本申请要求2015年11月16日提交的美国专利申请no.14/942,011的优先权，其全部内容通过引用结合于此，如同在此完全阐述一样。
本申请涉及电子部件领域，更具体地，涉及电容器和电容器的制造。
背景技术：
湿电容器由于其体积效率、稳定的电参数、高可靠性和长使用寿命而用于线路设计。与某些其他类型的电容器相比，这种电容器一般具有更大的每单位体积的电容，使其在高电流、高功率和低频电路中是有价值的。湿电容器的一种类型是包括阳极、阴极和流体电解质的湿电解电容器。湿电解电容器往往能提供高电容和低漏电流的良好组合。湿电解电容器对于来自卫星、航空航天、机载、军队支持、石油开采、电力供应等的各种类型的电设备而言是基本的。
已知的湿电解电容器一般具有大致为圆柱形的形状和适用于通孔安装(thm)的轴向引线端子。一般来说，已知钽电解电容器具有大致圆柱形形状和适用于thm的轴向引线端子。图1a和图1b示出具有这种轴向thm设计的说明性电容器100的横截面图。电容器100包括由钽(ta)形成的大致圆柱形的罐形主体105。电容器100包括设置成与阳极120和阴极130电接触的电解质110。所示电容器100在一端包括聚四氟乙烯(ptfe)衬套140，其由位于套管140的槽145中的橡胶o形环150围绕。电容器100的端被压接152以将钽主体105压缩到槽145中。因此，图1a和图1b所示的一致的轴向电容器利用双密封结构，其包括作为主密封件的与橡胶垫圈一致的压接ptfe塞以及作为次级密封件的激光焊接盖。可以理解的是，在这种已知的电容器中，ptfe衬套位于电容器主体或“罐”的内部区域的内侧，并且因此占据否则可能用于安置电容元件的有限体积的空间。
thm组装技术是电容器的标准操作，直到20世纪80年代后期，当表面-安装技术(smt)，导致了各表面安装装置(smd)，出于各种成本和效率原因而大部分地代替thm。例如，thm需要在印刷线路板(pcb)上钻孔，这是昂贵和耗时的。用于smt的元件组装速度一般比thm的元件组装速度快，因为thm需要在板的两侧焊接，而不是表面-安装，这一般只需要关注pcb的一侧。thm组装一般使用波浪式、选择性或手工焊接技术，这些技术比用于表面安装的回流炉的可靠性和可重复性要低得多。此外，smt元件一般比其对应的thm元件小，因为他们有更小的引线或根本没有引线。
提高体积效率的一种方式是使用高性能材料，例如，钽(ta)、铌(nb)或氧化铌(nbo)作为阳极材料。这种通用类型的某些固体芯或料粒表面安装型电容器在本领域中是已知的。实例可以在美国专利no.6,380,577、no.6,238,444和no.7,161,797中看到，其通过引用并入本文。在这些专利中，实例表明固体内芯(有时称为阳极主体、块或料粒)主要是ta。钽阳极主体一般是烧结的。线一般以两种方式之一形成在阳极主体中：(a)“嵌入”意味着线(也可以是钽)在压制过程中被钽粉覆盖；或(b)“焊接”意味是在料粒被压制和烧结后，线被焊接到ta块。另一端延伸到块之外。电容器介电材料通过阳极材料的阳极氧化来制成，以跨越阳极主体的表面形成氧化层(例如，ta至ta2os)。如果阳极主体是nb，则氧化是nb到nb2os；如果是nbo，则氧化是nbo至nb2os。电容器阴极一般通过以下方式形成：具有固体电解质层(例如，mno2的)和导电聚合物涂覆的介电层，并随后用石墨和银覆盖用于获得更好的导电性和改善的机械强度。阳极和阴极端子可以分别连接到ta线的自由端和ta料粒的外电解质表面涂层，然后所有这些部件可以被封装在壳体内(例如，通过在各部件周围模制塑料)，只留下暴露在壳体外的阳极和阴极端子的一个或多个外表面用于，例如，表面安装。
