电容器封装结构及电容器的制造方法与流程

本发明涉及一种电容器封装结构及电容器的制造方法，特别是涉及一种通过热处理而制造的电容器封装结构以及包括热处理工艺的电容器的制造方法。

背景技术：

电容器已广泛被使用于消费性家电用品、计算机主板、电源供应器、通信产品以及汽车等的基本组件，其主要的作用包括滤波、旁路、整流、耦合、去耦、转相等等，是电子产品中不可缺少的组件之一。电容器依照不同的材质以及用途有不同的形态，包括有铝质电解电容、钽质电解电容、积层陶瓷电容、卷绕型或堆栈型固态电解电容器以及薄膜电容等等。

现有技术中，固态电解电容器具有小尺寸、大电容量、频率特性优越等优点，而可使用于中央处理器的电源电路的解耦合作用上。固态电解电容器是以固态电解质取代液态电解液作为阴极，而导电聚合物基于其高导电性、制造方法容易等优点已被广泛应用于固态电解电容的阴极材料。导电聚合物包含聚苯胺(polyaniline，pani)、聚吡咯(polypyrrole，ppy)及聚噻吩(polythiophene，pth)等材料及其衍生物。

在本发明的技术领域中，如何提升固态电解电容器封装结构的电气性能仍是本领域中持续进行研发的目标。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种电容器封装结构以及电容器的制造方法，用以通过使用电解液以及额外的热处理工艺来提升电容器产品的电性特性。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种电容器的制造方法，其包括：将一电容器组件浸入包含有一导电聚合物的一分散液中，以将所述分散液设置在所述电容器组件的表面上；烘干所述分散液以使所述导电聚合物形成一导电聚合物层；将所述电容器组件浸入包含有至少一电解质以及至少一添加剂的一电解液中，以将一电解层形成在所述导电聚合物层的表面上；以及对所述导电聚合物层以及所述电解层进行热处理，使得所述导电聚合物层与所述电解层共同形成一匀相胶体层，且所述匀相胶体层中的所述导电聚合物以及所述电解质渗入所述电容器组件表面的孔隙中。

更进一步地，所述添加剂是聚亚烷基二醇或是聚亚烷基二醇的衍生物。

更进一步地，所述电解质是硼酸、羧酸或是磷酸的单元酸、二元酸、三元酸或四元酸，或是它们的盐类。

更进一步地，所述导电聚合物是选自于苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸或是它们的任意组合所组成的群组。

更进一步地，在对所述导电聚合物层以及所述电解层进行热处理的步骤中，热处理的温度是介于80至150℃之间，且时间是介于10至90分钟之间。

更进一步地，所述电容器的制造方法还进一步包含：对包括所述匀相胶体层的电容器组件进行封装。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种电容器封装结构，所述电容器封装结构包括至少一电容器组件，所述电容器组件的表面的孔隙中填充有一匀相胶体层，所述匀相胶体层包含一导电聚合物以及一电解液。

更进一步地，所述导电聚合物是选自于苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸或是它们的任意组合所组成的群组。

更进一步地，所述电解液包含一电解质，且所述电解质是硼酸、羧酸或是磷酸的单元酸、二元酸、三元酸或四元酸，或是它们的盐类。

更进一步地，所述电解液包含一添加剂，且所述添加剂是聚亚烷基二醇或是聚亚烷基二醇的衍生物。

本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的卷绕型固态电解电容器封装结构及其制作方法，其能通过“使得所述导电聚合物层与所述电解层共同形成一匀相胶体层，且所述匀相胶体层中的所述导电聚合物以及所述电解质渗入所述电容器组件表面的孔隙中”以及“所述电容器组件的表面的孔隙中填充有一匀相胶体层，所述匀相胶体层包含一导电聚合物以及一电解液”的技术特征，以提升电容器产品的电性特性。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的电容器的制造方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的电容器的制造方法所使用的电容器组件的示意图；

图3为图2中部分iii的放大图；

图4为图3所示的区域在形成电解层之后的示意图；

图5为图4所示的区域在进行热处理之后的示意图；

图6为本发明实施例所提供的电容器封装结构的示意图；

图7为本发明其中一实施例所提供的电容器封装结构与现有技术中的电容器封装结构的电容衰减比较图；以及

图8为本发明另一实施例所提供的电容器封装结构与现有技术中的电容器封装结构的电容衰减比较图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“电容器封装结构及电容器的制造方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

