专利名称：固体电解电容器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体电解电容器组件，特别是一种在高温下具有改善的性能的电容器组件。本发明还涉及一种形成电容器组件的方法。
背景技术：
由于容积效率、可靠性及工艺兼容性，电解电容器(如，钽电容器)越来越多地应用于电路设计中。例如，已经开发出一种固体电解电容器，其包括一阳极(如，钽)、一在阳极上形成的介质氧化物膜(如，五氧化二钽，Ta205)、一固体电解质层，以及一阴极。该种固体电解质层可由导电聚合物形成，如Mkata等人的美国专利5，457，862,5, 729，428以及Kudoh等人的美国专利5，812，367中所述。但遗憾的是，由于具有从掺杂态向未掺杂态转变的倾向， 或从未掺杂态向掺杂态转变的倾向，这种固体电解质在高温下的稳定性很差。因此，现在需要一种固体电解电容器，其在高温环境中具有改善的性能。
发明内容
根据本发明的一个实施例，其公开了一种电容器组件，包括一电解电容器和一陶瓷外壳，电容器设置并密封在该外壳中。陶瓷外壳限定了一内腔，该内腔中有气态气氛，气态气氛中包含惰性气体。所述电解电容器包括一电容器元件，其包括一阳极主体、电介质以及覆盖于电介质上的固体电解质，一阳极连接元件与电容器元件的阳极主体电连接，一阴极连接元件与电容器元件的固体电解质电连接，以及一树脂外壳，其将电容器元件封装其中并将阳极连接元件和阴极连接元件的至少一部分暴露在外。根据本发明的另一实施例，其公开了一种形成电容器组件的方法，包括将电解电容器放置于陶瓷外壳中，将电容器的阳极连接元件与阳极端子电连接，将电容器的阴极连接元件与阴极端子电连接，将一盖子放置于陶瓷外壳上，并在包含惰性气体的气态气氛中将盖子与陶瓷外壳密封。本发明的其他方面及特征将在下面进行更详细的描述。
本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，将参考附图在余下的说明书中进行更具体的描述。在本发明的说明书及附图中，同一附图标记表示本发明相同或者相似的特征或部件。其中
图1是本发明的一个实施例中可使用的电容器的实施例的透视图；以及图2是本发明的电容器组件的一个实施例的截面图。
具体实施例方式应该理解，对于本领域技术人员来说，下面的内容仅为本发明的示范性实施例的描述，并不是对本发明更广泛的保护范围的限制，本发明更广泛的内容将通过所述示范性结构体现出来。总的来说，本发明涉及一种电容器组件，其包括一带有阳极主体、覆盖于阳极上的电介质以及覆盖于电介质上的固体电解质(如，导电聚合物)的固体电解电容器。阳极主体与阳极连接元件电连接，固体电解质与阴极连接元件电连接。电容器元件和各连接元件封装在树脂材料中，使得连接元件的至少一部分暴露在外。除了能提高机械强度，树脂封装材料在一定程度上可隔离使用过程中的湿气和氧，否则它们会降低固体电解质的导电性并增大ESR。为了进一步保护电容器元件，尤其是在高温下，封装的电容器元件仍需在惰性气体的存在下封闭并密封在一陶瓷外壳中。人们相信陶瓷外壳能够限制电容器的导电聚合物接触到的湿气和氧的量。通过这种方式，上述固体电解质在高温环境中发生反应的可能性很小，从而增加了电容器组件的热稳定性。本发明的各种实施例将在下面进行更详细的描述。I.固体电解电容器元件 A阳极主体
电容器元件的阳极主体可以由具有高荷质比的阀金属组合物形成，例如大约4，000 PF*V/g或以上，在一些实施例中大约50，000或以上，在一些实施例中大约60，000
PF*V/g或以上，在一些实施例中大约70,000至大约700,000 PF*V/g。所述阀金