可以理解，这种已知的电容器不利用钽壳体或“罐”，或“湿”(流体)电解质。因此，当将流体电解质引入到预先形成的钽壳体或罐中时，它们没有解决体积效率的问题。他们也没有解决当流体电解质引入时如何有效地密封壳体。
然后，仍然需要一种改进的具有钽壳体的湿电解电容器，并且特别地对于适合于表面安装且具有提高的体积效率的改进的湿电解电容器。此外，需要一种具有改进的结构的电容器，用于将电解质引入电容器主体的内部，而不占用电容器主体中或其上的宝贵空间。
技术实现要素：
在本发明的一个方面中，提供了一种湿电解表面安装型电容器，其具有壳体，该壳体具有穿过电容器主体的壁而定位的填充端口。流体电解质通过填充端口被引入到主体的内部。填充端口由可压缩填充端口塞和填充端口盖而密封。
在另一方面，本发明还涉及一种湿电解表面安装型电容器，其包括主体，所述主体限定内部区域并具有穿过所述主体的壁而形成的填充端口。该主体具有阴极端和相反的阳极端，并且优选为钽。电容元件位于主体内部并与主体绝缘。表面安装阳极端子被提供为与电容元件电连通并且与主体绝缘。表面安装阴极端子被提供为与主体电连通。电解质被包含在主体的内部区域中，并且通过填充端口被引入到主体的内部区域中。填充端口塞邻近填充端口定位。填充端口盖位于主体上，以将填充端口塞压缩抵靠到填充端口以密封填充端口。填充端口盖可以焊接到主体。
还提供了一种形成阴极的方法。一种制造湿电解表面安装型电容器的方法可以优选地包括以下步骤：形成限定内部区域的主体，所述主体具有敞开阳极端和相反的封闭阴极端；穿过主体的壁而形成填充端口；将电容元件安置在主体的内部区域中并将电容元件与主体绝缘；将盖安置跨越阳极端；通过填充端口将电解质引入到主体的内部区域；将填充端口塞邻近填充端口定位；将所述填充端口盖附接到所述主体的外表面所述填充端口塞上，以将所述填充端口塞抵靠着所述填充端口压缩以密封所述填充端口；在所述电容器的外表面上形成表面安装阳极端子，其与所述电容元件电连通并与所述主体绝缘；以及在电容器的外表面上形成表面安装阴极端子，其与主体电连通。
附图说明
从以下结合附图举例给出的描述中可以得到更详细的理解，其中：
图1a和图1b示出了已知电容器的横截面图，其中图1b具有压接的端。
图2a是从根据本发明的实施方式的电容器的阳极端看的等距立体图。
图2b是从根据本发明的实施方式的电容器的阴极端看的等距立体图。
图3a是根据本发明实施方式的电容器的左侧视图。
图3b是根据本发明实施方式的电容器的右侧视图。
图4a是根据本发明实施方式的电容器的顶部视图。
图4b是根据本发明实施方式的电容器的底部视图。
图5a是根据本发明实施方式的电容器的阳极端的前视平面图。
图5b是根据本发明实施方式的电容器的阴极端的后视平面图。
图6a是根据本发明实施方式的电容器的阳极端的前视平面图，示出了图8的截面线。
图6b是根据本发明实施方式的电容器的阳极端的前视平面图，示出了图9的截面线。
图7是沿着图3a的线7-7截取的电容器的顶部的横截面图。
图8是电容器的顶部的横截面图，示出了沿着图6a的线8-8截取的根据本发明的一个实施方式。
图9是电容器的顶部的横截面图，示出了沿图6b的线9-9截取的本发明的一个实施方式。
图10是根据本发明实施方式的电容器的分解图。
图11是根据本发明实施方式的制造电容器的壳体的过程的流程图。
图12是根据本发明实施方式的用于在制造电容器中准备阳极的过程的流程图。
