专利名称：固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体电解电容器生产过程中的具体工序，特别涉及固体电解电容器形 成固体电解质层的化学聚合工艺。
背景技术：
电容器属于电子信息产业基础元器件产品，是一种使用最广，用量最大，且不可取 代的电子元件，其产量约占电子元件的40%，随着电子信息产业的发展，电子信息产品产 量、品种不断增加，与之配套的电容器的需求量也不断增长。电容器的性能、品种与质量直 接决定或影响着电子信息产品的发展。为了解决传统液体电解电容器适应表面贴装技术、 片式化、小型化，必须解决电解质的固体化。固体电解电容器具有体积更小、性能更好、宽 温、长寿命、耐高频、高可靠性和高环保等诸多优点，适应电子整机小型化、高频化、高速化、 高可靠、高环保的发展趋势和表面贴装技术要求。固体电解电容器是在铝、钽、铌、钛等阀金属或一氧化铌等氧化物的表面采用阳极 氧化法生成一薄层氧化物作为电介质，以固体电解质作为阴极而构成的电容器。该类型的 固体电解电容器的固体电解质可以为导电性聚合物，比如聚吡咯，聚噻吩，聚苯胺或其衍生 物。导电高分子的聚合条件对固体电解电容器的化学聚合过程和聚合物的性质有很大影 响，特别是聚合溶液的温度，对其反应速度和聚合得到的导电聚合物的导电性能有重要影 响。在不同的聚合溶液温度条件下，导电聚合物的聚合速度和导电聚合物的导电性能差异 很大，同样地，把导电聚合物应用于聚合物固体电解电容器中时，在不同的聚合溶液温度条 件下聚合得到导电聚合物膜然后形成成的固体电解电容器，其固体电容器的容量、损耗和 ESR也有较大差异。
公开日为2008年02月20日的中国专利号为200510041690. 6的发明专利，其名 称为《固体片式电解电容器的制造方法》，该专利文献中公开了固体电解电容器的化学聚合 过程，在形成预导电层即第一固体电解质层的化学聚合过程中，对聚合溶液的温度范围没 有进行限定，在超出合适温度范围形成的导电层的导电性能不能得到控制，从而导致固体 电解电容器的性能不能达到预期的目的。
公开日为2009年07月22日的公开号为CN101486836的中国发明专利，其名称 为《导电性高分子溶液、导电性高分子涂膜导电性高分子溶液的形成方法以及固体电解电 容器》，该专利文献中公开了一种卷绕式固体电容器的化学聚合工艺，其化学聚合溶液主要 为聚合物与溶剂形成的混合溶液，聚合物可以是聚吡咯、噻吩等，其是直接将聚合物应用于 该工艺，工艺过程是将上述溶液浸到阀金属(铝箔)上，然后将溶剂烘干除去。该专利文献 中，混合溶液的温度可以控制在-30-200°C的范围内。
公开日为2007年09月12日的公开号为CN101034629的中国发明专利，其名称 为《一种卷绕型固体电解电容器的制造方法》，该专利文献中也公开了一种卷绕式固体电 容器的化学聚合工艺，其化学聚合溶液是氧化剂与单体的混合溶液，该工艺是将氧化液与 还原液混合在一起，为防止氧化剂与单体反应，该专利文献中，混合溶液的温度可以控制
3在-70-60°C的范围内。
公开日为2006年05月17日的公开号为CN1773640的中国发明专利，其名称为 《固体电解电容器及其制造方法》，该专利文献中也公开了卷绕式固体电容器(非片式)的 化学聚合工艺，其化学聚合溶液也是氧化剂与单体的混合溶液，采用的溶剂是有机溶剂，该 工艺是将氧化液与单体液混合在一起，为防止氧化剂与单体反应，该专利文献中，混合溶液 的温度可以控制在20-35°C的范围内。
发明内容本发明要解决的技术问题，在于提供一种固体电解电容器形成固体电解质层的化 学聚合工艺，通过对导电聚合物聚合溶液的温度范围进行限定，保证导电聚合物的聚合过 程是可控的，从而使得形成得到的固体电解电容器的性能也是可控的，能够解决现有技术 中存在的聚合溶液的温度范围没有进行限定，在超出合适温度范围形成的导电层的导电性 能不能得到控制，导致固体电解电容器的性能不能达到预期的目的的问题。本发明是通过采用以下技术方案解决上述技术问题的固体电解电容器形成固体 电解质层的化学聚合工艺，所述化学聚合工艺包括将已形成氧化膜介质的阳极体表面置于 氧化液中浸泡一定时间的氧化液浸液步骤以及置于单体溶液中浸泡一定时间的单体溶液 浸液步骤，其中，所述单体溶液浸液步骤中，将所述单体溶液的温度范围控制在10-50°C。进一步地，所述氧化液浸液步骤中，所述的氧化液温度为5-35°C。