CN1085393C - 固体电解电容器的结构及固体电解电容器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的固体电解电容器的结构是在将钽等金属颗粒烧结成多孔性的芯片的一端设有非多孔性部分，在芯片上除一端的端面以外的其余部分上形成五氧化钽等介质膜，在芯片上除去非多孔性部分外的部分上形成二氧化锰等固体电解质层及阴极膜，在非多孔性部分的端面上形成阳极端子膜。

Description

固体电解电容器的结构及固体电解电容器的制作方法

本发明涉及力图达到小型大容量化的钽固体电解电容器或铝固体电解电容器等固体电解电容器的结构及制作该固体电解电容器的方法。

以往，这种固体电解电容器中的电容器元件1是采用下述方法制作的。

如图31所示，首先将钽等金属颗粒烧结成多孔性的芯片2，同时将用钽等金属制成的阳极杆3固定在该芯片2上。

如图32所示，将该芯片2浸渍在磷酸水溶液A等化合液中，并在此状态下通以直流电流进行阳极氧化，于是在芯片2中的各金属颗粒的表面上形成五氧化钽等介质膜4。

在这种状态下将芯片2浸渍在磷酸水溶液A等化合液中，并使该芯片2的上表面距离磷酸水溶液A等化合液的液面达到某一适当深度H，从而在上述阳极杆3的根部的外表面上，在适当高度H部分的全部范围内同样形成五氧化钽等介质膜4a.

然后，如图33所示，在形成上述五氧化钽等介质膜4、4a的工序结束后，将上述芯片2浸渍在硝酸锰水溶液B中，使硝酸锰水溶液B浸透到芯片2的内部，然后提出来进行烧结，如此反复进行数次，于是在上述五氧化钽等介质膜4的表面上形成由二氧化锰5等金属氧化物构成的固体电解质层，或者采用化学聚合法或电解氧化聚合法或气相聚合法，在上述五氧化钽等介质膜4的表面上开成由有机半导体膜构成的固体电解质层。

然后，除上述芯片2的上表面以外，在其全部外周面上形成石墨膜之后，再形成由银或镍等金属制成的阴极膜，于是构成上述的电容器元件1。

就是说，以往的固体电解电容器中的电容器元件1是在芯片2中的金属颗粒的表面上形成五氧化钽等介质膜4时的过程中，要在固定的该芯片2上的阳极杆3的根部的外周表面上也形成五氧化钽等介质膜4a，且该介质膜与在上述金属颗粒表面上形成的五氧化钽等介质膜4相连接，因此在五氧化钽等介质膜4a中的阳极杆3和阳极与二氧化锰5等固体电解质层的阴极之间作导电隔离(绝缘)。

因此，在旧有的固体电解电容器上，不能将从芯片2伸出来的阳极杆3齐根切除，因此旧有的实际平面安装型的固体电解电容器，如日本公告公报、特公平3-30977号公报所述，且如图34所示构成的电容器元件1，即左右一对引线端子6a、6b中的一个引线端子6a是固定芯片2上，另一个引线端子6b则固定在从该芯片2伸出来的阳极杆3上，然后用合成树脂模压部分7将其整体封装起来。或者如图35所示，用合成树脂等被覆材料8，将电容器元件1中的芯片2的底面及除阳极杆3的前端以外的部分封装起来，并用焊锡将阴极端子9a焊在上述芯片2的底面上，同时用焊锡将阳极端子9b焊接在上述阳极杆3的前端。

也就是说，旧有的固体电解电容器，如上所述，必须用合成树脂模压部分7或合成树脂等被覆材料8，将含有芯片2及从该芯片2伸出来的阳极杆3的整个电容器元件1封装起来，因此与电容器元件1的大小相比较，由于从芯片2伸出上述阳极杆3，使得整体的大小变得很大，因此体积效率低，与其容量相比交，变得大型化，重量也增大了。这是问题的所在。

特别是图34所示的平面吻合安装型的固体电解电容器，若用合成树脂模压部分7封装，由于芯片2上承受很大的应力，会使其五氧化钽等介质膜4受损，往往造成漏电(LC)增大，短路等不良现象，换句话说，由于次品率大，使得制作时的成品率低。

除此以外，还必须进行合成树脂模压部分7的成型，两条引线端子6a、6b的弯曲加工，以及将6a、6b固定在芯片2及阳极杆3上等的作业，使得制作工序复杂，同时由于两引线端子6a、6b及模制部分7的制作材料费用增加，再加上如上述所述的制作时的成品率低，使得制作成本大幅度增加，此外，由于用模压部分7封装，造成重量不平衡，安装在印刷电路板等上面之后进行超声波清洗时，两个引线端子6a、6b往往从芯片2上脱落。

