CN106449101A - 固体电解电容器的低esr阳极引线带 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括电容元件和阳极引线组件的固体电解电容器。所述电容元件包括烧结多孔阳极体；覆盖在烧结多孔阳极体上面的介质层；覆盖在介质层上面、包括固体电解质的阴极。阳极引线组件包括阳极引线带，具有位于阳极体内的嵌入部分和从阳极体表面纵向延伸的外部部分，其中阳极引线带的宽度大于其高度。同时，载体引线位于阳极体的外面，包括第一部分和第二部分。第一部分包括基本上平坦的表面，与阳极引线带外部部分的基本上平坦的表面连接。

Description

固体电解电容器的低ESR阳极引线带
技术领域
本发明涉及电解电容器领域，尤其是固体电解电容器的低ESR阳极引线带。
背景技术
固体电解电容器(如钽电容器)对电子电路的微型化做出了重要贡献，使这种电路可以在极端环境中使用。典型固体电解电容器的阳极包括多孔阳极体，阳极引线从阳极体引出延伸，并与电容器的阳极端子连接。阳极可这样制备：首先将钽粉压成团，然后进行烧结，在各粉末颗粒之间形成熔融连接。许多传统固体电解电容器存在的一个问题是钽颗粒的粒径较小，减少了阳极体和阳极引线之间的体积接触。实际上，阳极引线和粉末颗粒之间很难找到许多接触点。当阳极体和阳极引线之间的接触面积减少时，阳极引线和阳极接触处的电阻相应增加。等效串联电阻(ESR)的这种增加导致电容器电性能降低。另一方面，随着阳极引线直径增加，阳极引线本身的内电阻增加，内电阻的这种增加会抵消阳极体和阳极引线之间接触点数量增加带来的ESR的任何改进(降低)。此外，增大阳极引线的直径或宽度会增加采用电阻焊或激光焊接将阳极引线焊接到引线框架的阳极端子部分时所需的能量。
因此，目前需要一种改进的固体电解电容器，这种电容器具有阳极体和阳极引线之间接触点增加的益处，但没有引线本身电阻随其直径增加而增加的不良影响，所述益处和不良影响之间实现平衡，从而通过实现超低ESR水平而显著改善电容器的电性能。还需要在实现所述平衡的同时最大程度地降低阳极引线与阳极端子电连接所需的能量。
发明内容
根据本发明的一个实施例，本发明公开了一种包括电容元件和阳极引线组件的固体电解电容器。电容元件包括烧结的多孔阳极体，覆盖在烧结多孔阳极体上面的介质层，覆盖在介质层上面并包括固体电解质的阴极。所述阳极引线组件包括阳极引线带及载体引线，所述阳极引线带具有位于烧结多孔阳极体内的嵌入部分和从烧结多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分，载体引线位于所述烧结多孔阳极体的外部。此外，阳极引线带具有宽度和高度，其中阳极引线带的宽度大于其高度。此外，载体引线位于烧结多孔阳极体的外部，包括第一部分和第二部分，其中第一部分包括基本上平坦的表面。此外，载体引线第一部分基本上平坦的表面与阳极引线带的外部部分连接。
根据本发明的另一个实施例，本发明还公开了一种形成固体电解电容器的方法。所述方法包括将阳极引线带放置在阀金属组合物形成的粉末内，从而使得阳极引线带包括位于多孔阳极体内的嵌入部分和从多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分，其中阳极引线带具有宽度和高度，其中阳极引线带的宽度大于其高度；压紧阳极引线带嵌入部分周围的粉末；烧结压紧的粉末，形成烧结多孔阳极体；将载体引线放在烧结多孔阳极体的外部，其中载体引线包括第一部分和第二部分，其中第一部分包括基本上平坦的表面；将载体引线第一部分基本上平坦的表面与阳极引线带的外部部分连接；将载体引线的第二部分与阳极端子连接，在阳极引线第二部分和阳极端子之间形成电连接。
本发明的其它特点和特征将在下文中得到更详细的说明。
附图说明
本发明完整具体的说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，将在下文中结合附图和具体实施方式得到一步的描述，其中：
图1是本发明电解电容元件一个实施例的截面顶视图；
图2是本发明电解电容元件一个实施例的截面顶视图；
图3是本发明电解电容元件一个实施例的截面顶视图；
图4是本发明电解电容元件一个实施例的截面顶视图；
图5是本发明电解电容元件一个实施例的截面顶视图；
图6是图1电容元件图1C线处的截面图；
图7是本发明固体电解电容器一个实施例的透视图；及
图8是图7所示固体电解电容器置于其树脂外壳内的透视图。
在本发明的说明书和附图中，同一附图标记表示相同或者相似的部件或元件。
具体实施方式
本领域的技术人员应理解，下面的内容仅作为本发明的示例性实施例的描述，并不能作为对本发明保护范围的限制。
一般说来，本发明针对一种含电容元件的固体电解电容器，其中所述电容元件包括烧结多孔阳极体、覆盖在烧结多孔阳极体上的介质层以及覆盖在介质层上并包括固体电解质的阴极。所述电容器还包括具有阳极引线带和载体引线的阳极引线组件。阳极引线带具有位于多孔阳极体内的嵌入部分及从多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分。阳极引线带的外部部分包括基本上平坦的表面。该基本上平坦的表面可通过压平、压合或改变阳极引线带外部部分全部或部分几何形状的方法形成，或设计阳极引线带的形状，从而使其具有第一种情况中的基本上平坦的表面。此外，电容器包括位于多孔阳极体外面的载体引线，其中载体引线包括第一部分和第二部分，其中第一部分包括基本上平坦的表面。该基本上平坦的表面可以通过压平、压合或改变第二引线的第一部分的几何形状形成。
因此，在一些实施例中，载体引线第一部分的尺寸(如高度/厚度)小于载体引线第二部分相应的尺寸(如高度/厚度)。此外，载体引线第一部分基本上平坦的表面可与阳极引线带外部部分基本上平坦的表面接触，其中这些基本上平坦的表面方便将载体引线焊接到阳极引线带，确保彼此接触的表面(例如，阳极引线带外部部分的上表面与载体引线第一部分的下表面，或反之亦然)通常都呈扁平或水平，从而实现合适的连接。本发明人发现，采用外部部分具有基本上平坦表面的阳极引线带及第一部分具有基本上平坦表面的载体引线，阳极引线带的外部部分和载体引线的第一部分可以通过电阻焊更有效且更简单地连接在一起。
此外，阳极引线带和载体引线可以采用不同的材料制造。例如，阳极引线带可以采用钽，而载体引线可以采用非-钽材料(如不锈钢、镍或镍-铁合金)。这样，由于载体引线的材料成本比阳极引线带的材料成本低，引线框架组件更具成本效益。在这些实施例中，在化学过程中，如阳极氧化和阴极形成期间，使用非-钽材料的载体引线连接阳极，可以降低材料成本。例如，由于载体引线第二部分的一部分不需要作为电容器成品的一个部件，最后会被从电容器本身剪掉，因此，可以采用价格比阳极引线带更便宜的材料。但是，还应该了解的是，在一些实施例中，阳极引线带和载体引线都可以采用钽，阳极引线带和载体引线都可以不采用钽，或阳极引线带不采用钽，而载体引线采用钽。
此外，阳极引线带的嵌入部分(以及阳极引线带的外部部分)的宽度至少大于载体引线第二部分的宽度或直径。例如，阳极引线带的嵌入部分和外部部分的宽度是大约0.6毫米至大约12毫米。此外，阳极引线带的宽度可以是其从中延伸出来的多孔阳极体表面(例如，多孔阳极体前表面)宽度的大约25％至大约85％，其中宽度与传统阳极引线相比增加，增加了阳极引线带和多孔阳极体之间的触点数，有助于降低所得电容器的ESR。阳极引线带的嵌入部分还可以包括一个或多个凹槽或空腔，其中所述凹槽或空腔进一步增加了阳极引线带嵌入部分和多孔阳极体之间的触点数，也有助于降低所得电容器的ESR。换句话说，当阳极引线带的嵌入部分宽度增加，且包括一个或多个凹槽和/或空腔时，阳极引线带嵌入部分和阳极体之间的接触面积增加，降低了阳极引线带和阳极体之间触点的电阻，从而降低了ESR。
