用于电容器组件的导热封装材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电容器组件，其包括壳体、被气密密封于壳体内的电容器元件以及至少部分地封装电容器元件的导热材料。电容器元件包括烧结的阳极体、覆盖阳极体的电介质以及覆盖电介质的固体电解质。导热材料具有根据ISO 22007-2:2014确定的约1W/m-K或更大的热导率。
【专利说明】用于电容器组件的导热封装材料
【背景技术】
[0001] 对于在诸如包括如防抱死制动系统、发动机系统、安全气囊、客舱娱乐系统等汽车 应用的极端环境电子电路中使用的电容器的性能特征改进而言，电容器设计的许多具体方 面一直是关注点。固体电解电容器(例如，粗电容器)对于电子电路的微型化作出了主要贡 献，并且使得运种电路在极端环境中的应用成为可能。常规的固体电解电容器可通过W下 步骤来形成：围绕金属导线压制金属粉末(例如，粗），烧结所压制的构件，使所烧结的阳极 阳极化，并在此后施加固体电解质W形成电容器元件。在汽车应用中，电容器组件可能需要 具有较高的电容(例如，约100微法拉至约500微法拉），在高电压下(例如，约50伏特至约150 伏特)运行，且维持暴露于高溫(例如，约l〇〇°C至约150°C)和高纹波电流下(例如，约25安培 至约100安培)而无故障。由于电容器组件暴露于高纹波电流下可导致在电容器组件内产生 高溫，如果不能充分散热，可损坏电容器组件并降低其可靠性。因此，目前需要暴露于高纹 波电流环境下时具有改善的散热能力的电容器组件。
【发明内容】
[0002] 根据本发明的一个实施方案，公开了一电容器组件，其包括壳体、气密密封于所述 壳体内的电容器元件W及至少部分地封装所述电容器元件的导热材料。所述电容器元件包 括烧结的阳极体，覆盖所述阳极体的电介质W及覆盖所述电介质的固体电解质。所述导热 材料具有根据ISO 22007-2:2014确定的约IW/m-K或更大的热导率。
[0003] 本发明的其它特征和方面在W下进行更详细的阐述。
【附图说明】
[0004] 针对本领域技术人员，将结合附图在说明书的其余部分中更具体地阐述本发明的 完整的和可实施的公开内容(包括其最佳方式），其中：
[0005] 图1为本发明电容器组件的一个实施方案的透视图；
[0006] 图2为本发明电容器组件的另一个实施方案的底视图；
[0007] 图3为用于本发明电容器组件中的多个电容器元件之一的透视图；
[000引图4为本发明电容器组件的一个实施方案的顶视图；
[0009] 图5为本发明电容器组件的另一个实施方案的顶视图；
[0010] 图6为本发明电容器组件的另一个实施方案的顶视图；
[0011] 图7为图4-5中电容器组件的壳体的一个实施方案的底视图，示出了外部的阳极端 子和阴极端子；
[0012] 图8为图6中电容器组件的壳体的一个实施方案的底视图，示出了外部的阳极和阴 极端子;及
[0013] 图9为本发明电容器组件的一个实施方案的透视图，其中已移除盖子W示出在壳 体内封装至少一部分电容器元件的导热材料。
[0014] 在本说明书和附图中，附图标记的重复使用意在表示本发明的相同或相似的特征 或元件。
【具体实施方式】
[0015] 本领域普通技术人员应理解，本讨论仅为示例性实施方案的描述，并非意在限制 本发明的更广泛的方面，其更广泛的方面体现在示例性构造中。
[0016] -般而言，本发明设及包括壳体的电容器组件，其中至少一个电容器元件位于并 被气密密封于所述壳体内。导热材料包含于壳体内，至少部分地(在一些实施方案中完全 地)封装所述电容器元件。例如，导热材料通常具有如根据ISO 22007-2 :2014所确定的约 IW/m-K或更大的热导率，在一些实施方案中为约2-20W/m-K，W及在一些实施方案中为约 2.5-lOW/m-K。尽管是导热性的，所述材料一般是不导电的，因此具有如根据ASTM D257-14 所确定的相对高的体积电阻率，例如约IxlOi2欧姆?厘米或更高，在一些实施方案中约 Ixiou欧姆?厘米或更高，且在一些实施方案中约lxl〇i4至约lxl〇w欧姆?厘米。通过高热 导率与低导电性的结合，本发明人已发现，当用于电容器组件的壳体中时，所述封装材料可 提供多种不同的益处。例如，当电容器组件暴露于纹波电流时，导热封装材料可充当向壳体 表面散热的传热片，从而提高冷却效率及电容器组件的寿命。封装材料还可呈现如根据 ASTM D570-98(2010)e-l所确定的低吸湿度，例如约1%或更小，在一些实施方案中约0.5% 或更小，W及在一些实施方案中约0.1%或更小。通过运种方式，封装材料可抑制不想要的 与可能进入壳体内的水发生的降解反应。
[0017] 为了帮助获得所需的性质，封装材料包含一种或多种分散于聚合物基体中的导热 填料。适宜的导热填料材料包括金属填料，如侣、银、铜、儀、铁、钻等及它们的组合(例如，涂 覆W银的铜或涂覆W银的儀）；金属氧化物，例如氧化侣、氧化锋、氧化儀等及其组合;氮化 物，例如氮化侣、氮化棚、氮化娃等及它们的组合；W及碳填料，例如碳化娃、碳黑，碳富勒 締、石墨薄片、碳纳米管、碳纳米纤维等及它们的组合。侣、氧化锋、氮化侣、氮化棚和/或碳 化娃粉末可特别适用于本发明。如果需要的话，可W用功能性涂层涂覆填料W改善填料与 聚合物基体间的亲和性。例如，运样的涂层可包括不饱和或饱和脂肪酸，例如链烧酸、链締 酸、丙酸、月桂酸、栋桐酸、硬脂酸等;有机硅烷、有机铁酸醋、有机错酸醋、异氯酸醋、径基封 端的締控或烧控等。
[0018] 本发明中，可选择性地控制导热填料的尺寸W帮助获得所需的性质。例如，适宜的 填料颗粒可具有约10纳米至约75微米的平均尺寸(例如，直径），在一些实施方案中约15纳 米至约50微米，W及在一些实施方案中约20纳米至约40微米。在一些实施方案中，可采用具 有纳米级尺寸的填料颗粒，例如约10-500纳米，在一些实施方案中约20-350纳米，W及在一 些实施方案中约50-200纳米，而在其他实施方案中，可采用具有微米级尺寸的填料颗粒，例 如约1-50微米，在一些实施方案中约2-30微米，W及在一些实施方案中约5-15微米。封装材 料也可采用纳米级和微米级导热填料的组合。在运样的实施方案中，微米级填料的平均尺 寸与纳米级填料的平均尺寸的比可相对较大，W确保高的堆积密度，例如约50:1或更大，W 及在一些实施方案中约70:1至约150:1。
[0019] 在封装材料基体中可采用多种不同的聚合物树脂，可固化的热固性树脂已被发现 特别适用于本发明。运样的树脂的实例包括，例如，有机娃聚合物、双酪A二缩水甘油酸聚合 物、丙締酸醋聚合物、氨基甲酸乙醋聚合物等。例如，在某些实施方案中，封装材料可采用一 种或多种聚有机硅氧烷。用于运些聚合物中的娃键合的有机基团可包括一价控和/或一价 面代控基。运样的一价基团通常具有1至约20个碳原子，优选1-10个碳原子，且通过举例但 并不局限于烷基（例如、甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基、和十八烷基）；环烷基（例 如，环己基）；締基(例如，乙締基、締丙基、下締基及己締基）；芳基(例如，苯基、甲苯基、二甲 苯基、苄基和2-苯乙基）；W及面代控基（例如，3，3,3-=氣丙基、3-氯丙基和二氯苯基）。通 常，至少50%，更优选至少80%的有机基团为甲基。运样的甲基聚硅氧烷可包括，例如，聚二 甲基硅氧烷（"PDMS")、聚甲基氨硅氧烷等。其他适宜的甲基聚硅氧烷可包括二甲基二苯基 聚硅氧烷、二甲基/甲基苯基聚硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、甲苯基/二甲基硅氧烷、乙締基 二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基甲基/二甲基聚硅氧烷、乙締基二甲基封端的乙締基 甲基/二甲基聚硅氧烷、二乙締基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙締基苯基甲基封端的聚二 甲基硅氧烷、二甲基氨封端的聚二甲基硅氧烷、甲基氨/二甲基聚硅氧烷、甲基氨封端的甲 基辛基聚硅氧烷、甲基氨/苯基甲基聚硅氧烷等。