本发明的技术课题是提供一种能解决这些问题的固体电解电容器的结构及其制作方法。

为了完成该技术课题，本发明的固体电解电容器的结构为“将钽等金属颗粒烧结成多孔性的芯片，在该芯片的一端装有非多孔性部件，另一方面，在上述芯片的一端除了端部的表面外的其余部分上形成五氧化钽等电介质膜，在上述芯片上除了上述非多孔性部分以外的其他部分上形成二氧化锰等固体电解质层及阴极膜，在上述芯片的两个端面中的一个上述非多孔性部分的端面上形成阳极端子膜”。

另外，本发明的制作方法是“其特征为包括将钽等金属颗粒烧结成多孔性的芯片，并在该芯片的一端形成非多孔性部分的工序；在上述整个芯片上形成五氧化钽等电介质膜的工序；在上述芯片上除上述非多孔性部分以外的其他部分上形成二氧化锰等固体电解质层及阴极膜的工序；对上述芯片的两个端面中的上述非多孔性一侧的端面上进行使端面上的金属颗粒露出的表面加工工序；以及在该端面上形成阳极端子的工序”。

在这种情况下，在芯片的一端形成非多孔性部分的方法有：

(1)、使耐热性合成树脂或玻璃等绝缘物质浸透到多孔性芯片的一端。

(2)、将钽等金属片固定在多孔性芯片的一个端面上。

(3)、使多孔性芯片的一端的金属颗粒作无间隙固结。

这样，在芯片的一端形成多孔性部分，由于在整个芯片上形成五氧化钽等电介质膜，则在芯片上形成二氧化锰等固体电解质层时，能防止在上述非多孔性部分中的金属颗粒的表面上形成二氧化锰等固体电解质层，上述非多孔性部分能使阳极和阴极完全隔离(绝缘)，因此不需要像以前那样，为了使阳极和阴极隔离(绝缘)，要将阳极杆固定在芯片上，再在该阳极杆的根部的外周面上形成电介质膜。

因此，采用本发明时，不需要像以前那样使阳极杆从电容器元件的芯片伸出来，换句话说，可以将原来的阳极杆省去，只需将电容器元件中的芯片封装起来即可。因此与旧有的电容器相比，可以大幅度地达到大容量、小型、重量轻的效果。

另外，若为平面吻合安装型，不需要像图34所示的那样，将两个引线端子固定在电容器元件上，而且用含成树脂模压部分封装整个电容器，因此，能可靠地减少次品，同时能节省材料费，而且能减少加工工序，因此具有能够大幅度降低制作成本的效果。

