提高了电容量的改进的带凹槽阳极和包括该阳极的电容器制造技术

一种有狭窄凹槽（１０３）的阳极（１００），能够改善阴极溶液对阳极体的浸入并减小当溶液转化成固体阴极材料时发生的重新分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有窄凹槽的改进的阳极，并且该阳极具有改 善的电容量、电容量回复(capacitance recovery)、耗散因数和在 凹槽中改进的阴极层结构。
技术介绍
提高电容器的电特性仍然有必要。电子工业中的两个长期趋势 是继续使部件小型化和减少部件成本。对于固体电解电容器，主要通 过使用比表面积较高的阀金属粉末(用于形成阳极体)来实现容积效 率增加和成本减小。随着阳极体的比表面积增大，孔隙直径减小，这 给制造工艺带来难度。典型的固体电解电容器的阳极由多孔阳极体构成，其铅芯伸出 阳极体并与电容器的正安装端子相连。首先通过将阀金属粉末压制成 小片来形成阳极。阀金属包括A1、 Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 W以及这些 金属的混合物、合金或低价氧化物。将阳极烧结以在各个粉末颗粒间 形成熔接。通过在将阳极浸入电解质溶液中的同时对阳极施加电压的这种 阳极氧化处理来在多孔阳极的内表面和外表面上形成电介质。电介质 膜的厚度与锁施加的电压成比例。固体电解电容器的阴极典型地是二氧化锰或本身导电的聚合 物。在任一种情况下，都通过首先将阳极体浸入到随后被转化为固体阴极的溶液中来使电介质的内表面涂覆阴极材料。该浸入处理被称为 浸渍(i即regnation)。在二氧化锰阴极的情况下，将阳极浸入硝酸 锰溶液，硝酸锰随后通过热分解处理转化为二氧化锰。该处理通常称 作转化。通过将阳极浸入单体的溶液和氧化剂的溶液(浸入一个共混 溶液，或者在另一种浸入处理中分别浸入各个溶液)，从而在电介质 内表面上形成本身导电的聚合物。 一旦该单体和氧化剂浸渍了阳极 体，就可以发生聚合反应，从而使得本身导电的聚合物涂覆在电介质 内表面上。使氧化剂和单体反应的这种处理通常被称作聚合。 固体电解电容器的电容量由电容的一般等式决定C=kA/d . 其中O电容量； K^介电常数；A二阳极板/阴极板的表面积；以及d=阳极板与阴极板之间的距离或电介质厚度。 由于阳极板和阴极板之间的距离与阳极氧化处理中用来形成电 介质的电压成比例，因此可以在用于电阻值的一般等式中用形成电压(Vf)代替距离(d)。另外，由于介电常数是电介质的材料特性， 可以看出电容量与形成电压的乘积与阳极的表面积成比例。该乘积在 工业中通常称为CV。用于制造固体电解电容器的商用阀金属粉末的 比表面积被表示为电容量乘以形成电压的乘积再除以粉末重量。阀金 属粉末的比表面积的这个度量标准一般称为粉末的电荷量(charge of the powder)，通常縮写为CV/g。为了促进对电子器件和组件小型化的继续需要，如图1所示， 阔金属生产商在最近40年中已经开发出CV/g更高的粉末。随着CV/g 增大，孔隙直径减小。由于减小的孔隙尺寸，对于如今可用的高CV/g 粉末而言，在电介质内表面上涂覆固体阴极十分困难。电介质内表面 上固体阴极的不完全涂覆会导致制成的器件中的电容量损失。由于阴 极覆盖不完全所导致的电容量损失被表示为电容量回复，并由等式1 定义。电容量回复-100X (干电容/湿电容) 等式l湿电容由阳极中的Ta的量、Ta的比表面积(CV/g)和阳极电镀 电压确定。根据等式2来计算用于由这些阳极特性计算湿电容。湿电容二(Ta的体积X压力密度XCV/g)/(形成电压)等式2 干电容是在阳极处于干燥状态时采用固体电解质之后测得的电阳极孔隙内的固体电解质的积聚和均匀性对制成的器件的几个 电特性有影响，而这些电特性会影响电容器在电路中的性能。