专利名称：固体电容器的制造技术
本发明涉及固体电容器领域，尤其涉及成批生产固体电容器的方法。
美国专利№5,357,399(发明人Ian Salisbury)描述了成批生产固体钽电容器的方法。该方法包括提供固态钽基片，在基片上形成烧结的多孔钽层，将多孔钽层锯剖成正交图案的槽，形成一列列直立的多孔钽直坯体，将各立方体阳极化借以在坯体上形成介电层，将坯体浸入硝酸锰溶液中，并加热使施加的溶液转化成二氧化锰，由此形成阴极层，先将各个碳导电层然后将银施加到每个坯体的顶端，将由金属固体薄片组成的罩粘合到银层上，将绝缘树脂材料注入由基材和罩限制的坯体之间的槽内，在垂直于基片平面的方向上沿每个槽的中心线将组装物切成片，由此形成许多电容器，其中阳极端由基材组成，阴极端由罩材料组成，电容器坯体由涂覆的多孔钽体组成。
本发明的方法可制成高容积效率的小型化可靠电容器。但是，由于电子工业不断要求元件小型化，所以就形成生产更小和效率更高的电容器的压力。
本发明寻求提供新型的成批生产固体电容器的方法，它可以提高容积效率和/或进一步使电容器小型化。
根据本发明的一个方面，提供制造多个固体电容器的方法，它包括提供金属基层；在基层上表面形成许多由起活门作用的多孔烧结金属组成的直立坯体；在坯体上形成介电层；在介电层上形成阴极层；采用液相或气相沉积或用被限定的可流动组合物例如可固化糊，用至少一个导电中间层覆盖每个直立坯体的顶端，由此形成阴极层与中间层之间的紧密物理接触；用电绝缘材料密封每个坯体的侧壁；将被加工的基材分成许多单个电容器坯体，每个都有密封材料的套、在一端的由露出的基材组成的阳极端表面部分和在另一端的由露出的中间层组成的阴极端表面部分。
使用中间层作为露出的阴极端表面部分，就可能省去电容器上的固体罩层。这可显著提高所形成的电容器的容积效率，因为在现有技术的方法中原先罩所占据的空间就能够分配给起活门作用的多孔金属。
根据本发明的另一方面，密封工序包括将固体罩并置到阳极坯体的各顶端，加入液相密封材料占据罩层与基材之间的任何自由空间，使密封材料固化，并从顶端除去罩，由此就密封了每个直立坯体的侧壁，而不会污染坯体顶端的并置部分。
密封可以包括预备阶段，其中例如把粉状热塑性树脂加入直立坯体之间的空间，接着加热基材，熔化形成每个坯体侧面向上的一半热塑性材料层。该预先的部分密封采用与主要密封树脂颜色不同的树脂较好，由此可在最终电容器内形成可见的极性指示。另外，极性也可以由其他标识例如激光蚀刻来指示。
根据本发明的又一方面，通过将中间层材料施加到罩表面，就可将中间层覆盖坯体上，然后将罩并置到阳极坯体上，使得通过材料自罩转移到各顶端，来实现顶端的接触覆盖然后再除去罩。
最好在罩与坯体顶端之间提供剥离剂，它有助于在密封后除去罩。剥离剂最好包括形成于罩上的高表面能聚合物层。一种合适的聚合物是PTFE。在接触覆盖构成工艺的一部分的情形下，要覆盖的层被施加到自身要施加到罩上的剥离剂上。
中间层材料可以通过将层材料的被限定的糊丝网印刷到罩上，从而施加到坯体顶端。
为了保证罩与直立坯体端之间的紧密接触，最好向罩施加压力。另外，在对罩施涂时，该压力可有效地保证材料自罩转移到坯体端。
中间层可以通过导电涂料或糊固化而形成。该层可以通过浸入糊溶液而施加。
在一个可取的实施方式中，通过浸入施加两个中间层，最后的中间层通过接触要盖加到第二层上。
在一个实施方式中，一个含有碳的中间层覆盖到到阴极层上，另一个含有银的中间层覆盖到碳层上。
电容器坯体可以通过末步加工形成有用的电容器，在末步加工中，每个电容器坯体露出的各个阴极和阳极表面，都用有利于电容器各端连接电路的终端材料进行液相或气相覆盖。
各个最终覆盖层可以在电容器坯体每端头上形成帽，如工业标准的五面终结加工一样。
在一个可取的实施方式中，起活门作用的金属是钽。但是，其他起活门作用的金属也可以用于本发明的方法中。例如铌、钼、硅、铝、钛、钨、锆及其合金。较好的例子是铌和钽。
当起活门作用的金属是钽时，基材优是选用固态钽薄片，由此可保证与多孔金属的物理和化学相容性。
直立阳极坯体可以由这样的方法形成，该方法包括将起活门作用的金属粉层压到基材上，并烧结使粉状微粒熔化。一般将较细级粉压到基材上之前，可以将较粗级粉的引晶层施加到基材上并烧结到上面。较粗级粉形成机械锁定，保证形成多孔层实体与基材之间的牢固连接。该牢固连接对于保证在制造过程的后续工序中多孔层不会从基材上分离，是必需的。这样制成的起活门作用的多孔金属的连续层可以机器加工或以其他方式加工，制成单个阳极坯体。坯体可以通过机器加工形成于基材上的多孔烧结层而制成。机器加工可以利用正交锯剖形成直坯体。
根据本发明的再一方面，提供由上述任意方法制成的电容器。
根据本发明的再一方面，提供包含由上述任意方法制成的电容器的电子或电装置。