图13是根据本发明实施方式的用于组装电容器的过程的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中使用某些术语仅仅是为了方便，而非限制性的。“右”、“左”、“顶部”和“底部”等词语表示参考的图中的方向。除非另有特别说明，否则在权利要求和说明书的相应部分中使用的词“一”和“一个”被定义为包括一个或多个所指明的项目。该术语包括上述具体提及的词语、其衍生词和类似重要词语。短语“至少一个”后跟一系列的两个或更多个项目，例如“a、b或c”，是指a、b或c中的任何一个以及它们的任何组合。
图2-10示出了根据本发明实施方式的电容器200。电容器200包括电容器主体202。电容器主体202基本上形成为具有至少一个敞开端的钽壳体或“罐”，并且限定内部区域203。主体202具有敞开阳极端206和相反的封闭阴极端208。为了说明的目的，参考图中所示的电容器200的取向，所述主体202还具有左侧210、右侧212、顶部214和底部216。尽管主体202可以在本发明的实施方式中变化，并且如各图所示，主体202的侧壁和顶部壁和底部壁可以具有大致矩形的形状，并且可以在角部204处具有倒圆的或斜角的边缘。电容器200可以进一步具有整体矩形形状。主体202的所述形状和构造有助于，相比相同长度、宽度和高度的圆柱形电容器，提供提高的体积效率。
如图7-9所示，钽主体202的至少一部分的内表面209包括阴极层211，并且可以包括，例如，烧结钽。阴极层211也可以是电泳沉积的钽，如美国专利no.9,070,512中所述，其全部内容通过引用并入本文。
如图2a、图2b、图5a和图5b所示，可以围绕左侧、右侧以及顶部和底部壁包裹主体202在外绝缘包覆体215中，覆盖所述主体202。绝缘包覆体215可以优选地由基于聚酰亚胺的材料制成。
如图7和图8所示，主体202的一侧，并且在图示的示例中，主体202的右侧212，包括壁219，其限定优选为漏斗形的填充端口218，提供开口，流体电解质可通过该开口被引入到主体202中。填充端口218可以通过在主体202的构造过程中在主体202中压制漏斗形开口而形成。如下面更详细讨论的，该填充端口218将用于将电解质引入到主体202的内部区域203中。在不脱离本发明的范围的情况下，可以将填充端口218替代地形成在沿主体202的另一位置处。
如图7-10所示，绝缘插入件220设置在电容器200的内部区域203内靠近阴极端208。所述绝缘插入件220包括大致矩形的壁228，具有中央开口222并具有朝阳极端延伸的凸缘224，其优选地在壁228的每个角部226处。绝缘插入件220配置为接收、夹持和保持诸如钽块或料粒的电容元件230，并且将电容元件230与主体电地并物理地绝缘。绝缘插入件220可以由用于形成电容器的任何可接受的绝缘材料形成，并且优选包括耐酸材料，例如ptfe、聚氯乙烯(pvc)、聚醚醚酮(peek)或具有与对于本领域技术人员来说是已知的其他材料。绝缘插入件220优选是不导电的。
如图7-10所示，电容元件230设置在内部区域203中，并且其形状和大小被设计成可以定位并保持在由绝缘插入件220的凸缘224限定的区域内，并且由凸缘224夹紧，诸如通过摩擦配合。所述电容元件230(其有时在本领域中可以称为“阳极主体”、“块”或“料粒”)可以优选地形成为钽块或固体料粒阳极主体，或者可以包括如本领域技术人员可以理解的其他材料，诸如nb或nbo。
如图7-10所示，提供从电容元件230的前表面231延伸，并沿阳极端206的方向延伸的阳极线232。所述阳极线232包括电容器200的阳极的部分，并且与电容元件230电连通。所述阳极线232可以形成为提供电容元件230和阳极端子254之间的电连通的线，下面将进一步详细描述。所述阳极线232可嵌入、焊接到或以其他方式连接、结合或键合到电容元件。
