用于形成电容器阳极的掺杂陶瓷粉末制造技术

本发明专利技术涉及用于形成电容器阳极的掺杂陶瓷粉末。在本发明专利技术的一种实施方案中提供了电解电容器，其包括由包含导电性陶瓷颗粒和含量为约百万分之１００份或更多的非金属元素的粉末制成的阳极体。该非金属元素具有在三或更高的能级上包括五个价电子的基态电子构型。这种元素的实例包括例如磷、砷、锑等。该电容器还包括位于该阳极体之上的介电层和位于该介电层之上的电解质层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于形成电容器阳极的掺杂陶瓷粉末。
技术介绍
电解电容器通常是由能够经氧化以形成介电层的阀作用材料制成。 典型的阀作用金属是铌和钽。最近以来，已经开发了使用由导电性氧化铌(oxide niobium)和五氧4t二铌(niobium pentoxide )介电体制备的 阳极的电容器。基于氧化铌的电容器与钽电容器相比，具有显著的优点。 例如，氧化铌比钽可更广泛地获得，而且可能处理成本更低。氧化铌电 容器比钽和铌对进一步的氧化更稳定，因此在过压(或以其它方式过载) 时较不容易热失控。此外，氧化铌具有比铌和钽高几个数量级的最小点 火能量。氧化铌电容器也可能具有独特的高阻失效机理，这样会将泄漏 电流限制到低于该电容器的热失控点之下的水平。尽管这种陶瓷基(例如氧化铌)电容器提供了很多优点，但由于该 介电体的较低击穿强度，使得其在高压应用(例如16、 20或35伏特的 额定电压)中的应用通常已经受到限制。 一般而言，随着电容器上的电 荷和电压的增加，自由电子最终将会在所谓雪崩击穿的过程中加速到能 够在与中性原子或分子碰撞过程中释放其它电子的速度。击穿是非常突然发生的(通常在纳秒内)，导致形成通过该材料的导电路径和击穿放 电。在这种情况下可能发生电容器损坏或破坏。在氧化铌电容器中，我 们相信Nb205_x的氧空位用作使阳极氧化物作为n型半导体的电子供体。 不幸的是，我们相信Scho他y型点缺陷在n型半导体中是占主导的，在 n型半导体中氧原子离开其在晶格结构中的位置(由此产生氧空位)， 并移动到具有较低浓度的区域。在氧化铌电容器的情况下，我们相信在 一氧化铌阳极和五氧化二铌介电体之间界面处的氧梯度驱动氧原子扩 散到一氧化铌具有较低浓度的区域中，由此在介电体中产生氧空位。这 些缺陷可能在介电体中形成深阱，其会将该电荷存储，并用作在DC电 压作用下由Poole-Frenkel和隧道效应机理传递的电荷载体的来源。高电 压和温度的作用进一步加速了氧的扩散，并增大了介电体中的缺陷数。这样导致在加速的温度和电压载荷下泄漏电流的不稳定性，其可能限制 这种电容器在较高施加电压下的应用。因此，目前存在对能够在较高电压下操作的由陶瓷基阳极(ceramic-based anode )形成的电解电容器的需求。
技术实现思路
依照本专利技术的一种实施方案，公开了电解电容器，其包括由包含导 电性陶资颗粒和含量为约百万分之100份或更多的非金属元素的粉末制 成的阳极体。该非金属元素具有在三或更高的能级包括五个价电子的基 态电子构型。这种元素的实例包括例如磷、砷、锑等。该电容器还包括 位于该阳极体之上的介电层和位于该介电层之上的电解质层。依照本专利技术的另 一实施方案，公开了用于形成电容器阳极的陶瓷粉 末。该陶瓷粉末包含导电陶瓷颗粒，且具有约百万分之200份或更高的 磷含量。在另一实施方案中，公开了电容器阳极的形成方法，其包括用 磷掺杂剂掺杂导电陶瓷颗粒，以形成具有约百万分之200份或更高的磷 含量的粉末。压制该粉末以形成压丸并烧结。下面更详细地提出本专利技术的其它特征和方面。附图说明在参考附图的说明书的其余部分中，更特别地提出了对于本领域技 术人员对本专利技术的完整和允许的公开，包括其最佳实施方案，其中 图1是本专利技术的电解电容器的一种实施方案的透视图； 图2是图1的电容器沿2-2线的横截面视图3是将电容器激光焊接到阳极端接的本专利技术的 一种实施方案的示 意图；和图4是依照本专利技术的 一种实施方案形成的激光焊接的电容器的横截 面视图。在本说明书和附图中附图标记的重复使用用于表示本专利技术的相同 或类似的特征或要素。具体实施例方式本领域的普通技术人员理解本讨论仅是示例性的实施方案的描述，并不意于限制本专利技术的更宽范围，该更宽范围体现在该示例性的结构 中。一般而言，本专利技术涉及用于形成电容器阳极的导电陶瓷粉末。该粉末通常具有高的荷质比，例如约25000微法拉*伏特/克(pF*V/g)或更 高，在一些实施方案中为约40000pFnVg或更高，在一些实施方案中为 约60000^^V/g或更高，在一些实施方案中为约70000inFfV/g或更高， 在一些实施方案中为约80000-约20000(HiF^^V/g或更高。用于形成这种 粉末的陶瓷颗粒的实例包括阀金属(例如钽、铌等)的氧化物。 一种特 别有效类型的适用于本专利技术的陶瓷颗粒是导电性的铌氧化物，例如具有 l:小于2.5,在一些实施方案中为l:小于1.5,在一些实施方案中为 l:l.O士O.l,在一些实施方案中为1:1.0士0.05的铌/氧原子比的铌氧化物。 例如该铌氧化物可以是Nb0。.7、 NbCh.o、 NbOu和Nb02。在优选实施方 案中，该陶瓷颗粒包含为导电铌氧化物的NbCh.Q,其甚至可以在高温烧 结之后仍保持化学稳定。在Fife的美国专利号6322912、 Fife等的 6391275、 Fife等的6416730、 Fife的6527937、 Kimmel等的6576099、 Fife等的6592740、和Kimmel等的6639787、和Kimmel等的7220397、 以及Schnitter的美国专利申请公开号2005/0019581、 Schnitter等的 2005/0103638、 Thomas等的2005/0013765中都描述了这种阀金属氧化 物的实例，此处为了所有目的将所有这些都通过参考整体引入此文。陶瓷颗粒可以具有任意所需的形状或尺寸。例如，该颗粒可以是薄 片状、棱角状、结节状及其混合或变体形状。颗粒通常也具有至少约60 目的筛分粒度分布，在一些实施方案中为约60 ~约325目，在一些实施 方案中为约100-约200目。此外，比表面积为约0.1 ~约10.0m2/g,在 一些实施方案中为约0.5-约5.0 m2/g,在一些实施方案中为约1.0 ~约 2.0 m2/g。术语比表面积是指由Bmanauer, Emmet和Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, p. 309的物理气体吸附 (B.E.T.)方法测定的表面积，使用氮气作为吸附气体。同样地，堆积 (或Scott)密度通常为约0.1~约5.0克/立方厘米(g/cm3),在一些实 施方案中为约0.2 ~约2.5 g/cm3，在一些实施方案中为约0.5 ~约1.5 g/cm3 。依照本专利技术，陶瓷粉末也包含非金属元素，，，其包括真正的非金属 (例如磷)以及准金属，例如可以形成两性氧化物和/或表现为半金属的元素(例如锑)。非金属元素具有在三(3)或更高的能级包括五(5) 个价电子的基态电子构型。不希望被理论限制，我们相信这种电子构型 可以为该元素提供与自由氧电子键合并由此阻止它们从介电体到陶瓷 阳极的运动的能力。这种电子构型也被认为使该元素容易溶解在具有五 (5)个价电子的介电基质(例如Nb20s或Ta205 )中。用于本专利技术的阳极的合适非金属元素可以包括例如磷、锑、砷等。 例如，磷具有lsSs^pS3s^p力p/3p 的基态电子构型。为了形成五(5) 个共价键，可以将3s轨道的一个电子激发成3d轨道的一个电子。3能 级电子自身杂化得到5个杂化轨道，本文档来自技高网...

