用于片形超电容器的外壳的制作方法

用于片形超电容器的外壳
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是依据37cfr
§
1.53(b)申请的并且另外依据35u.s.c.
§
1.119(e)要求较早申请的标题为“用于片形超电容器的壳体(housing for chip form ultracapacitor)”的临时申请us 63/033,371、2017年10月3日申请的标题为“片式超电容器(chip ultracapacitor)”的us 62/567,752，以及2018年10月3日申请的标题为“片形超电容器(chip form ultracapacitor)”的国际专利申请pct/us2018/054231的权益，其公开内容出于所有的任何目的以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本文中所公开的本发明涉及储能装置，且特定来说，涉及被配置成用于安装到电路板的超电容器。


背景技术：

4.无数的装置使用具有安置到电路板上的组件的电子装置。如同所有电子装置一样，有效电源是是为组件供电的必要条件。在电路板上提供局部电源的一种技术涉及到使用储能装置，例如电池和电容器。
5.通常，常规电容器提供小于约360焦耳/千克比能，而常规碱性电池具有约590kj/kg的密度。超电容器(还被称作“超级电容器”)与电池相比接受和递送电荷的速度要快得多，并且与可充电电池相比耐受的充电和放电循环也多得多。这就使得超级电容的实施方案对于电气工程师来说是有吸引力的解决方案。
6.第一个设计障碍是典型的超电容在给定电荷下比常规电池大得多。即使在功率密度方面取得了进步，仍有面向工艺的另一问题。也就是说，电路的组装需要组件焊接到电路板。此“回焊工艺”产生的热量明显足以使常规超电容器降级或受到毁损。因此，虽然超电容器的使用可能是为安装于电路板上的电子装置供电的具有吸引力的解决方案，但这种解决方案尚不可用于需要高功率输出的紧凑设计。除此之外，现有超电容技术的又一问题是这类组件的寿命有限。
7.需要的是适用于为安置于电路板上的电组件供电的超电容器。优选地，超电容器提供适合于尺寸不断缩小的组件的紧凑设计，能够经受住回焊处理并且提供有效的操作寿命。