如上所述，电容元件包括固体料粒阳极主体230，在阳极主体中具有嵌入的或焊接的线。通过阳极主体的氧化形成电介质层，并跨越电介质层形成电解质层。
从阳极端206考虑电容器200，玻璃-金属密封(gtms)盖234在电容器200的主体202的壁内邻近于阳极端206，并被焊接到位以有效地密封原始敞开的阳极端206。所述盖234包括由钽形成的导电金属外部分237和由玻璃形成并且包括阳极管242的非导电中央插入部分236。如图7-10所示，外部分237具有延伸入到主体202的内部区域203中的大致环形壁238，形成开口244。环形壁238终止于大致平坦的圆形向内面向表面240内。中央插入部分236具有大致的钟形并位于开口244内并且具有通过其中央部分形成的通道246。阳极管242位于通道246内并且轴向延伸通过所述通道。阳极管242包括通过其中的中空通道243，并且优选由钽形成。
所述gtms盖234被安置在钽壳体202的阳极端开口处，而阳极线232被插入到阳极管242中。阳极管242通过玻璃凸缘与钽外部分237电绝缘，所述玻璃凸缘形成插入到gtms(玻璃-金属密封)结构的插入部分236。在制造期间，gtms盖234被焊接到壳体202，而阳极线232被焊接到阳极管242在gtms中央插入部分236内，形成电容器的阳极。因此，gtms盖234包括基本熔合在一起以形成单个盖234单元的几个部件：钽(金属)外部分237、玻璃(非导电)中央插入部分236和钽阳极管242。
例如，如图2a、图3a、图3b、图5a、图6a、图6b和图10所示，绝缘垫片249包括第一壁部分248和大致垂直于第一壁部分248弯曲的第二壁部分250。第一壁部分248包括开口252，其与盖234的开口244对齐。第一壁部分248在各图的取向中垂直定位并且邻近盖234。第二壁部分250在各图的取向中水平定位，并且沿着主体202的底部216定位，并且从阳极端206并且沿着底部216的长度朝向阴极端延伸。绝缘垫片249基本上是l形的。可以在第二壁部分250的端和主体202的阴极端208之间设置空间217。绝缘垫片249优选由包括ptfe的材料形成。然而，可以理解的是，绝缘垫片249可以包括能够承受大约260摄氏度及以下的回流温度的任何非导电柔性材料。绝缘垫片249的主要目的是将阳极端子与钽主体202绝缘，所述钽主体202本身包括电容器阴极的部分。
阳极端子254包括第一壁部分256和第二壁部分258，所述第二壁部分大致垂直于第一壁部分256弯曲。第一壁部分256在各图的取向中垂直定位，并且包括与开口244和开口252对齐的开口260。第一壁部分256可以具有邻近其顶角的向内成角度的边缘，如图2a、图5a、图6a和图6b所示。阳极端子254基本上是l形的。围绕开口260设置凸起的圆形唇缘262。第一壁部分256邻近绝缘垫片249定位。第二壁部分258在各图中的取向中水平定位，并且沿第二壁部分250的底部定位。
如图6和图7所示，开口244、开口252和开口260形成通道264，gtms阳极管242通过所述通道延伸。阳极管242延伸通过通道264并入到主体202的内部区域203中。阳极管242优选具有一定长度，从而其不会到达电容元件230的面向阳极端206的前表面231，并且在阳极管242的内端270和电容元件230的表面231之间留下空间或间隙268。阳极线232延伸通过阳极管242。阳极线232的外端272焊接到阳极管242的外端274。来自焊接过程的熔融金属可以在阳极管242的端处形成圆形的端部276或凸缘。
阴极端子280包括第一壁部分282和第二壁部分284，所述第二壁部分大致垂直于第一壁部分282弯曲。第一壁部分282在各图的取向中垂直定位，并且定位成邻近主体202的阴极端208。阴极端子280基本上为l形。第二壁部分284在各图的取向中水平定位，并且沿着主体202的底部216定位，并且邻近阴极端208。