图1是本发明的第1个实施例中使用的芯片斜视图。

图2是使合成树脂等绝缘物质浸透到图1中的芯片的一端之后的斜视图。

图3是将钽丝在图2中的芯片上的固定状态的斜视图。

图4是进行在图3中的芯片上进行形成五氧化钽电介质膜处理的状态剖面图。

图5是在图4中的芯片上进行形成二氧化锰的固体电解质层处理的状态剖面图。

图6是在图5中的芯片上将钽丝除去后形成银膜的状态斜视图。

图7是在图6中的芯片上形成阳极端子膜和阴极端子膜后的状态的斜视图。

图8是沿图7中的V111-V111方向的剖面图。

图9是上述第1个实施例中的钽固体电解电容器的斜视图。

图10是沿着图9中的X-X方向的放大剖面图。

图11A～图11D是本发明的第2个实施例图。

图12A～图12C是本发明的第3个实施例图。

图13是本发明的第4个实施例的分解斜视图。

图14是上述第4个实施例中的芯片的斜视图。

图15是沿图14中的XV-XV方向的剖面图。

图16是将钽丝固定在图14中的芯片上之后的状态斜视图。

图17是在图16中的芯片上将其钽丝除去后形成银膜的状态斜视图。

图18是在图16中的芯片上形成阳极端子膜和阴极端子膜的状态的斜视图。

图19是沿图18中的X1X-X1X方向的剖面图。

图20是上述第4个实施例中的钽固体电解电容器的斜视图。

图21是沿图20中的沿XX1-XX1方向的剖面图。

图22是表示本发明的第5个实施例的斜视图。

图23是本发明的第6个实施例中使用的芯片的斜视图。

图24是沿图23中的XX1V-XX1V方向的剖面图。

图25是将钽丝固定在图23中的芯片上的状态斜视图。

图26是在图25中的芯片上将钽丝除去后形成银膜的状态斜视图。

图27是在图26的芯片上形成阳极端子膜和阴极端子膜的状态斜视图。

图28是沿图27中的XXV111-XXV111方向的剖面图。

图29是上述第6个实施例中的钽固体电解电容器的斜视图。

图30是沿图29中的XXX-XXX方向的剖面图。

图31是采用旧有的制作方法的芯片斜视图。

图32是进行图31中的芯片上形成五氧化钽电介质膜的处理状态剖面图。

图33是进行在图32中的芯片上形成二氧化锰固体电解质层的处理状态的剖面图。

图34是表示旧有的钽固体电解电容器的正视纵剖面图。

图35是表示旧有的另一种固体电解电容器的正视纵剖面图。

下面参照制作钽固体电解电容器时的附图说明本发明的实施例。

图1～图10表示第1个实施例。

如图1所示，首先将钽颗粒绕结成多孔性的芯片12，再用耐热性合成树脂或玻璃等绝缘物质浸透到该芯片12的一端，使浸透部分的尺寸达到L，形成非多孔性部分13。

另外，进行上述绝缘物质的浸透时，将芯片12的一端浸渍在液态绝缘物质中，或者利用涂布器等将液态绝缘物质涂在芯片12的另一端。

其次，如图3所示，将钽丝14焊接固定在上述芯片12上左右两端面12，12′中、上述非多孔性物质13一侧的端面12′上，或者如图4所示，用耐热导电性胶糊或粘接剂将其固定后，再将该芯片12浸渍在磷酸水溶液A中，在此状态下施加直流电流进行阳极氧化，于是在整个芯片12上的各个钽颗粒表面上形成五氧化钽的电介质膜15，同时在上述钽丝14的根部也形成五氧化钽电介质膜。

按上述方法完成形成五氧化钽15，15′介质膜的工序后，如图5所示，将上述芯片12浸渍在硝酸锰水溶液B中，使硝酸锰溶液B浸透到芯片12的内部后，将其提出来进行烧制，如此反复进行数次，便在上述五氧化钽15介持膜的表面上形成二氧化锰16固体电解质层。

在形成该二氧化锰16固体电解质层时，由于硝酸水溶液B不能够浸透上述芯片12的上述非多孔性部分13，因此能防止在该非多孔性部分13中的各钽颗粒的表面上形成二氧化锰16固体电解质层。因此，由于在上述非多孔性部分13浸透进去的合成树脂等绝缘物质的作用，能够可靠地将该多孔性部分13中的各钽颗粒和上述二氧化锰16固体电解质层作导电隔离(绝缘)。

其次，如图6所示，在上述芯片12的外周表面上，除了上述非多孔性部分13以外，即除了非多孔性部分13以外，在整个外周表面上的石墨膜(图中未示出)的外面形成银膜17，同时，采用切断或剥离等方法，将上述钽丝14除去之后制成电容器元件11。

然后如图7及图8所示，用焊锡等在上述电容器元件11的银膜17的表面上焊成金属层阴极端子膜18(另外，也可以只在电容器元件11的底面上焊成该阴极端子膜18)，另一方面，对芯片12上的非多孔性部分13一侧的端面12′进行研磨加工，使上述非多孔性部分13中的各钽颗粒露出在该端面12′上。进行过这种表面加工后，对该端面12′进行基底表面加工，提高镀镍层等的可焊性，然后用焊锡等焊成金属层阳极端子膜19。

对上述芯片12上的端面12′进行表面加工时，可采用等离子物理表面加工法，也可以采用化学药品腐蚀的化学表面加工法。

其次，如图9及图10所示，在上述电容器元件11的外周围表面上，除了其底面上的阴极端子膜18的一部分及上述阳极端子膜19以外的其他部分上形成耐热性合成树脂或玻璃制的被覆膜20，于是制成了平面安装型的钽固体电解电容器成品。

图11A～图11D表示第2个实施例。该第2个实施例与上述以往的制作方法相同，使用预先准备好的使用与钽丝连成一体的芯片进行制作。

即如图11A所示，烧结钽颗粒构成芯片20a，从而将钽丝14a固定在该芯片12a上，然后如图11B所示，将耐热性合成树脂或玻璃等绝缘物质浸透到即个附有钽丝14a的芯片12a上的两个端面12a′、12a″中的一端，有上述钽丝14a伸出的端部，并使浸透部分的尺寸为L，形成非多孔性部分13a。然后采用与上述第1个实施例中的图4及图5相同的方法，形成五氧化钽电介质膜15后，再分别形成二氧化锰固体电解质层16，并在石墨外面形成银膜17。

