CN101233591B - 具有最小密度梯度的固体电解电容器的凹槽阳极以及包括该阳极的固体电解电容器 - Google Patents

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Abstract

一种阳极(210)，其具有阳极体(211)，该阳极体具有第一侧面以及与第一侧面相反的第二侧面。第一凹槽(216)设置在第一侧面上，第二凹槽(216)设置在第二侧面上。第一凹槽和所述第二凹槽相互偏置并具有不同的深度。

Description

具有最小密度梯度的固体电解电容器的凹槽阳极以及包括该阳极的固体电解电容器
相关申请的交叉引用 
(0001)本申请是申请日为2004年4月23日、申请号为10/830616的美国专利申请的部分继续申请。本申请涉及申请日为2003年12月8日、申请号为10/730736的美国专利申请，该申请尚未授权，这里其以引用的方式并入本申请。 
技术领域
(0002)本发明涉及一种改进型阳极，其具有彼此偏置或不对称的凹槽以及最小的密度梯度，本发明还涉及这包括有这种改进型阳极的电容器。本发明特别涉及这样的一种改进型阳极，该阳极包括有多个凹槽和多个接线，其中的接线优选为平线。 
背景技术
(0003)人们希望对电容器的特性进行改进。人们特别希望能够降低电容器的ESR。 
(0004)通常的固体电解电容器的阳极由多孔阳极体构成，其中的引线伸出到阳极体之外并连接到电容器的正接线端子上。该阳极是通过将阀金属粉压制成一球体而制得。阀金属包括Al、Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、W及其混合物，合金属以及这些金属的低价氧化物。该阳极经烧结从而在各个粉末颗粒之间形成融熔连接。在固态电解电容器的阳极部分内会对电流形成多个阻抗。电流必须从正接线端子流到连接或嵌入到阳极体内的引线中。电流流过阳极引线中伸到阳极体之外的部分。电流流过正接线端子，阳极引线形成串联电阻，该串联电阻构成最终设备等效串联电阻(Equivalent Series Resistance，ESR)的一部分。阳极体内的电阻还会产生 并联电阻，该并联电阻也构成最终设备ESR的一部分。电流从引线端点流到阳极体并沿着最小阻抗的路线流过阳极体的所有点。电流必须通过引线与颗粒之间的接点从引线流入到阳极体中，其中的颗粒构成多孔阳极体。然后电流必须流过多孔阳极体，其中要流过阳极体烧结颗粒的微小颈部。 
(0005)引线以及阳极体中的电阻由下面的公式得到。 
电阻＝电阻系数X路长度/横截面面积 
(0006)提高电流流过的横截面面积能够降低上述公式所表示的电阻。引线的最大直径由阳极的大小决定。引线直径不可能超过阳极的厚度。因此，电流流过单根柱形引线的最大横截面面积就是πd2/4，其中的d是直径。对于给定的引线直径来说，电流流过的最大横截面面积与将阳极体连接到正接线端子上的引线根数成正比。因此，提高引线的数目，就能降低接线端子与阳极体之间的连接阻抗。 
(0007)尽管引线可通过例如焊接到阳极体的顶端而连接到阳极体上，但是将引线嵌入到阳极体中能够降低电流流过的电阻。对于伸入到多孔阳极体的引线来说，电流从引线流到阳极体的横截面面积正比于阳极体内引线外表面的面积。最大面积正比于πXdXl(对于单根柱极引线来说)。该电阻的横截面面积可通过增加引线的根数来得到增加。电流从引线流到阳极体各个点的路径长度，即距离引线的最大距离可通过采用多根引线或者是采用非柱形引线如扁引线或条状引线而减少。 
(0008)例如，美国专利文献US5949639和US3345545中公开了整体电容上的一种凹槽阳极，其包括一条沟或凹槽，这样能减少电流流过内部聚合体的路径长度，并提高电流流过外部聚合体的横截面面积。采用了凹槽阳极的电容器如图1所示，获得了很大的成功，该技术现在仍用在当前的电容器上。将导线连接到阳极上的优选方法是在紧密压缩时就将导线设置在其中。这样能使阳极引线能在长度方向跨过大部分阳极致密体，并使固态导线阳极引线(对于Ta阳极来说通常是Ta导线)和Ta阳极之间的接触面积最大。该致密体，在去除粘合剂之后，在ca.1200-1600℃之间烧结。导线与阳极致密体之间的接触面积受导线直径的限制，而导线的直径则与致密体的厚度有关。当导线和阳极致密体之间的接触面积减少时，接触点 的电阻会增加。当导线规格提高时，导线的内电阻也会增加。这两个增加会形成更高的等效串联电阻ESR----其会降低电容的性能。 
(0009)即使在使用上述已获得成功的凹槽阳极时，其性能也达到了一个平台。进一步的提高则还需要对阳极进行改进，或者是对阳极的形成工艺进行改进。 
(0010)通过对径向压缩凹槽阳极的研究，人们确信阳极形成工艺对密度变化存在影响上。密度变化肯定与压缩的方式有关。尽管其理论不清，但其原理大概是密度会使用作电解电容器阴极的固体电解质的渗透产生变化。还有就是密度的变化还会使固体电解质外涂层的覆盖产生变化。参见图1，阳极201，其包括一个阳极导线202，具有凹槽203。阳极通常是垂直于阳极导线将粉末径向压缩成所需的形状，然后再进行烧结。采用成型的冲压机单次冲压会使凹槽之间的压缩率高于非凹槽区域，这样凹槽之间的密度就高于非凹槽区域的密度。或者，也可平行于阳极导线沿轴向挤压粉末，这样会使表面光亮，从而阻止外涂层的覆盖。 
