具有边角改进设计的阳极制造技术

阀金属形成的电容器用多孔烧结阳极经过电解处理形成介电层并在其上覆盖有阴极层。当阳极形状为规则的平行六面体时，覆盖在边角的阴极不均匀并且会出现缺陷。椭圆主体、圆柱体和长方体形成在边角的过渡表面以提高阴极层的均匀性，例如斜切面和曲面。过渡表面通常提高聚合物浆料的涂敷性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有边角改进设计的阳极
技术实现思路
本专利技术涉及固体电解电容器阳极几何形状的优化。本专利技术特别涉及对电容器阳极 的改进以利于导电聚合物在整个表面的覆盖且同时避免表面汇合处出现未覆盖区域。具有被包围、斜切或切角的长方体阳极可以改进电解电容器中阴极层在角部和过 渡表面的覆盖。无边的长方体、圆柱体、椭圆体或长圆型阳极可以改进覆盖情况，并减小阳 极压力。并且，本专利技术可以使覆盖在边和角的阴极层在烘干或固化步骤后，通过将阳极浸渍 到阴极材料的液体浆料或悬浮液中形成，从而节省步骤。本专利技术还提供一种密封固体电解 电容器过程中减小圆柱阳极的边的机械压力的方法。
技术介绍
通常的固体电解电容阳极包括具有延伸到阳极体外并与电容器阳极安装端子连 接的引线的多孔阳极体。制造阳极首先通过把金属粉末压制成小球。可选择的，阳极可以 是腐蚀铝箔，例如铝箔可以是常用的工业用铝箔。阀金属包括Al、Ta、Nb、Ti、&、Hf、W以及 它们的混合物、合金、氮化物或低价氧化物。NbO也可以作为阀金属的替代物。烧结压制电 极在各个粉末颗粒之间形成熔融连接。所有的阳极在液体电解质中预定电压下被阳极化形 成阀金属氧化物，该氧化物作为固体电解电容器的电介质。主要阴极材料，例如导电聚合物 或氧化锰，经过多次液体浸渍循环处理。为减小固体电解电容器的等效串联电阻，将器件浸 渍到银浆中，经干燥后形成高电导率阴极端子层。碳层，通常用于主要阴极材料和端子银层 之间，作为隔绝上述两层的化学阻挡层。组装银处理的阳极形成器件。组装过程可以采用 传递模塑或保形涂料工艺来制造表面安装电容器。具有塑料密封的保形涂料通常用于制作 含铅装置。工业标准的表面安装电容器的形状是长方体，因此这些器件中使用长方体或圆 柱体阳极来最大化容积效率。在密封的电容器中银处理的阳极放置在具有焊接插头的圆柱 体罐中。加热该罐使焊料回流。焊料回流后阳极得到保护并在阴极和金属罐之间形成电连 接。这些器件中的阳极是圆柱体的。上述器件的可靠性依赖于外延阴极层的质量。隔离电介质中流体的能力是选择制造固体电解电容器的主要阴极材料所需要考 虑的。主要阴极材料的这项性能主要来源于“修复”工艺。在电容器上施加电压使电流流过 电介质中的缝隙点，导致由于焦耳加热引起的缺陷处的温度增加。当电流流过缝隙点时，紧 邻缝隙点的极板材料不导电。由于导电，紧邻缝隙点的阴极层温度也会增加。当使用氧化锰 做阴极材料时，在氧化锰的分解温度(500-600°C )下，紧邻缝隙点的氧化锰转化成三氧化 二锰，由此隔绝缝隙。由于三氧化二锰的电导率较氧化锰大几个数量级，所以缝隙处漏电流 根据欧姆定律增加。相似的机制可以假定于导电聚合物电极。引起修复导电聚合物的可能 机制包括临近缝隙点的聚合物的分解，聚合物的过氧化，聚合物在缺陷点的掺杂。在600°C 以上，钽电容器中的电介质无定形三氧化二钽转化成导电的结晶态。由此，作为钽的有效的 主要阴极材料，该材料必须在600°C以下转换成非导电状态。其他阀金属氧化物的最高耐温 与钽接近。由于石墨和银层并不在600°C以下分解成非导电材料，所以主要阴极层材料在所 有电介质表面的连续覆盖对于石墨和银层在电介质上的覆盖就很重要。如果石墨和银层确 实与电介质接触，则器件会短路。导电聚合物层应用于阳极使用的各种方法公开于美国专利U. S. Pat. No. 6072694 中。由于制作工艺简单，使用含有预聚导电聚合物代替单体的聚合物浆料或悬浮液很受欢 迎。损耗的减少，成本的降低公开于美国专利u. S. Patent. No. 6391379。虽然这些工艺捷径 很吸引人，但并没有在生产模式中实施。不能成功实施聚合物浆料作为主要阴极层的技术 障碍之一是在阳极的边角上涂浆料。由于表面张力材料容易从边角脱离。最终边角的薄覆 盖导致器件可靠性降低。将液体拉离边角的力由Young和Laplace等式给出A p = Y/r其中A p =液体或浆料从边角流下产生的压力差Y =液体或浆料的表面张力r=边角的曲率效果如图1所示。在浸渍过程中，悬浮液中的液相进入阳极的孔中。如果悬浮液中的颗粒比孔大，则 其会被阻挡在孔外并集结在阳极的外表面。由此，浸渍浆料后在阳极表面和孔中的外部集 结有些依赖于阳极的空体积(即密度)。阳极密度的改变会导致涂敷不均勻，特别是在阳极 的边角。固体电解电容器的可靠性还会由于阳极体和封装材料之间的热膨胀系数不同而 降低。这些搭配不当导致表面安装时阳极/电介质之间产生机械热应力。这些应力在阳极 体边角处最大。电容器的制造依赖于涂敷的银和碳的外部阴极涂层减小或降低压力，特别 是在高压力点例如阳极的边角。但是，外部阴极层经常以液体浆料或悬浮液的形式应用，其 在边角产生薄覆盖层从而降低了器件的可靠性。电容器的制造还使用具有设计的圆角或斜切面的边的长方体型阳极设计，以降低 封装后表面安装器件的边的机械热应力。在阳极顶部具有斜切边的阳极公开于《电容器与 电阻器专题论文集》中1994年3月发表的“改进钽表面安装电容器的抗热冲击性”一文中， 作者是D. M. Edson和J. B. Fortin。