漏電流小的固體電解電容器及其製造方法
2023-09-12 18:19:35 3
專利名稱：漏電流小的固體電解電容器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及固體電解電容器及其製造方法。
背景技術：
近年來隨著電子設備的數位化、小型化、高速化，對於電子設備 中使用的電容器，提出了小型、大容量、在高頻區具有低阻抗的要求。
作為可滿足上述要求的電容器，有包含導電高分子層(固體電解質 層)的固體電解電容器。
這種固體電解電容器，例如已在特許第2940059號公報(第1關聯 技術文獻)中公開。參照示出了與第1關聯技術文獻中公開的裝置類似 的固體電解電容器的圖1,此例固體電解電容器設有用由閥作用金 屬構成的金屬構件60的基幹部分61構成的陽極(61);由形成在陽極 61的表面上的氧化閥作用金屬膜構成的電介質層(未圖示)；用在陽極 61上使電介質層隔在中間而形成的導電高分子層80構成的陰極(80); 用金屬構件60的末端部分63構成的陽極引線(63)。圖中的標記90表 示後述的阻擋層。
導電高分子層通過將金屬構件60的基幹部分61浸漬在^^有例如 吡咯(pyrrole)或噻吩(thiophene )等衍生物和支持電解質的單體溶液中， 用電解聚合法或化學聚合法形成。
這裡，如第1關聯技術文獻所公開，在構成金屬構件60中的陽極 61的基幹部分61,與構成陽極引線63的末端部分63之間的中間部分 62上，形成帶狀的阻擋層90。在將金屬構件60的基幹部分61浸漬在 單體溶液中時，保護構件90防止單體溶液浸透至末端部分63上。之 所以防止單體溶液浸透至末端部分63，是為了防止在固體電解電容器
5完成後，單體溶液所包含的導電高分子形成在陽極引線63的表面上， 在陰極80與陽極引線63之間產生漏電流。
但是，為了使陽極61與陰極80的相對面積增大來得到大容量， 金屬構件60具有粗面層60a。因而，在金屬構件60的中間部分62的 粗面層60a與帶狀的阻擋層90之間可能存在著間隙。因此，在將金屬 構件60的基幹部分61浸漬到單體溶液中時，單體溶液有可能會通過 該間隙浸透至金屬構件60的末端部分63。
另外，在特開2000-243665號公報(第2關聯技術文獻)中，公開了 比第1關聯技術文獻中公開的技術更可靠防止單體溶液浸透的方法。 該方法是，在構成金屬構件中的陽極的基幹部分與構成陽極引線的末 端部分之間的中間部分的表面上形成阻止帶。作為該阻止帶的一例，
第2關聯技術文獻中提出了割斷溝與阻擋層的組合，即去除金屬構件 的粗面層而形成使金屬構件的基部露出的割斷溝，同時在該割斷溝上 形成阻擋層。
但是，即使通過第2關聯技術文獻所公開的割斷溝與阻擋層的組 合，也還是存在單體溶液通過割斷溝的表面與阻擋層之間的些微間隙， 浸透至金屬構件的末端部分的可能性。
另外，單體溶液也可能通過阻擋層的表面攀爬到金屬構件末端部
分。在將金屬構件超過其基幹部分地浸漬於單體溶液中時，單體溶液 的攀爬顯著發生。
假如將割斷溝及阻擋層延長，單體溶液浸透或攀爬也許會變得困 難。但是，延長割斷溝及阻擋層的結果是，金屬構件內既不構成陽極 也不構成陽極引線的中間部分會變得很長。但是這會使固體電解電容 器無謂地大型化，即固體電解電容器的體積效率降低，並不理想。
發明內容
本發明旨在解決上述的問題，其目的在於提供漏電流小、體積效 率高的固體電解電容器及其製造方法。
6依據本發明，可得到一種固體電解電容器的製造方法，其特徵在
於，