但是，随着阳极引线带宽度的增加，阳极引线带的内电阻也增加。因此，为了降低阳极引线带宽度与传统引线相比增加而导致的阳极引线带嵌入部分内电阻增加的影响，可以最大限度地缩短阳极引线带外部部分的长度，以及载体引线的宽度或直径。因此，阳极引线带外部部分的长度是大约200微米至大约2.5毫米，而载体引线第二部分的宽度或直径是大约50微米至大约750微米。降低阳极引线组件任何外面部件的宽度或直径可进一步降低所得电容器的ESR，限制与阳极引线带宽度增加引起的内电阻的增加。此外，在化学工艺，如阳极氧化和阴极形成期间，使用宽度或直径更小的载体引线连接阳极，由于载体引线第二部分的一部分不需要作为电容器成品的一个部件，最终将被从电容器本身剪掉，因此，可以降低材料成本。此外，由于载体引线的宽度或直径(正如载体引线第二部分所示)可以小于阳极引线带的总宽度(如嵌入部分所示)，由于宽度或直径更小的阳极引线比宽度大的阳极引线带更容易操作，因此，可以简化各种加工步骤，与阳极引线带相比载体引线的宽度或直径更小，载体引线弯曲的风险更低，因此，可以提高阳极引线组件的总体稳定性。
下面将更为详细地说明本发明的各种实施例。
I.电容元件
本发明的电容元件包括阳极、介质层和阴极，以及可选的其它层，下面将对这些部分逐一进行更详细的描述。
A.阳极
本发明的电容器的多孔阳极体通常采用高比电荷的阀金属组合物形成，如比电荷是大约2000μF*V/g或更高，在一些实施例中，是大约5000μF*V/g或更高，在另外一些实施例中，是大约10000μF*V/g或更高。例如，这种粉末的比电荷是大约10000至大约600000μF*V/g，在一些实施例中，是大约40000至大约500000μF*V/g，在一些实施例中，是大约70000至大约400000μF*V/g，在一些实施例中，是大约100000至大约350000μF*V/g，在一些实施例中，是大约150000至大约300000μF*V/g。正如本领域中公知的，比电荷可以通过电容乘以施加的阳极氧化电压，然后将此乘积除以阳极氧化电极体的重量而确定。
阀金属组合物包含一种阀金属(即能够氧化的金属)或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及各自的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可能包含一种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1.0±1.0的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.05。例如，铌的氧化物可能是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。在优选的实施例中，所述组合物包含NbO1.0，这是一种甚至在高温烧结后仍然保持化学上稳定的导电的铌的氧化物。这种阀金属氧化物的实例在Fife的专利号为6,322,912的美国专利中、Fife等专利号为6,391,275的美国专利中、Fife等专利号为6,416,730的美国专利中、Fife的专利号为6,527,937的美国专利中、Kimmel等专利号为6,576,099的美国专利中、Fife等专利号为6,592,740、Kimmel等专利号为6,639,787、Kimmel等专利号为7,220,397的美国专利中，及Schnitter的申请公开号为2005/0019581的美国专利申请中、Schnitter等申请公开号为2005/0103638的美国专利申请中及Thomas等申请公开号为2005/0013765的美国专利申请中均得到了描述。这些专利通过引用整体并入本文中。
为了形成阳极，通常采用阀金属组合物的粉末。粉末可以包含任何形状的粒子，如节结状、角状、片状等及这些形状的混合。尤其适合的粉末是可从Cabot Corp.(如C255片状粉末、TU4D片状/节结状粉末等)及H.C.Starck(例如NH175节结状粉末)获取的钽粉。虽然并不要求，但是，粉末可以采用本领域熟悉的任何方法，例如通过热处理聚结。在粉末形成阳极形状之前，粉末可任选与粘结剂与/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时各颗粒彼此适当地粘结在一起。然后，采用任何常规粉末压制设备将粉末压紧成团。例如，压模可采用包含一个模具及一个或多个模冲的一站式压力机。或者，还可采用仅使用单模具和单下模冲的砧型压模。单站压模有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。
正如下文更详细地讨论的那样，不管采用哪种具体组合物，参考图1-5和图6，将阳极引线带59嵌入部分60附近的粉末压紧，从而阳极引线带59的外部部分61从压紧的多孔阳极体33延伸。阳极引线带可以是宽度大于高度的板、膜、片、膏等。在一个具体实施例中，采用模具有两个部分或多个部分(如上部分和下部分)的压模。在使用期间，模具的各个部分可以放置在彼此的附近，从而各个部分的壁基本上对齐，形成具有阳极所需形状的模腔。在模腔内装入某一数量的粉末之前、期间与/或之后，阳极引线带59的嵌入部分60可以嵌在模腔内。模具定义了一个或多个用于***阳极引线的槽。在粉末填充模具和将阳极引线带嵌入其中之后，将模具空腔闭合，采用模冲施加压力。一般说来，在与沿纵向轴(即图1-5和图7的z-轴)延伸的阳极引线带长度方向通常平行或垂直的方向施加压力。这可以迫使颗粒与阳极引线带紧密接触，形成牢固的引线-粉末结合。
可以在压紧后，将颗粒在真空条件下在某一温度(例如大约150℃至大约500℃)加热，脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，也可将颗粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等专利号为6,197,252的美国专利所述。该专利通过引用全文并入本文中。然后，将多孔阳极体烧结形成多孔完整块。通常，颗粒烧结是在温度大约1200℃至大约2000℃条件下进行，在一些实施例中，是在大约1300℃至大约1900℃条件下进行，在一些实施例中，是在大约1500℃至大约1800℃条件下进行，烧结时间是大约5分钟至大约100分钟，在一些实施例中，是大约30分钟至大约60分钟。如果要求的话，烧结可在限制氧原子向阳极转移的气氛中进行。例如，烧结可在还原性气氛，如真空、惰性气体、氢气等条件下进行。还原性气氛的压力是大约10托至大约2000托，在一些实施例中，是大约100托至大约1000托，在一些实施例中，是大约100托至大约930托。也可以使用氢气和其它气体(如氩气或氮气)的混合物。
在图1-7所示的具体实施例中，烧结多孔阳极体33是长方形颗粒形状。但是，除长方形之外，阳极还可以是立方形、圆柱形、圆形或任何其它几何形状。阳极还可以具有“槽”形，槽内包括一个或多个沟槽、凹槽、低洼或者凹陷，以增加表面积-体积比，最大程度地降低ESR并延长电容器的频率响应。这样的槽形“阳极”在，例如，Webber等的美国专利Nos 6,191,936；Maeda等的美国专利5,949,639；及Bourgault等的美国专利3,345,545，及Hahn等的美国专利申请公开No 2005/0270725中进行了描述，这些专利均通过引用而全文结合到本发明中。