[0020] 有机聚硅氧烷也可包含一个或多个侧链和/或末端的极性官能团，例如径基、环氧 基、簇基、氨基、烷氧基、甲基丙締酸基，或琉基，其给予聚合物一定程度的亲水性。例如，有 机聚硅氧烷每个分子可包含至少一个径基基团W及任选的平均至少两个娃键合的径基(娃 烧醇基）。运样的有机聚硅氧烷的实例包括，例如，二径基聚二甲基硅氧烷、径基甲基娃 氧基聚二甲基硅氧烷等。可采用烷氧基改性的有机聚硅氧烷，例如二甲氧基聚二甲基娃氧 烧、甲氧基甲基娃氧基聚二甲基硅氧烷、二乙氧基聚二甲基硅氧烷、乙氧基甲基娃氧 基-聚二甲基硅氧烷等。其他适宜的有机聚硅氧烷是那些W至少一个氨基官能团改性的有 机聚硅氧烷。运样的氨基官能团聚硅氧烷的实例包括，例如，二氨基官能团的聚二甲基娃氧 烧。
[0021] 理想地，有机聚硅氧烷具有相对低的分子量，W改善固化之前封装材料的黏性和 流动性。例如，在一个实施方案中，有机聚硅氧烷(例如，聚二甲基硅氧烷)具有约100，OOOg/ 摩尔或更小的分子量，在一些实施方案中约60 ,OOOg/摩尔或更小，W及在一些实施方案中 约5，000-30 ,OOOg/摩尔。例如，所得封装材料的黏度(在固化前)可为约500Pa ? S或更小，在 一些实施方案中为约IOOPa ? S或更小，W及在一些实施方案中为约1-50化? S，如在25°C溫 度下使用配备有设定间隙为0.5mm的20mm平行板的ARES R550PS压力控制流变仪所确定的。
[0022] 可选择性地控制导热填料与聚合物基体的相对量来获得所需的性质。例如，封装 材料通常包含约25-95体积％的导热填料，在一些实施方案中约40-90体积％，W及在一些 实施方案中约50-85体积％。同样地，聚合物基体可占所述材料的约5-75体积％，在一些实 施方案中约10-50体积％，W及在一些实施方案中约15-40体积％。如果需要的话，也可在所 述封装材料中使用其他添加剂，例如相容剂、固化剂、光引发剂、黏度改性剂、颜料、偶联剂 (例如，硅烷偶联剂）、稳定剂等。
[0023] 如上所述，导热材料用于本发明电容器组件中，W至少部分地将一个或甚至多个 电容器元件封装在壳体内。下面将更详细地描述所述电容器元件及壳体结构的多种实施方 案。
[0024] 1.电容器元件 [00巧]A.阳极
[0026]电容器元件通常包含由阀金属粉末形成的阳极。粉末可具有约2,000微法拉*伏特 每克（"阳*V/g")至500，OO化F*V/g的比电荷。如本领域中已知的，比电荷可通过由所用的阳 极化电压(anodiZing VO1 tage)乘W电容，然后将该乘积除W阳极化之前的电极体的重量 而确定。在某些实施方案中，粉末可具有高的比电荷，例如约70,000iiF*V/g或更大，在一些 实施方案中约80，000iiF*V/g或更大，在一些实施方案中约90，000iiF*V/g或更大，在一些实 施方案中约100,000-400,000阳*￥/邑，^及在一些实施方案中约150,000-350,000邮*￥/邑。 当然，粉末也可具有低的比荷，例如约70，000iiF*V/g或更小，在一些实施方案中约60，OOOii F*V/g或更小，在一些实施方案中约50，000iiF*V/g或更小，在一些实施方案中约2，000-40， 000阳*V/g，W及在一些实施方案中约5，000-350，000阳*V/g。
[0027]粉末可包含单独的颗粒和/或运样的颗粒的附聚物(agglomerate)。形成粉末的化 合物包括阀金属（即，能够氧化的金属)或阀金属基化合物，诸如粗、妮、侣、给、铁，其合金， 其氧化物W及其氮化物等。例如，阀金属组合物可包含妮的导电氧化物，如具有妮与氧的原 子比为1:1.0± 1.0的妮氧化物，在一些实施方案中为1:1.0±0.3,在一些实施方案中为1: 1.0±0.1，^及在一些实施方案中为1:1.0±0.05。例如，妮氧化物可为抓0〇.7、抓〇1.〇、抓〇1.1 及Nb化。W下描述了运样的阀金属氧化物的实例:Fife的美国专利6,322,912少1'6等人的 美国专利6,391，275少1'6等人的美国专利6,416,730少1'6的美国专利6,527,937、1(111111161 等人的美国专利6,576,099少1'6等人的美国专利6,592,740、1(111111161等人的美国专利6， 639，787和Kimmel等人的美国专利7，220，397 ; W及Schnitter的美国专利申请公布2005/ 0019581、Schnitter等人的美国专利申请公布2005/0103638和化omas等人的美国专利申请 公布 2005/0013765。
[00%]可通过使用本领域技术人员已知的技术形成粉末。例如，前体(precursor)粗粉末 可通过用还原剂（例如，氨、钢、钟、儀、巧等）还原粗盐(例如，氣粗酸钟化2化F?)、氣粗酸钢 (化2TaF7)、五氯化粗(TaCls)等)而形成。运样的粉末可W多种方式附聚，例如在约700-1400 °C溫度下通过一个或多个热处理步骤，在一些实施方案中溫度约750-1200°C，W及在一些 实施方案中约800-110(TC。热处理可在惰性或还原性气氛中进行。例如，热处理可在包含氨 或释放氨气的化合物的（例如，氯化锭、氨化巧、氨化儀等)气氛中进行W部分烧结粉末并减 小杂质(例如，氣)的含量。如果需要的话，附聚也可在吸气材料(例如，儀)的存在下进行。热 处理后，高反应性粗附聚物可由于空气的逐渐进入而纯化。在Rao的美国专利6,576,038、 Wolf等人的美国专利6,238,456、化*11日的等人的美国专利5,954,856、1?6^1的美国专利5， 082,491、Getz的美国专利4,555,268、A化recht等人的美国专利4,483,819、Getz等人的美 国专利4,441，927^及8曰*63等人的美国专利4,017,302中也描述了其他适宜的附聚技术。 [0029]为了便于阳极体的构造，在粉末中也可包含某些组分。例如，可任选地将粉末与粘 结剂和/或滑润剂混合W确保当压制成阳极体时颗粒间彼此充分粘附。适宜的粘结剂可包 括，例如聚乙締醇缩下醒;聚醋酸乙締醋；聚乙締醇；聚乙締基化咯烧酬;纤维素聚合物（如 簇甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、径乙基纤维素W及甲基径乙基纤维素）；无规立构 聚丙締、聚乙締;聚乙二醇（如陶氏化学公司的化rbowax);聚苯乙締、聚（下二締/苯乙締）； 聚酷胺、聚酷亚胺和聚丙締酷胺，高分子量的聚酸;环氧乙烧与环氧丙烷的共聚物;含氣聚 合物(如聚四氣乙締、聚偏氣乙締、氣代締控类共聚物;丙締酸聚合物，如聚丙締酸钢、聚(丙 締酸低级烷基醋）、聚（甲基丙締酸低级烷基醋）W及丙締酸低级烷基醋与甲基丙締酸低级 烷基醋的共聚物；W及脂肪酸和石蜡(例如硬脂酸和其它皂性脂肪酸、植物蜡、微晶蜡(精制 石蜡））等。粘结剂可溶解并分散在溶剂中。示例性溶剂可包括水、醇类等。使用时，粘合剂 和/或润滑剂占总质量的重量比可在约〇.1%-8%之间变化。然而应理解，粘结剂和/或滑润 剂在本发明中并非是必需的。
[0030] 可使用任何常规的粉末压制装置压实所得粉末W形成粒料。例如，可采用包含模 具及一个或多个模冲的单工位压力机的压模。可替代地，可使用仅用一模具和单下模冲的 化型的巧实压模。单工位巧实压模有几种基本类型可用，诸如凸轮式、肘杆式/肘板式和偏 屯、/曲柄式压力机，运些压力机具有不同的生产能力，如单动、复动、浮动模、活动压板、对置 柱塞、螺杆、冲击、热压、印压或精整式。粉末可围绕阳极引线（如粗线）而压实。应当进一步 理解的是，或者，在阳极体的压制和/或烧结之后，也可W将阳极引线附着(例如，焊接)至阳 极体。