不良的 或不均匀的积聚使得孔隙内固体电解质的电阻增大，从而导致等效串 联电阻值(ESR)和耗散因数(DF)增大，以及导致较高频率时的电 容量损失(电容衰减，capacitance roll off) 。 DF是测量固体电 解质的这种特性时最常用的参数。减小阳极尺寸的另一种手段是增加阳极密度。因此，对于给定 了CV/g的粉末，阳极密度增加则CV/cc更高。然而，随着阳极密度增加，孔隙直径减小并且难以完全涂覆电介质表面。涂覆电介质内表面的能力也由阳极尺寸决定。例如，在阳极体 小于O. 015立方厘米(其中最小尺寸大约为lmm)的可商购获得的电 容器中，目前使用150，000 CV/g的粉末。而对于大于约0.05立方厘 米的阳极(其最小尺寸约为3.3mm)，目前所使用的粉末的CV/g的 实际限制是70,000 CV/g。固体电解电容器的生产商多年来一直在改进对电介质表面进行 涂覆的处理。被操纵来改进浸渍处理的因素包括溶液浓度、浸入时间、 浸入速度、表面张力和真空浸渍。尽管有这些改进，但由CV/g超过 60,000的粉末压制而成的大尺寸阳极的电容量回复仍小于50%。对于 采用二氧化锰作为阴极的电容器，这样的情况主要是由于在转化处理 过程中二氧化锰的重新分布而造成的。这种重新分布发生的部分原因 是由于在下面的反应过程中产生的气体逸出-Mn (N0:!)2 —Mn02+2N02(g)随着这些气体从阳极体内逸出，它们将未反应的硝酸锰带出到 阳极体的外部。这导致了对靠近阳极中部的电介质表面的不良涂覆以 及不良的电容量回复。类似地，随着单质和/或氧化剂溶液中的溶剂在聚合之前或在聚合过程中蒸发，逸出的气体导致远离阳极体中部的 聚合体的重新分布。电容器工业中的另一重要趋势是促进在高频(100kHz以及更高) 具有低ESR的部件。为了减小ESR，部件生产商开发出减小电容器各 种元件的电阻值的措施。通常，对部件ESR的最有影响的是内阴极层 和外阴极层的电阻值。这些元件的电阻值遵循如等式3所示的一般电 阻值等式。电阻值-电阻率X路径长度/横截面积 等式3例如，在专利号为6, 191， 936、 5， 949， 639和3，345，545的美国 专利中描述了有凹槽的阳极，其包括在一整块电容器主体上的沟纹或 槽，所述有凹槽的阳极减小了通过内阴极层的路径长度并增加了电流 流经外阴极层的横截面积。利用了如图1所示有凹槽的阳极的电容器 取得了很大的成功，并且该技术仍用于目前的电容器中。然而，在阳 极中开出的槽减小了阳极的CV，从而导致器件电容量降低。Webber等人的美国专利6, 191， 936公开了一种具有0. 254mm到 0. 508mm的凹槽的电容器。作者描述这些凹槽的优点是具有较低ESR， 但是缺点是较低的电容量。凹槽尺寸影响电容量，这是因为凹槽减小 了阳极的内表面面积。Webber等人声称，通过将凹槽尺寸限制在宽 度和深度都为0. 254mm到0. 508mm就能使减小电容量的缺点最小化， 而同时仍能实现如现有技术(比如美国专利3,345,545)中所述的凹 槽的优点。仍然期望改进阳极体的浸渍从而可提高电容量并期望改进对 CV/g更高的粉末进行充分利用的能力而不用牺牲等效串联电阻值、 耗散因数或电容衰减。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种改进的有凹槽的阳极以及包括该 阳极的电容器。本专利技术的另一目的是提供一种具有更高电容量的电容器。 本专利技术的又一目的是改进成品电容器的电容量回复。本专利技术的又一目的是改善涂覆在用于高CV/cc阳极的电介质内 表面上的阴极的均匀性。本专利技术的一个目的是提供电介质内表面上固体电解质的更加均 匀的涂覆。特别的优点是在凹槽内壁上提供改进的阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容性元件，包括：　阳极，其包括一个或多个凹槽，其中每个凹槽均具有不小于０．