技术实现要素：

8.本文中描述片形超电容器的额外方面和实施例。
9.本文中公开一种适用于使用焊料回焊工艺安装于印刷电路板上的储能设备，所述设备包括：密封的外壳主体，其包括各自安置于所述主体内并且各自分别与外部正触点和外部负触点电连通的内部正触点和内部负触点，所述外部触点中的每一个提供通向所述主体的外部的电连通；双电层电容器(edlc)储能单元，其安置于所述主体中的模腔内，包括交
替的电极层和电绝缘隔板层的堆叠；电解质，其安置于所述模腔内并且润湿所述电极层；正引线，其将所述电极层中的一或多个电极层的第一群组电连接到所述内部正触点；以及负引线，其将所述电极层中的一或多个电极层的第二群组电连接到所述内部负触点；其中所述外部正触点和所述外部负触点中的至少一个触点配置有细长外部端子，所述细长外部端子被配置成消散对所述储能设备的热冲击。
10.各种实施例可包含本文中描述的单独或任何适合组合的特征和元件中的任一个特征和元件。
附图说明
11.本发明的特征和优点从以下结合附图做出的描述显而易见，在附图中：
12.图1是本文中所公开的超电容器的比较性实施例的俯视图；
13.图2是描绘根据本文中的教示的片状电容的比较性实施例的等角视图；
14.图3是片状电容器的封装、主体或壳体的俯视图。在此实施例中，封装是针对如图2所示的低剖面设计；
15.图4是图3中示出的封装的仰视图；
16.图5是图3和4中示出的封装的剖视侧视图；
17.图6是图5中的描绘的一部分的分解视图；
18.图7是描绘图1到6的封装的内部电气管道的图形；以及
19.图8到11是封装内用于回焊处理的热应力的图形描绘。
具体实施方式
20.本文中所公开的是适用于将能量提供给电路板的储能装置。通常，被称为“片状电容”的储能装置是配置成适于安装到电路板的表面的外观尺寸的专门化超电容器。有利地，片状电容能够承受与板安装电路的制造和组装相关联的需求，并且随后提供优于现有技术储能装置的性能。
21.本技术涉及并继续以下申请中所公开的技术：2017年10月3日申请的标题为“片式超电容器(chip ultracapacitor)”的较早申请临时申请62/567,752，以及2018年10月3日申请的标题为“片形超电容器(chip form ultracapacitor)”的国际专利申请pct/us2018/054231，其公开内容出于所有的任何目的以全文引用的方式并入本文中。
22.在本技术中，展现额外实施例的方面。此外，额外方面在安装片状电容期间产生优良的热应力耗散。通常，通过采用例如较薄陶瓷封装的方面，可回焊超电容器将与高性能ssd卡和其它具有严格设计要求的电子装置兼容。
23.存在本文中所公开的外观尺寸的数个优点。举例来说，随着电子市场向越来越薄的电路板移动，片状电容具有适合于此类实施方案的组件设计，与新设计和制造技术兼容。另外，提供的外部衬垫设计增加可焊接面积，因此在考虑到大温度改变且不损坏封装、焊料或衬底的情况下提高性能。另外，使用内部汇流条和交错通孔的内部通孔设计使封装的总等效电阻为低。最后，内部衬垫位于升高的搁板上模腔的一半高度处，这有利于制造，有助于保护垫不受腐蚀。
24.图1描绘pct/us2018/054231中描述的片状电容的“低剖面”实施例。在pct参考文
献中，片状电容的外部尺寸大致为8mm(宽度)
×
11mm(长度)。图1中还示出片状电容装置的“低剖面”实施例。在此实例中，低剖面片状电容的外部尺寸大致为9mm(宽度)
×
22mm(长度)。
25.由于储能单元的电容与电极的表面积成正比，因此较大的低剖面单元的电容是较小单元(为方便起见，初始实施例被称为“标准单元”)的电容的约两倍。虽然低剖面单元较薄，但低剖面单元较宽，这使得与标准单元相比更好的体积利用率。图2中描绘额外实施例，即“高功率”版本。如图2中可见，高功率电容器与低剖面或低功率实施例相比可显著更高。
26.图3到7是描绘外壳(还被称作“主体”、“壳体”、“封装”以及其它类似术语)的方面的说明。图3描绘壳体的俯视图并且展现大体上类似于pct/us2018/054231的图7中示出的主体101的装置。实际上，本文中的图3到7的壳体大体上类似于参考文献的主体101，在本文中阐述额外方面。
27.在本文中的图4中阐述主体101的另一实施例的实例。在此实例中，示出了图3中所描绘的壳体的底侧。在此图示中，壳体包含沿着壳体的长度延伸的三个触点(或“端子”)。所述触点包含通过虚设触点(即，衬垫)与负触点(即，衬垫)分开的正触点(即，衬垫)。如图4中所示出，所述触点中的一个可包含可用以提供极性的视觉指示符的特征，例如标记(参见正衬垫)。衬垫设计在回焊工艺期间并且还在高温操作期间提供优良的热应力耗散和管理。
