TWI431650B - 固態電解電容器的製作方法及其固態電解電容器 - Google Patents

Description

固態電解電容器的製作方法及其固態電解電容器

本發明係有關於一種電容器的製作方法及其電容器，尤指一種固態電解電容器的製作方法及其固態電解電容器。

按，電子設備已快速朝體積小、重量輕及可攜帶之趨勢發展，因此，尺寸小且輕薄的電子組件之需求已經持續增加。尤其，用於通訊、個人電腦等電子設備之電子組件，如電容器等被動元件，必須滿足體積小而電氣特性佳之需求。

電容器依電解液的型態來分類，則有液態電解電容器和固態電解電容器兩種。其中，前者的壽命決定於電解液乾涸的時間，而後者則因使用固態電解質，故無電解質乾涸之虞，而具有壽命長的特點。

傳統之表面黏著式鉭質固態電容元件結構具有電容器元件本體，電容器元件本體的內部設有以鉭金屬粉末製成之陽極元件，其為閥門作用金屬；陽極元件的外部被覆一層介電氧化薄膜；介電氧化薄膜的外部依序被覆固態電解層、碳層導體、陰極導體層等。而在傳統的製造方法中，以鉭金屬粉末製作所述的陽極元件具有相當高的技術門檻，舉例來說，為了增加電容量，必須使用小粒徑之鉭金屬粉末以增加其表面積，而鉭金屬粉末需經過高溫燒結步驟後方可成型為鉭燒結體。然而，隨著鉭金屬粉末的粒徑越小，其製作越為困難，亦使得成本增加；再者，小粒徑之鉭金屬粉末亦造成陰極劑難以滲入，且製程中的高溫燒結步驟亦使得整體製程越加複雜。

本發明之主要目的，在於提供一種固態電解電容器的製作方法及其固態電解電容器，所述之製作方法可利用鋁粉取代鉭粉，以簡化製程的複雜度，如降低製程溫度等，故可達到降低成本之功效。

本發明提出一種固態電解電容器的製作方法，包括以下步驟：成型一鋁質陽極；進行一化成步驟，以於該鋁質陽極的表面形成一介電層；形成一導電層於該介電層上；將該鋁質陽極與該導電層分別連接於一陽極電極及一陰極電極；以及進行一封裝步驟。

本發明更提出一種固態電解電容器，其具有一鋁質陽極；一成型於該鋁質陽極之表面的介電層；一設於該介電層上之導電層；以及一對電極端子，其包括一連接於該鋁質陽極之陽極電極與及一連接於該導電層之陰極電極。

因此，藉由鋁粉本身的特性，使製程被大幅簡化，例如鋁粉不需經過高溫燒結就可以形成結構強度佳的陽極，進而有效降低製程複雜度與成本；再者，鋁粉可先利用前處理使其表面具有高比表面積，故可提高所製成之電容器的特性。

本發明提出一種固態電解電容器的製作方法，其係利用鋁(Al)粉取代鉭(Ta)粉，以解決鉭粉在電容器的製作過程中所產生的問題。

本發明之固態電解電容器的製作方法可適用於晶片型或薄片型(或稱薄膜型)的固態電解電容器。針對晶片型固態電解電容器，本發明之固態電解電容器的製作方法至少包括以下步驟：

步驟一：成型一鋁質陽極。首先，提供鋁粉末，並接著進行一冷壓步驟，以將所述之鋁粉末壓合成一鋁錠而形成所述之鋁質陽極11(如圖1所示)。在本具體實施例中，鋁粉末中可添加有黏結劑，如樟腦、硬脂酸、聚乙烯醇、萘等，黏結劑的添加量為3至5wt%；而經充分地混合後，藉由利用壓模進行冷壓步驟，將鋁粉末壓製成型為長方體的鋁錠。冷壓時之荷重可為3至15MN(Mega Newton)/m² ，使冷壓後之鋁錠具有一定的體密度。