这些作者使用有限元分析和缺陷识别技术来展示发生在 表面安装时的绝大部分缺陷都是沿着阳极的边角的(surface where leadproject) 0据报 道，图2所示的改进的阳极设计会降低表面安装缺陷率。在阳极顶部具有斜切面得阳极(见图3)公开于美国专利US5959831 (Maeda 等)。该设计的目的是降低浸渍时主要阴极层顺着阳极引线被吸去的可能性。在美国专利 U.S. Patent No. 7190572中，专利技术人要求保护，在边角处集结多余的氧化锰可以通过斜切阳 极底边避免(见图4)。氧化锰在边角处的集结是观察到得应用导电聚合物时的相反现象。 同样，市场上可以看到一些圆周边角的压制阳极(见图5)图5所示的圆周的缺点之一是使用放射状的压制设计的几何形状压制可再生阳 极比较困难。放射状压制设计限定为在垂直于阳极引线(通常沿着压实轴线)的方向压实 粉末。轴向压力限定为平行于阳极引线的方向压实粉末的压力。虽然轴向压力给予电容器 制造商在阳极形状方面更大的弹性，但其导致了其他问题，例如当其滑入模子空穴时去除 表面粉末，以及阳极在阳极引线轴线方向的密度梯度。高密度区域和粉末去除使浆料或悬浮液的液相更难浸渍到阳极的孔中，并恶化了阴极覆盖问题。虽然粉末去除和密度梯度也 伴随放射状压力产生，但程度非常小，因为通常阳极最长的方向是沿着阳极引线的方向。虽然圆周和斜切边的长方体阳极已经公开并应用于工业已经多年，但斜切角的概 念还没有被研究过。实际上，因为边代表两点间的一条线，所以，圆角并没有被期望由于圆 边。但是，对许多导电聚合物阳极导电失败的分析表明，电介质击穿主要发生在阳极的角， 如图6所示。其他改进角覆盖的方法可以通过使用圆柱或椭圆柱型的几何形状的阳极来去除 角。但是，在表面安装产品的工业标准尺寸中圆柱体型阳极体积效率低。椭圆柱型阳极体 积效率更高，但是压制椭圆柱型阳极通常使用轴向压力。这就导致密度梯度以及阳极的顶 部边和底部边密度高。这些密度高的边很难像长方体型阳极的角一样被浆料完全覆盖。轴向行间空格特别大的密封固体电解电容器是可靠性极高本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括长方体烧结电极的多孔阳极体，其中至少两个表面具有至少５个交叉点，所述两个表面在过渡表面处汇合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-30 11/807,765包括长方体烧结电极的多孔阳极体，其中至少两个表面具有至少5个交叉点，所述两个表面在过渡表面处汇合。2.根据权利要求1所述的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是斜切面。3.根据权利要求1所述的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是曲面。4.根据权利要求1所述的多孔阳极体，其中两个表面交叉处的过渡表面由XZ和YZ限 定，其中0. 03mm < X < 0. 5X，且 0. 03mm < Y <0. 5Y，其中X’代表表面XZ的长度，V代表表面XZ的宽度；其中Y’代表表面YZ的长度，V 代表表面XZ的宽度；XZ与XZ和YZ的投影交叉处的距离为X，YZ距离所述投影交叉处的 距离为Y。5.根据权利要求4的多孔阳极体，其中所述阳极选自由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W以及 它们的混合物、合金、氮化物和低值氧化物和NbO构成的组。6.根据权利要求1的多孔阳极体，其中在三个表面XZ、XY和YZ交叉处的过渡表面由 以下限定0. 03mm < X <0. 5X， 0. 03mm < Y <0. 5Y，和 0. 03mm < Ζ <0. 5Ζ，其中X’表示表面XZ的长度，V表示表面XZ的宽度；其中Y’表示表面YZ的长度，V表示表面YZ的宽度；其中X’表示表面XY的长度，Y’表示表面XY的宽度；其中XY将从在XY和XZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离X；YZ将从在XY和YZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离Y；XZ将从在XZ和YZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离Ζ。7.根据权利要求1的多孔阳极体，其中所有的至少两个表面的交叉线被改变以形成过 渡表面。8.根据权利要求7的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和它 们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。9.包括烧结的阳极且具有长方体形式的多孔阳极体，其中最多超过三个表面的三个交 叉处的形状被改变以形成过渡表面。10.根据权利要求9的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是斜面。11.根据权利要求9的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是曲面。