请参阅图1。图1为本发明实施例所提供的电容器的制造方法的流程图。如图1所示，电容器的制造方法至少包括下列步骤：将电容器组件浸入包含有导电聚合物的分散液中，以将分散液设置在电容器组件的表面上(步骤s100)；烘干分散液以使导电聚合物形成导电聚合物层(步骤s102)；将电容器组件浸入包含有至少一电解质以及至少一添加剂的电解液中，以将电解层形成在导电聚合物层的表面上(步骤s104)；以及对导电聚合物层以及电解层进行热处理，使得导电聚合物层与电解层共同形成匀相胶体层(步骤s106)，且匀相胶体层中的导电聚合物以及电解质渗入电容器组件表面的孔隙中。

请配合图2所示。图2为本发明实施例所提供的电容器的制造方法所使用的电容器组件的示意图。在本发明的实施例中，电容器组件c包括卷绕式组件1以及导电组件2。卷绕式组件1包括卷绕式正极导电箔片11、卷绕式负极导电箔片12以及两个卷绕式隔离箔片13。更进一步来说，两个卷绕式隔离箔片13的其中之一会设置在卷绕式正极导电箔片11与卷绕式负极导电箔片12之间，并且卷绕式正极导电箔片11与卷绕式负极导电箔片12两者其中之一会设置在两个卷绕式隔离箔片13之间。导电组件2包括一电性接触卷绕式正极导电箔片11的第一导电接脚21以及一电性接触卷绕式负极导电箔片12的第二导电接脚22。

在本发明实施例中，卷绕式隔离箔片13是附着有导电聚合物材料的隔离纸或者纸制箔片。换句话说，导电聚合物所形成的导电聚合物层可以通过含浸方式而形成在电容器组件c的卷绕式隔离箔片13上。具体来说，附着在电容器组件c的卷绕式隔离箔片13的表面上的导电聚合物层可以通过本发明所提供的制造方法的步骤s100以及步骤s102所形成。

如图1所示，在本发明所提供的制造方法的步骤s100中，是将电容器组件c浸入包含有导电聚合物的分散液中，以将分散液设置在电容器组件c的表面上。换句话说，将电容器c浸入分散液时，可以使卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13完全浸入盛装有分散液的容器中，以通过含浸的方式将包含有导电聚合物的分散液设置在电容器组件c的卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13的表面。承上所述，在本发明中，导电聚合物可以是苯胺(polyaniline，pani)、聚吡咯(polypyrrole，ppy)、聚噻吩(polythiophene，pth)、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)或是它们的任意组合。较佳地，在本发明的实施例中，导电聚合物是pedot:pss。导电聚合物被分散于溶剂，例如水或是分散剂中以形成分散液。分散剂可以是，例如，十二烷基磺酸钠。添加分散剂可以促进导电聚合物在分散液中的分散均匀性及稳定性。除此之外，分散液中还可以进一步包括其他功能性助剂。

事实上，在本发明所提供的实施例中，在将电容器组件c浸入包含有导电聚合物的分散液中之前，导电聚合物是通过添加剂进行二次掺杂(secondarydoping)步骤，以改变导电聚合物的分子链排列方式。详细而言，对材料进行掺杂的机制可以分为初步掺杂(primarydoping)以及二次掺杂(secondarydoping)。初步掺杂属于可逆的反应，而二次掺杂可以对导电聚合物的导电性有永久的提升。据此，在本发明中，可以在将电容器组件c浸入包含有导电聚合物的分散液中之前先以掺杂物对导电聚合物进行二次掺杂。

举例而言，可以使用选自于由多元醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇单硬脂酸酯、十二烷基硫酸钠以及十二烷基苯磺酸钠所组成的群组的乳化剂对pedot:pss进行二次掺杂。然而，本发明并不限于此。

接下来，请再次参阅图1。在步骤s102中，烘干分散液，以使导电聚合物形成导电聚合物层。步骤s102可以使分散液中的溶剂被移除，并使导电聚合物附着在卷绕式隔离箔片13的表面。步骤s102可以包含在介于80以及140℃的温度下烘干分散液，以移除分散液中的溶剂。步骤s102的温度可以依据分散液中导电聚合物以及溶剂(或是分散剂)的种类而加以调整，在本发明中并不加以限制。