值得說明的是，由於鋁粉末表面之氧化鋁的物理特性，其在前述的冷壓步驟中即可被製程壓力所破壞，故使鋁粉之間形成以形成具強度的鋁錠，並使鋁粉之間相互連結而電性導通。換言之，本發明不需導入高溫燒結的步驟即可製作出電特性的鋁錠，而所壓製之鋁錠即可被應用為電容器之鋁質陽極11。

再者，為了提高固態電解電容器之電容量大、漏電流小的特性，在前述之冷壓步驟之前(即在提供鋁粉末的步驟之後)，本發明之鋁粉末可藉由蝕刻方法將鋁粉末的表面形成海綿狀之不平整表面，例如將鋁粉末浸滯於酸性蝕刻液中，以於鋁粉末的表面形成凹凸狀之不平整表面，以提高 鋁粉末的比表面積，使所壓製之鋁錠可用於提供較佳的電容特性。

另一方面，在前述之冷壓步驟中，更包括將一引出電極111插設於鋁粉末中，使該引出電極111與鋁粉末共同被壓合成型。所述之引出電極111可為鉭絲或鋁線，在本具體實施例中，係使用厚度約為20μm之鋁線作為引出電極111，因目前鋁線的厚度較鉭絲為薄，故使用鋁線可進一步縮小電容元件之尺寸，但本發明不以此為限，引出電極111可依據實際的應用選擇適當的電極材料。

步驟二：進行一化成步驟，以於該鋁質陽極11的表面形成一介電層12(如圖1所示)。在本步驟中，係將壓製出之鋁錠進行化成處理，使氧化被覆膜(即絕緣性之氧化鋁皮膜)形成於鋁質陽極11之表面，以製成介電層12。上述化成反應可依不同的化成電壓、化成液來控制介電層12的厚度，本實施例係以己二酸銨系或磷酸系或兩者混合之化成液來製作所述之介電層12。

步驟三：形成一導電層於該介電層12上。請配合圖1，在本實施例中，導電層可由導電高分子，如聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophen)及碳膠(或石墨)、銀膠等所構成；具體而言，聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)材料可形成電解質層13，而配合碳膠層14、銀膠層15等則可形成所述之導電層，以作為電容器之陰極。

步驟四：將該鋁質陽極11與該導電層(即電解質層13、碳膠層14與銀膠層15之組合)分別連接於一對 電極端子，例如一陽極電極16A及一陰極電極16B。具體而言，陽極電極16A與陰極電極16B可藉由導電性接合劑或其他連接方法分別連接於引出電極111與銀膠層15。

最後，進行一封裝步驟，例如利用樹脂等批覆材料覆蓋電容器，並裸露出陽極電極16A與陰極電極16B，再藉由進行固化、熟化(aging)等步驟以形成封裝體17，即可完成本發明之固態電解電容器。

請配合圖2，針對薄片型固態電解電容器，本發明之固態電解電容器的製作方法至少包括以下步驟：

步驟一：成型一鋁質陽極。首先，提供一基板10；將含鋁粉之膠液塗佈於基板10上，並使含鋁之膠液固化以形成所述之鋁質陽極11′。在本實施例中，係將市售的鋁膠以印刷、噴塗等方法塗佈於基板10上，待其固化後即可形成電容器之鋁質陽極11′。而所述之膠液中所含的鋁粉亦可經過前處理，使其具有凹凸狀之不平整表面，以形成高比表面積的鋁粉。

另外，同於前述實施例，在將含鋁粉之膠液塗佈於基板10上之步驟中，更包括將一引出電極(圖未示)插設於含鋁之膠液中，例如厚度約為20μm之鋁線，以利後續製程將陽極引出。

步驟二：進行一化成步驟，以於該鋁質陽極11′的表面形成一介電層12′(如圖2所示)。在本步驟中，係將基板10與鋁質陽極11′進行藉由化成處理，亦即陽極氧化，使氧化被覆膜(即絕緣性之氧化鋁皮膜)形成於鋁質陽極11′之表面，以製成介電層12′。上述化成 反應可依不同的化成電壓、化成液來控制介電層12′的厚度，本實施例係以己二酸銨系或磷酸系或兩者混合之化成液來製作所述之介電層12′。