包括下列工序在由閥作用金屬構成的金屬構件的表面上形成粗 面層，該粗面層具有基幹部分、末端部分以及該基幹部分與該末端部 分之間的中間部分；在上述粗面層的表面上形成氧化閥作用金屬膜； 從上述金屬構件的上述末端部分和鄰接於該末端部分的上述中間部分 的一部分去除上述粗面層；在上述金屬構件的上述末端部分和上述中 間部分上形成阻擋層；在上述金屬構件的上述基幹部分上形成由導電 高分子構成的導電高分子層；以及從上述金屬構件的上述末端部分去 除上述阻擋層及上述金屬構件的表層部分，
通過這些工序可形成用上述金屬構件的上述基幹部分構成的陽 極；用上述導電高分子層構成的與上述陽極對向的陰極；用上述氧化 閥作用金屬膜構成的夾在上述陽極與上述陰極之間的電介質層；以及 由該金屬構件的上述末端部分構成的陽極引線。
上述金屬構件的上述末端部分和上述中間部分分別配置在上述基 幹部分的兩端，因而，上述陽極引線可包括第1陽極引線和第2陽極 引線。
另外，依據本發明，可得到通過固體電解電容器的上述製造方法 所製造的固體電解電容器。
依據本發明，還可得到一種固體電解電容器，其特徵在於，
該固體電解電容器中設有由在表面上有粗面層的閥作用金屬構 成的陽極；由在上述陽極上形成的氧化閥作用金屬構成的電介質層； 由在上述電介質層上形成的導電高分子層構成的陰極；在上述陽極附 近與陽才及一體形成的陽極引線；以及由分開上述陽才及和上述陽極引線 的絕緣材料構成的阻擋層，
上述陽極和上述陽極引線具有由上述阻擋層覆蓋的、在厚度方向 上切削兩面而形成的第1臺階部；上述陽極引線具有對厚度方向的兩 面進一步切削而形成的第2臺階部。
圖l是表示本發明之關聯技術的固體電解電容器的要部剖面圖。
圖2A 2E是說明依據本發明的實施例1的固體電解電容器的製造 方法的剖面圖。 -
圖3是表示依據本發明的實施例1的二端子型固體電解電容器的 要部剖面圖。
圖4是表示依據本發明的實施例1的二端子型固體電解電容器的 剖面圖。
圖5A 5E是說明依據本發明的實施例1的固體電解電容器的製造 方法的剖面圖。
圖6是表示依據本發明的實施例2的三端子型固體電解電容器的 要部剖面圖。
圖7是表示依據本發明的實施例2的三端子型固體電解電容器的 剖面圖。
具體實施例方式
本發明的固體電解電容器的製造方法，至少包括以下工序。 另外，金屬構件具有基幹部分、末端部分以及基幹部分和末端部
分之間的中間部分。
-在由閥作用金屬構成的金屬構件的表面上形成粗面層的工序；
.在粗面層的表面上形成氧化閥作用金屬膜的工序；
-從金屬構件的末端部分以及鄰4妻於末端部分的中間部分的一部
分去除粗面層的工序；
-在金屬構件的末端部分以及中間部分上形成阻擋層的工序； -在金屬構件的基幹部分上形成由導電高分子構成的導電高分子
層的工序；
-從金屬構件的末端部分去除阻擋層和金屬構件的表層部分的工
序；
8於是形成了用金屬構件的基幹部分構成的陽極；用導電高分子 層構成的與陽極對向的陰極；用氧化閥作用金屬構成的夾在陽極與陰 極之間的電^h質層；以及用金屬構件的末端部分構成的陽極引線。
實施例1
下面，說明本發明的實施例1的固體電解電容器的製造方法。 首先，如圖2A所示，作為由閥作用金屬構成的金屬構件10,準 備鋁箔。
除了鋁之外，岡作用金屬也可以是下列的任何一種鉭、鈮、鋯 和鈦，這些閥作用金屬的至少2種的配合物，以及這些閥作用金屬的 至少2種的合金。構件的形態除了箔狀之外，也可為板狀或線狀。
在金屬構件10的表面上，形成粗面層10a。粗面層10a通過金屬 構件IO表面的電解腐蝕來形成。粗面層10a也可用向金屬構件10表 面附著閥作用金屬粉末的方法來形成。
金屬構件10具有基幹部分11 、末端部分13以瓦基幹部分11與末 端部分13之間的中間部分12。
而且，在粗面層10a的表面上，作為氧化閥作用金屬膜20形成鋁 氧化膜。