其次如图11C所示，从根部将钽丝14a切断，对芯片12a的两个端面12a′、12″中的上述有钽丝14a伸出的一侧的端面12a′上进行研磨加工，将该面12a′加工成大致为同一平面，如图11D所示，同时使非多孔性部分13a中的各钽颗粒在该端面12a′上。

然后与上述第1个实施例相同，用焊锡等焊成金属阴极端子膜18及阳极端子膜19，并形成被覆膜20，于是制成平面安装型钽固体电解电容器成品。

上述第1及第2个实施例是将钽丝14、14a固定在芯片12、12a上，因此与下述的第3个实施例相比较，其优点是能直接采用以往的制作方法。

图12A～图12C表示第3个实施例。第3个实施例不像上述第1及第2个实施例即样使用钽丝，而是用无钽丝方法制作钽固体电解电容器。

也就是说，如图12A所示，将钽颗粒烧结成多孔性的芯片12b，然后如图12B所示，使耐热性合成树脂或玻璃等绝缘性物质浸透到芯片12b的一端，且使浸透部分的尺寸为L。形成非多孔性部分13b，然后将该芯片12b置于氧气相中进行氧化处理，形成五氧化钽电介质膜膈，如图12C所示，将其浸渍在硝酸锰水溶液B中，使硝酸锰水溶液B浸透到芯片12b的内部，然后提出来进行烧结，如此反复进行数次，便在上述五氧化钽电介质膜的表面上形成二氧化锰固体电解质层。

这时，为了使硝酸锰水溶液B浸透到上述芯片12b中，还可以采用涂布器等将硝酸锰水溶液B涂布在芯片12b上，或者使芯片12b接触到预先含有硝酸锰水溶液B的海绵体上等方法。

此后与上述第1个实施例时相同，在石墨膜外面形成银膜，对芯片12b上的非多孔性部分13b一侧的端面12b′上进行表面加工，用焊锡等焊成金属阴极端子膜18及阳极端子膜19，并且形成被覆膜20，从而制成平面安装型钽固体电解质电容器成品。

这种无钽丝制作法由于不使用钽丝，而且不需要进行钽丝的固定和去除，因此能节省材料费用，同时能减化工序，能大幅度地减少制作成本。

在该第3个实施例中，还可以用有机件半导体膜作固体电解质层，该有机半导体膜可采用化学聚合法或电解氧化聚合法或气相聚合法形成。

图13～图21表示第4个实施例。

如图13所示，该第4个实施例首先是将钽颗粒烧结成多孔性的芯片12C，同样将钽颗粒烧结成多孔性的金属惩13C′，将金属片13C′置于芯片12C上面，且在两者之间夹进用钽制成的薄片13C，使三者相叠合，如图14及图15所示，将它们相互焊接起来，或者用耐热导电性的胶或粘接剂将它们粘合成为一个整体。这时，也可以在烧结之前将上述三者重叠起来，在这种重叠状态下进行烧结，使它们结合成一个整体。

然后如图16所示，将钽丝14C固定在上述金属13C′上面，采用与第1个实例中的图4及图5所示相同的方法，形成五氧化钽电介质膜15后，再形成二氧化锰固体电解质层16。

形成该二氧化锰16固体电解质层时，由于在金属片13C′与芯片12C之间夹有薄片13C，所以能够阻止硝酸锰水溶液B浸透到上述金属片13C′中，因此能防止该金属片13C′中的各钽颗粒的表面上形成二氧化锰固体电解质层16。由于上述金属片13C′及薄片13C的表面上形成的五氧化钽电介质膜15的作用，能够可靠地对金属片13C′中的各钽颗粒与上述芯片12C上形成的二氧化锰固体电解质层16进行非导电隔离(绝缘)。

以后与上述第1种情况相同，如图17所示，在上述芯片12C的全部外周表面上的石墨膜(图中未示出)外面形成银膜17C，同时用切断或剥离等方法将上述钽丝14C除去，制成电容器元件11C，然后如图18及19所示，用焊锡等在电容器元件11C的银膜17C表面上焊成金属层阴极端子18C(也可发只在电容器元件11C的底面上焊成该阴极端子膜18C)，另一方面，对金属片13C′的端面进行研磨加工等，使金属片13C′中的各钽颗粒在端面上露出，进行过这种表面加工后，再对该端面进行基底表面处理，提高镀镍层的可焊性，然后用焊锡等焊成金属层阳极端子膜19C，然后如图20及图21所示，在电容器元件11C的外周表面上，除了其底面上的阴极端子膜18C的一部分及阳极端子膜19C以外的其了部分上形成由耐热性合成树脂或玻璃构成的被覆膜20C，从而制成平面安装型钽固体电解电容器成品。

