极端子、正极引出片、负极引出片，其中芯包包括正极箔、负极箔、设置在正极箔与负极箔之间的电解纸以及聚合物电解质，该制造方法包括依次进行的卷绕芯包步骤、化成步骤、含浸步骤、加热聚合步骤、封装步骤以及老化步骤，该卷绕芯包步骤为：用电解纸夹以正极箔和负极箔，卷成芯包，其中正极引出片、负极引出片的一端分别与正极箔和负极箔相连接，另一端部为自由端；化成步骤为：将芯包放入化成槽中，同时采用夹具分别将正极引出片和负极引出片的自由端与化成电源的正极和负极电连接，化成时，同时对芯包的正极箔和负极箔通电；电解纸由三层无纺布构成，其中上层和下层分别为厚度10～30μm的涤纶纺粘无纺布；中间层为厚度10～40μm的pet无纺布，构成涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成pet无纺布的pet纤维的平均直径为0.5～2.0μm。

优选地，化成步骤中，将芯包竖立放置在化成槽内，正极引出片和负极引出片的自由端位于芯包的顶部并朝上设置。

优选地，化成槽内的化成液液位与芯包的上边沿齐平。

进一步的，多个芯包划分成多个芯包排，且每相邻的两个芯包排上的芯包相错开设置。

根据本发明的一个具体实施和优选方面，夹具包括与多个芯包排一一对应设置的夹模，该夹模包括沿着芯包排长度方向延伸的绝缘夹板、位于绝缘夹板两侧的正极连接条和负极连接条，其中正极连接条和负极连接条沿着绝缘夹板长度方向延伸，正极引出片和负极引出片的自由端分别与正极连接条和负极连接条电连接，正极连接条和负极连接条分别与化成电源的正极和负极电连接。

优选地，绝缘夹板的材质为环氧树脂或硅橡胶。本例中，绝缘夹板为酚醛树脂板。

根据本发明的又一个具体实施和优选方面，该制造方法还包括在化成步骤之后、含浸步骤之前，对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的步骤，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为20℃～100℃；干燥在温度110～150℃下进行1～3小时。

根据本发明的又一个具体实施和优选方面，含浸步骤包括含浸单体步骤和含浸氧化剂步骤，其中含浸单体步骤为：将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，所述单体为噻吩类物质；含浸氧化剂步骤为：芯包置于盛装氧化剂的含浸槽内，先进行2～10分钟的常压含浸，再进行1～4分钟的真空含浸，再进行2～10分钟的加压含浸，其中，所述氧化剂为对甲苯磺酸或对甲苯磺酸盐，所述常压含浸是指将内为常压的芯包直接浸渍于氧化剂中，所述真空含浸是指先将芯包内部抽真空至真空度为70～100kpa，然后再浸渍于氧化剂中；所述加压含浸是指向芯包内部通入压缩空气至压力为2～4atm，然后再浸渍于氧化剂中。

优选地，化成液为磷酸系化成液、硼酸系化成液或己二酸铵系化成液。

此外，上述的固态电解电容器还包括固定设于盖板上表面上用于将电容器与线路板相焊接的连接件以及填充在所述铝壳内侧壁与芯包外壁之间用于使二者之间完全没有空隙的填充体。

进一步的，连接件的形状为牛角焊针、焊片或螺栓；填充体为环氧树脂或硅橡胶。

优选地，封装步骤为：将芯包与盖板连接，然后放入铝壳中，注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，并固化，使铝壳内侧壁与芯包外壁之间充满了所述环氧树脂和/或硅胶，而完全没有空隙，盖板包括酚醛树脂板层和固定设于所述酚醛树脂板层上表面的橡胶层，盖板的上表面设有用于将电容器与线路板相连接的连接件，正极端子和负极端子分别与正极引出片和负极引出片在盖板处相连接。

优选地，以额定电压的0.5倍，1倍，1.2倍分别对电容器施加电压进行老化处理，老化温度为85℃～150℃，老化时间为30～150分钟。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明不仅能够降低电容器的串联等效电阻，而且同批次电容器的esr值的大小波动幅度小，产品的均一性好，不良率降低。