[0031] 在压制完成后，通过在真空状态下W-定溫度(例如，约150°C-50(rC)加热粒料数 分钟，可将任何粘结剂/滑润剂去除掉。可替代地，粘结剂/滑润剂也可通过使粒料与水溶液 接触而除去，如在Bi shop等人的美国专利6，197，252中所描述的。其后，将粒料烧结W形成 多孔的整体物质。例如，在一个实施方案中，可在约1200°C-200(rC的溫度下烧结粒料，W及 在一些实施方案中，在约1500°C-180(rC于真空或惰性气氛下烧结。烧结后，由于颗粒间件 的结合增长，粒料收缩。烧结后粒料的压制密度可不同，但通常为约2.0-7.0克每立方厘米， 在一些实施方案中约2.5-6.5克每立方厘米，W及在一些实施方案中约3.0-6.0克每立方厘 米。压制密度是由材料的量除W压制粒料的体积而确定的。
[0032] 尽管不是必需的，可选择阳极体的厚度W改善电容器的电气性能。例如，阳极的厚 度可为约4毫米或更小，在一些实施方案中约0.05-2毫米，W及在一些实施方案中约0.1-1 毫米。也可选择阳极的形状W改善所得电容器的电气性能。例如，阳极可具有弯曲的、正弦、 矩形、U型、V型等形状。由于阳极可包含一个或多个槽沟、凹槽、凹口或凹痕，阳极也具有"槽 口"形状，W增加表面积与体积之比，尽可能减小ESR并延长电容的频率响应。在例如We^er 等人的美国专利6，191，936、1曰6(1曰等人的美国专利5,949,639、8〇11'旨曰1111等人的美国专利 3，345，545 W及化hn等人的美国专利申请公布2005/0270725中描述了运种"槽江'状阳极。
[0033] 阳极引线也可连接至阳极体，在纵向方向上从阳极体延伸出来。阳极引线可W是 导线、板等形式，并且可W由阀金属化合物，例如粗、妮、氧化妮等制成。可使用已知技术来 实现引线的连接，例如在形成过程中（例如，在压实和/或烧结之前)通过将引线焊接至阳极 或嵌入阳极体内来实现。
[0034] B.电介质
[0035] 电介质也覆盖或涂覆阳极体。电介质可通过对烧结的阳极进行阳极氧化（"阳极 化"）而形成，使得介电层在阳极体上和/或阳极体内形成。例如，粗(Ta)阳极体可被阳极化 为五氧化二粗(Ta地5)。通常，阳极化是通过首先向阳极体施加溶液来进行的，例如通过将阳 极体浸入电解质中。通常采用诸如水(例如，去离子水）的溶剂。为了增强离子导电性，可采 用能够在溶剂中解离W形成离子的化合物。例如，酸(例如憐酸)可占阳极化溶液的约0.01- 5重量％，在一些实施方案中约0.05-0.8重量％，W及在一些实施方案中约0.1-0.5重量％。 如果需要的话，也可采用酸的共混物。
[0036] 使电流通过阳极化溶液W形成介电层。形成电压的值控制介电层的厚度。例如，电 源初始可设为恒电流模式直至达到所需的电压。此后，电源可切换到恒电位模式W确保在 阳极体的整个表面上形成所需的介电厚度。当然，也可W采用其它已知的方法，例如脉冲或 阶梯恒电位法。阳极氧化发生时的电压通常为约4-400伏，在一些实施方案中约9-200伏，W 及在一些实施方案中约20-150伏。在氧化过程中，阳极化溶液可维持在升高的溫度下，例如 约30°C或更高，在一些实施方案中约40-200°C，W及在一些实施方案中约50-100°C。阳极氧 化也可W在环境溫度或更低的溫度下完成。所得介电层可形成于阳极体的表面上及其孔 内。
[0037] C.固体电解质
[0038] 如上所述，固体电解质覆盖电介质，其通常用作阴极。在一些实施方案中，固体电 解质可包括二氧化儘。如果固体电解质包括二氧化儘，二氧化儘固体电解质可，例如，通过 硝酸儘(Mn (N03)2)的热解而形成。例如，在授turmer等人的美国专利4,945,452中描述了运 种技术。
[0039] 在其他实施方案中，固体电解质包含导电聚合物，通常是JT共辆的W及氧化或还原 后具有导电性(例如，至少化S/cm的导电性)的导电聚合物。运样的JT-共辆导电聚合物的实 例包括，例如，聚杂环(例如，聚化咯、聚嚷吩、聚苯胺等）、聚乙烘、聚对苯撑、聚苯酪等。在一 个实施方案中，例如，该聚合物为取代的聚嚷吩，如那些具有如下通用结构的取代的聚嚷 吩：
[0040]
[0041 ]其中，
[0042] T 为0或 S;
[0043] D为任选取代的Cl至Cs亚烷基（例如，亚甲基、亚乙基、正亚丙基、正亚下基、正亚戊 基等)；
[0044] R?是直链或支链的，任选取代的Cl至Cis烷基（例如，甲基，乙基，正或异丙基，正、 异、仲或叔下基，正戊基，1-甲基下基，2-甲基下基，3-甲基下基，1-乙基丙基，1,1-二甲基丙 基，1,2-二甲基丙基，2,2-二甲基丙基，正己基，正庚基，正辛基，2-乙基己基，正壬基，正-癸 基，正十一烷基、正十二烷基，正十=烷基，正十四烷基，正十六烷基，正十八烷基等）；任选 取代的Cs至Cl2环烷基(例如，环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等）；任选取代 的Cs至Cl4芳基(例如，苯基、糞基等）；任选取代的C7至Cis芳烷基(如，苄基，邻、间、对甲苯基， 2，3-，2，4-，2，5-，2-6，3-4-，3，5-二甲苯基、异亚丙基等）；任选取代的Cl至C4的径烷基，或径 基；W及
[0045] q为0至8的整数，在一些实施方案中为0至2, W及在一个实施方案中为0; W及
[0046] n为2-5,000,在一些实施方案中为4-2,000, W及在一些实施方案中为5-1,000。取 代基团"D"或"R?"的取代基的实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、面素、 酸、硫酸，二硫化物、亚讽、讽、横酸、氨基、醒基、酬基、簇酸醋、簇酸、碳酸醋、簇酸盐 (carboxy late)、氯基、烷基硅烷和烷氧基娃烷基、簇酷胺基，等等。
[0047] 特别适宜的嚷吩聚合物是那些其中"护是任选取代的C2至C3亚烷基。例如，该聚合 物可为任选取代的聚(3,4-乙締二氧嚷吩），其具有W下通用结构：
[004引
[00例 物的方法（如上所述)在现有技术中是公知的。例如，在Merker 等人的 描述了从单体前体形成取代聚嚷吩的各种技术。例如，单体前 体可具
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2] :^。特别适宜的嚷吩单体是那些其中"护是任选取代的C2至C3亚 烷基的 代的3,4-乙締二氧嚷吩，其具有W下通用结构：
[0化3]
[0054] 其中R?和q如上定义。在一个具体实施方案中/V'为0。可商购的适宜的3,4-乙締 二氧嚷吩的一个实例来自贺利氏公司化eraeus Clevios)的Clevios?M。其它适宜的单体在 Blohm等人的美国专利5,111,327中W及Groenendaal等人的美国专利6,635,729中也进行 了描述。也可W采用运些单体的衍生物，例如，上述单体的二聚物或=聚物。单体的更高的 分子衍生物（即，四聚物、五聚物等)是适于在本发明中使用的。所述衍生物可W由相同的或 不同的单体单元组成，并W纯的形式或者W与彼此和/或单体的混合物的形式使用。也可W 采用运些前体的氧化或还原形式。
