用于电容器组件的导热封装材料制造技术

本发明专利技术提供了一种电容器组件，其包括壳体、被气密密封于壳体内的电容器元件以及至少部分地封装电容器元件的导热材料。电容器元件包括烧结的阳极体、覆盖阳极体的电介质以及覆盖电介质的固体电解质。导热材料具有根据ISO 22007-2:2014确定的约1W/m-K或更大的热导率。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
对于在诸如包括如防抱死制动系统、发动机系统、安全气囊、客舱娱乐系统等汽车应用的极端环境电子电路中使用的电容器的性能特征改进而言，电容器设计的许多具体方面一直是关注点。固体电解电容器(例如，钽电容器)对于电子电路的微型化作出了主要贡献，并且使得这种电路在极端环境中的应用成为可能。常规的固体电解电容器可通过以下步骤来形成：围绕金属导线压制金属粉末(例如，钽)，烧结所压制的构件，使所烧结的阳极阳极化，并在此后施加固体电解质以形成电容器元件。在汽车应用中，电容器组件可能需要具有较高的电容(例如，约100微法拉至约500微法拉)，在高电压下(例如，约50伏特至约150伏特)运行，且维持暴露于高温(例如，约100℃至约150℃)和高纹波电流下(例如，约25安培至约100安培)而无故障。由于电容器组件暴露于高纹波电流下可导致在电容器组件内产生高温，如果不能充分散热，可损坏电容器组件并降低其可靠性。因此，目前需要暴露于高纹波电流环境下时具有改善的散热能力的电容器组件。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，公开了一电容器组件，其包括壳体、气密密封于所述壳体内的电容器元件以及至少部分地封装所述电容器元件的导热材料。所述电容器元件包括烧结的阳极体，覆盖所述阳极体的电介质以及覆盖所述电介质的固体电解质。所述导热材料具有根据ISO 22007-2:2014确定的约1W/m-K或更大的热导率。本专利技术的其它特征和方面在以下进行更详细的阐述。附图说明针对本领域技术人员，将结合附图在说明书的其余部分中更具体地阐述本专利技术的完整的和可实施的公开内容(包括其最佳方式)，其中：图1为本专利技术电容器组件的一个实施方案的透视图；图2为本专利技术电容器组件的另一个实施方案的底视图；图3为用于本专利技术电容器组件中的多个电容器元件之一的透视图；图4为本专利技术电容器组件的一个实施方案的顶视图；图5为本专利技术电容器组件的另一个实施方案的顶视图；图6为本专利技术电容器组件的另一个实施方案的顶视图；图7为图4-5中电容器组件的壳体的一个实施方案的底视图，示出了外部的阳极端子和阴极端子；图8为图6中电容器组件的壳体的一个实施方案的底视图，示出了外部的阳极和阴极端子；及图9为本专利技术电容器组件的一个实施方案的透视图，其中已移除盖子以示出在壳体内封装至少一部分电容器元件的导热材料。在本说明书和附图中，附图标记的重复使用意在表示本专利技术的相同或相似的特征或元件。具体实施方式本领域普通技术人员应理解，本讨论仅为示例性实施方案的描述，并非意在限制本专利技术的更广泛的方面，其更广泛的方面体现在示例性构造中。一般而言，本专利技术涉及包括壳体的电容器组件，其中至少一个电容器元件位于并被气密密封于所述壳体内。导热材料包含于壳体内，至少部分地(在一些实施方案中完全地)封装所述电容器元件。例如，导热材料通常具有如根据ISO 22007-2:2014所确定的约1W/m-K或更大的热导率，在一些实施方案中为约2-20W/m-K，以及在一些实施方案中为约2.5-10W/m-K。尽管是导热性的，所述材料一般是不导电的，因此具有如根据ASTM D257-14所确定的相对高的体积电阻率，例如约1x1012欧姆·厘米或更高，在一些实施方案中约1x1013欧姆·厘米或更高，且在一些实施方案中约1x1014至约1x1020欧姆·厘米。通过高热导率与低导电性的结合，本专利技术人已发现，当用于电容器组件的壳体中时，所述封装材料可提供多种不同的益处。例如，当电容器组件暴露于纹波电流时，导热封装材料可充当向壳体表面散热的传热片，从而提高冷却效率及电容器组件的寿命。封装材料还可呈现如根据ASTM D570-98(2010)e-1所确定的低吸湿度，例如约1％或更小，在一些实施方案中约0.5％或更小，以及在一些实施方案中约0.1％或更小。通过这种方式，封装材料可抑制不想要的与可能进入壳体内的水发生的降解反应。为了帮助获得所需的性质，封装材料包含一种或多种分散于聚合物基体中的导热填料。适宜的导热填料材料包括金属填料，如铝、银、铜、镍、铁、钴等及它们的组合(例如，涂覆以银的铜或涂覆以银的镍)；金属氧化物，例如氧化铝、氧化锌、氧化镁等及其组合；氮化物，例如氮化铝、氮化硼、氮化硅等及它们的组合；以及碳填料，例如碳化硅、碳黑，碳富勒烯、石墨薄片、碳纳米管、碳纳米纤维等及它们的组合。铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼和/或碳化硅粉末可特别适用于本专利技术。如果需要的话，可以用功能性涂层涂覆填料以改善填料与聚合物基体间的亲和性。例如，这样的涂层可包括不饱和或饱和脂肪酸，例如链烷酸、链烯酸、丙酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等；有机硅烷、有机钛酸酯、有机锆酸酯、异氰酸酯、羟基封端的烯烃或烷烃等。本专利技术中，可选择性地控制导热填料的尺寸以帮助获得所需的性质。例如，适宜的填料颗粒可具有约10纳米至约75微米的平均尺寸(例如，直径)，在一些实施方案中约15纳米