附图说明

图1为实施例1的电容器的剖视示意图；

图2为图1中芯包的结构示意图；

图3为图1中芯包和盖板展开状态示意图(未安装)；

图4为图1中盖板的俯视示意图；

图5为图1中电解纸的结构示意图；

图6为实施例1和2电容器处于化成步骤中的局部示意图；

图7为实施例1和2电容器处于化成步骤中的主视示意图；

图8为对比例1和2电容器处于化成步骤中的局部示意图；

图9为对比例1和2电容器处于化成步骤中的主视示意图；

其中：1、铝壳；2、芯包；20、正极箔；21、负极箔；22、电解纸；3、盖板；30、酚醛树脂板层；31、橡胶层；32、凸柱；4、正极端子；5、负极端子；6、正极引出片；7、负极引出片；8、连接件(牛角焊针或螺栓)；9、填充体；10、绝缘塑料板；11、胶管；a、化成槽；b、夹具；b1、夹模；b10、绝缘夹板；b11、正极连接条；b12、负极连接条；c1、上层；c2、中间层；c3、下层；12、夹棍。

具体实施方式

本发明旨在通过对电容器的制造方法进行改进，以实现电容器产品小型化以及降低产品的串联等效(esr)，提高产品的抗纹波能力。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参阅图1至图7，本实施例提供一种固态电解电容器，其包括铝壳1、设置于铝壳1内的芯包2、设置在芯包2顶部且与铝壳1密封连接的盖板3、正极端子4、负极端子5，芯包2包括正极箔20、负极箔21、设置在正极箔20与负极箔21之间的电解纸22以及聚合物电解质(图中未显示)，其中电解纸分为上、中、下三层，该三层无纺布复合而成，其中上层c1和下层c3分别为厚度约20μm的涤纶纺粘无纺布；中间层c2为厚度25μm的pet无纺布，构成涤纶纺粘无纺布的涤纶纤维的平均直径为10～20μm，构成pet无纺布的pet纤维的平均直径为0.5～2.0μm。

具体的，盖板3包括酚醛树脂板层30和固定设于酚醛树脂板层30上表面的橡胶层31。

进一步的，在盖板3上自酚醛树脂板层30的下表面向下延伸形成有凸柱32，芯包2的顶端形成有孔(图中未显示)，凸柱32插入孔中将盖板3与芯包2压紧连接。

本例中，上述的固态电解电容器还包括正极引出片6和负极引出片7，正极引出片6的下端与正极箔20连接、上端与盖板3连接，负极引出片7的下端与负极箔21连接、上端与盖板3连接。正极端子4和负极端子5分别与正极引出片6和负极引出片7在盖板3处相连接。

进一步的，正极引出片6和负极引出片7的上端分别通过铆钉铆接在盖板3(酚醛树脂板层30)上。

进一步的，正极引出片6和负极引出片7分别有多组，多组正极引出片6和多组负级引出片7分别沿着芯包2的径向分布，且多组正极引出片6的上端均与正极端子4连接，多组负极引出片7的上端均与负极端子5连接。非常适于做成较大容量的电容器。

同时，本例中固态电解电容器还包括固定设于盖板3上表面上用于将电容器与线路板相焊接的连接件8以及填充在铝壳1内侧壁与芯包2外壁之间用于使二者之间完全没有空隙的填充体9。该填充体9的设置有两个作用，一是便于芯包2的定位(稳定性)；二是提高绝缘和密封效果。

具体的，连接件8的形状为牛角焊针、焊片或螺栓。本例中，采用了牛角焊针。填充体9为环氧树脂或硅橡胶。

本例中，在化成时所采用的化成设备，其包括化成槽a、用于将芯包2的正极引出片6和负极引出片7与化成电源相电连接的夹具b。

具体的，多个芯包2在化成时，成排的放置在化成槽a中，因此，形成多个芯包排，同时正极引出片6和负极引出片7的自由端位于芯包的顶部并朝上设置。

进一步的，相邻两个芯包排上的芯包相错位设置，这样化成槽a内可以多放几组芯包排。

每个芯包排对应一个夹具b，该夹具b包括与多个芯包排一一对应设置的夹模b1，该夹模b1包括沿着芯包排长度方向延伸的绝缘夹板b10、位于绝缘夹板b10两侧的正极连接条b11和负极连接条b12，其中正极连接条b11和负极连接条b12沿着绝缘夹板b10长度方向延伸，正极引出片6和负极引出片7的自由端分别与正极连接条b11和负极连接条b12电连接，正极连接条b11和负极连接条b12分别与化成电源的正极和负极电连接。