参考图1-7，本发明的电容器可以包括如上文所述形成的多孔阳极体33，及包含阳极引线带59和载体引线70的阳极引线组件50，下面将对这些进行详细的说明。一般说来，图1-6是本发明设想的几个电容元件的截面顶视图，其中多孔阳极体33在阳极引线带59嵌入部分60的周围形成，其中阳极引线带59的外部部分61与多孔阳极体33外面的载体引线70连接。如图1-7所示，多孔阳极体33(及从其形成的电容元件)具有第一侧表面31、第二侧表面32、前表面36、后表面37、上表面38和下表面39。此外，多孔阳极体33的宽度W，例如，指的是前表面36沿x-轴的宽度，高度H，例如，指的是前表面36沿y-轴的高度或厚度，长度L，例如，指的是上表面38沿z-轴的长度。多孔阳极体33前表面36的宽度W是大约1.5毫米至大约15毫米，在一些实施例中，是大约1.75毫米至10毫米，在一些实施例中，是大约2毫米至大约5毫米。此外，多孔阳极体33前表面36的高度H是大约300微米至大约5毫米，在一些实施例中，是大约500微米至大约4毫米，在一些实施例中，是大约700微米至大约3毫米。此外，多孔阳极体33上表面38的长度L是大约800微米至大约15毫米，在一些实施例中，是大约1毫米至大约10毫米，在一些实施例中，是大约1.2毫米至大约5毫米。
B.介质
虽然并未示出，但是，应该理解的是，在多孔阳极体上面覆盖或涂覆有介质。介质可以通过阳极氧化(“阳极氧化”)烧结阳极，从而在阳极体上面与/或内部形成一层介质层而形成。例如，钽(Ta)阳极体可经阳极氧化变为五氧化二钽(Ta2O5)。一般说来，阳极氧化首先是在阳极体上涂覆一种溶液，例如将阳极体浸到电解质中。通常采用溶剂，如水(如去离子水)。为了增强离子电导率，可以采用在溶剂中能够离解形成离子的化合物。此类化合物的实例包括，例如，酸，如下文电解质一节所述。例如，酸(如磷酸)可能占阳极氧化溶液的大约0.01wt.％至大约5wt.％，在一些实施例中占大约0.05wt.％至大约0.8wt.％，在一些实施例中占大约0.1wt.％至大约0.5wt.％。若要求的话，也可以采用酸的混合物。
使电流通过阳极氧化溶液，形成介质层。形成电压值决定介质层的厚度。例如，一开始以恒电流模式建立电源供应，直到达到要求的电压。然后，可将电源供应切换到恒电位模式，确保在阳极体整个表面形成要求的介质层厚度。当然，也可以采用人们熟悉的其它方法，如脉冲或阶跃恒电位法。阳极氧化电压通常是大约4至大约250V，在一些实施例中，是大约9至大约200V，在一些实施例中，是大约20至大约150V。在氧化期间，阳极氧化溶液可以在高温条件下进行，如在大约30℃或更高温度下进行，在一些实施例中，是在大约40℃至大约200℃条件下进行，在一些实施例中，是在大约50℃至大约100℃条件下进行。阳极氧化也可在室温或更低温度下进行。介质层可在阳极体表面形成或在阳极孔内形成。
C.固体电解质
电容元件还包含充当电容器阴极的固体电解质。二氧化锰固体电解质可以，例如，通过硝酸锰(Mn(NO3)2)热分解形成。例如，所述方法在Sturmer等的美国专利No 4,945,452中进行了描述，该专利通过引用全文并入本文。
或者，固体电解质可由一层或多层导电聚合物层形成。采用的导电聚合物可以是π-共轭的聚合物，氧化或还原后的电导率，如氧化后的电导率至少是大约1μS cm-1。所述π-共轭导电聚合物的实例包括，例如，聚杂环类(如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等)、聚炔烃、聚-对苯撑；聚苯酚盐等。特别合适的导电聚合物是具有下述通用结构的取代聚噻吩：
其中：
T是O或S；
D是任选取代C1至C5烯烃基(例如，亚甲基、乙烯基(ethylene)、正-丙烯基(n-propylene)、正丁烯基(n-butylene)、正戊烯基(n-pentylene)等)；
R7是线性或支链的任选取代C1至C18烷基(例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等)；任选取代C5至C12环烷基(如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等)；任选取代C6至C14芳基(如苯基、萘基等)；任选取代C7至C18芳烷基(如苄基，邻、间、对-甲苯基、2,3-、2,4-、2,5-、2-6、3-4-、3,5-二甲苯基、三甲苯基等)；任选取代C1至C4羟烷基或羟基；及
q是0至8的整数，在一些实施例中，是0至2的整数，在一些实施例中，是0；及
n是2至5000，在一些实施例中，是4至2000，在一些实施例中，是5至1000。“D”或“R7”的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤素、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯、羧酸、碳酸酯、羧酸酯、氰基、烷基硅烷和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。
尤其适合的噻吩聚合物是“D”为任选取代C2至C3烯烃基的噻吩聚合物。例如，聚合物可为具有下述通用结构的任选取代聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：
形成如上文所述导电聚合物的方法是本领域内周知的。例如，Merker等的美国专利第6,987,663号描述了由单体前体形成取代聚噻吩的各种不同方法。该专利通过引用全文并入本文。例如，单体前体具有以下结构：
其中：
T、D、R7和q定义如上文所述。尤其适合的噻吩单体是其中“D”为任选取代C2至C3烯基的噻吩单体。例如，可以使用具有下述通用结构式的任选取代3,4-烯烃二氧噻吩(3,4-alkylenedioxythiophenes)：
其中式中R7和q定义如上文所述。在一个具体实施例中，“q”是0。一个商业上合适的3,4-乙烯基二氧噻吩是Heraeus Clevios命名为CleviosTMM的产品。Blohm等人的美国专利5,111,327和Groenendaal等人的美国专利6,635,729中描述了其它合适的单体。以上专利通过引用全文并入本文。也可以采用这些单体的衍生物，例如上述单体的二聚体或三聚体。分子量更高的衍生物，如单体的四聚体、五聚体等适合用于本发明。衍生物可以由相同的或不同的单体单元构成，可以以纯形式使用及以与另一种衍生物与/或单体的混合物的形式使用。还可以使用这些单体前体的氧化形式或还原形式。
在氧化催化剂存在的条件下，噻吩单体进行化学聚合。氧化催化剂通常包括过渡金属阳离子，如铁(III)、铜(II)、铬(VI)、铯(IV)、锰(IV)、锰(VII)或钌(III)阳离子等。还可以使用掺杂剂，以给导电聚合物提供过量电荷，稳定聚合物的导电性。掺杂剂通常包括无机或有机阴离子，如磺酸离子。在某些实施例中，前体溶液中使用的氧化催化剂包括阳离子(如过渡金属)和阴离子(如磺酸)，从而兼具催化作用和掺杂功能。例如，氧化催化剂可能是过渡金属盐，包括铁(III)阳离子，如卤化铁(III)(如FeCl3)或其它无机酸铁盐(III)，如Fe(ClO4)3或Fe2(SO4)3及有机酸铁盐(III)和包含有机自由基的无机酸铁盐(III)。带有机基团的无机酸铁盐(III)实例包括，例如，C1至C20烷醇的硫酸单酯铁盐(III)(如月桂基硫酸铁盐(III))。同样，有机酸铁盐(III)的实例包括，例如，C1至C20烷基磺酸铁盐(III)(例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷基磺酸)；脂肪族全氟磺酸铁盐(III)(如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)；脂肪族C1至C20羧酸铁盐(III)(如2-乙基己基羧酸)；脂肪族全氟羧酸铁盐(III)(如三氟乙酸或全氟辛酸)；任选被C1至C20烷基取代的芳香族磺酸铁盐(III)(如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)；环烷烃磺酸铁盐(III)(如樟脑磺酸)等。也可以使用上文提到的铁盐(III)的混合物。对甲苯磺酸铁(III)和邻甲苯磺酸铁(III)及其混合物，尤其适合本发明。一种商业合适的邻-甲苯磺酸铁(III)盐是Heraeus Clevios以名称CleviosTMC销售的产品。