(0011)正是意识到前面不可预测的气象，本发明人开发了一种改进的凹槽阳极，以及电容器，该凹槽阳极的性能超过了前面考虑过的可行方案，从而使其电气性能进一步提高。 
(0012)凹槽阳极的另一个问题是阳极和阴极引线框之间的导电性不够。图2所示为电容器一部分剖面的扫描电子显微镜的图像。如图所示，在试图将阳极连接到阴极引线框的整个表面上时，深坑，或宽的，凹槽会使该连接产生困难。在引线框的中心可看到充分的粘接，中心部分整个覆盖有银焊剂。引线框的两上外部可看到不充分的接点，其中阳极和阴极引线框之间有许多小银区。引线框和阳极之间接触表面的减少会使界面的电阻增加从而导致更高的ESR。路径长也会使ESR增加。由于人们不断地努力以提高电容器的电气性能，由此使不良表面接触所产生的ESR的限制成为当前电容器设计的一个限制参数。增加导电路径长度同样也会增加ESR，因此最好也能对路径长度进行限制。 
(0013)通过不断的研究，本发明人在电容器的设计上取得了进展，更重要的是阳极设计和制造的工艺，超过了前面所考虑到的可行方案，由 此使未来的努力能够进一步地提高电气性能。 
发明内容
(0014)本发明的一个目的是提供一种改进的凹槽阳极，以及包括有该阳极的电容器。 
(0015)本发明的另一个目的是提供一种与固态电解质的渗透具有更好一致性的阳极。 
(0016)本发明的一个特征是能够进一步提高电容器以及包含该电容器的电路的电气性能，而不会增加其ESR或电感，同时还能保持单位容积的高电容。 
(0017) 这些以及其它的优点将会通过下面的阳极来实现。该阳极具有阳极体，其中的阳极体具有第一侧面以及与第一侧面相反的第二侧面。第一组凹槽位于第一侧面上，并且第二组凹槽位于第二侧面上。第一组凹槽和第二组凹槽偏置。所述第一凹槽中的每一个凹槽均具有第一凹槽壁，并且所述第二凹槽中的每一个凹槽均具有第二凹槽壁，其中所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和所述第二凹槽壁的刨出的突起之间的截面面积小于所述阳极体总截面面积的50％。优选地，所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和所述第二凹槽壁的刨出的突起之间的截面面积小于所述阳极体总截面面积的30％。更优选地，所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和所述第二凹槽壁的刨出的突起之间的截面面积小于所述阳极体总截面面积的20％。 
(0018)本发明的另一实施例提供一种阳极，其具有阳极体，该阳极体具有第一侧面以及与第一侧面相反的第二侧面。第一组凹槽位于第一侧面上，并且第二组凹槽位于第二侧面上。第一组凹槽的深度至少比第二组凹槽深度大50％。 
(0019)本发明的另一实施例是提供一种形成阳极的方法，该方法包括以下步骤：     
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中的第一模具具有第一组凹槽，并且第二模具具有第二组凹槽，同时第一组凹槽与第二组凹槽相对偏置； 
将至少一根阳极导线设置在粉末中；以及 
垂直于所述的至少一根阳极导线减少第二模具和第二模具之间的距离并对两模具之间的粉末进行挤压。 
(0020)本发明的另一实施例是提供一种形成阳极的方法，该方法包 括以下步骤： 
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中的第一模具具有第一组凹槽，并且第二模具具有第二组凹槽，同时第一组凹槽具有第一深度并且第二组凹槽具有第二深度； 
将至少一根阳极导线设置在粉末中；以及 
垂直于所述的至少一根阳极导线减少第二模具和第二模具之间的距离并对两模具之间的粉末进行挤压。 
附图说明
(0021)图1是现有凹槽阳极的立体图； 
(0022)图2是一部分电容器用扫描电子显微镜得到的剖示图； 
(0023)图3是本发明阳极的俯视立体图； 
(0024)图4是图3阳极的俯视图； 
(0025)图5是本发明一实施例的俯视图； 
(0026)图6是本发明另一实施例的俯视图； 
(0027)图7是本发明另一实施例的顶视立体图； 
(0028)图8是本发明另一实施例的顶视立体图； 
(0029)图9是水平挤压时压具的俯视图或侧视图； 
(0030)图10是垂直挤压时压具的侧视图；     
(0031)图11是本发明一实施例的俯视立体图； 
(0032)图12是图11实施例的俯视图； 
(0033)图13是水平多阶段挤压时的俯视图，为了更加清楚地进行展示，其中的部件被断开； 
(0034)图14是沿图13中线14-14的示图，其中为了清楚地进行展示，有些部件被断开； 
(0035)图15是沿图14中线15-15的示图； 
(0036)图16是图13中压具的部分俯视图，其中展示了处于非挤压位置时的肋和通道冲压机。 
(0037)图17类似于图16，展示的是挤压腔内的粉末； 
(0038)图18是挤压腔的俯视图，其中展示的处于挤压位置的肋和通道冲压机以及处于致密状态的电容器； 
(0039)图19是挤压腔的俯视图，其展示的是通道冲压机从电容器回退时的状态； 
(0040)图20是挤压腔的俯视图，其展示的是从电容器回退时的肋和通道冲压机； 