[0055] 可利用各种方法形成导电聚合物层。例如，原位聚合层可通过在氧化催化剂存在 下化学聚合单体而形成。氧化催化剂通常包括过渡金属阳离子，如铁（III)、铜（II)、铭 (VI)、姉(IV)、儘(IV)、儘(W)或钉（III)阳离子等。也可W采用渗杂剂W向导电聚合物提供 额外的电荷并稳定聚合物的导电性。渗杂剂通常包括无机或有机阴离子，例如横酸离子。在 某些实施方案中，氧化催化剂具有催化和渗杂功能，运是因为它包括阳离子(例如，过渡金 属)和阴离子(例如，横酸）。例如，该氧化催化剂可W是包括铁(虹）阳离子的过渡金属盐，例 如铁（III)面化物(例如，FeCl3)，或其它无机酸的铁（III)盐(如Fe(Cl〇4)3或Fe2(S〇4)3W及 含有机基团的有机酸和无机酸的铁(III)盐。带有有机基团的无机酸的铁(III)盐的实例包 括，例如，C适C20链烧醇的硫酸单醋的铁(III)盐(例如，十二烷基硫酸铁(III)盐）。同样，有 机酸的铁（III)盐的实例包括，例如，C适C20烧控硫酸(例如，甲烧、乙烧、丙烷、T烧或十二 烷基横酸）的铁（III)盐;脂肪族全氣簇酸(例如，=氣甲横酸、全氣下烧横酸或全氣辛烧横 酸）的铁（III)盐;脂肪族Cl至C20簇酸(例如，2-乙基己基簇酸）的铁（III)盐;脂肪族全氣簇 酸(例如，=氣乙酸或全氣辛酸)的铁(III)盐;Cl至C20烷基任选取代的芳族横酸(例如，苯横 酸，邻甲苯横酸，对-甲苯横酸，或十二烷基苯横酸)的铁(III)盐;环烧控横酸(例如，精脑横 酸）的铁（III)盐;等。也可使用运些上述铁（III)盐的混合物。对甲苯横酸铁（111)、邻甲苯 横酸铁(III)及其混合物是特别合适的。可商购的一个合适的对甲苯横酸铁(III)实例来自 贺利氏公司的Clevios?C。
[0056] 可将氧化催化剂和单体依次或者一起施加W引发聚合反应。用于涂覆运些组分的 适宜的涂覆技术包括丝网印刷、浸溃、电泳涂装和喷涂。例如，单体可首先与氧化催化剂混 合W形成前体溶液。一旦混合物形成，其可被涂覆至阳极部件，然后使之聚合，使得在表面 上形成导电涂层。可替代地，氧化催化剂和单体可依次涂覆。在一个实施方案中，例如，氧化 催化剂溶解于有机溶剂(例如，下醇）中，然后作为浸溃溶液涂覆。随后可对阳极部件进行干 燥W除去其中的溶剂。此后，可将该部件浸入含单体的溶液中。无论怎样，通常在约-l〇°C至 约250°C的溫度下进行聚合，W及在一些实施方案中在约(TC至约200°C溫度下聚合，取决于 所使用的氧化剂和所需的反应时间。适宜的聚合技术（如上所述）在Biler的美国专利7， 515,396中进行了更详细的描述。而用于涂覆运样的导电涂层的其它方法还在Sakata等人 的美国专利5,457,862、5曰1?1化等人的美国专利5,473,503、5曰1?1化等人的美国专利5,729， 428W及Kudoh等人的美国专利5,812,367中进行了描述。
[0057] 除原位涂覆外，导电聚合物固体电解质也可W导电聚合物颗粒的分散体的形式涂 覆。采用分散体的一个好处是，它可W使得在原位聚合过程中所产生的离子物质(例如，Fe2+ 或Fe3+)的存在最小化，离子物质会由于离子迁移，在高电场下导致电介质击穿。因此，通过 将导电聚合物作为分散体而非通过原位聚合进行涂覆，所得电容器可表现出相对高的"击 穿电压"。为了使阳极能够良好地被浸溃，在分散体中所采用的颗粒通常具有小的尺寸，例 如约1-150纳米的平均尺寸(例如，直径），在一些实施方案中约2-50纳米，W及在一些实施 方案中约5-40纳米。颗粒的直径可使用已知技术确定，例如通过超高速离屯、、激光衍射等。 颗粒的形状同样也可W改变。在一个具体实施方案中，例如，颗粒是球形的。然而，应当理解 的是，本发明也可W设想其他形状，例如板、棒、盘、条、管、不规则形状等。分散体中颗粒的 浓度根据所需的分散体黏度W及其中分散体施加至电容器的具体方式而不同。然而，通常 颗粒占分散体的约0.1-10重量％，在一些实施方案中约0.4-5重量％，W及在一些实施方案 中约0.5-4重量％。
[005引分散体通常也包含增强颗粒稳定性的抗衡离子。即导电聚合物(例如，聚嚷吩或其 衍生物)通常在聚合物主链上具有中性或正（阳离子的）电荷。例如，聚嚷吩衍生物通常在聚 合物主链上带有正电荷。在某些情况下，聚合物可在结构单元中具有正和负电荷，正电荷位 于主链上，而负电荷任选地位于基团"R"的取代基上，如横酸基或簇酸基上。主链上的正电 荷可被基团"R"上任选存在的阴离子基团部分或全部饱和。整体来看，在运些情况下，聚嚷 吩可W是阳离子、中性离子，或甚至是阴离子。但是，它们均被认为是阳离子型聚嚷吩，因为 聚嚷吩主链具有正电荷。
[0059] 抗衡离子可为单体的或聚合物的阴离子，其抵消了导电聚合物的电荷。例如，聚合 物的阴离子可为聚合簇酸(例如，聚丙締酸、聚甲基丙締酸、聚马来酸等）的阴离子;聚合横 酸(例如，聚苯乙締横酸（"PSS")、聚乙締基横酸等）的阴离子;等。酸也可W是共聚物，例如 乙締基簇酸和乙締基横酸与其他可聚合单体(如丙締酸醋和苯乙締）的共聚物。同样地，适 宜的单体阴离子包括，例如，Cl至C20烧控横酸(例如，十二烷基横酸）的阴离子、脂肪族全氣 簇酸(例如，=氣甲横酸、全氣下烧横酸或全氣辛烧横酸）的阴离子、脂肪族Cl至C20簇酸(例 如，2-乙基-己基簇酸）的阴离子、脂肪族全氣酸酸（例如，=氣乙酸或全氣辛酸）的阴离子、 Cl至C20烷基任选取代的芳族横酸(例如，苯横酸、邻甲苯横酸、对-甲苯横酸，或十二烷基苯 横酸）的阴离子、环烧控横酸（例如，精脑横酸或四氣棚酸、六氣憐酸、高氯酸盐、六氣錬酸 盐、六氣神酸盐或六氯錬酸盐）的阴离子等。尤其适宜的抗衡离子是聚合物阴离子，例如聚 合簇酸或横酸（例如，聚苯乙締横酸（"PSS"))。运样的聚合物阴离子的分子量通常为约1， 000-2，000，000，且在一些实施方案中约2，000-500，000。
[0060] 使用时，在分散体中W及在所得层中运种抗衡离子与导电聚合物的重量比通常为 约0.5:1-50:1,在一些实施方案中约1:1-30:1，W及在一些实施方案中约2:1-20:1。导电聚 合物的重量与所提到的重量之比称为所使用单体的重量比(wei曲-in portion)，假定在聚 合过程中完全转化。除导电聚合物和抗衡离子，分散体也可包含一种或多种粘结剂、分散 剂、填料、粘合剂、交联剂等。
[0061] 聚合物分散体可通过使用多种已知技术进行涂覆，例如通过旋涂、浸溃、倾倒、逐 滴滴加、注射、喷涂、刮涂、刷涂、印刷(例如，喷墨、丝网印刷或移印）或浸涂。尽管根据所采 用的涂覆技术而不同，分散体的黏度通常为约〇.1-1〇〇,〇〇〇111?3-3(在10〇3-1的切变率下测 量），在一些实施方案中约l-l〇,〇〇〇mPa ? S，在一些实施方案中约10-l，500mPa ? S，W及在 一些实施方案中约IOO-1000 mPa ? S。一旦涂覆，可对该层进行干燥和/或清洗。也可W此方 式形成一个或多个附加层W获得所需的厚度。通常，由该颗粒分散体形成的层的总厚度为 约1-50皿，在一些实施方案中约5-20皿。同样，抗衡离子与导电聚合物的重量比为约0.5:1- 50:1，在一些实施方案中约1:1-30:1，W及在一些实施方案中约2:1-20:1。
[0062] 如果需要的话，也可在固体电解质中包含径基官能化非离子型聚合物。术语"径基 官能化"通常是指化合物包含至少一个径基官能团或在溶剂的存在下能够具有运种官能 团。不限于任何理论，径基官能化非离子型聚合物被认为可提高导电聚合物与内部电介质 表面之间的接触度，由于有较高的形成电压，接触在本质上通常较平滑。非预期地，运增加 了所得电容器的击穿电压和湿-干电容。此外，具有一定分子量的径基官能化聚合物的使用 被认为还可W使得高压下化学分解的可能性降到最低。例如，径基官能化聚合物的分子量 可为约100-10，000克每摩尔，在一些实施方案中约200-2，000克每摩尔，在一些实施方案中 约300-1，200克每摩尔，W及在一些实施方案中约400-800克每摩尔。
[0063] 为此，通常可采用多种径基官能化非离子型聚合物中的任一种。在一个实施方案 中，例如，径基官能化聚合物为聚亚烷基酸。聚亚烷基酸可包括聚亚烷基乙二醇(例如，聚乙 二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、聚环氧氯丙烷等）、聚氧杂环下烧、聚亚苯基酸、聚酸酬 等。聚亚烷基酸通常主要为具有末端径基的线性非离子型聚合物。特别适宜的为聚乙二醇、 聚丙二醇及聚四亚甲基二醇（聚四氨巧喃），是由环氧乙烧、环氧丙烷或四氨巧喃通过与水 的加聚反应而生成的。聚亚烷基酸可通过二元醇或多元醇的缩聚反应来制备。二元醇组分 特别地可选自饱和或不饱和、有支链或无支链的包含5至36个碳原子的脂肪族二径基化合 物或芳基二径基化合物，例如，戊烧-1,5-二醇、己烧-1,6-二醇、新戊二醇、双婚甲基)环己 烧、双酪A、二聚体二醇、氨化二聚体二醇或甚至W上所述二醇的混合物。此外，也可W在聚 合反应中使用多元醇，包括例如，甘油、二聚甘油或多聚甘油、=径甲基丙烷、季戊四醇或山 梨醇。