值得注意的是，在本发明的另一个实施例中，可以先将电容器组件c浸入含有聚合反应的前驱物的分散液中。换句话说，也可以通过原位聚合的方式来使得导电聚合物层形成于电容器组件c上。

请同时配合图3所示，图3为图2中部分iii的放大图。换句话说，图3显示卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13的表面上导电聚合物层形成的情形。如图3所示，一般而言，卷绕式隔离箔片13的表面会具有在制造过程中所产生的缺陷。举例而言，卷绕式隔离箔片13的表面具有多个孔隙131。在将分散液烘干而使导电聚合物在卷绕式隔离箔片13的表面上形成导电聚合物层4之后，导电聚合物层4的一部分渗入孔隙131内。然而，由于导电聚合物层4的密度/黏性/固含量等特性，导电聚合物层4的导电聚合物分子无法完全渗入孔隙131内。因此，在步骤s102完成后，卷绕式隔离箔片13的表面的导电聚合物层4的含浸率仍有不足。

接下来，请再次参阅图1。在步骤s102后，将电容器组件c浸入包含有至少一电解质的电解液中，以将电解层形成在导电聚合物层的表面上。在本发明中，电解液包括电解质以及溶剂。

在本发明的一个实施例中，电解质为酸类或是盐类，酸类可以包括具有长碳链的硼酸、羧酸或是磷酸，而具有长碳链的硼酸、羧酸或是磷酸可以是具有直链或是支链的硼酸以及醋酸。举例而言，醋酸可以是具有2至20个碳原子的单元酸、二元酸、三元酸或是四元酸。盐类可以是上述酸类与ia族(碱金族)、iia(碱土族)金属、铵根或有机杂环阳离子所形成的盐类，例如钠盐。更具体而言，在一个实施例中，电解质为含有1个以上的羧基的芳香族有机羧酸。

具体而言，在本发明的实施例中，含有1个以上的羧基的芳香族有机羧酸可以是邻苯二甲酸、苯甲酸、硝基苯甲酸、水杨酸、偏苯三酸、均苯四甲酸等。在上述化合物中，偏苯三酸以及均苯四甲酸由于具有较多的羧基而具有较高的酸性而为较佳的电解质。

在另一个实施例中，电解液所包括的添加剂可以是聚亚烷基二醇(polyalkyleneglycol)及其衍生物，例如聚乙二醇及其衍生物、聚丙二醇及其衍生物。事实上，采用上述化合物作为添加剂是由于上述化合物具有几乎不会挥发的特性(即，它们为难挥发性的溶剂)。具体的实例包括，但不限于聚乙二醇、聚乙二醇甘油醚、聚乙二醇二甘油醚、聚乙二醇山梨糖醇醚、聚丙二醇、聚丙二醇甘油醚、聚丙二醇二甘油醚、聚丙二醇山梨糖醇醚、聚丁二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物、乙二醇和丁二醇的共聚物、丙二醇和丁二醇的共聚物等等。上述化合物可以被单独使用，或是同时使用两种以上的上述化合物作为电解液的组分。

在本发明的其中一实施例中，聚乙二醇及其衍生物可以具有介于100至1000之间的平均分子量，而聚丙二醇及其衍生物可以具有介于200至5000之间的平均分子量。当聚乙二醇及其衍生物具有大于100，特别是大于300的平均分子量时，可以具备所需的难以挥发的特性。当聚乙二醇具有高于1000的平均分子量时，虽然具有难以挥发的特性，其黏性也会上升而降低所制成的电容器产品的容量。此现象在低温时更加明显。除此之外，使用聚丙二醇及其衍生物作为添加剂时，平均分子量高于200同样使得此添加剂具有难以挥发的特性。而聚丙二醇及其衍生物的平均分子量若高于5000，同样有上述因黏性增高而致的缺点。

事实上，采用聚乙二醇以及聚丙二醇的均聚物来作为添加剂时，由于可以准确控制这些聚合物在聚合反应后的分子量，而可以使分子量稳定化，进而赋予聚合物优良的热稳定性，进而增加电容器的使用寿命。除此之外，使用平均分子量高于200的聚合物作为添加剂，由于聚合物中分子之间的相互作用提高，可以更增进聚合物的热稳定性，而对电容器的使用寿命有有利的影响。