绝缘夹板b10的材质为环氧树脂或硅橡胶。本例中，绝缘夹板b10为酚醛树脂板。

此外，铝壳1的底端面上设有绝缘塑料板10。铝壳1的外周包覆有绝缘胶管11，该胶管11由热收缩材料构成。

同时，本例中固态电容器的制造方法包括依次进行的下列步骤：

(1)、采用化成电压为72vf的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入上述的电解纸并卷绕成理论容量为3000μf的芯包；

(2)、将卷绕后的芯包成排的放置在化成槽中，同时将每排的每个芯包的正极箔和负极箔分别通过正极引出片和负极引出片自芯包的顶部向上引出并形成自由端，然后通过夹具将正极引出片和负极引出片的自由端分别与化成电源的正极和负极相电连通，接着向化成槽中加入化成液(10wt％磷酸二氢铵水溶液)，先浸泡10分钟，然后同时对芯包的正极箔和负极箔通电，并在化成电压为72v的条件下，化成40分钟，完成化成修复处理；

(3)、对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为70℃；干燥在温度130±5℃下进行2小时；

(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间5分钟，具体的，将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，该单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包2/3高度处于含浸液面以下；

(5)、将单体含浸后的芯包在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体的先进行2～8分钟的常压含浸，再进行1～3分钟的真空含浸，最后进行2～3分钟的加压含浸。

(6)、进行加热聚合，并采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为42±2℃，聚合时间为4小时；第二段聚合温度为65±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为87±2℃，聚合时间为2小时；第四段聚合温度为145±2℃，聚合时间为1小时；

(7)、将芯包与盖板连接，然后放入铝壳中，注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，并固化，使铝壳内侧壁与芯包外壁之间充满了所述环氧树脂和/或硅胶，而完全没有空隙，盖板包括酚醛树脂板层和固定设于所述酚醛树脂板层上表面的橡胶层，盖板的上表面设有用于将电容器与线路板相连接的连接件，正极端子和负极端子分别与正极引出片和负极引出片在盖板处相连接；

(8)、分段式老化处理和分选测试：以17.5v电压施加20分钟，再以35v电压施加20分钟，最后以42v电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10pcs进行测试。结果参见表1。

表1

对比例1

本实施例涉及的电容器结构与实施例1完全相同，不同之处在于具体的成型步骤(结合图8和图9)：

1)、采用化成电压为72vf的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入上述的电解纸并卷绕成理论容量为3000μf的芯包；

2)、将芯包成排的放置在化成槽中，同时将每排的每个芯包的正极箔和负极箔分别通过正极引出片和负极引出片自芯包的顶部向上引出并形成自由端，然后用夹棍12将一排正极引出片的自由端夹住，接着向化成槽中加入化成液(10wt％磷酸二氢铵水溶液)，先浸泡10分钟，然后对芯包的正极箔通电，并在化成电压为72v的条件下，化成35分钟，即完成正极箔的化成修复；

3)、化成完成后，对芯包进行清洗，并在温度130±5℃下干燥，其干燥的时间为2小时；

4)、含浸单体，将化成、清洗、烘干后的传递框和位于其内的芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，然后在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时；

5)、再含浸氧化剂，具体的采用专用含浸装置，将芯包放入专用含浸装置长形含浸槽，接着进行4～7分钟的常压含浸，再进行2～3分钟的真空含浸，再进行3～6分钟的加压含浸；

6)、加热聚合,采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为42±2℃，聚合时间为4小时；第二段聚合温度为65±2℃，聚合时间为1小时；第三段聚合温度为87±2℃，聚合时间为2小时；第四段聚合温度为145±2℃，聚合时间为1小时；

7)、封装,将芯包与盖板连接，然后放入铝壳中，注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，抽真空，在120±2℃的条件下固化，再次注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，抽真空，在80℃的条件下固化，使铝壳内侧壁与芯包外壁之间充满了环氧树脂和/或硅胶，而完全没有空隙，最后卷边封口；

8)、老化，将封装后的电容器的正极连接电源正极，以17.5v电压施加20分钟，再以35v电压施加20分钟，最后以42v电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10pcs进行测试。结果参见表1。

表2

因此，由实施例2与对比例1进行比较，显然得出，实施例2中的电容器产品在esr125℃5000小时后测试值更小，同时值大小的变动幅度也小，产品的均一性更好。

实施例3

本实施例提供的固体电容器产品的制造方法，其包括依次进行的如下步骤：

(1)、采用化成电压为105vf的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸并卷绕成理论容量为7390μf的芯包；