28.转向图5，示出了壳体的剖视侧视图。在此图示中，壳体包含搁板。搁板提供抬升的内部触点。因此，存储单元的电导线(此处未示出，但在pct/us2018/054231中说明)安装到壳体的抬升部分，所述抬升部分从壳体的内部底板升高。此设计通过简化焊接进展来促进片状电容的制造，通过减小暴露于电解质来减少内部腐蚀，并且在壳体内提供用于电气网络的额外空间(参见图7)。在图6中提供剖面图的分解视图。在一些实施例中，搁板包含环绕每个内部触点的唇部或套环(未示出)。套环可设计于用于形成主体的陶瓷材料内。通常，可包含套环以确保两个内部触点的电分离(即，在焊接工艺期间容纳焊接材料)并且一旦片状电容处于使用中，还可限制内部触点暴露于电解质。
29.在图7中，示出了电气网络的方面。通常，电气网络包含暴露于壳体内的内部触点。内部触点可安置于如图5和6中所示的搁板上。如图4(和8)中所说明，外部衬垫(即，电触点)从内部触点偏移并且通过中间电路元件电连接到内部触点。如本文中所论述，“偏移”参考内部触点从外部端子的位置的横向偏移。虽然可发生一些重叠(如果从顶部向下观看的话)，内部触点和/或外部端子的至少一部分不在顶部对准，且因此，彼此偏移。
30.中间元件包含连接到中间总线的多个通孔，所述中间总线又连接到另外的多个通孔。中间电路元件的偏移布置使得热量(例如来自回焊处理)大致均匀地分布在整个壳体中。
31.除了提供足够的接触表面之外，外部衬垫被配置成在回焊工艺期间消散热量，进而限制对壳体内的存储单元和电解质的影响。
32.在所描绘的设计中，外部衬垫的配置准许封装承受100℃以上的温度波动且不会使焊料开裂或受到损坏。图8到11描绘热处理的建模结果。
33.因此在介绍了用于为电路供电的储能装置的实施例之后，现在展示一些额外方面。
34.可为表面安装的能够回焊的片形超电容器(或简称为“片状电容”)实现多种外观
尺寸。片状电容可在尺寸上被配置成改进电容或其它性能方面，例如在回焊处理期间的热转移。细长电触点可以被配置成用于热应力管理。至少一个电触点可配置有标记。所述标记可适用于指示例如片状电容的极性。
35.片状电容的可调适设计使得所述装置尤其适用于固态装置中，这是由于片状电容能很好地适应回焊工艺。至少部分归因于片状电容的外观尺寸，物联网(iot)技术可受益于片状电容的使用。片状电容的电性质使得所述装置非常适合作为用于跟踪电池组或类似装置中的电荷(或“库仑计数”)的装置。在汽车行业中，使用片状电容是有利的，这是由于片状电容在高温和极端环境下具有显著的操作可用性。举例来说，片状电容可用以扩增/支持控制总线操作。片状电容的高温耐受性使得所述装置非常适合在经历高温除菌工艺的医疗装置中使用。
36.在一些实施例中，片状电容包含具有搁板的壳体。搁板可包含唇部或套环。套环可经调适以供在焊接期间用作屏障和/或挡板以限制暴露于电解质。制造的片状电容可具有细长外部接触垫，其长度和宽度经调适用于热应力管理。在一些实施例中，细长衬垫沿壳体的长度行进。在一些实施例中，包含虚设衬垫(或端子)。虚设端子也可经调适用于热应力管理。用于热应力管理的端子的配置可包含热应力建模并且可将装置组装以及后续操作期间的性能建模。片状电容可包含展现至少部分地从外部端子的位置横向偏移的内部触点的电气网络。电气网络可包含汇流条。汇流条可以被配置成用于热应力管理。通孔中的多个导体可从内部触点延伸到汇流条，且通孔中的另外的多个导体可从汇流条延伸到外部端子。
37.可包含和要求各种其它组件以实现本文中的教示的方面。举例来说，可在本文中的教示的范围内使用额外材料、材料组合和/或材料省略来实现实施例添加。
38.可实现本文中的教示的多种变体。通常，可根据用户、设计者、制造者或其它类似的相关方的需求来设计变体。变体可能意在满足上述各方认为重要的特定性能标准。
39.除非在特定权利要求中明确地使用了词语“用于
……
的装置”或“用于
……
的步骤”，否则所附权利要求书或权利要求要素不应被理解为援引35u.s.c.
§
112(f)。
40.当介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一种”和“所述”旨在表示存在所述元件中的一或多个元件。类似地，形容词“另一”当用来介绍元件时打算意指一或多个元件。术语“包含”和“具有”旨在为包含性的以使得可以存在除所列元件之外的额外元件。如本文中所使用，术语“示范性”不意在暗示最好实例。实际上，“示范性”指许多可能实施例中的一个实施例。
41.虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以用等效物取代本发明的元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，所属领域的技术人员将理解许多变体使特定器械、情形或材料适于本发明的教示。因此，意图不在于将本发明限于作为设想用于实施本发明的最佳方式而公开的特定实施例，而是本发明将包含落入所附权利要求的范围内的所有实施例。