(0041)图21的俯视图展示的是挤压腔一对侧壁回退的状态； 
(0042)图22是单级挤压冲压压具的剖视图，其展示的是挤压腔中粉末在挤压前的状态； 
(0043)图23是图11压具冲压机处于挤压位置时的剖示图； 
(0044)图24是图11压具冲压机从挤压后的电容器回退的剖示图； 
(0045)图25是垂直压具的侧视图，其中的部件为展示清楚的目的被切开； 
(0046)图26是沿图25中线25-25的示图； 
(0047)图27是侧面的部分示图，其中的部件被断开从而展示出其中装满粉末的挤压腔； 
(0048)图28是侧面的部分示图，其展示的是上面的肋和通道冲压机下降到装满了的挤压腔的顶面时的状态； 
(0049)图29是侧面的部分示图，其展示的是肋和通道冲压机被调节到所需预挤压位置时的状态； 
(0050)图30是侧面的部分示图，其展示的是处于挤压位置的肋和通道冲压机以及处于致密状态的电容器； 
(0051)图31是本发明的电容器； 
(0052)图32是沿图31中线32-32的示图； 
(0053)图33的曲线图展示的是电阻与凹槽深度的关系。 
具体实施方式
(0054)下面详细介绍一种改进的用在电容器中的阳极，该阳极具有更低的密度偏差，更小的电阻，与引线框具有更好接触，并且由该阳极得到的电容具有更好的电气特性。 
(0055)现在参考本发明说明的各个附图来描述本发明。在各个附图中相同的部件采用相同的附图标记。 
(0056)图3的立体图以及图4的俯视图均为本发明的阳极。该阳极210包括一个沿径向挤压成的阳极体211，以及与之做成整体的阳极导线212。该阳极导线可焊接到阳极体上。在一优选实施例中，该阳极导线插入到阳极粉末并通过将粉末挤压形成阳极体将阳极导线挤压在其中的方式将导线固定在阳极体中。此外，如这里所述，还可包括有其它的阳极导线221a-d。特别优选的阳极导线是平导线，这一点将在下文中描述。 
(0057)阳极体211，包括一组偏置的凹槽213，凹槽之间具有最小的横向凸起。使凹槽的交叠最小，面积增加或减少，挤压就将最小，由此能降低密度的变化。每一个凹槽表面215，优选与外表面214之间，横跨电容器本体，均具有大致相同的距离“a”。在该实施例中，每一个凹槽的壁面216，均与一个直接跨过电容器本体的壁面大致共面，因为这一点表明该电容器本体的整体具有相同的密度，其中相同的密度是理论极限的相同以及所能得到的最好的相同。 
(0058)本发明另一个径向挤压阳极的实施例是图5所示的实施例。在图5中，凹槽213，并非穿过电容器本体211的平面，这一点可在制造时实现。尽管这样的阳极并非优选，但其中可出现一些变化并且这些略微的变化均在本发明的范围之内。尺寸的偏离在所示包含有相反凹槽壁216的平面之间形成了一个低密度区217。该低密度区优选做到最小，并且其截面面积优选小于电容器本体总剖面面积的30％，更为优选的是该低密度 区小于总截面面积的大约20％，最为优选的是小于10％。在一模拟实施例中，交替的凹槽可稍稍大于所示包含有相反凹槽壁面216的平面之间会形成高密度区所需的情况，如图6的标记218所示。作为优选，所有高密度区的总和优选做到最小，即其截面面积大约小于电容器本体总截面面积的30％。更为优选的是，该高密度区的总和不超过总截面面积的约20％。显然，高密度区和低密度区优选是做到最小。最为优选的是，所有高密度区和低密度区的总和小于电容器本体总截面面积的大约50％。更为优选的是，所有高密度区和低密度区的总和小于电容器本体总截面面积的大约30％，甚为优选的是，所有高密度区和低密度区的总和小于大约20％，没有高密度区或低密度区是最为优选的。 
(0059)图7所示为另一实施例。在图7中，阳极220包括一个阳极体221，该阳极体221上连接有阳极导线222，其中还可设置辅助阳极导线222a、222b。该阳极体包括呈圆角的偏置凹槽223以及圆角表面224。电容器的横向距离“a”优选为不变，如果有变化，那么平行距离的变化应不超过平均值的20％。更为优选的是，电容器的横向距离“a”的变化小于平均值的5％。显然，电容器表面横向距离的变化表示的是不同的挤压面积，以及不同的密度。 
(0060)图8所示为本发明的另一实施例。在图8中，阳极270包括斜边突台271和斜边凹槽272，两者之间为凹槽斜壁274。端部275可以是如图所示的平面，然而其优选为斜端和圆角的端部。至少有一根阳极导线276从阳极，优选平行于凹槽伸出，然而，它们也可像其它实施例那样做到其它表面上。 
(0061)压制一种具有偏置凹槽的方法优选水平挤压或垂直挤压，其中的水平是指挤压的方向基本垂直于重力的方向，其中的垂直是指挤压的方向大体平行于重力方向。在水平挤压时，相对的模具均各有尺寸相同的凹槽。显然，模具形成内凹结构，并且模具的一个凹槽最终对应于挤压后阳极的一个突台。同样，模具的一个突台对应于挤压后阳极的一个凹槽。在垂直挤压时，上模具和下模具必须具有不同的凹槽深度才能确保电容器阳极在挤压上的一致性。有关模具的详细内容下面参见图9和10来详细 描述。 
(0062)下面参照图9和10来描述将粉末挤压成一阳极的方法。图9展示的是水平挤压，图10展示的是垂直挤压。 