流体电解质300通过填充端口218被引入到电容器200的内部区域203中。填充端口塞302用于封闭填充端口218，并且沿着主体202的外表面位于邻接填充端口218。填充端口塞302优选包括可压缩材料，诸如橡胶，例如合成橡胶，和/或含氟聚合物弹性体或塑料。填充端口塞302是可压缩的，并且可以是椭圆形、球形或漏斗形塞，使得以互补的方式配合在漏斗形填充端口218内。填充端口盖304，优选包括钽，被配置为跨越填充端口塞302，并且将填充端口塞302压缩入到填充端口218中，因此有效地密封填充端口218并因此密封电容器的主体。填充端口盖304可以优选地焊接到主体202。电解质300填充电容元件230与阴极层211和主体202之间的内部区域203的空间，并且提供这些之间的电连通。
如图11-13中的流程图所示意性示出的，还提供了根据本发明的制造电容器的方法。
如图11所示，首先，准备主体202或“罐”以形成阴极。形成钽电容器主体202[500]，在一端具有开口。高电容阴极层211被施加到钽电容器主体202的内表面209[502]。漏斗形填充端口218形成在主体202的壁中[504]。
如12图所示，还准备电容器的阳极。首先，压制钽料粒以形成电容元件230[506]。然后烧结钽料粒[508]。钽阳极线232连接到电容元件230[510]。阳极线焊接到gtms阳极管232[512]。通过阳极氧化过程在电容元件230上形成电介质层[514]，由此阳极材料的阳极氧化跨越阳极的表面形成氧化层。然后将电容元件230插入到绝缘插入件220中[516]。
电容器组件在图13中示出。绝缘插入件220和电容元件230位于主体202的内部区域203内邻近阴极端208[518]。gtms盖234被安置跨越主体202的敞开阳极端206并被焊接就位[520]。主体202填充有流体电解质300，所述流体电解质通过漏斗形填充端口218引入到内部区域203中[522]。填充端口塞302抵靠填充端口218安置[524]。填充端口盖304被安置跨越所述塞302和填充端口218，将所述塞302压缩入到填充端口218中，并且填充端口盖304被焊接就位[526]。
设置绝缘包覆体215以覆盖主体202[528]。
绝缘垫片249安置跨越盖234[530]，其中，绝缘垫片249中的开口和阳极管242对齐。阳极端子254安置跨越绝缘垫片249，并且阳极端子的凸起唇缘部分262被焊接到阳极管242[532]。
阴极端子280被安置跨越主体202的阴极端208[534]，并且阴极端子280的第一壁部分282被焊接到电容器主体202邻近阴极端208。
可以理解的是，上面描述的图11-13仅用于说明的目的。正如本领域技术人员将会理解的那样，这些步骤可以以任何期望的或合适的顺序变化。另外，取决于制造商的偏好，一个或多个步骤可以组合成单个制造步骤，或者步骤可以被跳过或省略。
如本文所述，提供了具有提高的体积效率的湿电解表面安装型电容器，由于，以及其他，提供通过电容器主体的壁的填充端口以便将流体电解质引入到电容器主体的内部区域中。本发明的单个填充端口-塞-盖布置节省了电容器各种部件的关键空间，并且提供了电容器的各种部件的定位、大小和布置方面的更大的灵活性。另外，阳极端子和阴极端子形成用于将电容器安装到例如印刷线路板的表面安装端子。
尽管在各示例实施方式中以特定组合描述了本发明的特征和元件，但是可以单独使用每个特征而不具有示例实施方式的其他特征和元件，或者以具有或不具有本发明的其他特征和元件的组合中。