除此之外，电解液中还可以包括抗氧化剂作为添加剂。抗氧化剂可以包括胺系抗氧化剂、苯并三唑系抗氧化剂、酚系抗氧化剂或是磷系抗氧化剂，例如可以采用二苯胺、萘酚、硝基酚、儿茶酚、间苯二酚、氢醌或是邻苯三酚(pyrogallol)。上述化合物可以单独使用，或是同时使用两种以上的化合物作为添加剂。

在本发明的实施例中，电解液的溶剂可以是乙二醇(ethyleneglycol，eg)、γ-丁内酯(γ-butyrolactone，gbl)、环丁砜(sulfolane)或是它们的任意组合。

将电容器组件c浸入电解液中的时间可为介于1至10分钟之间。除此之外，在步骤s102中，还可以通过真空吸药来使得电解液中的电解质附着于电容器组件c的表面。举例而言，可以先将电容器组件c设置在真空腔体内以去除电容器组件c的表面以移除腐蚀孔内的空气(气泡)，再将电容器组件c含浸于电解液中。另外，在本发明的另一个实施例中，是先将电容器组件c含浸于电解液中，再将包括电解液的电容器组件c设置于真空腔体内。换句话说，执行真空吸药的详细手段在本发明中并不加以限制，而可以依据实际需求进行调整。

详细而言，在本发明的实施例中，在形成导电聚合物层4之后，可以将电容器组件c设置在一个壳体中，再将电解液注入至容置电容器组件c的壳体中，而使电解液填充于电容器组件c的卷绕式隔离箔片13之中。在本发明的另一个实施例中，是将电容器组件c浸入承载有电解液的浸渍槽中，再将电容器组件c自浸渍槽移除，最后再将电容器组件c容置于壳体之中。除此之外，在浸入的过程中，可以对环境进行减压。

请配合图4所示。图4为图3所示的区域在形成电解层之后的示意图。换句话说，图4显示形成于卷绕式隔离箔片13上的导电聚合物层4，以及形成在导电聚合物层4上的电解层5。因此，在完成步骤102后，电容器组件c的表面上形成有包括导电聚合物的导电聚合物层4，以及形成于导电聚合物层上的电解层5。在步骤s102完成后，电容器组件c的表面是具有固-液态混合物。

须注意的是，在步骤s102完成后，由于电解层5是直接形成在导电聚合物层4的表面，电容器组件c的卷绕式组件1的卷绕式隔离箔片13上的孔隙131仍是没有充分填充有导电聚合物层4中的导电聚合物分子。因此，需要进行后续的处理步骤以通过电解层5与导电聚合物层4之间的交互作用来提高含浸率。

请再次参阅图1，在步骤s104中，对导电聚合物层以及电解层进行热处理。具体来说，通过将电容器组件c设置于热处理环境中，可以使得导电聚合物层与电解层共同形成匀相胶体层。在对所述导电聚合物层以及所述电解层进行热处理的步骤中，热处理的温度是介于80至150℃之间，时间是介于10至90分钟之间。

请配合图5所示，图5为图4所示之区域在进行热处理之后的示意图。如图5所示，由导电聚合物层4与电解层5共同形成的匀相胶体层6中，导电聚合物以及电解质渗入电容器组件c表面的孔隙131中。另外，添加剂也可渗入电容器组件c表面的孔隙131中。具体来说，单独使用分散液而形成的导电聚合物层4中的固体高分子的含浸率(覆盖率)较低，因此，本发明是进一步使用液态的电解液来填补电容器组件c表面的孔洞。除此之外，通过对包括导电聚合物层4以及电解液的电容器组件c进行热处理程序，即，通过步骤s104的热处理程序，可以有效提升电容器组件c的含浸率。如此一来，由本发明所提供的电容器的制造方法所至成的电容器封装结构可以具有经过改良的使用寿命。