介电层可以由电解质的阳极化方法形成，在所述方法中，在多孔烧结阳极坯体表面上小心地形成氧化物膜。本行业内的技术人员会知道合适的方法。
阴极层可以通过将阳极坯体浸入阴极层前体溶液例如硝酸锰，然后加热形成二氧化锰阴极层而形成。为了逐步形成所需的阴极层深度和完整性，可以重复浸入和加热步骤。
一般在浸入工序中，阴极层不仅会形成于阳极坯体上，而且会形成于坯体之间露出的钽基材表面上。为了使每个阴极端与其各自阳极端隔离，可以实施进一步的加工，从阳极坯体周围的基材上除去任何阴极层(和介电层)。该工序可以包括进一步的机器加工，其中通过除去基材的表面层而在每个阳极坯体之间形成隔离槽。例如在机器加工出正交列，形成直阳极坯体的情形下，可以沿列和行的中心线在阳极坯体之间机器加工出隔离槽。以这种方式，就在每个电容器阳极坯体的周边形成了一个台阶，该台阶具有未覆盖表面，由此将阴极层与露出的阳极端隔离。
随着阴极层的加上，阳极坯体就变成了包含有金属粉的互联基质组成的阳极部分，金属氧化物的介电隔离层和掺有氧化物的导电阴极层的电容体。
根据可适用性和特定树脂的流动性，密封树脂可以在压力下施加或由简单的浸入施加。一旦树脂固化，树脂和基材就可以进行机器加工，或用其他方式切成分离的相邻电容器坯体。密封材料可以是塑性树脂例如环氧。
下面仅用实施例并参照本发明方法的一个实施方式的附图进行说明。
在附图中，
图1和3-5是根据本发明一个实施方式在加工过程中基材的剖视图。
图2是在加工过程中机器加工步骤之后上述基材的上视图。
图6是根据本发明方法制成的电容器的一个侧面的剖视图。
固态钽圆片的横剖面如图1中的10所示。该片上表面上烧结有电容器级粗粒钽粉12的弥散体。接着，将电容器级细粒钽粉的生料(即未烧结)的混合物压到基材上表面形成生料层13。
烧结生料层，使细粒粉熔化成一体的多孔网络。烧结在约1600℃下进行(最佳温度取决于粒度和烧结工序的持续时间)。烧结过程也将多孔层熔合到粗引晶层12上。
接着，基材组合件进行机器加工，制成具有横槽14和纵槽15的正交栅板，如图2所示。使用旋转运动的切割轮研磨槽。槽被切的深度刚超过多孔钽层，使切割触到基材，如图3所示。
机器加工在基材上形成一列列正交坯体16。多孔坯体形成电容器的阳极部分。通过在电解液浴(例如0.1％磷酸溶液)中进行阳极化处理，将绝缘介电层(未示出)施加到阳极坯体上，同时连接供电给基材的D.C.电源的正极。这样就在坯体的多孔金属表面和露出的基材上形成了五氧化钽薄层。
然后由众所周知的锰化方法在阳极坯体上形成阴极层(未示出)。在该方法中，把阳极化处理过的阳极坯体16浸没在硝酸锰溶液中，在每个坯体上留下湿溶液涂层，并覆盖其内部孔隙。在湿空气中加热基材，使硝酸盐涂层转化成二氧化物。可以将浸没和加热循环重复20次之多或更多次，目的是形成所要求的连续阴极层。
为了保证每个阳极坯体的基材表面的周边上形成的任何介电层或阴极层实现隔离，要进一步实施机器加工步骤，其中沿中心线将槽32的正交图案锯入基材表面，分开各个阳极坯体。
一旦完成锰化，就通过浸入液体碳糊池，用导电性碳的中间层27覆盖锰化的坯体。形成碳层之后，通过将覆有碳的坯体浸入液体银糊池中，再将银中间层21覆盖到碳层上。为了保证银不直接接触不相容的氧化层，银层不要超过碳层27。然后使银层21固化。
接着，将固态钽片9覆盖到其一个表面上，使用一层PTFE5作为剥离剂。然后，向露出的PTFE表面施加一层均匀的银糊22。接着，将所述片银面朝下放到坯体16的顶端，形成图4所示的罩9。
向片的顶面施加向下的压力，目的是迫使被限定的糊22流入与银中间层21紧密粘附性接触。另外，所述接触可进一步由糊略微向下流至每个电容器侧壁但不超过碳层而得到增强。
使罩在原位，用液态环氧树脂20填充电容器坯体之间的槽14、15，如图4所示。树脂包围每个电容器坯体的各个侧面，直至罩糊22部位。在压力下注入树脂来填充槽，由此保证全部填满槽构成的空间。由钽罩9形成的约束性结构可保持中间层27、21和22在密封过程中的完整性。
当树脂20设置好，除去罩片。PTFE层5可容易地从凝固的银层22上分离，留下每个坯体的上端部位覆有固态银层。罩9的存在可保证在除去罩后形成平整的顶表面层22，如图5所示。
为了使相邻的各个电容器坯体相互分开，下一步可以沿每个槽14、15的中心线(在图5中显示为虚线)切片。形成的各个电容器结构如图6所示。每个电容器都由阳极端部分23组成，所述阳极端部分23由基材组成。从基材上直立的是包在环氧树脂侧壁24、25内的电容器坯体16。基材内的台阶30、31对应于形成于起始基片内的机器隔离槽32。该台阶没有锰化涂层和任何其他污染，因此可保证露出的阳极端与阴极端分离。每个电容器的顶端部位都覆盖一层碳糊27、一层银糊21、还有一层形成元件阴极端部分的银糊22。