(0063)在图9中，粉末通常从点“A”或点“B”引入。优选为在点“B”引入。任何情况下，均需在模具之间加入适量的粉末。左边的模具231包括有深度为237的凹槽233，该深度为突台235顶面和凹槽底面之间的距离。右模具232也包括有深度为238的凹槽234，该深度为突台236顶面和凹槽底面之间的距离。左模具内凹槽的深度237优选与右模具内凹槽的深度238相同。作为优选，凹槽的深度差不超过平均深度的10％，更为优选的是不超过平均深度的5％。甚至更为优选的是，凹槽的深度差不超过平均深度的1％，最为优选的是测不出该差值。左模具231沿箭头239的方向进行挤压，右模具232沿箭头240的方向挤压。最为优选的是，两个模具以大致相同的速度向内移动。在达到完全挤压之后，优选将模具分开，以便将阳极取下进行烧结。 
(0064)现在参照图10来描述一种垂直挤压的方法。垂直挤压采用下模具251和上模具252。在一实施例中，该下模具为固定模具。粉末设置在下模具上，上模具下降到该下模具上。下模具251包括有凹槽254和突台256，突台顶面相对于凹槽底面的高度为距离259。上模具252也包括凹槽253和突台255，突台顶面相对于凹槽底面的高度为距离258。粉末通常是装到虚线“F”所示的位置。然后，将上模具沿箭头257的方向压向下模具。显然，在挤压后，下模具凹槽形成的突台的材料密度要高于上模具凹槽形成的突台的材料密度。当上模具的凹槽深度(TD)相对于下模具的凹槽深度(BD)符合下面的关系时，该密度梯度可有所降低。 
TD ≅ BD * ( 1 - CR )
其中的CR为压缩比，即最终的挤压高度除以粉末的初始高度，其中所有的变量均采用相同的单位，偏差大约小于10％。粉末的装填高度和挤压高度均是相对于凹槽254的底面测得。 
本发明的另一个实施例是如图11的立体正视图和图12的正视图所示 深度不同的凹槽。阳极2100包括主凹槽2101和小凹槽2102，其中主凹槽的深度大于小凹槽2102的深度。主凹槽的深度优选至少比小凹槽深50％。更为优选的是，主凹槽的深度至少比小凹槽深100％，更更优选的是，至少深200％。每一个主凹槽均具有一个主表面2103、主底面2106和主壁面2105。每一个小凹槽均具有一个小表面2104、小底面2107和小壁面2108。在一实施例中，小凹槽和小底面处于同一平面，此时这里就没有小壁面。在一优选实施例中，所有的表面均平行，主表面均处于同一表面，并且小表面也均处于同一表面。同样优选的还有，所有的底面均彼此平行，主底面处于同一平面同时小底面也处于同一平面。各个结构部件，凹槽和突台之间的过渡多少可进行圆角或斜边过渡。阳极具有前表面2111，其上至少具有一根阳极导线2109从该前表面上伸出。后表面，优选平行于前表面，并与前表面形状相同，图中看不到后表面，但从这里的说明可以明白上述内容。此外除了前表面上的阳极导线之外，可从侧壁2110、主表面2103或者是小表面2104上伸出侧阳极导线2201。这些侧阳极导线2201与前表面上阳极导线的组合是最为优选的。 
(0066)阴极引线框优选粘接到小表面2104上，显然这样能够提高接触性能。在另一实施例中，阴极引线框粘接到主表面2103上，从而降低从阴极引线框到阳极另一侧面的导电路径长度。对于本领域普通技术人员，显然，阴极应当连接到一个其中没有阳极导线的表面上。 
(0067)在一特别优选的实施例中，阳极任一区域的密度百分偏差均不超过平均密度的10％。更为优选的是，阳极任一区域的密度百分偏差不超过平均密度的5％，最为优选的是阳极任一区域的密度百分偏差不超过平均密度的1％。作为优选的是，采用如图13-21和25-30所示的径向挤压来实现较小的密度偏差。 
(0068)图13、14和15所示为水平粉末压具26。横截面为四边形的长形压腔27由一平板支撑形式的底壁28、一对平行侧壁31、32以及顶壁33形成，其中的平行侧壁31、32是两个从支撑28上表面向上伸出相同高度的平行相对的垂直面，其中的顶壁33具有一个平底面，该平底面与侧壁31、32共面的顶面接合。一组相对的六个肋冲具36、36’以及一组相对 的四个通道冲具37、37’伸入到压腔27相对的开口端。直线往反的肋冲具36和通道冲具37均为叠置的平板。顶壁33通过一个压脚39固定到侧壁31的顶面，该压脚39具有垂直延伸的开口41以便将一根导线42插入到顶壁33的开口43中并插入到粉末压腔27中。 
(0069)支撑28上安装有四个电力驱动机构51、52、53、54。驱动机构51包括一个电机56，其固定在支撑28上并驱动一个水平设置螺杆57，该螺杆穿过承力座59的螺纹开口58。该承力座59具有一个T形舌片，其与支撑28为槽形连接60，当螺杆由电机56驱动旋转时该支撑28能够使承力座59沿螺杆的轴向移动。承力座59包括一对悬臂杆61，这对悬臂杆通过承力座62连接到肋冲具36上。驱动机构52包括一个电机形式的电力驱动器66，该驱动器66具有一个输出螺杆67，该螺杆67与承力座69中的内螺纹孔68螺纹接合。承力座69具有一个T形舌板，其与支撑28中的槽相接。承力座69包括一个悬臂杆71，该悬臂杆71通过推杆72连接到通道冲具37上。 
(0070)驱动机构53、54采用类似的结构，其包括驱动电机76、77，螺杆78、79以及承力座81、82，承力座81、82通过推杆83、84和推杆86、87连接到肋冲具和通道冲具36’、37’上。 