属组合物包含阀金属(即能够氧化的金属)或者阀金属基的化合物，例如，钽、铌、铝、铪、钛及它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可包括导电的铌氧化物，例如，铌与氧的原子比为1:1.0士 1.0，在一些实施例中为1:1.0士0. 3，在一些实施例中为1:1. 0士0. 1，在一些实施例中为1:1. 0士0. 05的铌氧化物。例如，铌氧化物可以是NbOa7、 NbO1.ο, NbOL1和Nb02。在优选的实施例中，组合物包含NbO1.…它是一种导电的铌氧化物，甚至在高温烧结后仍能保持化学性能稳定。所述阀金属氧化物的实例可参考Fife的专利号为6，322，912、Fife等人的专利号为6，391，275、Fife等人的专利号为6，416，730、Fife的专利号为6，527，937,Kimmel等人的专利号为6，576，099,Fife等人的专利号为6，592，740 及Kimmel等人的专利号为6，639，787、Kimmel等人的专利号为7，220，397的美国专利及 Schnitter的申请公开号为2005/0019581、Schnitter等人的申请公开号为2005/0103638 及Thomas等人的申请公开号为2005/0013765的美国专利，对于所有目的上述专利均以全文引入作为参考。阳极的形成一般采用常规制造程序。在一个实施例中，首先选择具有特定粒径的钽或者铌氧化物粉末。例如，颗粒可为片状、角状、节状及它们的混合体或者变体。一般颗粒的筛分粒度分布至少为大约60目，在一些实施例中为大约60目到大约325目，在一些实施例中为大约100目到大约200目。进一步来说，比表面积为大约0. 1到大约10. 0 m2/g， 在一些实施例中为大约0.5到大约5.0 m2/g，在一些实施例中为大约1.0到大约2.0 m2/ go术语“比表面积”是指按照《美国化学会志》1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、 Emmet和Teller发表的物理气体吸附(B. Ε. Τ.)法测定的表面积，吸附气体为氮气。同样， 体积(或者斯科特)密度一般为大约0. 1到大约5. 0 g/cm3，在一些实施例中为大约0. 2到大约4. 0 g/cm3，在一些实施例中为大约0. 5到大约3. 0 g/cm3。为了便于制造阳极，在导电颗粒中还可以加入其它成分。例如，导电颗粒可选择性地与粘合剂和/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时颗粒彼此适当粘结在一起。合适的粘合剂包括樟脑、硬脂酸和其它皂质脂肪酸、聚乙二醇(Carbowax)(联合碳化物公司)、甘酞树脂(Glyptal)(通用电气公司)、萘、植物蜡、微晶蜡(精制石蜡)、聚合物粘合剂(如，聚乙烯醇、聚O-乙基-2-唑啉)等)，等等。所述粘合剂可在溶剂中溶解和分散。典型溶剂实例包括水、醇等。使用时，粘合剂和/或润滑剂的百分含量可为总质量重量的大约0. 1%到大约8%。但是，应该理解的是，本发明并不一定需要使用粘合剂和润滑剂。得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模机压紧。例如，压模机可为采用一模具及一个或多个模冲的单站压模机。或者，还可采用仅使用单模具和单下模冲的砧型压模机。单站压模机有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的肘板式压力机/肘杆压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。如果需要，在压制后，可在某一温度(例如大约150°C至大约50(TC)、真空条件下对颗粒加热几分钟，脱除任何粘合剂/润滑剂。或者，也可以采用将颗粒与水溶液接触来脱除粘合剂/润滑剂，如Bishop等人的专利号为6，197，252的美国专利所述，此专利对于所有目的以全文引入作为参考。然后，烧结阳极体，形成多孔的整块物质。例如，在一个实施例中，可在温度为大约1200°C到大约2000°C之间烧结，在一些实施例中，在真空或者惰性气氛中在温度为大约1500°C到大约1800°C烧结。压制后阳极主体的厚度可以相对的薄，例如大约4毫米或更薄，在一些实施例中， 阳极主体的厚度为大约0. 05到大约2毫米，在一些实施例中，阳极主体的厚度为大约0. 1 到大约1毫米。也可以选择阳极主体的形状，以改善所得电容器的电气性能。例如，阳极主体可以为弯曲形状、正弦曲线形状、长方形、U形、V形等。阳极主体还可以为“槽”形，槽内包括一个或多个沟槽、凹槽、凹陷或者压痕，以增加表面积-体积比，使ESR最小化并延长电容的频率响应。上述“槽”在例如^felAer等人的美国专利6，191,936、Maeda等人的美国专利5，949，639、Bourgault等人的美国专利3，345，545及Hahn等人的美国专利申请 2005/0270725中有所描述，对于所有目的上述专利均以全文引入作为参考。还可将一阳极引线与阳极主体连接，该引线从阳极主体纵向方向延伸出来。该阳极引线可以是线、片等形式，可以采用阀金属化合物如钽、铌、铌氧化物等形成。引线的连接可以采用已知的技术完成，如将引线焊接到阳极主体上或在阳极主体形成期间(例如，在压制和/或烧结前)将引线嵌入到阳极主体内。B电介质