[0064] 除上述提及的那些，本发明中也可W使用其他径基官能化非离子聚合物。运样的 聚合物的实例包括，例如，乙氧基烷基酪；乙氧基或丙氧基C6-C24脂肪醇；具有通式畑3- (C此)1〇-16-(〇-C2H4)1-25-〇H的聚氧乙締乙二醇烷基酸(例如，八甘醇单正十二烷基酸和五甘 醇单十二烷基酸）；具有通式C出-(C此)10-16-( 0-C3也)1-25-OH的聚氧丙締醇烷基酸;具有通式 C化7-(C6H4)-(0-C2H4)1-25-OH的聚氧乙締二醇辛基酪酸（例如，化iton?x-100);具有通式 C曲9-(C6H4)-(0-C2H4)1-25-OH的聚氧化乙締二醇烧代酪酸(例如，壬苯醇酸-9);C8-C24脂肪酸 的聚氧乙締二醇醋，例如聚氧乙締二醇山梨醇酢烷基醋(例如，聚氧乙締(20)山梨醇酢单月 桂酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢单栋桐酸醋、聚氧乙締(20)山梨醇酢单硬脂酸醋、聚氧乙締 (20)山梨醇酢单油酸醋、PEG-20甲基葡萄糖二硬脂酸醋、PEG-20甲基葡萄糖倍半硬脂酸醋、 阳G-80藍麻油、PEG-20藍麻油、PEG-3藍麻油、PEG 600二油酸醋及阳G 400二油酸醋）、聚氧 乙締甘油烷基醋(例如，聚氧乙締-23-月桂酸甘油醋和聚氧乙締-20-硬脂酸甘油醋）；Cs-C24 脂肪酸的聚氧乙締二醇酸(例如，聚氧乙締10十六烷基酸、聚氧乙締-10十八烷基酸、聚氧乙 締-20十六烷基酸、聚氧乙締-10油酸、聚氧乙締-20油酸、聚氧乙締-20异十六烷基酸、聚氧 乙締-15十=烷基酸和聚氧乙締-6十=烷基酸）；聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物(例如， 泊洛沙姆)等及其混合物。
[0065] 所述径基官能化非离子型聚合物可W多种不同方式加入固体电解质中。在某些实 施方案中，例如，非离子型聚合物可通过上述方法(例如，原位聚合物或预聚合的颗粒分散 体)简单地加入到形成的任何导电聚合物层中。而在其他实施方案中，可在初始聚合物层形 成之后涂覆所述非离子型聚合物。
[OOW D.外部聚合物涂层
[0067]尽管不是必需的，可向阳极体涂覆外部聚合物涂层并覆盖固体电解质。外部聚合 物涂层通常包含由预聚合的导电颗粒分散体形成的一层或多层，如W上所详细描述的。外 部涂层能够进一步渗透到电容器主体的边缘区域中，W增加对电介质的粘合并形成在机械 性能上更加坚固的部分，运可W减小等效串联电阻和泄漏电流。如果需要的话，也可W在外 部聚合物涂层中使用交联剂W提高对固体电解质的粘合度。通常，在涂覆用于外部涂层中 的分散体之前涂覆交联剂。例如，适宜的交联剂在Merker等人的美国专利公布2007/ 0064376中进行了描述，并包括，例如，胺类(例如，二元胺、=元胺、低聚胺、多聚胺等）；多价 的金属阳离子，诸如Mg、AUCaXr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Ce或Zn的盐或化合物、憐化合 物、梳化合物等。
[006引 E.其他组分
[0069]如果需要的话，电容器元件还可W包含在本领域中已知的其他层。例如，可任选地 在电介质与固体电解质之间形成保护性涂层，如由诸如虫胶树脂的相对绝缘的树脂材料 (天然的或合成的）制成的涂层。运些W及其他保护性涂层材料在Fife等人的美国专利6， 674,635中进行了更详细的描述。如果需要的话，还可分别用碳层(例如，石墨）和银层涂覆 部件。例如，银涂层可作为电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，而碳涂层可限制 银涂层与固体电解质的接触。运样的涂层可覆盖固体电解质的部分或全部。
[0070] II.壳体
[0071] 如上所述，电容器元件被气密密封于壳体内W形成本发明的电容器组件。在某些 实施方案中，可采用多个电容器元件，例如2至约150个，在一些实施方案中约5-100个，在一 些实施方案中约25-75个，W及在一些实施方案中约30-50。气密密封通常发生在包含至少 一种惰性气体的气态气氛中，W抑制使用过程中固体电解质的氧化。惰性气体可包括，例 如，氮气、氮气、氣气、氣气、氛气、氯气、氮气等，W及它们的混合物。通常，惰性气体占壳体 内气态气氛的多数，例如占气氛的约50-100重量％，在一些实施方案中占约75-100重量％， W及在一些实施方案中占约90-99重量％。如果需要的话，也可W使用相对小量的非惰性气 体，例如二氧化碳、氧气、水蒸气等。然而，在运种情况下，非惰性气体通常占壳体内气氛的 15重量％或更少，在一些实施方案中占10重量％或更少，在一些实施方案中占约5重量％或 更少，在一些实施方案中占约1重量％或更少，W及在一些实施方案中占约0.01-1重量％。 例如，水分含量（W相对湿度表示)可为约10%或更小，在一些实施方案中为约5%或更小， 在一些实施方案中为约1 %或更小，W及在一些实施方案中为约0.01-5%。
[0072] 多种不同材料的任一种可用于形成壳体，如金属、塑料、陶瓷等。在一个实施方案 中，例如，壳体可包括一层或多层金属，例如粗、妮、侣、儀、给、铁、铜、银、钢(如不诱钢），其 合金（如导电氧化物）W及其复合物（如涂覆有导电氧化物的金属）等。在另一个实施方案 中，壳体可包括一层或多层陶瓷材料，例如氮化侣、氧化侣、氧化娃、氧化儀、氧化巧、玻璃等 及其组合。
[0073] 可使用多种不同技术中的任一种将电容器元件附接至壳体。尽管并非必需，但是 可通过使得阳极端子和阴极端子形成于壳体的外部用于后续集成到电路中的运种方式将 电容器元件附接至壳体。端子的特定构造取决于意图的应用。在一个实施方案中，例如，电 容器组件形成为使得它是可表面安装的，而在机械性能上仍然是坚固的。例如，阳极引线和 电容器元件的阴极可电连接至外部的、可表面安装的端子(例如，垫、片、板、框等），其可延 伸穿过壳体W通过阳极引线框(例如通过W下将更详细讨论的导电部件、锻层、焊盘等)与 电容器元件的阳极相连接，且其可延伸通过壳体W通过锻层与阴极相连接。在另一个实施 方案中，阳极引线和电容器元件的阴极可直接电连接至外部的、可表面安装的端子(例如， 垫、片、板、框等），其可延伸通过壳体W与阴极W及与阳极引线相连接。
[0074] 通常选择外部端子的厚度或高度W使电容器组件的厚度最小化。例如，端子的厚 度可为约0.05-1毫米，例如约0.05-0.5毫米，例如约0.1-0.2毫米。如果需要的话，如本领域 中已知的，端子表面可利用儀、银、金、锡、钻等及其合金进行电锻，W确保最终部件可安装 至电路板。在一个具体实施方案中，端子(多个)分别沉积W儀和银闪(nickel and silver flashes),且安装表面也锻W锡焊层。在另一个实施方案中，在基底金属层(例如，铜合金） 上对端子沉积W薄的外金属层(例如，金），W进一步提高导电性。
[0075] 本发明的导热材料被置于壳体内，使得它至少部分地封装电容器元件。在某些实 施方案中，例如，材料可完全封装电容器元件。可通过多种方式实现封装。例如，导热材料可 被置于与电容器元件直接接触。可替代地，导热材料可简单地被涂覆至壳体表面本身（例 如，盖子），使得它覆盖电容器元件。例如，参照图9,示出了电容器组件100的一个实施方案， 该电容器组件100包含置于其上的导热封装材料143,从而封装一个或多个电容器元件(未 示出）。一经涂覆，可使用多种技术中的任一种将所述材料固化。在一个实施方案中，例如， 所述材料可在约20-200°C的溫度下固化，W及在一些实施方案中在约25-150°C的溫度下固 化。如果需要的话，可通过向所述材料加入硬化剂或其他固化剂来促进固化。