(0071)图16为压具26中压腔27空置时的俯视图，其中去掉了顶壁33和压脚39。此时的压腔27准备好装填阀粉末。将肋和通道冲具36、36’、37、37’调整到合适的非挤压位置或粉末装载位置，从而在挤压阶段实现所需程度的挤压。在图16-21所示的示例中，压缩比为3比1。图17所示为装上阀粉末88时的压腔。顶壁(在图中未示出)设置在侧壁31、32的顶上，同时将压脚39(图中未示出)压住顶壁33(在图中未示出)。然后将导线42伸入到粉末88并伸入一合适的深度。在该示例所示的挤压期间，肋冲具36、36’相对端之间的距离会从3减少到1，并且挤压期间通道冲具37、37’端部之间的距离也会从3减少到1。由此相对通道之间的肋区域和翼区域的压缩相同，即压缩的程度相同。图18所示为加工过程压缩步骤完成之后的状态，其中的肋和通道冲具36、36’、37、37’已移到其挤压位置。这些冲具以这样的速度从图16和17所示的非挤压位置或粉末装载位 置移动到图18所示的挤压位置，即该速度正比它们从其非挤压位置移到挤压位置之间的距离。肋冲具36、36’比通道冲具37、37’移动地更快，并且两组冲具同时达到图18所示的压缩或挤压位置。这样，部件89中肋区域粉末的挤压速率与部件89中相对设置的通道之间翼内粉末的挤压速率相同。采用这种冲具之间的距离正比于挤压后电容器89之肋和翼宽度的冲具进行挤压，以及使冲具在挤压过程中的挤压速度正比于挤压过程中的行进距离，生产出来的部件89具有均匀的密度。 
(0072)图19所示为加工的下一步，其中的通道冲具37、37’从部件89的通道中退回，并且为了操作的需要，其可退回到图16和17所示的粉末装载位置。在通道冲具37、37’退回的时候使肋冲具36、36’停留在其挤压位置能够避免部件89的边缘裂开。 
(0073)如图20所示，肋冲具36、36’已经退回，并且其可定位于图16和17所示的压腔装载位置。在加工的下一步，如图21所示，压脚39和顶壁33被抬起，侧壁31、32相对于彼此向两侧移动从而完全释放出部件89，现在就可将部件89取下，而不需对部件89的侧面进行抛光。 
(0074)图22、23和24展示了一个正在加工电容器部件的压具。在侧壁91、92，底壁(图中未示出)和相对设置的冲具93、94形成了压腔之后，如图22所示装上粉末，然后将顶壁合上，如图23所示使相对设置的冲具93、94移到其挤压位置。由于冲具93、94的通道形成部件与肋形成部件的移动距离相同，因此通道之间翼区域的压缩程度要大于肋。部件的非均匀压缩对电容器的质量是不好的。当冲具93、94松开或退回时，如图24所示，部件中有些部分很容易断开，这是因为冲具边界内压缩粉末的压力要大于挤压后部件的抗张强度。现有技术中粉末压具的上述缺点在本发明中得到了解决。 
(0075)图25和26示意性地展示了本发明垂直压具101的实施例。其中有四个电力驱动机构102、103、104、106被固定到一个垂直的支撑壁107上，并且阀粉末压腔108由垂直壁107、侧壁111、112、113和一组相对设置肋冲具116、116’和一组相对设置的通道冲具117、117’形成，其中的通道冲具117、117’支撑在安装在垂直壁107上的导块121、122中。 侧壁111、112、113通过压脚131、132和133可松开地固定在这里。驱动螺杆136、137、138、139由电机141、142、143、144驱动，后者与承力座146、147、148、149中的螺纹孔螺纹连接，而承力座均具有滑动舌板，如图13-15所示的实施例一样，该舌板与壁107的槽相连。支撑壁107具有一个开口161，电容导线162通过该开口插入到压腔108中。 
(0076)图27展示了上肋冲具116和上通道冲具117从压腔108退回从而能够使阀粉末设置在压腔108中的状态。下肋冲具和下通道冲具116’、117’的上端在位置上能够在压腔108装填到顶部时提供部件形成所需数量的粉末151。然后，如图18所示，使上肋冲具和上通道冲具116、117下降从而将压腔108的顶部开口封闭。 
(0077)如图29所示，接着对上下通道冲具117、117’进行调节，使之向压腔108伸入相同的距离。这一点可通过令上下通道冲具117、117’同步下降相同的距离来实现。现在压具就为挤压操作做好准备了。注意，导线162设置在被挤压粉末151的中心，冲具116和116’与通过导线162中心的水平面152的距离相同，同时冲具117、117’与水平面1 52的距离也相同。图23中所示的部件153通过对粉末15 1进行3比1的压缩来形成。换句话讲，相对设置的肋冲具116和116’之间的距离，如图29所示，在挤压步骤中被减少到三分之一。同样，相对设置的通道冲具117、117’之间的距离，如图29所示，也在挤压步骤中被减少到三分之一。为了在部件的肋区域和翼区域实现相同的挤压速率，相对设置的肋冲具116、116’相互靠近的速度要快于通道冲具117、117’相互靠近的速度。肋冲具和通道冲具在挤压步骤中移动的速比等于所述肋冲具和通道冲具在挤压过程中移动的距离之比。通道之间肋区域和翼区域内粉末被挤压的速率相同，就能避免粉末在挤压过程中横向漂移。由此就能得到挤压密度一致的部件153。 
(0078)在图30所示的挤压操作之后，通道冲具117、117’通过驱动机构102、103、104、106从部件153这里回退，接着是肋冲具116、116’回退到非挤压位置。然后，侧壁111、112和113与部件153分开从而使部件153能被取下，并且取下的部件表面不需抛光处理。冲具116、116’、117、 117’的这种回退以及侧壁的这种移开类似于图13-21中通过水平挤压制造部件92所采用操作。 