可以采用各种方法来形成导电聚合物层。在一个实施例中，氧化催化剂和单体顺序涂覆或者一起涂覆，使聚合反应在阳极部件上原位进行。用于形成一层导电聚合物涂层的合适的涂覆技术包括丝网印刷、浸渍、电泳涂装和喷涂等。例如，单体可以一开始与氧化催化剂混合，形成一种前体溶液。一旦形成混合物，即可将其涂覆到阳极部件上，然后让其聚合，从而在表面上形成导电涂层。或者，可以顺序涂覆氧化催化剂和单体。例如，在一个实施例中，可以将氧化催化剂溶解在有机溶剂(例如，丁醇)中，然后，以浸渍溶液的形式涂覆。然后，干燥阳极部件，脱除阳极部件上的溶剂。然后，将阳极部件浸到包含单体的溶液中。
根据使用的氧化剂和要求的反应时间，聚合通常在温度大约-10℃至大约250℃条件下进行，在一些实施例中在大约0℃至大约200℃条件下进行。合适的聚合方法，例如如上文所述，在Biler的美国专利7,515,396中有更详细的说明。涂布此类导电涂层的其它方法在Sakata等人的美国专利第5,457,862号、Sakata等人的美国专利第5,473,503号、Sakata等人的美国专利第5,729,428号及Kudoh的美国专利第5,812,367号中进行了描述。以上专利以全文的形式引入本专利中。
除原位涂布之外，导电聚合物层还可以导电聚合物粒子分散体的形式涂布。虽然粒径可以变化，但是，通常要求颗粒粒径小，从而增大粘附阳极部件的表面积。例如，颗粒的平均粒径是大约1纳米至大约500纳米，在一些实施例中，是大约5纳米至大约400纳米，在一些实施例中，是大约10纳米至大约300纳米。粒子的D90值(粒径小于或等于D90的粒子占全部固体粒子总体积的90％)可以是大约15微米或更小，在一些实施例中，是大约10微米或更小，在一些实施例中，是大约1纳米至大约8微米。粒子的直径可采用人们熟知的方法测定，如超速离心法、激光衍射法等。
可采用独立的反离子来中和取代聚噻吩携带的正电荷，从而增强导电聚合物形成颗粒。在一些情况下，聚合物在结构单元中可能具有正电荷和负电荷，正电荷位于主链上，而负电荷任选位于“R”取代基上，如磺酸酯基团或羧酸酯基团上。主链的正电荷可以被“R”取代基上任选存在的阴离子基团部分或全部中和。从整体来看，在这些情况中，聚噻吩可以是阳离子、中性或甚至是阴离子。但是，因为聚噻吩主链带正电荷，它们全都被视为阳离子聚噻吩。
反离子可以是单体阴离子或聚合物阴离子。聚合物阴离子，例如，是聚羧酸(如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸等)；聚磺酸(如聚苯乙烯磺酸(“PSS”)、聚乙烯基磺酸等)。酸还可以是共聚物，如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合单体，如丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物。同样，合适的单体阴离子包括，例如，C1-C20烷基磺酸(如十二烷基磺酸)；脂肪族全氟磺酸(如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸)；脂肪族C1-C20羧酸(2-乙基己基羧酸)；脂肪族全氟羧酸(如三氟乙酸或全氟辛酸)；任选被C1-C20烷基取代的芳香族磺酸(如苯磺酸、邻-甲苯磺酸、对-甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸)；环烷烃磺酸(如樟脑磺酸或四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、高氯酸盐、六氟锑酸盐、六氟砷酸盐或六氯锑酸盐)等。特别适合的反离子是聚合物阴离子，如聚羧酸或聚磺酸(如聚苯乙烯磺酸(“PSS”))。此类聚合物阴离子的分子量一般是大约1000-大约2000000，在一些实施例中，是大约2000-大约500000。
当采用反离子时，给定层中此类反离子和取代聚噻吩的重量比通常是大约0.5:1至大约50:1，在一些实施例中是大约1:1至大约30:1，在一些实施例中是大约2:1至大约20:1。上述重量比中提到的取代聚噻吩的重量指的是所使用单体部分的重量，假设单体在聚合期间完全转化。
分散体还包含一种或多种粘结剂，进一步增强聚合物层的粘附性质，而且还可以增加分散体内颗粒的稳定性。该粘结剂可以是有机的，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯丁酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯腈、苯乙烯/丙烯酸酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸酯和乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂或纤维素。还可采用交联剂来增强粘结剂的粘附能力。此类交联剂包括，例如，三聚氰胺化合物、封闭异氰酸酯或功能硅烷，如3-缩水甘油氧基丙基三烷基硅烷、四乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷水解产物或可交联的聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃。正如本领域熟悉的那样，分散体中还可以包括其它成分，如分散剂(如水)、表面活性物质等。
如果要求的话，可以重复以上所述的一个或多个涂覆步骤，直到得到要求厚度的涂层。在一些实施例中，一次仅形成相对较薄的涂层。涂层的总目标厚度通常根据电容器要求的性能而变化。一般说来，所得导电聚合物涂层的厚度是大约0.2微米至大约50微米，在一些实施例中是大约0.5微米至大约20微米，在一些实施例中是大约1微米至大约5微米。应该理解的是，阳极部件上所有地方的涂层厚度并不一定相同。但是，基板上涂层的平均厚度通常位于以上所述范围之内。
导电聚合物层任选进行愈合。愈合可在每次涂布导电聚合物层后进行或在涂布全部涂层后进行。在一些实施例中，导电聚合物可以这样愈合：将部件浸入到电解质溶液中，然后向所述溶液施加恒定电压，直到电流降低到预先选择的水平。若需要的话，这种愈合可在多个步骤中完成。例如，电解质溶液可以是单体、催化剂和掺杂剂的醇溶剂(如乙醇)稀溶液。如果要求的话，还可以对涂层进行洗涤，从而脱除各种副产物、多余试剂等。
D.其它层
虽然并不要求，但是，还可在阳极体上涂覆外部聚合物涂层，覆盖固体电解质。外部聚合物涂层通常包含由预聚合导电颗粒分散体(例如，上文详细描述的导电颗粒分散体)形成的一个或多个层。外部涂层能够进一步渗透到电容器器身的边缘区域，从而提高介质层的粘附性，得到机械稳定性更强的部件，降低等效串联电阻和漏电流。由于通常需要改善边缘覆盖率而不是浸润阳极体内部，外部涂层中所用颗粒的粒径通常大于固体电解质中任何任选分散体所用颗粒的粒径。例如，外部聚合物涂层中所用颗粒的平均粒径和固体电解质任何分散体中所用颗粒的平均粒径之比通常是大约1.5至大约30，在一些实施例中，是大约2至大约20，在一些实施例中，是大约5至大约15。例如，外部涂层分散体中所用颗粒的平均粒径是大约50纳米至大约500纳米，在一些实施例中，是大约80纳米至大约250纳米，在一些实施例中，是大约100纳米至大约200纳米。
如果要求的话，外部聚合物涂层中还可以使用交联剂，以增强与固体电解质的粘附度。一般说来，交联剂在涂覆外部涂层中使用的分散体之前涂覆。合适的交联剂如Merker等的美国专利公开2007/0064376中所述，包括，例如，胺(如二胺、三胺、低聚胺、多胺等)；多价金属阳离子，如Mg、Al、Ca、Fe、Cr、Mn、Ba、Ti、Co、Ni、Cu、Ru、Ce或Zn的盐或化合物；磷的化合物、锍的化合物等。尤其合适的实例包括，例如，1,4-环己二胺、1,4-二(氨基-甲基)环己烷、乙二胺、1,6-乙二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-丁二胺等及它们的混合物。