第4个实施例是将钽颗粒烧结成多孔性的金属片13C′，在该多孔性的金属片13C′与芯片12C之间插入钽薄片13C，但在作为该第4个实施例的另一种示例的第5个实施例中，可以将多孔性的金属片13C′去掉。

即如图22所示，将钽颗粒烧结成多孔性的芯片12d，采用前面所述的适当方法，将由钽形成的板状的金属片13d固定在芯片12d的上表面上，然后采用与上述的同样方法制成平面安装型钽固体电解电容器。

当然不言而喻，在第4个及第5个实施例中，也能够采用图12所示的无钽丝的方法。

图23～图30表示第6个实施例。

该第6个实施例如图23及图24所示，首先在将钽颗粒烧结成多孔性的芯片12e时，在该芯片12e的一端使尺寸为L的部分成为将钽颗粒无间隙地固结成非多孔性部分13e。

该非多孔性部分13e是用激光照射等方法将烧结成的芯片12e的上面部分局部地加热到高温，使各钽颗粒熔融而结合成的非多孔性的部分。

然后如图25所示，将钽丝14e固定在芯片12e的一个端面12e′上，然后采用与第1个实施例中的图4及图5所示的同样方法，形成五氧化钽电介质膜15后，再形成二氧化锰固体电解质层16。

在形成该二氧化锰固体电解质层16时，确实能阻止硝酸锰水溶液B浸透到芯片12e上的非多孔性部分13e中，因此就能够可靠地将非多孔性部分13e中的各钽颗粒与二氧化锰固体电解质层16作非导电隔离(绝缘)。

以下如图26所示，与上述的第1种情况相同，在石墨膜(图中未示出)外面在芯片12e上除非多孔性部分13e以外的所有外周表面上形成银膜17e，同时用切断或剥离等方法将钽丝14e去掉，制成电容器元件11e，然后如图27及图28所示，采用焊锡等在电容器元件11e上的银膜17e的表面上焊成金属层阴极端子膜18e(也可以只在电容器元件11e的底面上焊成该阴极端子膜18e)，另一方面，对芯片12e的端面12e′进行研磨加工，使芯片12e中的各钽颗粒在该端面12e′上露出。经过这种表面加工后，对该端面进行基底表面处理，提高镀镍层等的可焊性，用焊锡等焊成金属层阳极端子膜19e，然后如图29及图30所示，在电容器元件11e的外周表面上，除了其底面上的阴极端子膜18e的一部分及阳极端子膜19e以外的其他部分上形成由耐热性合成树脂或玻璃构成的被覆膜20，于是制成平面安装型钽固体电解电容器成品。

不言而喻，在该第6实施例6中当然也能免采用图12所示的无钽丝方法。

另外，上述的各实施例是制作钽固体电解电容器的情况，但本发明不限于此，当然也能适用于铝质固体电解电容器等其它固体电解电容器。

Claims (9)

1.一种制造固体电解电容器的方法，包括以下步骤：

制备一个由金属颗粒烧结的多孔芯片；

在烧结芯片的整体上形成一电介质；

在烧结芯片中和其上形成一固体电解质，固体电解质通过电介质与金属颗粒电绝缘；

形成一阳极端子层与金属颗粒电连接；

形成一阴极端子层与固体电解质电连接；

在形成电介质之前，在烧结芯片的一端形成一个端子部分，该端子部分位于阳极端子层附近并具有阻挡装置用于防止固体电解质在形成固体电解质时进入该端子部分；并且

其特征在于形成电介质和固体电解质的步骤是利用固定在所述端子部分的金属丝进行的，在形成阳极端子层之前去除金属丝。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于在通过上述步骤形成的电容器元件的外周表面上，除了其底面上的阴极端子膜的部分以及上述阳极端子膜以外其他部分上形成耐热性合成树脂或玻璃制的被覆膜。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述端子部分是由烧结芯片本身的一端提供，烧结芯片的所述一端被制成非多孔，以作为阻挡装置。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于烧结芯片的所述一端通过将绝缘物质浸入烧结芯片的所述一端，而制成非多孔。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于绝缘物质是从包括耐热性合成树脂和玻璃的组中选择。

6.根据权利要求3的方法，其特征在于烧结芯片的所述一端是通过消除所述一端中金属颗粒之间的空隙制成非多孔。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于烧结芯片的所述一端是通过将所述一端中的金属颗粒热熔来制成非多孔。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于阻挡装置是通过将一非多孔金属板安装于烧结芯片的所述一端制成的。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于端子部分包括一个由金属颗粒烧结的多孔段安装于非多孔金属板的远离烧结芯片的表面上。

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