【技术保护点】
电解电容器，包括：　由包含导电性陶瓷颗粒和含量为约百万分之１００份或更多的非金属元素的粉末制成的阳极体，该非金属元素具有在三或更高的能级上包括五个或更多个价电子的基态电子构型；　位于该阳极体之上的介电层；和　位于该介电层之 上的电解质层。

【技术特征摘要】
US 2007-10-22 11/8759931. 电解电容器，包括由包含导电性陶瓷颗粒和含量为约百万分之100份或更多的非金属元素的粉末制成的阳极体，该非金属元素具有在三或更高的能级上包括五个或更多个价电子的基态电子构型；位于该阳极体之上的介电层；和位于该介电层之上的电解质层。2. 权利要求l的电解电容器，其中该陶瓷颗粒包含铌、钽、钒的氧 化物或其组合。3. 权利要求l的电解电容器，其中该陶瓷颗粒包含具有约1:小于 1.5的铌/氧原子比的铌氧化物。4. 权利要求1的电解电容器，其中该陶瓷颗粒包含具有1: l.O士O.l 的铌/氧原子比的铌氧化物。5. 权利要求1的电解电容器，其中该粉末具有约80000^FnVg或更 高的荷质比。6. 权利要求1的电解电容器，其中该非金属元素包括磷、砷、锑或 其组合。7. 权利要求6的电解电容器，其中该非金属元素包括磷。8. 权利要求6的电解电容器，其中该非金属元素在该粉末中的含量 为约百万分之200份或更多。9. 权利要求6的电解电容器，其中该非金属元素在该粉末中的含量 为约百万分之1000份~约百万分之5000份。10. 权利要求1的电解电容器，进一步包括至少一个位于电解质层之上的其它层，该其它层包括碳层、银层或其组合。11. 权利要求l的电解电容器，进一步包括从该阳极体伸出的阳极导线。12. 权利要求11的电解电容器，进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：T卡尼克，
申请(专利权)人：AVX公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]