CN101383230B - 激光焊接的固体电解电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光焊接的固体电解电容器。提供了一种固体电解电容器，其能够经受住激光焊接而不显著劣化它的电性能。该电容器包括阳极体、覆盖在该阳极体上面的介电层和覆盖在该介电层上面的固体有机电解质层。此外，本发明的电容器还使用了覆盖在所述的固体有机电解质层上的光反射层。本发明人已经发现这样一种光反射层可以帮助反射在激光焊接过程中的任何无意传播向电容器元件的光线。这导致了固体有机电解质与激光之间的接触减少，并因此使得另外由于碳化形成的电解质缺陷降到最低。因此所形成的激光焊接的电容器特征在于具有相当低的ESR和低的漏泄电流的性能特性。

Description

激光焊接的固体电解电容器
技术领域
本发明涉及固体电解电容器，更具体而言，涉及激光焊接的固体电解电容器。
背景技术
常规的固体有机电解电容器包括阳极体、介电层和固体有机电解质。阳极丝从电容器表面伸出以使阳极体与终端电连接。一种有益的、有时候被用来将阳极丝与终端相连接的技术是激光焊接。激光器通常包括共振腔(其包括能够通过受激发射来释放光子的激光媒质)和能源(其激发激光媒质元件)。能源可以连续的将能量提供给激光媒质来发射连续的激光束或者放出能量来发射脉冲激光束。一种合适类型的激光器是这样一种激光器，即其中激光媒质由用钕(Nd)掺杂的钇铝石榴石(YAG)组成，并且被激发的颗粒是钕离子Nd3+。这样的激光器典型的发射大约1064纳米波长的红外光谱的光。不幸的是，当试图激光焊接小壳体尺寸的电容器时经常出现问题。即，小壳体尺寸需要将激光器置于相当接近阳极丝和终端的位置，但是，在这样接近的位置，激光可以很容易偏离阳极丝或阳极终端，并接触到电容器的有机固体电解质。由于其高的能量，该偏离的激光束可以显著地将有机固体电解质的温度升高到其开始碳化的温度。被碳化部分的有机固体电解质接触到介电层并因此可能导致所形成的电容器差的电性能(例如高的漏泄电流)。
因此，这里存在着对可以被激光焊接并依然保持优异性能的有机固体电解电容器的需要。
发明内容
按照本发明的一种实施方案，这里公开了一种固体电解电容器元件，其包括含有阀金属组分的阳极体、覆盖在阳极体上面的介电层、覆盖在介电层上面的固体有机电解质层和覆盖在固体有机电解质层上的光反射层。该光反射层含有许多具有大约1.7或以上折射率的反射颗粒。
按照本发明另外一种实施方案，这里公开了一种包含固体电解电容器元件的固体电解电容器组件，所述的固体电解电容器元件包含含有钽或者氧化铌的阳极体、覆盖在阳极体上面的介电层、覆盖在介电层上的导电聚合物层和覆盖在导电聚合物层上的光反射层。该光反射层含有二氧化钛颗粒。所述的组件进一步包含从电容器元件中伸出的阳极引线、与固体有机电解质层电连接的阴极终端、被激光焊接到阳极引线上的阳极终端和壳体，该壳体封装所述的电容器元件并使得至少一部分阳极和阴极终端暴露。
按照本发明又一种实施方案，这里公开了一种形成固体电解电容器组件的方法。该方法包括提供固体电解电容器元件，该元件包含含有钽或者氧化铌的阳极体、覆盖在阳极体上的介电层和覆盖在介电层上的导电聚合物层，其中阳极引线从该电容器元件的表面伸出。将光反射层至少施加到从中伸出阳极引线的电容器元件的表面上，该光反射层覆盖在导电聚合物层上，其中该光反射层含有反射颗粒。提供引线框架来限定阴极终端和阳极终端。将导电聚合物层电连接到阴极终端上并将阳极引线激光焊接到阳极终端。将电解电容器元件封装起来，使得至少一部分阳极终端和阴极终端保持暴露。
本发明其它的特征和方面在下面进行更详细的阐述。
附图说明
对本领域普通技术人员而言，在接下来的说明书中将参考附图来非常具体的对本发明进行完全的和尽可能的公开，包括其最佳实施方式，其中：
图1是本发明的固体电解电容器一种实施方案的透视图；
图2是图1电容器沿着线2-2的横截面图；
图3是本发明一种将电容器激光焊接到阳极终端的实施方案的示意图；和
图4是根据本发明一种实施方案形成的激光焊接的电容器的横截面图。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记目的是代表本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
本领域普通技术人员能够理解本公开仅仅是示例性实施方案的说明，并且其目的并非限制本发明更宽的范围，本发明更广泛的方面体现于示例性的结构中。
一般而言，本发明涉及一种固体电解电容器，其能够经受住激光焊接而不显著劣化它的电性能。该电容器含有阳极体、覆盖在该阳极体上面的介电层和覆盖在该介电层上面的固体有机电解质层。此外，本发明的电容器还使用了覆盖在所述的固体有机电解质层上的光反射层。本发明人已经发现这样一种光反射层可以帮助反射在激光焊接过程中的任何无意传播向电容器元件的光线。这导致固体有机电解质与激光之间接触的减少，并因此使得另外由于碳化形成的电解质缺陷降到最低。因此所形成的激光焊接的电容器特征在于具有相当低的ESR和低的漏泄电流特性。现在将更加详细的描述本发明不同的实施方案。