12.根据权利要求9的多孔阳极体，还包括从表面交叉4过渡表面对面的表面延伸的阳 极引线。13.根据权利要求9的多孔阳极体，其中在由ΧΖ、ΧΥ和YZ限定的三个表面的交叉点处 的过渡表面通过以下限定0. 03mm < X <0. 5X， 0. 03mm < Y <0. 5Y，和 0. 03mm < Ζ <0. 5Ζ，其中X’表示表面XZ的长度，V表示表面XZ的宽度；其中Y’表示表面YZ的长度，V表示表面YZ的宽度； 其中X’表示表面XY的长度，Y’表示表面XY的宽度；其中XY将从在XY和XZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离X；YZ将从在XY和YZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离Y；XZ将从在XZ和YZ交叉处的XY、YZ和XZ的投影点偏离距离Z。14.根据权利要求13的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。15.电容器包括烧结的阳极且具有长方体形式的多孔阳极体，其中三个表面的所有交 叉处的形状被改变以形成过渡表面。16.根据权利要求15的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。17.多孔阳极体包括烧结的阳极且具有长方体形式的多孔阳极体，其中两个表面的所 有交叉处的形状被改变以形成过渡表面。18.根据权利要求17的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是斜面。19.根据权利要求17的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是曲面。20.根据权利要求16的多孔阳极体，其中在由XZ和YZ限定的两个表面的交叉点处的 过渡表面通过以下限定0. 03mm < X <0. 5X，和 0. 03mm < Y <0. 5Y，其中X’表示表面XZ的长度，V表示表面XZ的宽度；其中Y’表示表面YZ的长度，V 表示表面YZ的宽度；XZ将从XZ和YZ的投影交叉偏离距离X，YZ将从所述投影交叉处偏 离距离Y。21.根据权利要求20的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。22.多孔阳极体包括烧结的阳极且具有椭圆体棱柱形式的多孔阳极体，其中至少一个 边的形状被改变以形成过渡表面。23.根据权利要求22的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是斜面。24.根据权利要求22的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是曲面。25.根据权利要求22的多孔阳极体，其中在由XZ和YZ限定的两个表面的交叉点处的 过渡表面通过以下限定0. 03mm < X <0. 5X，和 0. 03mm < Y <0. 5Y，其中X’表示表面XZ的长度，V表示表面XZ的宽度；其中Y’表示表面YZ的长度，V 表示表面YZ的宽度；XZ将从XZ和YZ的投影交叉偏离距离X，YZ将从所述投影交叉处偏 离距离Y。26.根据权利要求25的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。27.根据权利要求25的多孔阳极体，还包括从表面交叉处的过渡表面对面的表面延伸的阳极引线。28.根据权利要求22的多孔阳极体，其中所有表面的交叉已经被修改以形成过渡表面。29.根据权利要求28的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。30.包括烧结的阳极且具有圆柱体式的多孔阳极体，其中至少一个平面的边的形状被 改变以形成过渡表面。31.根据权利要求30的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是斜面。32.根据权利要求30的多孔阳极体，其中过渡表面实质上是曲面。33.根据权利要求30的多孔阳极体，满足0.03mm < R < r和0. 03mm < H < h/2，其中 r和h分别是半径和圆柱体的高度，R和H是从沿着!·和h的交叉线切去的距离。34.根据权利要求33的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。35.根据权利要求30的多孔阳极体，其中两个平面的边的形状被改变以形成过渡表面。36.根据权利要求35的多孔阳极体，其中所述阳极是从由Al、Ta、Ti、Nb、Zn、Hf、W和 它们的混合物、合金、氮化物和次氧化物和NbO构成的组中选择的。37.包括烧结阳极且具有规则几何形状形式的多孔阳极体，其中在底部和侧面的交叉 处的形状被改变。38.根据权利要求37的多孔阳极体，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗瑞泊尔德莱克，邱永坚，克里斯汀格雷罗，兰斯保罗桑顿，兰迪哈恩，小詹姆斯C贝茨，约翰佩里迈克，
申请(专利权)人：凯米特电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]