进一步地，所述单体溶液浸液步骤中，将所述单体溶液的温度范围控制在 15-40 "C。进一步地，所述单体溶液至少包含单体、掺杂剂和溶剂。进一步地，所述单体可以为吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺 的衍生物。进一步地，所述掺杂剂可以为对甲苯磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基磺酸 盐、萘磺酸盐、烷基水杨酸、苯甲酸盐或樟脑磺酸盐。进一步地，所述氧化液至少包含氧化剂和溶剂，所述氧化剂为高锰酸钾、过氧化 氢、三价铁盐或过硫酸盐中的至少一种。进一步地，所述氧化液浸液步骤后包括清洗烘干的步骤，所述单体溶液浸液步骤 后也包括清洗烘干的步骤。进一步地，所述固体电容器的生产工艺主要包括在电容器阳极体表面上形成氧 化膜介质的工序；在氧化膜介质外表面上形成固体电解质层的工序；在固体电解质层外 表面形成含碳阴极层的工序；在含碳阴极层外表面形成含银阴极层的工序；制得电容器元 件，将电容器元件组装并封装，制得固体电解电容器的工序，所述固体电解质层的形成采用 化学聚合方法或者化学聚合与电化学聚合结合的方法。进一步地，所述固体电解电容器的阳极体可以为阀金属及氧化物，所述阀金属可 以为铝、钽、铌或钛，所述氧化物为一氧化铌。本发明所涉及的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺具有如下有 益效果通过控制化学聚合过程中单体溶液的温度范围在10-50°C，使得聚合得到的导电 聚合物层的性质可控，从而使得形成得到的聚合物电解电容器的性能可控，并且，在该溶液温度范围下形成得到的电解电容器的电容量、损耗、ESR等性能更好。
具体实施方式本发明所涉及的固体电解电容器的生产工艺主要包括在电容器阳极体表面上形 成氧化膜介质的工序；在氧化膜介质外表面上形成固体电解质层的工序；在固体电解质层 外表面形成含碳阴极层的工序；在含碳阴极层外表面形成含银阴极层的工序；制得电容器 元件，将电容器元件组装并封装，制得固体电解电容器的工序。以阀金属为铝的固体电解电 容器为例，在氧化膜介质外表面上形成固体电解质层的工序是通过采用化学聚合的工艺在 铝箔表面上形成第一固体电解质层，然后第一固体电解质层表面通过电化学聚合的方法形 成第二固体电解质层。具体地，化学聚合工艺中，是先将铝箔置于氧化液中浸泡一定时间， 然后取出烘干，再将铝箔置于单体溶液中浸泡一定时间取出烘干，重复循环上述的步骤多 次后在铝箔表面形成固体电解质层，所述氧化液可以为高锰酸钾、过氧化氢、三价铁盐、过 硫酸盐的水溶液，首选为包含高锰酸钾的溶液；所述单体溶液可以为单体和掺杂剂组成的 混合水溶液，所述单体可以为吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺的衍生 物，首选吡咯及吡咯衍生物；所述掺杂剂可以为对甲苯磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷 基磺酸盐、萘磺酸盐、烷基水杨酸盐、苯甲酸盐、樟脑磺酸盐，首选对甲苯磺酸盐。所述单体 溶液的温度范围控制在10-50°C，所述的氧化液温度为5-35°C。实施例1在化学聚合工艺中，先将包含氧化铝13VF铝箔(有效面积3. 5mmX4.0mm)置于 0. 3M的KMnO4水溶液中浸泡1分钟，取出烘干，再在pH值为0. 5含0. 4M的Py (吡咯单体) 和0. 5M的对甲苯磺酸盐的混合水溶液中浸泡2分钟，取出烘干，重复重复以上步骤3次后 清洗烘干，即在铝箔表面形成第一固体电解质层聚吡咯。其中，通过水浴控温，保持单体溶 液的温度为20°C。氧化液温度在5-35°C的室温范围内均可。化学聚合工艺完成后，然后在 第一固体电解质层表面通过电化学聚合的方法形成第二固体电解质层聚吡咯。在固体电解 质层外表面依次形成含碳阴极层，含银阴极层；制得单片电容器元件，将单片电容器元件叠 层并封装，制得固体铝电解电容器。实施例2与实施例1不同的是，通过水浴控温，保持单体溶液的温度为30°C。实施例3与实施例1不同的是，通过水浴控温，保持单体溶液的温度为35°C。实施例4与实施例1不同的是，通过水浴控温，保持单体溶液的温度为40°C。对比例1与实施例1不同的是，通过水浴控温，保持单体溶液的温度为5°C。对比例2与实施例1不同的是，通过水浴控温，保持单体溶液的温度为70°C。通过应用上述的化学聚合工艺，最后叠6层，形成成6. 3V/100 μ F电容器，上述各 实施例与对比例所测得的30只电容器的电容量、损耗、ESR的平均值数据如表1所示。表1实施例与对比例电性能比较表