鋁氧化膜通過將鋁箔浸漬在維持於預定溫度的電解液中，同時施 加預定電壓，並以預定時間保持而形成。此工序稱為陽極氧化。
接著，如圖2B中的虛線所示，從金屬構件10的末端部分13及鄰 接於末端部分13的中間部分12的一部分去除粗面層10a'。
對於本發明應關注的是，粗面層的去除不僅在金屬構件的中間部 分，而且涉及中間部分和末端部分。
粗面層10a用雷射切削來去除。粗面層10a除了雷射切削以外， 也可以用削削機(router)等機械切削來去除。
接著，如圖2C所示，在金屬構件10的末端部分13和中間部分 12上形成阻擋層40。
對於本發明應關注的是，阻擋層的形成不僅在金屬構件的中間部分，而且涉及中間部分和末端部分。
阻擋層40通過用絲網印刷法塗敷流體狀的矽劑並固化而形成。阻 擋層40除了矽劑塗敷以外，也可以通過粘貼矽膠帶來形成。或者，阻 擋層40也可通過用絲網印刷法塗敷具有電絕緣性的熱固性樹脂或熱 塑性樹脂並固化而形成。熱固性樹脂或熱塑性樹脂例如可以是環氧樹 脂或聚酯樹脂。
接著，如圖2D所示，在金屬構件10的基幹部分11上形成由導電 高分子形成的導電高分子層30。
導電高分子層30用化學聚合法、電解聚合法或溶液浸漬法來形 成。這些形成方法包含在含有電介質和支持電解質的單體溶液中浸漬 至少包^^基幹部分11的金屬構件10的一部分或全部的工序。
導電高分子是聚乙炔、聚對亞苯、聚苯胺、聚瘞吩、聚對亞苯基 亞乙烯和聚吡咯，以及對這些導電高分子的各^^f生物中的任一衍生物 添加電子受主和電子施主這二者之一後的物質。
再有，單體溶液有可能通過金屬構件10的中間部分12與阻擋層 40之間的些微間隙浸透至末端部分13。還有，單體溶液也有可能攀爬 到阻擋層40的表面。
接著，如圖2E中的虛線所示，從金屬構件10的末端部分13去除 阻擋層40'和金屬構件10的表層部分13'。
形成於末端部分13上的阻擋層40和末端部分13的表層部分可用 雷射切削去除。這些部分的去除也可用刨削機等機械切削來去除，但 由於要求精密的去除尺寸，最好採用雷射切削。
對於本發明應關注的是，起因於浸透或攀爬至金屬構件10的末端 部分13近旁的單體溶液的導電高分子被完全去除，末端部分的13的 表面可達到完美的純淨程度。
這樣，製造成了示於圖3的二端子型固體電解電容元件。本固體 電解電容元件具有由金屬構件10的基幹部分11構成的陽極(11);由 導電高分子層30構成的與陽極對向的陰才及(30);由氧化閥作用金屬膜
1020構成的夾於陽極11與陰極30之間的電^h質層(20);以及由金屬構 件10的末端部分13構成的陽極引線(13)。
再參照圖4,在本固體電解電容元件的陰極30上再形成由石墨層 46a和銀層46b構成的陰極導出層46。根據需要，在本固體電解電容 元件的陽極引線13和陰極導出層上分別接合陽極端子48和陰極端子 47。再去除本固體電解電容元件的陽極端子48和陰極端子47的各一 部分，並內藏在由環氧樹脂等構成的封裝49內，從而製成固體電解電 谷喬。
再有，本發明的固體電解電容器除了內藏單個的固體電解電容元 件之外，也可以是內藏被層疊的多個固體電解電容元件的層疊型固體 電解電容器。
實施例2
由本發明的實施例2產生的固體電解電容器的製造方法是三端子 型固體電解電容器的製造方法。下面，對於與實施例1相同或同樣的 工序，省略其詳細說明。
首先，如圖5A所示，準備鋁箔作為由閥作用金屬構成的金屬構件 10。在金屬構件10的表面上，形成粗面層10a。金屬構件10具有 基幹部分11、 2個末端部分13以及基幹部分11與各末端部分13之間 的2個中間部分12。再在粗面層10a的表面上形成鋁氧化膜，作為氧 化閥作用金屬膜20。