(0079)图31所示为本发明的电容器，图32中所示为该电容器剖示图。在图31中，电容器2190包括一个这里所述的凹槽阳极或偏置阳极2191。其中至少有一个阳极导线2191连接到阳极上或者与阳极做成一体，该阳极导线在凹槽阳极2191和阳极引线2193之间提供电连接。作为优选，阳极导线的横截面不是圆的，而是偏平的。更为优选的是，阳极导线横截面的长宽比至少为2.0，但不超过100.0。更为优选的是，该横截面的长宽比至少为4.0。横截面的长宽比小于2.0，其性能就接近圆形截面的性能了。在横截面的长宽比超过100.0时，导线在结构上就非常脆弱。横截面的长宽比是指截面最长边与截面最短边之间的比。例如，对于正方形来说其截面的长宽比为1，横截面的长宽比为2.0就表明横截面最长边的长度是最短边长度的两倍。阳极引线2193就通过现有的方法电连接到阳极导线上，其不必限定于这里的方法。凹槽阳极表面的电介质可通过现有的任何方法沉积形成，其中没有任何限制。阴极层2197也可通过现有的任何方法沉积到电介质层的表面上，其也不同有任何限制。阴极层电连接到阴极引线2195上，整个电容器封装在一个不导电的树脂2196中，但阳极引线的线脚2198和阴极引线的线脚2199除外。 
(0080)阳极金属包括通常可用于固态电容器的所有金属，其包括钽、铝、铌、铪、锆、钛或者是这些元素的化合物和合金。更为优选的是，该阳极金属选自于钽或铌的氧化物，或者是钽的氮化物或亚氮化物。 
(0081)阳极导线优选与形成阳极的金属是相同的材料。该阳极导线可焊接到一个压制并烧结的阳极上，也可插入到粉末中并通过阳极挤压和烧结所产生的力固定住。这里优选的是将阳极粉末与阳极导线压在一起。 
(0082)电介质层非限定地包括固态电容器中通常采用的任何一种电介质。这里相对特别相强调的是阳极金属的氧化。 
(0083)阴极层包括一主阴极层和一外阴层极，前者覆盖在电介质的内外表面，后者包括包括主阴极层和一个或多个附加的外层。主阴极层并不限于这里的主阴极层，其中的阴极可以是固态电容器中通常采用的任何 阴极材料。主阴极可以是一种有机材料，特别是其本身就导电的聚合物。这里的聚合物例如可以是7，7’，8，8’-tetracyanoquinodimethane(7，7，8，8-四氰基对醌二甲烷)的组合物，聚合苯胺，聚合吡咯，聚合噻吩以及其衍生物。主阴极层也可是氧化锰。通常来讲，主阴极层上涂有一碳层以及一金属层如镍、铜、银或者是包括碳的组合层以及粘性层。 
(0084)保护树脂非限定地包括电气部件中通常采用的任何非导电的材料。 
(0085)凹槽阳极的设计降低了ESR。凹槽设计的优点包括：a)通过减少路径长度降低了阳极中阴极层的电阻；以及2)通过提高电流流过外阴极和石墨层以及界面的面积降低了外阴极和石墨层的电阻和界面电阻。然而，其也存在缺点，该缺点降低了凹槽设计的有效性。其中之一就是相反设置的凹槽之间的横截面面积的减少提高了阳极的内电阻。 
(0086)为了确定出凹槽深度对电阻的影响，用一种市场上可买到的电容器级的钽粉并采用一种合适的工业中通常采用的有机粘接剂来压制出一组钽阳极。每一个阳极的宽度均为0.14英寸(3.56mm)，长度均为0.19英寸(4.82mm)，厚度均为0.067英寸(1.70mm)，而凹槽的宽度为0.022英寸(0.56mm)，凹槽的深度分别为0.013(0.33)，0.015(0.38)，0.017(0.43)，0.019(0.48)，0.021(0.53)英寸(mm)。每一个阳极被压制的密度均为6g/cc，并且在1375℃下烧结15分钟。在每一个阳极中，均有一根直径为0.016英寸(0.41mm)的钽导线。图33的曲线所示为测出的电阻。 
(0087)图33所示的结果清楚地表明凹槽深度的增加会导致电阻的增加。 
(0088)图33表明，对于大小相同但凹槽深度不同的阳极来说，凹槽深度的增加会提高阳极体的电阻。阳极电阻的增加对采用了凹槽阳极设计的电容器的ESR性能来说会产生不利的影响。采用多根导线能够有效地减少这种不利的影响。我们对不同设计的阳极的ESR进行了评估，将凹槽阳极与标准的或非凹槽的阳极进行了比较，将一根导线的与三根导线的进行了比较。 
(0089)为了确定出多根导线对阳极的影响，用一种市场上可买到的电容器级的钽粉并采用一种合适的工业中通常采用的有机粘接剂来制备出一组钽阳极。每一个阳极的宽度均为0.14英寸(3.56mm)，长度均为0.19英寸(4.83mm)，粉末重量为0.144克。每一个阳极均在1375℃下烧结15分钟。每一种情况均采用0.016英寸(0.41mm)的钽导线。由此制备出四类阳极。两类是标准的厚度为0.055英寸(1.40mm)矩形阳极，这其中一类为单根阳极导线，另一类是三根阳极导线。另两类为厚度为0.067英寸(1.70mm)凹槽阳极，其凹槽宽度为0.22英寸(5.59mm)和0.019英寸(0.48mm)。其中一类凹槽阳极具有一根阳极导线，另一类凹槽阳极具有三根阳极导线。对每一类八个阳极的ESR进行测量，其结果见表1。 
表1： 
样本 阳极 导线 ESR(毫欧) 标准偏差