０６ｍｍ且不大于０．２５ｍｍ的宽度；　与所述阳极电接触的阳极端子；　涂覆在所述阳极上的电介质；　涂覆在所述电介质上的阴极；和　与所 述阴极电接触的阴极端子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-10 11/431,3851. 一种电容性元件，包括阳极，其包括一个或多个凹槽，其中每个凹槽均具有不小于0.06mm且不大于0.25mm的宽度；与所述阳极电接触的阳极端子；涂覆在所述阳极上的电介质；涂覆在所述电介质上的阴极；和与所述阴极电接触的阴极端子。2. 如权利要求l所述的电容性元件，其中所述凹槽具有不大于 0. 20mm的宽度。3. 如权利要求1所述的电容性元件，其中所述凹槽具有大于 0. 20mm的宽度。4. 如权利要求1所述的电容性元件，其中所述阳极包括被压制 的粉末，其中所述被压制的粉末具有至少为50，000 CV/g的粉末电荷5. 如权利要求4所述的电容性元件，其中所述被压制的粉末具 有至少为70，000 CV/g的粉末电荷量。6. 如权利要求5所述的电容性元件，其中所述被压制的粉末具 有至少为100， 000 CV/g的粉末电荷量。7. 如权利要求1所述的电容性元件，其中所述阳极包括从铝、 钽、铌、钛、锆、铪、鸭及它们的混合物、合金或低价氧化物中选择 的至少一种成分。8. 如权利要求7所述的电容性元件，其中所述粉末包括钽。9. 如权利要求l所述的电容性元件，其中所述凹槽具有不大于 0. 10臓的宽度。10. 如权利要求1所述的电容性元件，其中所述凹槽具有至少 为0. 50mm的深度。11. 如权利要求IO所述的电容性元件，其中所述凹槽具有不小 于0. 50mm且不大于1. 5mm的深度。12. 如权利要求11所述的电容性元件，其中所述凹槽具有不小 于0. 75mm且不大于1. 25mm的深度。13. 如权利要求1所述的电容性元件，其中所述凹槽是收縮的。14. 如权利要求13所述的电容性元件，其中所述凹槽是线性收 縮的。15. 如权利要求13所述的电容性元件，其中所述凹槽是径向收 縮的。16. —种用于形成电容器的方法，包括将粉末压制成阳极，该阳极包括宽度不小于0.06mm且不大于 0. 25mm的凹槽；提供与所述阳极电接触的阳极端子； 在所述阳极上形成电介质； 在所述电介质上形成阴极；和 形成与所述阴极电接触的阴极端子。17. 如权利要求16所述的用于形成电容器的方法，其中所述阳极包括被压制的粉末，其中所述被压制的粉末具有至少为50,000 CV/g的粉末电荷量。18. 如权利要求17所述的用于形成电容器的方法，其中所述被 压制的粉末具有至少为70,000 CV/g的粉末电荷量。19. 如权利要求18所述的用于形成电容器的方法，其中所述被 压制的粉末具有至少为100， 000 CV/g的粉末电荷量。20. 如权利要求16所述的用于形成电容器的方法，其中所述阳 极包括从铝、钜、铌、钛、锆、铪、钨及它们的混合物、合金或低价 氧化物中选择的至少一种成分。21. 如权利要求20所述的用于形成电容器的方法，其中所述粉 末包括钽。22. 如权利要求16所述的用于形成电容器的方法，其中所述凹 槽具有不大于0.2mm的宽度。23. 如权利要求16所述的用于形成电容器的方法，其中所述凹 槽具有大于0.2mm的宽度。24. 如权利要求16所述的用于形成电容器的方法，其中所述凹 槽具有不大于0. linm的宽度。25. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰迪S哈恩，约翰T基纳德，杰弗里P波尔托拉克，埃里克J泽迪亚克，
申请(专利权)人：凯米特电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]