可对阳极主体进行阳极氧化，以在阳极上面和/或阳极内形成介质层。阳极氧化是一种电化学过程，通过此过程，阳极被氧化，形成介电常数相对较高的材料。例如，钽阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta205)。一般来说，阳极氧化首先是在阳极上涂覆电解质，例如将阳极浸到电解质中。电解质通常为液体的形式，比如溶液(例如，水溶液或者非水溶液)、分散体、熔体等。电解液具有离子导电性，其在温度25°C时测定的离子电导率为大约1毫西门子/厘米(mS/cm)或以上，在一些实施例中，离子电导率为大约30 mS/cm或以上，在一些实施例中，为大约40 mS/cm到大约100 mS/cm。为了增强电解液的离子电导率，可以采用能够在溶剂中离解形成离子的化合物。用于此目的的合适的离子化合物包括，例如，酸，如盐酸、 硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、硼酸、有机硼酸(boronic acid)等。电流通过电解质，形成电介质。电压值决定电介质的厚度。例如，电源开始可设定在恒电流模式，直到达到所需的电压值。然后，电源可转到恒电位模式以确保在阳极表面上形成所期望的电介质厚度。当然，也可以采用其它已知的方法，如恒电位脉冲法或恒电位阶跃法。电压一般为大约4到大约200 V，在一些实施例中，为大约9到大约100 V。在阳极氧化过程中，电解质保持在较高温度，例如，大约30°C或以上，在一些实施例中，为大约40°C 到大约200°C，在一些实施例中，为大约50°C到约100°C。阳极氧化也可在室温或更低温度下进行。所得到的电介质可在阳极表面形成或在阳极孔内形成。
C固体电解质
如上所述，固体电解质覆盖于电介质上，一般作为电容器的阴极。例如，二氧化锰固体电解质可通过硝酸锰(Mn (NO3)2)的热解形成。此类技术在，例如，Sturmer等人的专利号为 4，945，452的美国专利中有所说明，对于所有目的将其全文引入作为参考。或者，固体电解质可以由一层或多层导电聚合物层形成。这种层中使用的导电聚合物通常是η-共轭的， 并在氧化或还原后具有导电率，例如，氧化后电导率至少为大约1 PS/cm。此类π-共轭的导电聚合物的实例包括，例如，聚杂环类(例如聚吡咯；聚噻吩、聚苯胺等)；聚乙炔；聚-对苯撑；聚苯酚盐等。合适的聚噻吩包括，例如，聚噻吩及其衍生物，如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(“PEDT”)。在一个特定实施例中，采用具有通式(I)、通式(II)或它们的组合的重复单元的聚噻吩衍生物
权利要求
1.一种电容器组件，包括 一电解电容器，包括一电容器元件，其包括一阳极主体、电介质以及覆盖于所述电介质上的固体电解质； 一阳极连接元件与所述电容器元件的阳极主体电连接； 一阴极连接元件与所述电容器元件的固体电解质电连接；以及一树脂外壳，其将所述电容器元件封装其中但将所述阳极连接元件和所述阴极连接元件的至少一部分暴露在外；以及一陶瓷外壳，所述电容器设置并密封在该外壳中，所述陶瓷外壳限定了一内腔，该内腔中有气态气氛，所述气态气氛中包含惰性气体。
2.根据权利要求1所述的电容器组件，进一步包括 一阳极端子，其与所述阳极连接元件的暴露部分电连接；以及一阴极端子，其与所述阴极连接元件的暴露部分电连接。
3.根据权利要求2所述的电容器组件，其中采用导电粘合剂将所述阳极连接元件的暴露部分与所述阳极端子电连接。
4.根据权利要求2所述的电容器组件，其中采用导电粘合剂将所述阴极连接元件的暴露部分与所述阴极端子电连接。
5.根据权利要求1所述的电容器组件，其中粘合剂直接将所述电容器表面连接至所述陶瓷外壳。