接著，如圖5B中的虛線所示，從金屬構件10的末端部分13及鄰 接於末端部分13的中間部分12的一部分去除粗面層10a'。應關注的 是，粗面層的去除不僅在金屬構件的中間部分，而且涉及中間部分和 末端部分。
接著，如圖5C所示，在金屬構件10的末端部分13和中間部分 12上形成阻擋層40。應關注的是，阻擋層的形成不僅在金屬構件的中 間部分，而且涉及中間部分和末端部分。
接著，如圖5D所示，在金屬構件10的基幹部分11上形成由導電高分子構成的導電高分子層30。在含有電介質和支持電解質的單體溶 液中，浸漬導電高分子層30的金屬構件10的全部。另外，單體溶液 有可能通過金屬構件10的中間部分12與阻擋層40之間的些微間隙浸 透至末端部分13。另外，單體溶液有可能攀爬到阻擋層40的表面。
接著，如圖5E中的虛線所示，從金屬構件10的末端部分13去除 阻擋層40'和金屬構件10的表層部分13'。應關注的是，起因於浸透或 攀爬至金屬構件10的末端部分13近旁的單體溶液的導電高分子被完 全去除，末端部分的13的表面可達到完美的純淨程度。
這樣，就製成了圖6所示的三端子型固體電解電容元件。本固體 電解電容元件具有由金屬構件10的基幹部分11構成的陽極(11);由 導電高分子層30構成的與陽極11對向的陰極(30);由氧化閥作用金屬 膜20構成的夾在陽極11與陰極30之間的電介質層(20);以及由金屬 構件10的2個末端部分13構成的2個陽極引線(13)。
再有，參照圖7，在本固體電解電容元件的陰極30上再形成由石 墨層46a及銀層46b構成的陰極導出層46。根據需要，在本固體電解 電容元件的陽極引線13和陰極導出層上分別接合陽極端子48和陰極 端子47。再有，去除本固體電解電容元件的陽極端子48和陰極端子 47的各一部分，並內藏在由環氧樹脂等構成的封裝49內，從而製成 固體電解電容器。
另外，本發明的固體電解電容器除了內藏單個的固體電解電容元 件之外，也可以是內藏被層疊的多個固體電解電容元件的層疊型固體 電解電容器。
性能試-驗
接著，示出對所製造的固體電解電容器(固體電解電容元件)進行的 性能試驗的結果。
首先，就控人試驗的試樣1~5進行說明。
試樣1:圖3所示的本發明的實施例1的二端子型固體電解電容元 件。作為金屬構件10的鋁箔的尺寸是寬3mmx長4mmx厚l00nm,具有深度20pm的通過腐蝕而形成的粗面層10a。從如圖2B所示的鋁箔 的末端部分13和鄰接於末端部分13的中間部分12的一部分去除的粗 面層10a'的尺寸是寬3mmx長0.85mmx厚20拜。形成在如圖2C所示 的鋁箔的末端部分13和中間部分12上的阻擋層40的尺寸是寬3mmx 長lmm。從如圖2E所示的鋁箔的末端部分13與阻擋層40'—同去除 的金屬構件10的表層部分13'的尺寸是寬3mmx長o.75mmx厚10pm。 即，殘存在鋁箔的中間部分12上的阻擋層40的尺寸是寬3mmx長 0.25nun。
試樣2:由圖6所示的本發明的實施例2產生的三端子型固體電解 電容元件。作為金屬構件10的鋁箔的尺寸是寬3mmx長5mmx厚 lOO^m,具有深度20拜的通過腐蝕而形成的粗面層10a。從如圖5B 所示的鋁箔的末端部分13和鄰接於末端部分13的中間部分12的一部 分去除的粗面層10a'的尺寸是寬3mmx長0.85mmx厚20pm。如圖5C 所示，在鋁箔的末端部分13和中間部分12上形成的阻擋層40的尺寸 是寬3mmx長lmm。從如圖5E所示的鋁蕩的末端部分13與阻擋層40' 一同去除的金屬構件10的表層部分13'的尺寸是寬3mmx長0.75mmx 厚10^m。即，殘存在鋁箔的中間部分12上的阻擋層40的尺寸是寬 3mmx長0.25mm。