[0076] 通常多种不同壳体构造的任一种可用于本发明中。例如，尽管并非必需，"低轮廓" (low profile)电容器组件可用于具有相对低的厚度的一个实施方案中。参照图1-4及7-9， 例如，示出了低轮廓电容器组件100的多种实施例，其中壳体具有在-Z方向上约1-20毫米的 高度化，例如约2-10毫米，例如约3-6毫米。同样地，壳体在-X方向上的长度^为约20-100毫 米，例如约40-70毫米，例如约45-65毫米，而壳体在-y方向上的宽度Wi可为约10-60毫米，例 如约20-50毫米，例如约25-45毫米。此外，在一些实施方案中，壳体可具有约7000-12， OOOmm3的体积，例如约7500-11，500mm3，例如约8000-11，OOOmm 3。此外，壳体可具有使得壳体 在-X方向上的长度^与壳体在-Z方向上的高度化的比至少为约2的低轮廓。例如，长度^与 高度化的比可为约2-80，例如约4-60，例如约10-40。
[0077] 尽管并非必需，示于图1-4及7-9中的电容器组件具有置于多个平行的行(例如，行 1-4)中的多个电容器元件(例如，40)，其中每行10个的电容器元件沿壳体长度^在纵向方 向U上延伸。然而，应理解，在每一行中可有任意数量的电容器元件，且可采用任意数目的 行，取决于电容器组件的特定要求。如所示，电容器组件100的壳体包括下壁123及相对的侧 壁124W及125,腔526形成于其间并包括电容器元件20(1)-20(40)。下壁123及侧壁124和 125可由例如上述的一层或多层的金属、塑料或陶瓷材料形成。电容器元件20(1)-20(40)平 行设置于壳体的腔526内，其中运样的平行设置有助于减小电容器组件100的ESR，其中减小 的ESR有助于电容器组件100的有效散热能力。
[0078] 电容器元件20(1)-20(40)是对齐的，使得一个电容器元件（例如，电容器元件20 (1))的次表面25b邻近且面向其相邻电容器元件(例如，电容器元件20(2))的次表面25曰。电 容器元件20(1)-20(40)的每个电容器元件下主表面23b(见图3)面对壳体的下壁123并例如 经由将在W下详细讨论的锻层而与下壁123接触，其中电容器元件20(1)-(40)的使得它们 下主表面23b而不是其相对的次表面25a、25b、27a及27b与下壁123接触（见图3)的设置，增 大了与外壳接触的电容器元件20(1)-20(40)的表面积，运进一步有助于电容器组件100的 有效散热能力。更具体地，经由锻层与外壳接触的电容器元件的下主表面的总表面积与壳 体体积的比可大于约0.0 Smnfi，在一些实施方案中大于约0.06mnfi，且在一些实施方案中约 0.06-0.3mm-i，例如约0.065-0.25臟-1，例如约0.07-0.20臟-1，W及例如约0.075-0.1 Smnfi。 [00巧]如上所述且如图1-2所示，电容器组件100还可包含外部阳极端子135及外部阴极 端子137,阳极引线6及在每个电容器元件20(1)-20(40)的下主表面23b上的固体电解质/阴 极平行电连接至所述阳极端子135及阴极端子137,此外，可在壳体的内部腔内采用引线框 和锻层W促进W在机械性能上稳定的方式形成外部端子135和137。例如，参照图4,电容器 组件100可包括具有第一平板状部分65W及就设置在通常与每个电容器元件20(1)-20(40) 的阳极引线6延伸的方向垂直的平面内而言是"直立的"的第二部分67。W运种方式，第二部 分67可限制引线6的移动，W提高使用时的表面接触和机械稳定性。此外，如果需要的话，可 使用绝缘材料7(例如，Teflon?垫圈）围绕引线6。第二部分67可具有连接至阳极引线6的安 装区域(未示出）。该区域可具有"U型"，用于进一步提高引线6的表面接触与机械稳定性。此 夕h阳极引线6可经由激光焊接、电阻焊接、导电粘合剂或任何其他适宜的方法连接至阳极 引线框的第二部分67。
[0080] 例如，可采用包括用于每行电容器元件的第一部分65a、65b、65c和65dW及与40个 电容器元件中的每一个相对应的四十个第二部分67(1)-67(40)(为简单起见，标记为67)的 阳极引线框，W连接四行电容器元件(每行10个）（例如，第1行包括经由它们的阳极引线6在 第二部分67(1)-(10)处连接至阳极引线框的电容器元件20(1)-20(10);第2行包括经由它 们的阳极引线6在第二部分67(11)-67(20)处连接至阳极引线框的电容器元件20(11)-20 (20);第3行包括经由它们的阳极引线6在第二部分67(21)-67(30)处连接至阳极引线框部 件65c的电容器元件20(21)-20(30); W及第4行包括经由它们的阳极引线6在第二部分67 (31)-67(40)处连接至阳极引线框的电容器元件20(31)-20(40))。此外，尽管未示出，由于 电容器元件20(11)-20(20)和20(21)-20(30)被如此定位使得它们的阳极引线6彼此相对， 如果需要的话，与第2行和第3行相关联的阳极引线框的第一部分65b和65c可被组合为阳极 引线框的单独的第一部分。如W上所讨论的，在一个具体实施方案中，每个阳极引线6是激 光焊接至阳极引线框的每个第二部分67的。但也可理解的是，运些部件可经由电阻焊接、导 电粘合剂等连接。同时，在一个具体实施方案中，阳极引线框的第一部分65a-65d可经由电 阻焊接连接至壳体的下壁123。但是，也可理解，也可使用任何其他适宜的方法，例如经由导 电粘合剂将第一部分65a-65d连接至壳体的下壁123。
[0081 ] 此外，阳极引线框第一部分65a-65d及第二部分67(1)-67(40)的表面可被电锻W 儀、银、金、锡、钻等，或允许其如在本领域中已知的，W确保经由阳极引线6至电容器元件20 (1)-20(40) W及至壳体的下壁123的连接。在一个具体实施方案中，分别对阳极引线框沉积 W儀和银闪，且安装表面也锻W锡焊层。在另一个实施方案中，在基底金属层(例如，铜合 金)上对阳极引线框沉积W薄的外金属层(例如，金），W进一步提高导电性。在再又一个实 施方案中，儀铁合金条(例如，NILO?条)或任何其他适宜的金属材料条(未示出）可被焊接 在阳极引线框的第一部分65a-6加下的壳体的下壁123上。
[0082] 此外，也可采用各种部件W将四行电容器元件(每行10个)连接至壳体的下壁123 (例如，第1行包括在它们的下主表面23b处连接至下壁123的电容器元件20(1)-20(10);第2 行包括在它们的下主表面23b处连接至下壁123的电容器元件20(11)-20(20);第3行包括在 它们的下主表面23b处连接至下壁123的电容器元件20(21)-20(30); W及第4行包括在它们 的下主表面23b处连接至下壁123的电容器元件20 (31) -20 (40))。例如，在一个实施方案中， 电容器元件20(1)-20(40)的下主表面23b可经由导电粘合剂（未示出）连接至壳体的下壁 123，其中下壁123包括四行金属锻层29曰、2抓、29(：及29(1。金属锻层29曰、2913、29(3及29(1可由 任何适宜的金属形成，且在一个具体实施方案中可为儀锻层。
[0083] 电容器元件的附接，无论在阳极侧或阴极侧，通常可使用多种已知技术中的任何 一种来实现，例如焊接、激光焊接、导电粘合剂等。使用时，导电粘合剂可由含有树脂组合物 的导电金属颗粒形成。金属颗粒可为银、铜、金、销、儀、锋、祕等。树脂组合物可包括热固性 树脂(例如，环氧树脂）、固化剂(例如，酸酢)及偶联剂(例如，硅烷偶联剂）。在Osako等人的 美国专利申请公布2006/0038304中描述了适宜的导电粘合剂。
[0084] 参照图5,示出了电容器组件200的另一个实施方案。为了进一步提高电容器组件 的散热能力，电容器组件200可任选包括在-y方向上的金属条133和在-X方向上的金属条 131，金属条133和金属条131与若干电容器元件20的上部主表面23a接触。金属材料可为铜 或任何其他散热材料且用于进一步增加可供散热的表面积。