除此之外，在本发明所提供的电容器的制造方法中，还进一步包含对包括匀相胶体层的电容器组件进行封装。请参阅图6，图6为本发明实施例所提供的电容器封装结构的示意图。

如图6所示，在对包括匀相胶体层的电容器组件c进行封装后，卷绕式组件1会被包覆在封装组件3的内部。举例来说，封装组件3包括电容器壳体结构31(例如铝壳或其它金属壳体)以及底端封闭结构32，电容器壳体结构31具有用于容置卷绕式组件1的容置空间310，并且底端封闭结构32设置在电容器壳体结构71的底端以封闭容置空间310。此外，封装组件3也可以是由任何绝缘材料所制成的封装体。举例而言，可以使用由环氧树脂等绝缘材料来作为封装体。

另外，如前所述，导电组件2包括电性接触卷绕式正极导电箔片11的第一导电接脚21以及一电性接触卷绕式负极导电箔片12的第二导电接脚22。举例来说，第一导电接脚21具有一被包覆在封装组件3的内部的第一内埋部211以及一裸露在封装组件2的外部的第一裸露部212，并且第二导电接脚22具有一被包覆在封装组件3的内部的第二内埋部221以及一裸露在封装组件2的外部的第二裸露部222。

由封装组件3所封装的电容器组件c的表面的孔隙131中填充有匀相胶体层6，匀相胶体层6包含导电聚合物以及电解液。如前所述，导电聚合物可以是苯胺(polyaniline，pani)、聚吡咯(polypyrrole，ppy)、聚噻吩(polythiophene，pth)、聚二氧乙基噻吩-聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)或是它们的任意组合。较佳地，在本发明的实施例中，导电聚合物是pedot:pss。电解液所包括的电解质是选自于由硼酸、羧酸、磷酸及其衍生物所组成的群组。针对匀相胶体层6的形成方法以及步骤皆如同先前针对电容器的制造方法所述，在此不再次叙述。另外，电解液中还可以包含先前所叙述的添加剂。

值得注意的是，在本发明所提供的电容器封装结构p中，设置有匀相胶体层6的电容器组件c的表面呈现黏滞地胶状。换句话说，导电聚合物与电解液是共同形成胶态的匀相胶体层6。

接下来，请参阅图7及图8。图7为图8本发明不同实施例所提供的电容器封装结构与现有技术中的电容器封装结构的电容衰减比较图。具体来说，在现有技术中，是先形成导电聚合物层4，再于电容器组件c中含浸电解液，藉此形成混合型(hybrid)电解电容器。相对地，在本发明中，除了在形成导电聚合物层4之后含浸电解液之外，还进一步对导电聚合物层4和电解液进行热处理步骤，藉此形成匀相胶体层6。

如图7所示，针对50伏的电容器，现有技术的混合型电容器封装结构(以“a”表示)在使用2000小时后，电容量下降约7％，而本发明所提供的电容器封装结构p(以“b”表示)在相同使用时间下的电容量仅下降约2％。另外，如图8所示，针对63伏的电容器，在使用1300小时后，现有技术的混合型电容器封装结构(以“a”表示)的电容量下降约13％，而本发明所提供的电容器封装结构p(以“b”表示)在使用相同时间的电容量衰减不到2％，甚至在使用1700小时后，电容量衰减仅为约2％。

由上述内容可知，本发明所提供的卷绕型固态电解电容器封装结构的制造方法，其除了同时采用导电聚合物层4与电解层5两种材料来提升电容器的含浸率，还通过热处理步骤而使上述两种材料形成匀相胶体层6，藉此，可以提升电容器产品的电性特性，例如使用寿命。

事实上，在通过热处理步骤之后，电解液中的电解质通过其特定的官能基团，例如，酸根而与导电聚合物层4中的导电聚合物，例如pedot:pss复合物发生交互作用，藉此形成匀相胶体层6。如此一来，在后续固态电解电容器封装结构p被使用时，若卷绕式正极导电箔片11(例如由氧化铝所制成的箔片)耗损，通电电流将传导至匀相胶体层6的电解质，藉此，可以有效保护导电聚合物而延长电容器的使用寿命。

实施例的有益效果

本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的卷绕型固态电解电容器封装结构p及其制作方法，其能通过“使得导电聚合物层4与电解层5共同形成匀相胶体层6，且匀相胶体层中6的导电聚合物以及电解质渗入电容器组件c表面的孔隙中”以及“电容器组件c的表面的孔隙中填充有匀相胶体层6，匀相胶体层6包含导电聚合物以及电解液”的技术特征，以提升电容器产品的电性特性。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。