交联剂通常是利用溶液或分散体涂覆，溶液或分散体在25℃的pH值是1至10，在一些实施例中，是2至7，在一些实施例中，是3至6。可以采用酸性化合物来帮助达到要求的pH水平。交联剂的溶剂或分散体包括水或有机溶剂，如醇、酮、羧酸酯等。可以采用人们熟悉的任何方法，如旋涂、浸渍、浇铸、滴涂、喷涂、气相沉积、溅镀、升华、刮刀涂布、刷涂或印刷(如喷墨打印、丝网印刷或移印)涂覆交联剂。一旦涂覆完成，可以在涂覆聚合物分散体之前，先将交联剂干燥。然后，可以重复此工艺，直到达到要求的厚度。例如，包括交联剂和分散体层的整个外部聚合物涂层的总厚度是大约1微米至大约50微米，在一些实施例中，是大约2微米至大约40微米，在一些实施例中，是大约5微米至大约20微米。
如果要求的话，电容器还可以包含其它层。例如，可任选在介质层和固体电解质之间涂覆一层保护涂层，如一层由相对绝缘的树脂材料(天然树脂或合成树脂)形成的保护涂层。此类材料的比电阻大于大约10Ω·cm，在一些实施例中，大于大约100Ω·cm，在一些实施例中，大于大约1000Ω·cm，在一些实施例中，大于大约1×105Ω·cm，在一些实施例中，大于大约1×1010Ω·cm。本发明可以采用的某些树脂材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸酯(如甘油酯)等。例如，合适的脂肪酸酯包括但不限于月桂酸酯、肉豆蔻酸酯、棕榈酸酯、硬脂酸酯、桐酸酯、油酸酯、亚油酸酯、亚麻酸酯、紫胶桐酸酯、紫胶酸酯等。人们发现，这些脂肪酸酯在用于相对复杂的组合中形成“干性油”时特别有用，能够使得到的膜迅速聚合形成稳定层。所述干性油可能包括甘油单酯、甘油二酯与/或甘油三酯，这些甘油酯具有甘油骨架，分别带一个、两个和三个被酯化的脂肪酰残基。例如，可以使用的某些合适的干性油包括但不限于橄榄油、亚麻子油、蓖麻油、桐油、豆油和紫胶。这些保护涂层材料及其它保护涂层材料在Fife等美国专利第6,674,635号的专利中有更详细的说明，其全文以引用的方式并入到本专利中。
如果要求的话，部件还可分别涂覆一层碳层(如石墨)和银层。例如，银层作为电容器的可焊接导体、接触层与/或电荷收集器，碳层可以限制银层与固体电解质接触。这类涂层可以覆盖部分或整个固体电解质。
II.阳极引线组件
正如上文所述，本发明的电解电容器包括构成阳极引线组件的阳极引线带和载体引线。阳极引线带具有嵌在多孔阳极体内的嵌入部分及沿阳极体表面纵向延伸的外部部分。同时，载体引线并不嵌在多孔阳极体内，它具有与阳极引线带外部部分接触的第一部分及与阳极端子接触的第二部分。阳极引线带和载体引线可采用导电材料制作，如钽、铌、镍、铝、铪、钛、不锈钢等，以及它们的合金、氧化物与/或氮化物制作。例如，在一些实施例中，阳极引线带可以采用钽材料，载体引线可以采用不锈钢、镍或镍合金，这样有助于降低阳极引线组件的成本。在一个具体的实施例中，载体引线可以采用-一种镍铁合金制作。虽然在一些实施例中，阳极引线带采用钽制作，载体引线采用非钽材料制作，但是，应该理解的是，在其它实施例中，阳极引线带和载体引线可以采用同一材料(例如钽)制作。
阳极引线带通常为矩形、标准椭圆形、跑道形(如加长的)椭圆形、椭圆形或其它任何形状，只要其x-方向(横向)的宽度W1通常大于其y-向的厚度或高度H1，从而呈引线带形状，如图6更详细说明的那样。例如，阳极引线带59的宽度W1和高度H1之比是大约1.5至大约10，例如大约1.75至大约7.5，大约2至大约5。此外，阳极引线带59的宽度W1是多孔阳极体33宽度W的大约25％至大约85％，例如大约30％至大约80％，例如大约35％至大约75％。在一个具体实施例中，阳极引线带59的宽度W1是多孔阳极体宽度W的大约50％至大约70％。参考图1-5，阳极引线带59的宽度W1是大约600微米至大约12毫米，例如，大约800微米至大约10毫米，例如大约1毫米至大约8毫米。此外，如图6所示，阳极引线带59的高度H1是大约200微米至大约800微米，例如大约225微米至大约700微米，例如大约250微米至大约600微米。此外，参考图1-5，阳极引线带59嵌入部分60的长度L1是大约200微米至大约13.5毫米，例如，大约250微米至大约9毫米，例如大约300微米至大约4.5毫米。换句话说，阳极引线带59嵌入部分60的长度L1是多孔阳极体33上表面38长度L的大约25％至大约90％，例如大约30％至大约80％，例如大约40％至大约75％。同时，阳极引线带59外部部分61的长度L2是大约200微米至大约2.5毫米，例如，大约250微米至大约2毫米，例如，大约300微米至大约1.5毫米。由于阳极引线带59的宽度W1大于载体引线70的宽度，阳极引线带59第一外部部分61的内电阻增加，因此，最大程度地缩短阳极引线带59外部部分61的长度L2，降低电容器的ESR，以及降低因阳极引线带59的重量而导致的弯曲风险，增强引线组件50的稳定性。无论如何，阳极引线带59具有长度L7，L7是阳极引线带59嵌入部分60的长度L1和阳极引线带59外部部分61的长度L2之和，L7是大约400微米至大约16毫米，例如，大约500微米至大约11毫米，例如，大约600微米至大约6毫米。
此外，载体引线可以具有任何要求的截面形状，如圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形、梯形、标准椭圆形、跑道状椭圆形等或这些形状的组合。在一个具体实施例中，阳极引线带的嵌入部分和外部部分通常是长方形或跑道椭圆形，从而阳极引线带外部部分的上表面和下表面基本上平坦，而载体引线的第一部分可以是标准椭圆形或跑道椭圆形，具有基本上平坦的下表面和上表面，载体引线的第二部分可以是圆形，形状的区别是由于压扁、压合、压缩或改变载体引线第一部分的形状而形成基本上平坦的表面实现的，其中正如下文详细讨论的那样，阳极引线带外部部分基本上平坦的表面和载体引线第一部分连接到一起。在所述实施例中，并参考图1-6，载体引线70第一部分71的宽度W2是大约60微米至大约1毫米，例如大约80微米至大约800微米，例如大约120微米至大约600微米。此外，载体引线70第一部分71的高度H2是大约25微米至大约500微米，如大约50微米至大约400微米，如大约75微米至大约300微米。此外，载体引线70第一部分71的长度L3是大约20微米至大约2.25毫米，如大约25微米至大约1.8毫米，如大约30微米至大约1.35毫米。换句话说，载体引线70第一部分71的长度L3是阳极引线带59外部部分61的长度L2的大约10％至大约90％，例如大约20％至大约80％，例如大约30％至大约70％，与焊接到阳极引线带59外部部分61上的载体引线70的部分对应。
此外，如图1-7所示，由于载体引线70第一部分71是平坦的，因此，与载体引线70第二部分72相比，载体引线70第一部分71的高度降低，宽度增加。因此，载体引线70第二部分72的高度H3是大约30微米至大约450微米，例如大约60微米至大约350微米，例如大约90微米至大约250微米。此外，载体引线70第二部分72的宽度W3是大约50微米至大约750微米，例如大约75微米至大约625微米，例如大约100微米至大约500微米。此外，当载体引线70是圆形时，应该指出的是，载体引线70第二部分72的宽度W3和高度H3相同，并代表其直径。与阳极引线带59的高度H1相比，载体引线70第二部分72的高度/厚度或直径H3降低，导致ESR降低，还可以减少连接阳极引线组件50和阳极端子35所需的能量。同样，与阳极引线带59的宽度W1相比，载体引线70第二部分72的宽度或直径W3降低，可以显著减少连接阳极引线组件50和阳极端子35所需的能量。此外，载体引线70第二部分72的修剪前长度L4是大约1毫米至大约50毫米，例如，大约2.5毫米至大约40毫米，例如，大约5毫米至大约30毫米，而长度L4可以在电容器进一步组装时，根据外壳内阳极端子35和阳极体33的布置，通过修剪缩短。换句话说，修剪之后，总长度L3+L4可以根据电容器的具体设计及阳极端子35的位置变化，因为第二阳极引线70的第二部分72必须至少延伸到阳极端子35，从而与阳极端子35焊接到一起。