6.根据权利要求1所述的电容器组件，其中所述阳极主体包括钽或铌氧化物。
7.根据权利要求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。
8.根据权利要求7所述的电容器组件，其中所述导电聚合物为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
9.根据权利要求1所述的电容器组件，其中所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氙气、 氖、氪、氡，或它们的组合物。
10.根据权利要求1所述的电容器组件，其中所述惰性气体占气气氛气组成为大约 75wt% 至大约 100wt%。
11.根据权利要求1所述的电容器组件，其中氧气占所述气态气氛组成小于大约lwt%。
12.根据权利要求1所述的电容器组件，进一步包括焊接或锡焊至所述陶瓷外壳上的盖
13.一种电容器组件，包括 一电解电容器，包括一电容器元件，其包括一阳极主体、电介质以及覆盖于所述电介质上的导电聚合物，其中所述阳极主体包括钽或铌氧化物，所述导电聚合物包括聚(3，4-乙烯二氧噻吩)； 一阳极连接元件与所述电容器元件的阳极主体电连接； 一阴极连接元件与所述电容器元件的固体电解质电连接；以及一树脂外壳，其将所述电容器元件封装其中但将所述阳极连接元件和所述阴极连接元件的至少一部分暴露在外；一陶瓷外壳，所述电容器设置并密封其中，所述陶瓷外壳限定了一内腔，该内腔中有气态气氛，所述气态气氛包含惰性气体；一阳极端子，其通过导电粘合剂与所述阳极连接元件的暴露部分电连接；以及一阴极端子，其通过导电粘合剂与所述阴极连接元件的暴露部分电连接。
14.根据权利要求13的电容器组件，其中所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氙气、 氖、氪、氡，或它们的组合物。
15.根据权利要求13的电容器组件，其中惰性气体占所述气态气氛组成为大约75wt% 至 100wt%o
16.根据权利要求13所述的电容器组件，其中氧气占气态气氛组成小于约lwt%。
17.根据权利要求13所述的电容器组件，进一步包括焊接或锡焊至所述陶瓷外壳上的至ΓΤΠ ο
18.一种形成电容器组件的方法，所述方法包括提供一固体电解电容器，其包括一电容器元件、与所述电容器元件的阳极主体电连接的阳极连接元件、与所述电容器元件的固体电解质电连接的阴极连接元件，以及一树脂外壳，其将所述电容器元件封装其中但将所述阳极连接元件和所述阴极连接元件的至少一部分暴露在外；以及将所述电解电容器放置于陶瓷外壳中；将所述电容器的阳极连接元件与阳极端子电连接；将所述电容器的阴极连接元件与阴极端子电连接；将一盖子放置于陶瓷外壳上；以及在包含惰性气体的气态气氛中将盖子与陶瓷外壳密封。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述固体电解质包括聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
20.根据权利要求18所述的方法，其中惰性气体占气态气氛组成为约75wt%-100wt%， 氧气占气态气氛组成小于约1衬％。
全文摘要
本发明公开了一种电容器组件，包括包含一阳极主体、覆盖于阳极上的电介质以及覆盖于电介质上的固体电解质(例如导电聚合物)的固体电解电容器元件。阳极主体与阳极端子电连接，固体电解质与阴极端子电连接。电容器元件和各端子封装在树脂外壳中，并使各端子至少一部分暴露在外。除了增强机械强度，某种程度上树脂封装材料还可在使用过程中阻挡氧和湿气，否则它们会降低固体电解质的电导率并增加ESR。为进一步保护电容器元件，尤其是在高温时，封装的电容器元件仍需在惰性气体的存在下封闭并密封在一陶瓷外壳中。人们相信陶瓷外壳能够限制电容器的导电聚合物接触到的湿气和氧的量。通过这种方式，上述固体电解质在高温环境中发生反应的可能性很小，从而增加了电容器组件的热稳定性。
文档编号H01G9/15GK102436938SQ20111022848
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年8月12日
发明者伊凡娜·泽尼科娃 申请人:Avx公司