[0085] 现在转向图6,示出了具有替代图4-5中所示设置的电容器组件300,其中与如W上 定义的第1行的电容器元件20(1)-20(10)及第2行中的电容器元件20(11)-20(20)相关联的 阳极引线6彼此相对，如果需要的话，允许用于第1行和第2行的阳极引线框的第一部分65a 和65b被组合为单一部件。类似地，与如W上定义的第3行的电容器元件20(21)-20(30)及第 4行中的电容器元件20(31)-20(40)相关联的阳极引线6彼此相对，如果需要的话，允许用于 第3行和第4行的阳极引线框的第一部分65c和65d被组合为单一部件。此外，如W上定义的 第2行和第3行电容器元件的上部主表面23a彼此邻近，如果需要的话，允许锻层29b和29c组 合为单一的部件。
[0086] 如W上所讨论的，电容器组件包含阳极端子135和阴极端子137,其可位于壳体的 外部并由单独的板、片等形成。此外，运样的端子可经由延伸穿过壳体下壁123的导电迹线 连接至阳极引线框和阴极锻层/金属条(例如，NILO"'条)部件。参照图7用于图4-5中电容器 元件的设置W及图8用于图6中电容器元件设置，因为阳极引线框的第一部分65a-65d及金 属锻层29a-29d延伸电容器组件100外壳的长度b和宽度Wi,将阳极引线框的第一部分65a- 65d连接至外部阳极端子135的导电迹线139仅通过直接设置在外部阳极端子135上方的和 直接设置在阳极引线框部件的第一部分65a-65d下方的外壳下壁123的部分而形成，而将金 属锻层29a-29d连接至外部阴极端子137的导电迹线141仅通过直接设置在外部阴极端子 137上方的和直接设置在金属锻层65a-65d下方的外壳下壁123的部分而形成。当然，本发明 无论如何并非限于使用导电迹线用于形成所需端子，任何其他适宜的连接都可采用。例如， 在一些实施方案中（未示出），应理解，阳极引线框和阴极锻层的部分可延伸穿过外壳来同 样形成外部阳极端子和外部阴极端子。
[0087] 不论所采用的具体构造如何，如W上所讨论的，在将电容器元件20连接至下壁123 后，电容器元件20可被涂覆W封装材料143并固化。此后，所得组件可被气密密封。例如，壳 体也可包括盖子127,其在电容器元件被置于壳体内之后被放置于侧壁124和125的上表面 上。盖子可由陶瓷、金属（例如，铁、铜、儀、钻等，及其合金）、塑料等形成。如果需要的话，可 在盖子与侧壁124和125之间设置密封件(未示出）W帮助提供良好的密封。例如，在一个实 施方案中，密封件可包括玻璃-金属密封、松)va掩!环(Goo壯el low Camridge ,Ltd.(顾特服 剑桥有限公司））等。侧壁的高度通常是使得盖子不接触电容器元件的任何表面W使它们不 被污染的高度。当放置在所需的位置时，通过使用诸如焊接(例如，电阻焊接、激光焊接等）、 焊合(solder)等已知技术将盖子气密密封至侧壁124和125。在一些实施方案中，如上所述， 气密密封可在惰性气体存在下进行，使得所得组件基本不含反应性气体，例如氧气或水蒸 气。
[0088] 无论其具体构造如何，即便暴露在高压环境和较高的溫度下，本发明的电容器组 件可表现出优异的电气性能。例如，由于本发明电容器组件的散热能力，在不损伤电容器组 件的情况下可达到相对高的纹波电流。例如，最大的纹波电流可为约25安培或更大，在一些 实施方案中约50安培或更大，W及在一些实施方案中约75安培或更大。此外，电容器组件的 等效串联电阻化SR)可小于约75毫欧姆，在一些实施方案中小于约50毫欧姆，W及在一些实 施方案中小于约25毫欧姆。例如，ESR可为约0.5-50毫欧姆，例如为约1-25毫欧姆，例如约2- IO毫欧姆。
[0089] 通过参考W下的实例可更好地理解本发明。
[0090] 测试过程
[0091] 等效串联电阻化SR)
[0092] 使用具有Kelvin引线、2.2伏特DC偏压及0.5伏特峰-峰正弦信号的安捷伦E4980A 精密LCR测量计测量等效串联电阻。工作频率为100曲Z且溫度为23°C+2°C。
[0093] 电容(CAP)
[0094] 使用具有Kelvin引线、2.2伏特DC偏压及0.5伏特峰-峰正弦信号的安捷伦E4980A 精密LCR测量计测量电容。工作频率为120Hz。
[00巧]泄漏电流(D化）
[0096] 使用Keithl巧2410源测量计测量泄漏电流，在适当的电压下（25°C-85°C的化， 125 °C下的60 %的化W及150 °C下的50 %的化)在在至少60秒后。
[0097] 纹波电流：
[0098] 使用GoldStar GP505电源、安捷伦33210A信号发生器、具有PtlOO热电偶的Almemo 2590-9数据记录器W及Fluke 80i示波器测量纹波电流。当适当值的纹波电流通过电容器 时，工作频率为20kHz ,AC信号且具有10伏特的DC偏压。随着纹波电流的增大，溫度也增大， 并通过热成像仪监测。
[0099] 实例 1
[0100] 使用9,000iiFV/g粗粉形成阳极样品。每个阳极样品埋有粗线，在1800°C下烧结，并 压制至密度为5.3g/cm3。所得粒料具有4.6mm X 5.25mm X 2.6mm的尺寸。在具有8.6mS电导率 的水/憐酸电解质中W85°C的溫度使该粒料阳极化至260VW形成介电层。然后通过将阳极 浸入具有1.1%固含量和20mPa ? S黏度(Clevios?K，H.C.S化rck)的聚(3,4-乙締二氧嚷吩） 分散体中来形成导电聚合物涂层。经涂覆后，在125°C下干燥所述构件20分钟。运一过程重 复10次。此后，将所述构件浸入具有2%固含量和20mPa ? S的黏度(Clevios?K，H.C.S化rck) 的聚(3,4-乙締二氧嚷吩)分散体中。经涂覆后，在125°C下干燥所述构件20分钟。运一过程 不再重复。接着，将所述构件浸入具有2%固含量和ieOmPa ? S的黏度（Clevios?K， H.C.Starck)的聚(3,4-乙締二氧嚷吩)分散体中。经涂覆后，在125°(：下干燥所述构件20分 钟。运一过程重复8次。然后将所述构件浸入石墨分散体中并进行干燥。最后，将所述构件浸 入银分散体中并进行干燥。通过运一方式，制造了 IOOV电容器的多个部件。
[0101] 使用铜基引线框来完成将电容器元件置于陶瓷壳体内的组装过程。电容器组件包 括4行(每行9个电容器元件)平行联接的36个电容器元件。接着将阴极连接件粘合至儀阴极 端子，在具有58.Omm长度、35.Omm宽度及5.45mm厚度的陶瓷壳体的下壁处将阳极引线框焊 接至儀阳极端子。壳体具有焊接在陶瓷壳体下壁内表面上的锻儀NILO?焊盘。
[0102] 所有连接采用的粘合剂为银浆(silver paste)。然后将组件装入对流烤箱中W焊 接银浆。在此之后，用于阳极连接的焊接为电阻焊接，在引线框部分与陶瓷壳体锻儀焊盘之 间施加300W能量持续IOOms的时间段。然后，将导热有机娃封装剂(热固性SC-320)涂覆在电 容器元件的阳极和阴极部分的顶部，并在150°C下干燥24小时。接着，将Kovar及盖子放置于 壳体的顶部，紧接(closely)在陶瓷的密封环上。所得组件被置于焊接室，并且在进行密封 环与盖子之间的缝焊之前W氮气对其进行吹扫。
[0104]
[0103] 经测试后，确定电容为340.1 iiF，而ESR为4.3mQ。W下示出泄漏电流和纹波电流测 试结果的总、结。
[0105]
[0106] 如所显示，根据实例制造的电容器组件能够经受25安培的纹波电流，而溫度仅达 至 IJ103.6°C。
[0…7] 实例2A
[0108] W在上述实例1中描述的相同方式形成多个电容器元件。