不管阳极引线组件各部件的具体尺寸如何，宽度更大的阳极引线带和宽度或直径更小的载体引线组合可以协同降低所得电容器的ESR和漏电流(DCL)。例如，由于阳极引线带嵌入部分的宽度更大，增加了阳极引线带和阳极体之间的触点数，从而降低了阳极引线带和阳极体之间触点处的电阻。此外，虽然阳极引线带外部部分的宽度与阳极引线带嵌入部分的宽度相同，但是，外部部分通常仅从阳极体表面延伸小段距离，从而最大限度地缩短宽度更大的阳极引线带第一外部部分的长度，反过来可以最大限度地降低阳极引线带内电阻增加的影响。同时，与阳极引线带外部部分连接的载体引线的第一部分及与阳极端子形成电连接的载体引线的第二部分的宽度或直径小于阳极引线带的宽度，显著降低了接触/焊接到阳极端子35时所需的能量(例如，激光能)。因此，最终电容器的漏电流降低，组件产率提高。
现在转向图1-5，在这些图中，更详细地描述了阳极引线组件50的阳极引线带59嵌入部分的各种实施例。首先，如图1所示，本发明设想了一种电容元件100，其中阳极引线带59的嵌入部分60在其宽度W1和长度L1方向具有均匀的形状。换句话说，阳极引线带59的嵌入部分60基本上是实心的，其中没有凹槽或空腔。
接下来，在图2中，设想电容元件101包括阳极引线带59，其中嵌入部分60在其宽度W1和长度L1方向并非实心的。相反，为了进一步增加阳极引线带59嵌入部分60和多孔阳极体33之间的触点数，电容元件101阳极引线带59的嵌入部分60具有凹槽85，从而阳极引线带59的嵌入部分从凹槽85延伸至阳极体33第一侧表面的宽度W4变小，从凹槽85延伸至阳极体33第二侧表面的宽度W5变小。在阳极引线带59形成后，采用任何合适的方法(例如，切割)除去凹槽85处的阳极引线带材料，或形成包含第一种情况所述凹槽85的阳极引线带59，因此，阳极引线带59的嵌入部分60在凹槽85处没有阳极引线带材料(如钽)。凹槽85可以在x-方向(横向)中心横跨阳极引线带59嵌入部分60的宽度W1，从而阳极引线带59的嵌入部分60具有n-形外观，其中阳极引线带59的嵌入部分60由朝阳极体33后表面37纵向延伸的第一突出部分82和第二突出部分83定义。但是，还应该理解的是，凹槽85可以在阳极引线带59嵌入部分60的任何位置形成，例如，沿z-向(纵向)而不是x-向，从而第一突出部分82和第二突出部分83朝阳极体33的第一侧表面31或第二侧表面32延伸。无论如何，由于凹槽85和如图2所示，阳极引线带59嵌入部分60的每个宽度W4和W5可以是阳极引线带59宽度W1的大约10％至大约90％，例如，大约15％至大约70％，例如大约20％至大约50％。例如，在一些实施例中，宽度W4和W5可以是大约60微米至大约10.8毫米，例如，大约80微米至大约9毫米，例如，大约100微米至大约7.2毫米。此外，在阳极引线带59的嵌入部分60中形成凹槽85后，未形成凹槽85、从凹槽85朝阳极体33前表面36延伸及朝载体引线70延伸的引线带59的长度L5是阳极引线带59总长度L7的大约20％至大约90％，例如大约25％至大约75％，例如大约30％至大约50％。例如，长度L5是大约80微米至大约15毫米，例如，大约100微米至大约10毫米，例如，大约120微米至大约5毫米。
此外，在图3中，设想了另一种包括阳极引线带59的电容元件102，其中嵌入部分60在其宽度W1和长度L1方向并非实心的。相反，正如图2电容元件101所示，为了进一步增加阳极引线带59嵌入部分60和多孔阳极体33之间的触点数，电容元件102阳极引线带59的嵌入部分设有第一凹槽85和第二凹槽86。由于在阳极引线带59形成后，采用任何合适的方法(例如，切割)除去第一凹槽85和第二凹槽86处的阳极引线带材料，或由于形成包含第一种情况所述凹槽的阳极引线带59，因此，阳极引线带59的嵌入部分60在第一凹槽85和第二凹槽86处没有阳极引线带材料(例如钽)。第一凹槽85和第二凹槽86在x-方向(横向)在阳极引线带59嵌入部分60的宽度W1方向均匀间隔，从而阳极引线带59的嵌入部分60呈m-形，其中阳极引线带59的嵌入部分60由朝阳极体33后表面37纵向延伸的第一突出部分82、第二突出部分83和第三突出部分84定义。但是，还应该理解的是，第一凹槽85和第二凹槽86可以在阳极引线带59嵌入部分60的任何位置形成，例如，沿z-向(纵向)而不是x-向，从而第一突出部分82、第二突出部分83和第三突出部分84朝阳极体33的第一侧表面31或第二侧表面32延伸。
此外，虽然图2和图3分别示出了包含在本发明阳极引线带59嵌入部分60中形成一个凹槽和二个凹槽的电容元件101和102，但是，应该理解的是，本发明设想可以在阳极引线带59的嵌入部分60中形成任何合适数量的凹槽，例如，三个、四个、五个或甚至六个凹槽。
现在转向图4，图中设想了另一种包括阳极引线带59的电容元件103，其中嵌入部分60在其宽度W1和长度L1方向并非是实心的。相反，为了进一步增加阳极引线带59嵌入部分60和多孔阳极体33之间的触点数，电容元件103阳极引线带59的嵌入部分60具有空腔87，从而阳极引线带59的嵌入部分从空腔87延伸至阳极体33第一侧表面的宽度W4变小，从凹槽85至阳极体33第二侧表面的宽度W5变小，正如前文谈到带凹槽85的电容元件101时所述。由于在阳极引线带59形成后，采用任何合适的方法(例如，切割)除去空腔87处的阳极引线带材料或由于形成包含第一种情况所述空腔87的阳极引线带59，因此，阳极引线带59的嵌入部分60在空腔85处没有阳极引线带材料(例如钽)。空腔87可以在x-方向(横向)中心横跨阳极引线带59嵌入部分60的宽度W1及在z-方向横跨阳极引线带59嵌入部分60的长度L1，从而阳极引线带59的嵌入部分60包括沿其高度H1居中布置的空心部分，该中心部分被阳极引线带59的嵌入部分60完全包围或框住。此外，在阳极引线带59的嵌入部分60中形成空腔87后，未形成空腔87且从空腔87朝阳极体33前表面36和朝载体引线70延伸的引线带59的长度L5是阳极引线带59总长度L7的大约20％至大约90％，例如，大约25％至大约75％，例如，大约30％至大约50％。例如，长度L5是大约80微米至大约15毫米，例如，大约100微米至大约10毫米，例如，大约120微米至大约5毫米。此外，由于空腔87的形成，阳极引线带59具有从空腔87朝阳极体33后表面37延伸的长度L6，该长度L6是阳极引线带59总长度L7的大约10％至大约70％，例如，大约15％至大约60％，例如，大约20％至大约50％。例如，长度L6是大约40微米至大约12毫米，例如，大约50微米至大约7毫米，例如，大约60微米至大约3.5毫米。
此外，如图5所示，本发明设想了另一种包括阳极引线带59的电容元件104，其中嵌入部分60在其宽度W1和长度L1方向并非实心的。相反，为了进一步增加阳极引线带59的嵌入部分60和多孔阳极体33之间的触点数，电容元件104阳极引线带59的嵌入部分设有第一空腔87和第二空腔88。由于在阳极引线带59形成后，采用任何合适的方法(例如，切割)除去第一空腔87和第二空腔88处的阳极引线带材料，或由于形成包含第一种情况所述第一空腔87和第二空腔88的阳极引线带59，因此，阳极引线带59的嵌入部分60在第一空腔87和第二空腔88处没有阳极引线带材料(例如钽)。第一空腔87和第二空腔88在x-方向(横向)在阳极引线带59嵌入部分60的宽度W1部分及在z-向在阳极引线带59嵌入部分60的长度L1部分均匀间隔，从而阳极引线带59的嵌入部分60沿其高度H1部分有两个对称的空心段，每个空心段均被阳极线线带材料完全包围或框住。