(2)、将卷绕成型的芯包成排的放置在化成槽中，同时将每排的每个芯包的正极箔和负极箔分别通过正极引出片和负极引出片自芯包的顶部向上引出并形成自由端，然后通过夹具将正极引出片和负极引出片的自由端分别与化成电源的正极和负极相电连通，接着向化成槽中加入化成液(10wt％磷酸系化成液)，先浸泡10分钟，然后同时对芯包的正极箔和负极箔通电，并在化成电压为105v的条件下，化成40分钟，完成化成修复处理；

(3)、对芯包依次进行去离子水中清洗和干燥的工序，其中去离子水的电阻率不小于5mω，水温为80℃；干燥在温度130±5℃下进行2小时；

(4)、对芯包进行单体含浸，含浸时间3分钟，具体的，将芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，该单体为噻吩类物质，且进行单体含浸时，芯包的2/3高度处于含浸液面以下；

(5)、将单体含浸后的芯包在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时，接着将芯包再放入盛装氧化剂的槽内进行含浸，具体的先进行2～5分钟的常压含浸，再进行1～2分钟的真空含浸，最后进行3～6分钟的加压含浸。

(6)、进行加热聚合，并采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为40±2℃，聚合时间为5小时；第二段聚合温度为62±2℃，聚合时间为2小时；第三段聚合温度为85±2℃，聚合时间为3小时；第四段聚合温度为140±2℃，聚合时间为5小时；

(7)、将芯包与盖板连接，然后放入铝壳中，注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，并固化，使铝壳内侧壁与芯包外壁之间充满了所述环氧树脂和/或硅胶，而完全没有空隙，盖板包括酚醛树脂板层和固定设于所述酚醛树脂板层上表面的橡胶层，盖板的上表面设有用于将电容器与线路板相连接的连接件，正极端子和负极端子分别与正极引出片和负极引出片在盖板处相连接；

(8)、分段式老化处理和分选测试：以25v电压施加20分钟，再以50v电压施加20分钟，60v电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10pcs进行测试。结果参见表3。

表3

对比例2

本例提供的电容器产品的制造方法，其包括如下步骤(结合图8和图9)：

1)、采用化成电压为105vf的正极箔，采用电容量无穷大的负极箔，在正极箔和负极箔之间介入实施例1提供的电解纸并卷绕成理论容量为7390μf的芯包；

2)、将芯包成排的放置在化成槽中，同时将每排的每个芯包的正极箔和负极箔分别通过正极引出片和负极引出片自芯包的顶部向上引出并形成自由端，然后用夹棍12将一排正极引出片的自由端夹住，接着向化成槽中加入化成液(10wt％磷酸二氢铵水溶液)，先浸泡10分钟，然后对芯包的正极箔通电，并在化成电压为105v的条件下，化成35分钟，即完成正极箔的化成修复；

3)、化成完成后，对芯包进行清洗，并在温度140±5℃下干燥，其干燥的时间为1小时；

4)、含浸单体，将化成、清洗、烘干后的传递框和位于其内的芯包整体移至盛装单体溶液的槽内进行含浸，然后在50℃条件下烘干，烘干的时间2小时；

5)、再含浸氧化剂，具体的采用专用含浸装置，将芯包放入专用含浸装置长形含浸槽，接着进行2～5分钟的常压含浸，再进行1～2分钟的真空含浸，再进行2～5分钟的加压含浸；

6)、加热聚合,采用四段式聚合，其中第一段聚合温度为38±2℃，聚合时间为6小时；第二段聚合温度为60±2℃，聚合时间为3小时；第三段聚合温度为85±2℃，聚合时间为3.5小时；第四段聚合温度为140±2℃，聚合时间为2小时；

7)、封装,将芯包与盖板连接，然后放入铝壳中，注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，抽真空，在125±2℃的条件下固化，再次注入环氧树脂或硅胶或二者的组合，抽真空，在80℃的条件下固化，使铝壳内侧壁与芯包外壁之间充满了环氧树脂和/或硅胶，而完全没有空隙，最后卷边封口；

8)、老化，将封装后的电容器的正极连接电源正极，然后以25v电压施加20分钟，再以50v电压施加20分钟，60v电压施加40分钟进行老化处理，老化温度125±10℃。老化结束抽取10pcs进行测试。结果参见表4。

表4

因此，由实施例3与对比例2进行比较，显然得出，实施例3中的电容器产品在esr125℃5000小时后测试值更小，同时值大小的变动幅度也小，产品的均一性更好。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。