[0109] 接着，采用铜基引线框来完成将电容器元件置于陶瓷壳体内的组装过程。电容器 组件包括并联的2个电容器元件。接着将阴极连接件粘合至金阴极端子，在具有11.OOmm长 度、12.50mm宽度及5.40mm厚度的陶瓷壳体的下壁处将阳极引线框焊接至金阳极端子。壳体 具有在部分陶瓷壳体内侧底部上的锻金焊盘。
[0110] 阴极连接采用的粘合剂为银浆。然后将组件装入对流烤箱中W焊接银浆。用于阳 极连接的焊接为电阻焊接，且在引线框部分与陶瓷壳体锻金焊盘之间施加300W的能量 100ms。然后，将导热有机娃封装剂(热固性SC-320)涂覆至电容器元件的阳极和阴极部分的 顶部，并在15(TC下干燥24小时。接着，将Kova巧盖子放置于壳体的顶部，紧接陶瓷的密封 环上。所得组件被置于焊接室，并且在进行密封环与盖子之间的缝焊之前W氮气对其进行 吹扫。
[0111 ] 经测试后，确定电容为18.3]iF，而ESR为53. Om Q。下面示出了泄漏电流和纹波电流 测试结果的总结。
[01。]实例 2B
[0113] W在上面实例2A中描述的相同方式形成多个电容器元件。
[0114] 在电容器元件的阳极和阴极部分的顶部上涂覆耐热保护性有机娃涂层，并在23°C 下干燥24小时。接着，在壳体的顶部放置Kovar霞盖子，靠近陶瓷的密封环上。所得组件被置 于焊接室，并且在进行密封环与盖子之间的缝焊之前W氮气对其进行吹扫。
[0115] 经测试后，确定电容为18.3]iF，而ESR为56. Im Q。下面示出了泄漏电流和纹波电流 测试结果的总结。
[0116] 实例 2C
[0117] W在上面实例2A中描述的相同方式形成多个电容器元件。
[0118] 在电容器元件的阳极和阴极部分的顶部涂覆单组分环氧树脂基复合泡沫 (syntactic foam)粉末封装剂，并在150°C下干燥4小时。接着，在壳体的顶部放置Kovar@ 盖子，紧接在陶瓷的密封环上。所得组件被置于焊接室，并且在进行密封环与盖子之间的缝 焊之前W氮气对其进行吹扫。
[0119] 经测试后，确定电容为19.5iiF，而ESR为54.6mQ。下面示出了泄漏电流和纹波电流 测试结果的总结。
[0120] 实例 2D
[0121] W在上面实例2A中描述的相同方式形成多个电容器元件。
[0122] 在阳极和阴极的顶部不施加封装剂。接着，在壳体的顶部放置Kovar芭盖子，紧接 在陶瓷的密封环上。所得组件被置于焊接室，并且在进行密封环与盖子之间的缝焊之前W 氮气对其进行吹扫。
[0123] 经测试后，确定电容为18.4iiF，而ESR为49.SmQ。下面再次示出泄漏电流和纹波电 流测试结果的总结。
[0124] 实例 2E
[0125] W在上面实例2A中描述的相同方式形成多个电容器元件。
[0126] 在阳极和阴极的顶部不施加封装剂。接着，在壳体的顶部放置投ova旗)盖子，紧接 在陶瓷的密封环上。所得组件被置于焊接室，并且在进行密封环与盖子之间的缝焊之前W 氮气对其进行吹扫。
[0127] 经测试后，确定电容为18.祉F，而ESR为47.6m Q。下面示出了泄漏电流和纹波电流 测试结果的总结。
[012 引
[0129]本发明的运些和其它修改W及变型可在不脱离本发明的精神和范围下，由本领域 的普通技术人员来实施。此外，应当理解的是，各种实施例的各方面可W整体或部分地互 换。此外，本领域技术人员将理解，上述仅通过实例进行说明，并不旨在限制在所附权利要 求书中进一步描述的本发明。
【主权项】
1. 一种电容器组件，其包括： 壳体； 被气密密封于所述壳体内的电容器元件，其中所述电容器元件包括烧结的阳极体、覆 盖所述阳极体的电介质以及覆盖所述电介质的固体电解质；以及 至少部分地封装所述电容器元件的导热材料，其中所述导热材料具有根据13022007-2:2014所确定的约1 W/m-K或更大的热导率。2. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料具有根据ASTM D257-14所确定 的IX 1012欧姆·厘米或更大的体积电阻率。3. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料表现出根据ASTM D570-98 (2010) e-Ι所确定的约1 %或更小的吸湿度。4. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料包含分散于聚合物基体内的导 热填料。5. 如权利要求4所述的电容器组件，其中导热填料包括金属填料、金属氧化物填料、氮 化物填料、碳填料，或它们的组合。6. 如权利要求5所述的电容器组件，其中所述导热填料包括铝、银、铜、镍、铁、钴、氧化 铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳黑、碳富勒烯、石墨薄片、碳纳米管、 碳纳米纤维，或它们的组合。7. 如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包括具有约10-500纳米平均尺 寸的填料颗粒。8. 如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包括具有约1-50微米平均尺寸 的颗粒。9. 如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包含纳米级颗粒和微米级颗粒， 其中微米级填料颗粒的平均尺寸与纳米级填料颗粒的平均尺寸的比为约50:1或更大。10. 如权利要求4所述的电容器组件，其中所述聚合物基体包括有机聚硅氧烷。11. 如权利要求10所述的电容器组件，其中所述有机聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷。12. 如权利要求10所述的电容器组件，其中所述有机聚硅氧烷具有约5，000-30，000g/ mol的分子量。13. 如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料占所述导热材料的约25-95体 积％。14. 如权利要求4所述的电容器组件，其中聚合物基体占所述导热材料的约5-75体 积％。15. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述电容器组件包括多个电容器元件，所述 电容器元件至少部分地由所述导热材料封装。16. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述阳极体包括钽，且所述电介质包括五氧 化二钽。17. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述固体电解质包括导电聚合物层。18. 如权利要求17所述的电容器组件，其中所述导电聚合物层包括取代的聚噻吩。19. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述壳体限定气态气氛，且其中惰性气体占 所述气态气氛的约50-100重量％。20. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述壳体由金属、陶瓷或其组合形成。21. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料完全封装所述电容器元件。22. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料与所述电容器元件直接接触。23. 如权利要求1所述的电容器组件，其中所述壳体限定具有上表面的侧壁及位于所述 侧壁的上表面上的盖子。24. 如权利要求23所述的电容器组件，其中所述导热材料设置在所述盖子上。
【文档编号】H01G9/00GK105977031SQ201610053109
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】J·彼得日莱克, J·奈华德, M·比乐
【申请人】Avx公司