末尾加工阶段是五面的终端加工。它在电子工业中是众所周知，包括电容器外终端的端盖28、29的形成。最后层的金属可以由银、镍和锡(最好按该次序)非连续层构成。它们是通过电容器终端焊接至电路或电子电路的触点或其他组件而形成电连接的合适金属。
本发明是对先前已知方法的很好的改进，它显著提高了每个电容器的容积效率。这是通过省去现有技术的方法中的固态金属罩层来实现的。通过省去固态金属罩层，起电容阀门作用的金属的工作容量就占了电容器总容量中的很大比例，因此容积效率得到很大提高。
权利要求
1.制造多个固体电容器的方法，它包括提供金属基层；在基层上表面形成许多由起活门作用的多孔烧结金属组成的直立坯体；在坯体上形成介电层；在介电层上形成阴极层；采用液相或气相沉积或用被限定的可流动组合物例如可固化糊，用至少一层导电中间层覆盖每个直立坯体的顶端，由此形成阴极层与中间层之间的紧密物理接触；用电绝缘材料密封每个坯体的侧壁；将被加工的基材分成许多单个电容器坯体，每个都有密封材料套、在一端的由露出的基材组成的阳极端表面部分和在另一端的由露出的中间层组成的阴极端表面部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的密封工序包括将固体罩并置到阳极坯体的各顶端，加入液相密封材料占据罩层与基材之间的任何自由空间，使密封材料固化，并从顶端除去罩，由此密封每个直立坯体的侧壁，而不会污染坯体顶端的并置部分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中通过将中间层材料施加到所述罩或一个罩表面，使中间层覆盖在坯体上，然后将罩并置到阳极坯体上，使得通过材料自罩转移到各顶端，然后除去罩，实现顶端的接触覆盖。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述的罩与坯体顶端之间的剥离剂有利于除去罩。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述的剥离剂包括形成于罩上的高表面能聚合物层。
6.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中所述的中间层材料通过将该层材料丝网印刷到罩上，从而施加到坯体顶端。
7.如权利要求2-6中任一项所述的方法，其中为了保证罩与直立坯体端紧密接触，向罩施加压力。
8.如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述的中间层通过导电涂料或糊固化而形成。
9.如上述任一项权利要求所述的方法，其中将含碳的中间层覆盖到阴极层上，再将含银的中间层覆盖到碳层上。
10如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述的每个电容器坯体露出的各个阴极和阳极表面都用有利于电容器各端连接电路的终端材料进行液相或气相覆盖。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述的各个终端覆层在电容器坯体的每端上形成帽。
12.如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述起活门作用的金属是钽。
13.如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述基材是钽片。
14.如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述的坯体通过机器加工形成于基材上的多孔烧结层而形成。
15.如上述任一项权利要求所述的方法，其中所述密封材料是塑性树脂。
16.由上述任一项权利要求所述的方法制成的电容器。
17.一种电装置或电子装置，它包含由权利要求1-16中任一项所述方法制成的电容器。
全文摘要
本发明涉及固体电容器领域,尤其涉及成批生产固体电容器的方法。根据本发明的一个方面,提供制造多个固体电容器的方法,它包括如下步骤:提供金属基层(10),在基层上表面形成许多由起活门作用的多孔烧结金属组成的直立坯体(16),在坯体上形成介电层,在介电层上形成阴极层,采用液相或气相沉积或用被限定的可流动组合物例如可固化糊,用至少一个导电中间层(27,21)覆盖每个直立坯体的顶端,由此形成阴极层与中间层之间的紧密物理接触,用电绝缘材料(24)密封每个坯体的侧壁,并将被加工基材分成许多单个电容器坯体,每个都有密封材料的套、在一端的由露出的基材(23)组成的阳极端表面部分和在另一端的由露出的中间层(21)组成的阴极端表面部分。
文档编号H01G9/00GK1329746SQ99814049
公开日2002年1月2日 申请日期1999年10月28日 优先权日1998年11月6日
发明者D·亨廷顿 申请人:Avx有限公司