試樣3 (第1比較例)圖1所示的關聯技術的二端子型固體電解 電容元件。作為金屬構件60的鋁箔的尺寸是寬3mmx長4mmx厚度 100|im，具有深度20nm的通過腐蝕而形成的粗面層。在鋁箔的中間部 分62上形成的阻擋層90的尺寸是寬3mmx長0.25mm。另一方面，鋁 箔的末端部分63的尺寸是寬3mmx長0.75mm.
試樣4 (第2比較例)圖1所示的關聯^t支術的二端子型固體電解 電容元件的變形例。作為金屬構件60的鋁箔的尺寸是寬3mmx長 4.75mmx厚度lOOpm。具有深度20^m的通過腐蝕而形成的粗面層。在 鋁箔的中間部分62上形成的阻擋層90的尺寸是寬3mmx長lmm。另 一方面，鋁箔的末端部分63的尺寸是寬3mmx長0.75mm。
13試樣5 (第3比較例)關聯技術的三端子型固體電解電容元件。 作為金屬構件的鋁箔尺寸是寬3mmx長5mmx厚100Mm,具有深度20nm 的通過腐蝕而形成的粗面層。在鋁箔的2個中間部分上形成的阻擋層 各自的尺寸是寬3mmx長0.25mm。另一方面，鋁箔的2個末端部分的 尺寸各為寬3mmx0.75mm。
對於本發明的試樣1和2以及關聯技術的試樣3 5，分別測量了 陰極與陽極引線之間的漏電流，其結果示於下表。另外，在表中，對 於各試樣示出了體積效率，即對電容有貢獻部分的體積/固體電解電容 元件總體積(％)。
表固體電解電容元件的漏電流與體積效率
試樣端子數漏電;危[^iA]體積效率[%]
本發明120.3275
230.2750
322.2175
比較例420.5156
53短路50
表中顯示，對於實現相同體積效率75%的二端子型固體電解電容 元件，試樣l(本發明的實施例l)比試樣3(比較例)漏電流小。另 一方面， 對於相同程度的漏電流的二端子型固體電解電容元件，試樣l(本發明 的實施例1)比試樣4(比較例)的體積效率高。如此，本發明可兼具漏電 流小和體積效率高的優點。
另外，對於三端子型固體電解電容元件，試樣2(本發明的實施例 2)漏電流小，試樣5(比較例)存在陰極與陽極引線的短路缺陷，不能供 實用。
不言而喻，本發明不受以上說明的實施例的限定，在本發明的權 利要求書記載的技術範圍內，可以有各種各樣的變形。
1權利要求
1. 一種固體電解電容器的製造方法，其特徵在於，包括下列工序在具有基幹部分、末端部分以及該基幹部分與該末端部分之間的中間部分且由閥作用金屬構成的金屬構件的表面上形成粗面層；在所述粗面層的表面上形成氧化閥作用金屬膜；從所述金屬構件的所述末端部分以及鄰接於該末端部分的所述中間部分的一部分去除所述粗面層；在所述金屬構件的所述末端部分以及所述中間部分上，形成阻擋層；在所述金屬構件的所述基幹部分上，形成由導電高分子構成的導電高分子層；以及從所述金屬構件的所述末端部分去除所述阻擋層和所述金屬構件的表層部分，通過這些工序，形成由所述金屬構件的所述基幹部分構成的陽極；由所述導電高分子層構成的與所述陽極對向的陰極、由所述氧化閥作用金屬膜構成的夾在所述陽極與所述陰極之間的電介質層以及由該金屬構件的所述末端部分構成的陽極引線。
2. 如權利要求l所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 金屬構件的所述末端部分和所述中間部分分別配置在所述基幹部分的 兩端，從而，所述陽極引線包括第1陽極引線和第2陽極引線。
3. 如權利要求2所述的固體電解電容器的製造方法，其中，還包 括在所述導電高分子層的表面上形成石墨層和銀層的工序，通過該工 序，形成由該石墨層和該銀層構成的陰極導出層。