此外，虽然图4和图5分别示出了包含在本发明阳极引线带59嵌入部分60中形成一个空腔和二个空腔的电容元件103和104，但是，应该理解的是，本发明设想可以在阳极引线带59的嵌入部分60中形成任何合适数量的空腔，例如，三个、四个、五个或甚至六个空腔。
除设想在阳极引线带59的嵌入部分60中包含各种凹槽与/或空腔的阳极引线组件50外，应该了解的是，本发明还设想根据载体引线70与阳极引线带59的外部部分61连接的位置，阳极引线组件50可以具有各种不同配置。例如，在图6中，图6是图1电容元件100在切割线C处的截面图，阳极引线带59外部部分61的上表面63与载体引线70第一部分71的下表面74接触。另一方面，在其它实施例(未示出)中，阳极引线带59外部部分61的下表面64与载体引线70第一部分71的上表面73接触。在其它实施例中，应该了解的是，阳极引线带59外部部分61的任何表面可与载体引线70第一部分71的任何表面连接。无论如何，载体引线70可以在纵向或z-向从阳极引线带59外部部分61延伸，如图1-5所示。此外，载体引线70的第一部分71可采用任何合适的方法，如电阻焊、激光焊或导电粘合剂与阳极引线带59的外部部分61连接。参考图6，在一个具体实施例中，例如，阳极引线带的外部部分61和载体引线的第一部分71通过电阻焊将载体引线第一部分71基本上平坦的下表面74与阳极引线带外部部分61基本上平坦的上表面63连接。
正如本领域所熟悉的那样，不管形成电容元件100至104的具体设计或方式是什么，每个电容元件都可与端子连接。例如，阳极端子和阴极端子可分别与第二阳极引线和阴极电连接。正如本领域所熟悉的那样，端子的具体配置可以变化。虽然并不要求，但是，如图7所示，例如，阴极端子44可以包含平坦部分45及直立部分46，平坦部分45与电容元件下表面39电接触，直立部分46与平坦部分45基本上垂直，并与图7电容器200的电容元件后表面37电接触。为了将电容器与阴极端子连接，可以采用本领域熟悉的导电粘合剂。导电粘合剂可以包括，例如，包含在树脂组合物中的导电金属颗粒。金属颗粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。树脂组合物包括热固性树脂(如环氧树脂)、固化剂(如酸酐)和偶联剂(如硅烷偶联剂)。合适的导电粘合剂在Osako等专利申请公开号为2006/0038304的美国专利中有所说明，该专利通过引用而全文结合到本发明中。
再次参考图7，虽然并不要求，但是，阳极端子35同样可以包含平坦部分41和直立部分42。直立部分42可以包含连接本发明载体引线70第二部分72的区域。例如，该区域有一个用于接收载体引线70第二部分72的槽43。该槽具有任何要求的形状，可以是U形、V-形、圆形、椭圆形、椭圆形、矩形、方形、梯形等，进一步增强阳极端子35处载体引线70第二部分72的表面接触和机械稳定性。例如，槽43的几何形状可与载体引线70第二部分72的形状相匹配。载体引线70第二部分72可通过任何合适的方法，如激光焊、电阻焊或使用导电粘合剂等与阳极端子35电连接。在一个具体的实施例中，采用激光束将载体引线70的第二部分72与槽43处的阳极端子35激光焊接。不管使用哪种焊接方法将载体引线70的第二部分72与阳极端子35连接，与厚度/高度或直径更大的阳极引线带59的外部部分61直接与阳极端子35连接相比，获得充分焊接所需的能量降低。因此，利用更小的载体引线70与阳极端子35直接连接，仍然可以实现多孔阳极体33的阳极引线带59具有相对较厚嵌入部分60的好处(即改善多孔阳极体的接触，降低ESR)，而由于降低了载体引线70，特别是第二部分72的厚度/高度或直径，可以以更高效、更具成本效益的方式开展与阳极端子35形成电连接的焊接工艺。
此外，一旦形成电容元件，并将其与端子连接，如上文所述，而且，一旦第二阳极引线70第二部分72的多余长度(如果有的话)被修剪掉的话，则可以将电容元件和阳极引线组件封装在树脂外壳81内，如图8所示，然后，在其中装入二氧化硅或人们熟悉的任何其它封装材料。树脂外壳的宽度和长度随目标应用而变化。但是，外壳的总厚度通常较小，从而所得组件很容易放进低矮型产品(如“IC卡)内。”例如，外壳的厚度是大约4.0毫米或以下，在一些实施例中，是大约100微米至大约2.5毫米，在一些实施例中，是大约150微米至大约2.0毫米。合适的外壳包括，例如，“A”、“B”、“H”或“T”类外壳(AVX公司)。在封装之后，各阳极端子和阴极端子的暴露部分可以老化、掩蔽和修剪。如果需要的话，暴露部分可以任选沿外壳外面弯曲两次(如以近似90°弯曲)。
根据本发明，可以形成具有优异电气性能的电容器。电气性能按照下文所述试验程序进行测定。例如，本发明的电容器具有超低ESR，如在频率100kHz和温度23℃±2℃测定的ESR是大约300毫欧(mΩ)或以下，在一些实施例中，大约100mΩ或以下，在一些实施例中，大约0.01mΩ至大约50mΩ，在一些实施例中，大约0.1mΩ至大约20mΩ。此外，漏电流，通常指的是通过一个绝缘体从一个导体流向附近导体的电流，可以保持在相对较低水平。例如，本发明电容器的归一化漏电流，在一些实施例中大约低于0.1μA/μF*V，在一些实施例中，大约低于0.01μA/μF*V，在一些实施例中，大约低于0.001μA/μF*V，其中μA是微安，uF*V是电容和额定电压的乘积。
试验程序
等效串联电阻(“ESR”)
ESR通常指的是在电子电路中充电和放电时，电容器充当电阻的程度，通常以与电容器串联的电阻表示。ESR通常采用带Kelvin引线的Keithley 3330Precision LCZ测试仪，在2伏特DC偏压和0.5伏特峰-峰正弦信号、工作频率100Hz和温度23℃±2℃条件下测定。
电容(“CAP”)
电容可以采用带Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ测试仪，在直流偏压2.2伏特、峰-峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用120Hz，温度采用23℃±2℃。
散逸因数
散逸因数可以采用带Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ测试仪，在直流偏压2.2伏特、峰-峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用120Hz，温度采用23℃±2℃。
漏电流
漏电流(“DCL”)采用泄漏试验仪在温度23℃±2℃和额定电压条件下至少60秒后测定。
激光焊接
激光焊接采用Trumpf Nd:YaG HAAS激光器(发射波长大约1064纳米的近红外光)。焊接所需能量通常指的是将阳极引线与引线框架阳极端子部件结合在一起所需的激光能。焊接能量以焦耳表示。
实例1
将70000μFV/g的钽粉压制成颗粒，形成长度1.8毫米mm、宽度2.4mm和厚度1.2mm的多孔阳极体。钽粉被装入到钽粉自动成型机的料斗内，与宽度1.35mm、厚度0.35mm的钽板一起自动成型，压成密度6.8g/cm3，制作图1所示多孔阳极体。插到多孔阳极体内的线的长度为阳极长度的75％。将这种成型阳极体在减压条件下在1300℃保持直立，得到烧结阳极体。
然后，通过电阻焊工艺，将直径0.19mm的载体钽线与钽板焊接到一起。然后，将载体引线(直径0.19mm钽线)与辅助不锈钢条焊接到一起。