 1 标准型 1  9.286  0.3356
 2 凹槽型 1  9.343  0.2499
 3 标准型 3  6.9  0.3162
 4 凹槽型 3  6.058  0.577
(0090)图1的结果清楚地表明当凹槽阳极中采用多根阳极导线会产生协同作用。将样本1和2对比可知，单独采用凹槽阳极时其具有最小的电阻偏差，并且该偏差在测量误差的范围之内。当采用多根导线时，从样本3中可以看到ESR的改善。如样本4所示，凹槽阳极和多根阳极导线组合使用时出现了意料不到的协同作用。 
(0091)前面的说明重点强调了本发明优选实施例，但本发明并不限定于此。本发明的保护范围由权利要求书确定。 

Claims (40)

1.一种固体电解电容器阳极，其包括：
阳极体，其具有第一侧面以及与所述第一侧面相反的第二侧面；
多个第一凹槽位于所述第一侧面上，并且多个第二凹槽位于所述第二侧面上；以及
其中所述多个第一凹槽和所述多个第二凹槽偏置，
其中所述多个第一凹槽均具有第一凹槽壁，并且所述多个第二凹槽均具有第二凹槽壁，其中所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和与其相邻的第二凹槽壁的刨出的突起之间的横截面面积之和小于所述阳极体的总横截面面积的50％。
2.如权利要求1的固体电解电容器阳极，其中所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和与其相邻的第二凹槽壁的刨出的突起之间的横截面面积之和小于所述阳极体的总横截面面积的30％。
3.如权利要求2的固体电解电容器阳极，其中所述阳极体中所述第一凹槽壁的刨出的突起和与其相邻的第二凹槽壁的刨出的突起之间的横截面面积之和小于所述阳极体的总横截面面积的20％。
4.如权利要求1的固体电解电容器阳极，其中所述阳极体的第一侧面和第二侧面之间的横向距离的偏差小于所述阳极体的第一侧面和第二侧面之间的所有横向距离平均值的20％。
5.如权利要求4的固体电解电容器阳极，其中所述阳极体的第一侧面和第二侧面之间的横向距离的偏差小于所述阳极体的第一侧面和第二侧面之间的所有横向距离平均值的5％。
6.如权利要求1的固体电解电容器阳极，其中所述第一凹槽的深度与所述第二凹槽的深度之间存在以下关系：
TD
Figure FSB00000970991800011
BD*(1-CR)
其中TD为所述第一凹槽的深度，以及BD为所述第二凹槽的深度；以及
CR为压缩百分比，即最终压缩高度除以粉末装填的初始高度，所述最终压缩高度和所述粉末装填的初始高度均相对于所述第二凹槽的底面测得。
7.如权利要求1的固体电解电容器阳极，其至少包括一根从中伸出的阳极引线。
8.如权利要求7的固体电解电容器阳极，其包括多根从中伸出的阳极引线。
9.如权利要求7的固体电解电容器阳极，其中所述至少一根阳极导线横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0。
10.一种包括权利要求8的阳极的电容器。
11.一种包括权利要求9的阳极的电容器。
12.一种包括权利要求1的阳极的电容器。
13.一种固体电解电容器阳极，其包括阳极体，该阳极体具有第一侧面以及与所述第一侧面相反的第二侧面；
多个第一凹槽位于所述第一侧面上，并且多个第二凹槽位于所述第二侧面上；以及
所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
14.如权利要求13的固体电解电容器阳极，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大100％。
15.如权利要求14的固体电解电容器阳极，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大200％。
16.如权利要求13的固体电解电容器阳极，其进一步包括一根从所述阳极伸出的阳极引线。
17.如权利要求16的固体电解电容器阳极，其进一步包括多根从所述阳极伸出的阳极引线。
18.如权利要求16的固体电解电容器阳极，其包括一根阳极导线，该阳极导线横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0。
19.一种包括权利要求13的阳极的电容器。
20.如权利要求19的电容器，其进一步包括阴极引线框。
21.如权利要求19的电容器，其中所述阴极引线框位于所述阳极的所述第一侧面上。
22.如权利要求19的电容器，其中所述阴极引线框位于所述阳极的所述第二侧面上。
23.一种形成固体电解电容器阳极的方法，该方法包括以下步骤：
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中所述第一模具具有多个第一凹槽，并且所述第二模具具有多个第二凹槽，同时多个第一凹槽与多个第二凹槽相对偏置；
将至少一根阳极导线设置在所述粉末中；以及
垂直于所述的至少一根阳极导线减少所述第一模具和所述第二模具之间的距离并对两模具之间的所述粉末进行挤压，
其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
24.如权利要求23的方法，其中所述第一凹槽的深度与所述第二凹槽的深度之间存在以下关系：
TD