至约50微米，以及在一些实施方案中约20纳米至约40微米。在一些实施方案中，可采用具有纳米级尺寸的填料颗粒，例如约10-500纳米，在一些实施方案中约20-350纳米，以及在一些实施方案中约50-200纳米，而在其他实施方案中，可采用具有微米级尺寸的填料颗粒，例如约1-50微米，在一些实施方案中约2-30微米，以及在一些实施方案中约5-15微米。封装材料也可采用纳米级和微米级导热填料的组合。在这样的实施方案中，微米级填料的平均尺寸与纳米级填料的平均尺寸的比可相对较大，以确保高的堆积密度，例如约50:1或更大，以及在一些实施方案中约70:1至约150:1。在封装材料基体中可采用多种不同的聚合物树脂，可固化的热固性树脂已被发现特别适用于本专利技术。这样的树脂的实例包括，例如，有机硅聚合物、双酚A二缩水甘油醚聚合物、丙烯酸酯聚合物、氨基甲酸乙酯聚合物等。例如，在某些实施方案中，封装材料可采用一种或多种聚有机硅氧烷。用于这些聚合物中的硅键合的有机基团可包括一价烃和/或一价卤代烃基。这样的一价基团通常具有1至约20个碳原子，优选1-10个碳原子，且通过举例但并不局限于烷基(例如、甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基、和十八烷基)；环烷基(例如，环己基)；烯基(例如，乙烯基、烯丙基、丁烯基及己烯基)；芳基(例如，苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基和2-苯乙基)；以及卤代烃基(例如，3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基和二氯苯基)。通常，至少50％，更优选至少80％的有机基团为甲基。这样的甲基聚硅氧烷可包括，例如，聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)、聚甲基氢硅氧烷等。其他适宜的甲基聚硅氧烷可包括二甲基二苯基聚硅氧烷、二甲基/甲基苯基聚硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、甲苯基/二甲基硅氧烷、乙烯基二甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基甲基/二甲基聚硅氧烷、乙烯基二甲基封端的乙烯基甲基/二甲基聚硅氧烷、二乙烯基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、乙烯基苯基甲基封端的聚二甲基硅氧烷、二甲基氢封端的聚二甲基硅氧烷、甲基氢/二甲基聚硅氧烷、甲基氢封端的甲基辛基聚硅氧烷、甲基氢/苯基甲基聚硅氧烷等。有机聚硅氧烷也可包含一个或多个侧链和/或末端的极性官能团，例如羟基、环氧基、羧基、氨基、烷氧基、甲基丙烯酸基，或巯基，其给予聚合物一定程度的亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容器组件，其包括：壳体；被气密密封于所述壳体内的电容器元件，其中所述电容器元件包括烧结的阳极体、覆盖所述阳极体的电介质以及覆盖所述电介质的固体电解质；以及至少部分地封装所述电容器元件的导热材料，其中所述导热材料具有根据ISO22007‑2:2014所确定的约1W/m‑K或更大的热导率。

【技术特征摘要】
2015.03.13 US 14/657,2451.一种电容器组件，其包括：壳体；被气密密封于所述壳体内的电容器元件，其中所述电容器元件包括烧结的阳极体、覆盖所述阳极体的电介质以及覆盖所述电介质的固体电解质；以及至少部分地封装所述电容器元件的导热材料，其中所述导热材料具有根据ISO22007-2:2014所确定的约1W/m-K或更大的热导率。2.如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料具有根据ASTM D257-14所确定的1×1012欧姆·厘米或更大的体积电阻率。3.如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料表现出根据ASTM D570-98(2010)e-1所确定的约1％或更小的吸湿度。4.如权利要求1所述的电容器组件，其中所述导热材料包含分散于聚合物基体内的导热填料。5.如权利要求4所述的电容器组件，其中导热填料包括金属填料、金属氧化物填料、氮化物填料、碳填料，或它们的组合。6.如权利要求5所述的电容器组件，其中所述导热填料包括铝、银、铜、镍、铁、钴、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳黑、碳富勒烯、石墨薄片、碳纳米管、碳纳米纤维，或它们的组合。7.如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包括具有约10-500纳米平均尺寸的填料颗粒。8.如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包括具有约1-50微米平均尺寸的颗粒。9.如权利要求4所述的电容器组件，其中所述导热填料包含纳米级颗粒和微米级颗粒，其中微米级填料颗粒的平均尺寸与纳米级填...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·彼得日莱克，J·奈华德，M·比乐，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：美国;US