步驟三：形成一導電層於該介電層12′上。請配合圖2，在本實施例中，導電層可由導電高分子，如聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophen)及碳膠(或石墨)、銀膠等所構成；具體而言，聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)材料可形成電解質層13′，而配合碳膠層14′、銀膠層15′等則可形成所述之導電層，以作為電容器之陰極。

接著，同於前述實施例，將該鋁質陽極11′與該導電層(即電解質層13′、碳膠層14′與銀膠層15′之組合)分別連接於陽極電極及陰極電極(圖未示)，並利用樹脂等批覆材料覆蓋電容器，即可製作成薄片型固態電解電容器。

因此，本發明可利用鋁粉取代鉭粉，故可大幅簡化電容器之製程，例如不需高溫燒結等步驟；再者，鋁粉可先經過前處理，使其具有高比表面積，進而提高所製成之電容器的特性。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

10‧‧‧基板

11、11′‧‧‧鋁質陽極

111‧‧‧引出電極

12、12′‧‧‧介電層

13、13′‧‧‧電解質層

14、14′‧‧‧碳膠層

15、15′‧‧‧銀膠層

16A‧‧‧陽極電極

16B‧‧‧陰極電極

17‧‧‧封裝體

圖1係顯示本發明第一實施例之固態電解電容器的示意 圖。

圖2係顯示本發明第二實施例之固態電解電容器的示意圖。

11．．．鋁質陽極

111．．．引出電極

12．．．介電層

13．．．電解質層

14．．．碳膠層

15．．．銀膠層

16A．．．陽極電極

16B．．．陰極電極

17．．．封裝體

Claims (9)

1. 一種固態電解電容器的製作方法，包括以下步驟：成型一鋁質陽極，其進一步包括以下步驟：提供鋁粉末；及以壓模進行一壓合步驟，將該鋁粉末壓合成一鋁錠而形成該鋁質陽極；進行一化成步驟，以於該鋁質陽極的表面形成一介電層；形成一導電層於該介電層上；將該鋁質陽極與該導電層分別連接於一陽極電極及一陰極電極；以及進行一封裝步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之固態電解電容器的製作方法，其中在進行一壓合步驟中，更包括將一引出電極插設於鋁粉末中，使該引出電極與鋁粉末共同被壓合成型。
3. 如申請專利範圍第2項所述之固態電解電容器的製作方法，其中在提供鋁粉末之步驟之後，更包括以蝕刻方法將鋁粉末的表面形成海綿狀之不平整表面的步驟。
4. 如申請專利範圍第1項所述之固態電解電容器的製作方法，其中在成型一鋁質陽極之步驟中，更包括以下步驟：提供一基板；將含鋁粉之膠液塗佈於該基板上，並使含鋁之膠液固 化以形成所述之鋁質陽極。
5. 如申請專利範圍第4項所述之固態電解電容器的製作方法，在將含鋁粉之膠液塗佈於該基板上之步驟中，更包括將一引出電極插設於含鋁之膠液中。
6. 如申請專利範圍第4項所述之固態電解電容器的製作方法，在將含鋁粉之膠液塗佈於該基板上之步驟中，係利用印刷方法將含鋁之膠液塗佈於該基板上。
7. 一種固態電解電容器，包括：一鋁質陽極，其係為一鋁錠，該鋁錠係由鋁粉末經壓模壓合所成型者；一成型於該鋁質陽極之表面的介電層；一設於該介電層上之導電層；以及一對電極端子，其包括一連接於該鋁質陽極之陽極電極與及一連接於該導電層之陰極電極。
8. 如申請專利範圍第7項所述之固態電解電容器，其中該鋁質陽極係由鋁膠塗佈於一基板所成型者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之固態電解電容器，其中所述之鋁粉末具有海綿狀之不平整表面。