Figure FSB00000970991800031
BD*(1-CR)
其中TD为所述第一凹槽的深度，以及BD为所述第二凹槽的深度；以及
CR为压缩百分比，即最终压缩高度除以粉末装填的初始高度，所述最终压缩高度和所述粉末装填的初始高度均相对于所述第二凹槽的底面测得。
25.如权利要求23的方法，其进一步包括在所述减少距离的操作之前将一第二阳极引线设置在所述粉末中。
26.如权利要求23的方法，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大100％。
27.如权利要求26的方法，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大200％。
28.一种形成固体电解电容器阳极的方法，该方法包括以下步骤：
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中所述第一模具具有多个第一凹槽，并且所述第二模具具有多个第二凹槽，同时所述多个第一凹槽具有第一深度并且所述多个第二凹槽具有第二深度；
将至少一根阳极导线设置在所述粉末中，其中该阳极导线横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0；以及
垂直于所述的至少一根阳极导线减少所述第一模具和所述第二模具之间的距离并对两模具之间的所述粉末进行挤压，
其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
29.一种形成固体电解电容器阳极的方法，该方法包括以下步骤：
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中所述第一模具具有多个第一凹槽，并且所述第二模具具有多个第二凹槽，同时所述多个第一凹槽具有第一深度并且所述多个第二凹槽具有第二深度；
将至少一根阳极导线设置在所述粉末中；以及
垂直于所述的至少一根阳极导线减少所述第一模具和所述第二模具之间的距离并对两模具之间的所述粉末进行挤压，其中
所述第一凹槽的深度与所述第二凹槽的深度之间存在以下关系：
TD
Figure FSB00000970991800041
BD*(1-CR)
其中TD为所述第一凹槽的深度，以及BD为所述第二凹槽的深度；以及
CR为压缩百分比，即最终压缩高度除以粉末装填的初始高度，所述最终压缩高度和所述粉末装填的初始高度均相对于所述第二凹槽的底面测得。
30.如权利要求28的方法，其进一步包括在减少距离的操作之前将一根第二阳极引线设置在所述粉末中。
31.一种形成固体电解电容器阳极的方法，该方法包括以下步骤：
将粉末设置在第一模具和第二模具之间，其中所述第一模具具有多个第一凹槽，并且所述第二模具具有多个第二凹槽，同时所述多个第一凹槽具有第一深度并且所述多个第二凹槽具有第二深度；
将至少一根阳极导线设置在所述粉末中；以及
垂直于所述的至少一根阳极导线减少所述第一模具和所述第二模具之间的距离并对两模具之间的所述粉末进行挤压，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
32.如权利要求31的方法，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大100％。
33.如权利要求32的方法，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大200％。
34.一种固体电解电容器阳极，其包括阳极体，该阳极体具有第一侧面以及与所述第一侧面相反的第二侧面；
多个第一凹槽位于所述第一侧面上，以及多个第二凹槽位于所述第二侧面上；以及
阳极导线从所述阳极上伸出，该阳极导线横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0，
其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
35.如权利要求34的固体电解电容器阳极，其进一步包括两根阳极导线，该阳极导线横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0。
36.如权利要求34的固体电解电容器阳极，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大100％。
37.如权利要求36的固体电解电容器阳极，其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大200％。
38.一种包括权利要求34的阳极的电容器。
39.一种固体电解电容器阳极，其包括：
阳极体，该阳极体具有第一侧面以及与所述第一侧面相反的第二侧面；
多个第一凹槽位于所述第一侧面上，并且多个第二凹槽位于所述第二侧面上；以及
至少有两极阳极引线从所述阳极体上伸出，其中至少有一根所述的阳极引线的横截面的长宽比从至少为2.0至不超过100.0，
其中所述多个第一凹槽的深度至少比所述多个第二凹槽深度大50％。
40.一种包括权利要求39的阳极的电容器。
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