将该钽阳极在13V在0.1％磷酸液体电解质中进行阳极氧化，制备120Hz时150μF的电容器。然后，将该阳极浸到甲苯磺酸铁(III)(CleviosTMC,H.C.Starck)的丁醇溶液中5分钟，然后，浸到3,4-乙烯二氧噻吩(CleviosTMM,H.C.Starck)中1分钟，形成导电聚合物涂层。聚合45分钟后，在介质层上形成一薄层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)。在甲醇中洗涤阳极，脱除反应副产物，在液体电解质中进行阳极氧化，并在甲醇中重新洗涤。重复此过程12次。然后，将部件浸到石墨分散体中，并干燥。最后，将部件浸到银分散体中，并干燥。采用传统的组装技术得到成品部件。采用铜引线框架完成组装过程。一旦电容元件与阴极端子连好，通过激光焊方法将阳极引线与阳极端子连接。接下来，采用封装环氧树脂封装引线框架。采用这种方式制造多个(50个)150μF/6.3V的电容器部件。
实例2
采用实例1描述的方式形成电容器，但钽粉与宽度1.35mm、厚度0.35mm的钽板一起成型，压成密度6.8g/cm3，制作图2所示多孔阳极体。采用这种方式制造多个部件(50个)。
实例3
采用实例1描述的方式形成电容器，但钽粉与宽度1.35mm、厚度0.35mm的钽板一起成型，压成密度6.8g/cm3，制作图4所示多孔阳极体。采用这种方式制造多个部件(50个)。
比较例4
采用实例1描述的方式形成电容器，但仅成型直径0.19mm的钽引线，压成密度6.8g/cm3，制作多孔阳极体。采用这种方式制备多个(250)部件。
下表1总结了上文讨论的各实例的特点，包括钽线直径、激光焊的设置、成品电容器的DCL中值、电容中值、散逸因数中值及ESR中值。
表1
熟悉本领域的技术人员可以对本发明作出其它改动和变化，但并不违背本发明的精神和范围。此外，应该理解的是，各实施例的各个方面可以整体或部分互换。此外，那些熟悉本领域的技术人员将了解的是，前述说明只是举例而已，并不用于限制本发明权利要求书中进一步描述的范围。

Claims (23)

1.一种固体电解电容器，包括：
电容元件，其中所述电容元件包括烧结多孔阳极体，覆盖在所述烧结多孔阳极体上的介质层，以及覆盖在所述介质层上并含有固体电解质的阴极；以及
阳极引线组件，其中所述阳极引线组件包括阳极引线带，所述阳极引线带具有位于所述烧结多孔阳极体内的嵌入部分和从所述烧结多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分，其中所述阳极引线带具有宽度和高度，其中阳极引线带的宽度大于其高度；所述阳极引线组件还包括位于所述烧结多孔阳极体的外部的载体引线，其中所述载体引线包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括基本上平坦的表面，其中所述载体引线的第一部分的基本上平坦的表面与所述阳极引线带的外部部分连接。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极引线带的宽度与高度之比为大约1.5至大约10。
3.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述烧结多孔阳极体具有宽度，其中所述阳极引线带的宽度是所述烧结多孔阳极体的宽度的大约25％至大约85％。
4.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极引线带的嵌入部分含有一个或多个凹槽。
5.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极引线带的嵌入部分含有一个或多个空腔。
6.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极引线带通常为矩形或具有跑道状的椭圆形状。
7.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述载体引线的第一部分具有小于阳极引线带宽度的宽度。
8.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述载体引线的第二部分通常为圆形。
9.根据权利要求8所述的固体电解电容器，其中所述载体引线的第二部分具有小于阳极引线带宽度的直径。
10.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述第二阳极引线的第一部分的基本上平坦的表面与所述阳极引线带的外部部分通过电阻焊接连接。
11.根据权利要求1所述的固体电解电容器，进一步包括阳极端子，其中所述载体引线的第二部分与所述阳极端子通过激光焊接连接。
12.根据权利要求1所述的固体电解电容器，进一步包括与所述阴极电连接的阴极端子。
13.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中所述阳极体由包含钽、铌、铝、铪、钛、它们的导电氧化物或它们的导电氮化物的粉末形成。
14.一种构成固体电解电容器的方法，所述方法包括：
将阳极引线带放置在由阀金属组合物构成的粉末内，从而使得所述阳极引线带包括位于多孔阳极体内的嵌入部分以及从所述多孔阳极体的表面纵向延伸的外部部分，其中所述阳极引线带具有宽度和高度，其中所述阳极引线带的宽度大于其高度；
压紧所述阳极引线带的嵌入部分周围的粉末；
烧结压紧的粉末，形成烧结多孔阳极体；
将载体引线放在烧结多孔阳极体的外面，其中所述载体引线包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分包括一基本上平坦的表面；
将所述载体引线的第一部分的基本上平坦的表面与所述阳极引线带的外部部分连接；以及
将所述载体引线的第二部分与阳极端子连接以在所述载体引线第二部分和阳极端子之间形成电连接。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在将所述载体引线的第二部分焊接至所述阳极端子后去除所述载体引线多余的阳极引线材料。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述阳极引线带的宽度与高度之比为大约1.5至大约10。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述烧结多孔阳极体具有宽度，其中所述阳极引线带的宽度是所述烧结多孔阳极体的宽度的大约25％至大约85％。
18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在所述阳极引线带的嵌入部分形成一个或多个凹槽或空腔。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述载体引线的第一部分的宽度小于所述阳极引线带的宽度，以及所述载体引线第二部分为圆形，其中所述载体引线的第二部分的直径小于所述阳极引线带的宽度。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述载体引线的第一部分与所述阳极引线带的外部部分通过电阻焊接连接。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述载体引线的第二部分与所述阳极端子通过激光焊接连接。
22.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
阳极氧化所述烧结多孔阳极体以形成介质层；
向阳极氧化的烧结多孔阳极体施用固体电解质以形成阴极。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：
在阴极和阴极端子之间形成电连接；及
采用成型材料封装电容器，从而使得至少部分阳极端子和部分阴极端子暴露在外。
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