4. 如權利要求l所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 閥作用金屬是下列的任一種鋁、鉭、鈮、鋯和鈦，這些閥作用金屬 中至少2種的配合物，以及這些閥作用金屬中至少2種的合金。
5. 如權利要求l所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 粗面層的形成工序通過對所述金屬構件的表面的腐蝕或向所述金屬構 件的表面附著閥作用金屬粉末實施。
6. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 氧化閥作用金屬膜的形成工序是，將所述金屬構件浸漬在電解液中， 同時施加電壓。
7. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 粗面層的去除工序通過機械切削或雷射切削實施。
8. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 阻擋層的形成工序通過塗敷流體狀的矽劑並使之乾燥或粘貼矽膠帶實 施。
9. 如權利要求l所迷的固體電解電容器的製造方法，其中，所述 阻擋層的形成工序通過塗敷具有電絕緣性的熱固性樹脂或熱塑性樹脂 並使之固化實施。
10. 如權利要求9所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所 述熱固性樹脂或所述熱塑性樹脂是環氧樹脂或聚酯樹脂。
11. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所 述導電高分子是聚乙炔、聚對亞苯、聚苯胺、聚蓉吩、聚對亞苯基亞 乙烯和聚吡咯，以及對這些導電高分子的各自的衍生物中的任一衍生物添加電子受主和電子施主這二者之一後的物質。
12. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所 述導電高分子層的形成工序通過化學聚合法、電解聚合法或溶液浸漬 法實施。
13. 如權利要求1所述的固體電解電容器的製造方法，其中，所 述阻擋層和金屬構件的表層部分的去除工序通過雷射切削實施。
14. 用權利要求1至13中任一項所述的固體電解電容器的製造方 法製造的固體電解電容器。
15. —種固體電解電容器，包括由表面上具有粗面層的閥作用 金屬構成的陽極；由在所述陽極上形成的氧化閥作用金屬構成的電介 質層；由在所述電介質層上形成的導電高分子層構成的陰極；鄰接所 述陽極而與該陽極一體形成的陽極引線；以及由分開所述陽極與所述 陽極引線的絕緣材料構成的阻擋層，其特徵在於，所述陽極和所述陽極引線具有#_所述阻擋層覆蓋的、在厚度方向 上切削兩面而形成的第1臺階部；所述陽極引線具有對厚度方向的兩面進一步切削而形成的第2臺 階部。
全文摘要
本發明的主題是「漏電流小的固體電解電容器及其製造方法」，包括如下工序從金屬構件(10)的末端部分(13)及鄰接於末端部分(13)的中間部分(12)的一部分去除粗面層(10a′)；在金屬構件(10)的末端部分(13)和中間部分(12)上形成阻擋層(40)；在金屬構件(10)的基幹部分(11)上形成由導電高分子構成的導電高分子層(30)；從金屬構件(10)的末端部分(13)去除阻擋層(40′)和金屬構件(10)的表層部分(13′)。
文檔編號H01G9/15GK101471185SQ20081017579
公開日2009年7月1日 申請日期2008年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者信田知希, 小早川龍太, 西山利彥, 鈴木聰史, 高橋直樹 申請人:Nec東金株式會社