5 表1的数据显示，通过将固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合的单体溶 液温度控制在合适的范围内，所得到的电容器的电性能明显优于对比例。
权利要求
固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，所述化学聚合工艺包括将已形成氧化膜介质的阳极体表面置于氧化液中浸泡一定时间的氧化液浸液步骤以及置于单体溶液中浸泡一定时间的单体溶液浸液步骤，其特征在于所述单体溶液浸液步骤中，将所述单体溶液的温度范围控制在10 50℃。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合溶液，其特征 在于所述氧化液浸液步骤中，所述的氧化液温度为5-35°C。
3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合溶液，其 特征在于所述单体溶液浸液步骤中，将所述单体溶液的温度范围控制在15-40°C。
4.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其 特征在于所述单体溶液至少包含单体、掺杂剂和溶剂。
5.根据权利要求4所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其特征 在于所述单体可以为吡咯、噻吩、苯胺或吡咯的衍生物、噻吩的衍生物、苯胺的衍生物。
6.根据权利要求4所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其特征 在于所述掺杂剂可以为对甲苯磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、十二烷基磺酸盐、萘磺酸盐、烷 基水杨酸、苯甲酸盐或樟脑磺酸盐。
7.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其 特征在于所述氧化液至少包含氧化剂和溶剂，所述氧化剂为高锰酸钾、过氧化氢、三价铁 盐或过硫酸盐中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其特征 在于所述氧化液浸液步骤后包括清洗烘干的步骤，所述单体溶液浸液步骤后也包括清洗 烘干的步骤。
9.根据权利要求1所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，其特征 在于所述固体电容器的生产工艺主要包括在电容器阳极体表面上形成氧化膜介质的工 序；在氧化膜介质外表面上形成固体电解质层的工序；在固体电解质层外表面形成含碳阴 极层的工序；在含碳阴极层外表面形成含银阴极层的工序；制得电容器元件，将电容器元 件组装并封装，制得固体电解电容器的工序，所述固体电解质层的形成采用化学聚合方法 或者化学聚合与电化学聚合结合的方法。
10.根据权利要求1所述的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合溶液，其特 征在于所述固体电解电容器的阳极体可以为阀金属及氧化物，所述阀金属可以为铝、钽、 铌或钛，所述氧化物为一氧化铌。
全文摘要
本发明提供了固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺，所述化学聚合工艺包括将已形成氧化膜介质的阳极体表面置于氧化液中浸泡一定时间的氧化液浸液步骤以及置于单体溶液中浸泡一定时间的单体溶液浸液步骤，所述单体溶液浸液步骤中，将所述单体溶液的温度范围控制在10-50℃。所述氧化液浸液步骤中，所述的氧化液温度为5-35℃。本发明实现的固体电解电容器形成固体电解质层的化学聚合工艺使得通过该化学聚合工艺生产出来的电解电容器的性能更加可控，并且，在该温度范围下形成得到的电解电容器的电容量、损耗、ESR等性能更好。
文档编号H01G9/025GK101894671SQ20101020767
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者张易宁, 林俊鸿 申请人:福建国光电子科技股份有限公司