所述的阳极体可以使用本领域任何已知的技术来形成。例如，在一种实施方案中，阳极体由阀金属组分形成的。该阀金属组分可以具有高的荷质比，例如大约60,000微法拉*伏/克(“μF*V/g”)或以上，在一些实施方案中是大约70,000μF*V/g或以上，在一些实施方案中是大约100,000μF*V/g或以上，并且在一些实施方案中是大约150,000μF*V/g或以上。该阀金属组分含有阀金属(即能够氧化的金属)或者阀金属基化合物例如钽、铌、铝、铪、钛、它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等等。例如，阳极体可以由具有1：小于25的金属与氧的原子比的阀金属氧化物形成，在一些实施方案中是1：小于2.0，在一些实施方案中是1：小于1.5，并且在一些实施方案中是1：1。这样的阀金属氧化物的实例可以包括氧化铌(例如NbO)、氧化钽等等，并且更详细的描述于Fife的美国专利No.6,322,912中，其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。
通常可以利用常规的制作程序来形成所述的阳极体。在一种实施方案中，首选具有某些粒度的钽或者氧化铌粉末。粒度可以根据所形成的电容器元件期望的电压而变化。例如，具有相对大粒度(例如大约10微米)的粉末经常被用于制造高压电容器，而具有相对小粒度(例如大约0.5微米)的粉末经常被用于制造低压电容器。然后将所述的颗粒任选与粘合剂和/或润滑剂相混合来确保当受压形成阳极体时，该颗粒彼此之间足够的粘合。合适的粘合剂可以包括樟脑，硬脂酸和其它皂化脂肪酸，Carbowax(Union Carbide)，Glyptal(General Electric)，聚乙烯醇，萘，植物蜡和微蜡(microwaxes，提纯石蜡)。粘合剂可以被溶解并分散在溶剂中。示例性的溶剂可以包括水；丙酮；甲基异丁基酮；三氯甲烷；氟化烃(氟里昂)(DuPont)；醇类和氯化烃(四氯化碳)。当使用时，粘合剂和/或润滑剂的百分比可以从总量的大约0.1重量％变化到大约8重量％。但是，应当理解粘合剂和润滑剂并非本发明必需的。一旦形成，则可以使用任何常规的粉末压模将所述的粉末压实。例如，该压模可以使用冲模和一个或多个冲孔的单站压实机。或者，可以使用砧型压实机，该压实机仅仅使用冲模和单下模冲。单站压实机模具可获自几个基本的类型，例如具有不同能力的凸轮、肘节式/关节式和偏心/曲柄压机例如单动的、双动的、弹簧压模、动型板、反式撞锤(opposed ram)、螺杆、冲击、热压、冲制或者上浆(sizing)。所述的粉末可以围绕着阳极丝(例如钽丝)而被压实。应当进一步理解在阳极体压制和/或烧结之后，阳极丝可以替代地连接(例如焊接)到阳极体上。
在压缩之后，可以通过真空下在某些温度(例如大约150℃-大约500℃)加热所述的粒料几分钟来除去任何的粘合剂/润滑剂。或者，粘合剂/润滑剂还可以通过将所述的粒料与水溶液接触来除去，例如BishoD等人在美国专利No.6197252中所述的那样，其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。然后，烧结所述的粒料来形成多孔的完整物体。例如，在一种实施方案中，可以将粒料在真空下大约1200℃-大约2000℃的温度烧结，在一些实施方案中是大约1500℃-大约1800℃。通过烧结，由于颗粒之间的结合增加，因此粒料收缩。除了上述技术之外，按照本发明，还可以使用任何其它形成阳极体的技术，例如描述于美国专利Galvagni的No.4,085,435；Sturmer等人的4,945,452；Galvagni的5,198,968；Salisbury的5,357,399；Galvagni等人的5,394,295；Kulkarni的5,495,386；和Fife的6,322,912中所述的那样,其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。
虽然不是必需的，但是可以选择阳极体的厚度来提高电容器的电性能。例如，阳极体的厚度(在图1的-z方向)可以是大约4毫米或者以下，在一些实施方案中是大约0.2-大约3毫米，在一些实施方案中是大约0.4-大约1毫米。这样的相对小的阳极厚度(即“低剖面”)帮助驱散高荷质比粉末所产生的热并同样提供了更短的透射路径来使得ESR和感应系数最小。还可以选择阳极体的形状来提高所形成的电容器的电性能。例如，该阳极体可以具有曲线的、正弦的、矩形、U形、V形等形状。阳极体还可以具有“凹槽化”的形状(其中含有一种或以上的沟、凹槽、下陷或锯齿状缺口)来增加表面与体积比，从而使得ESR最小化，并扩大电容的频率响应。这样的“凹槽化”阳极描述在例如美国专利Webber 等人的No.6,191,936；Maeda等人的5,949,639和Bourgault等人的3,345,545以及Hahn等人的美国专利申请公开No.2005/0270725中，全部的这些专利在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。
可以将对阳极体进行阳极化处理，目的是在该阳极上面和/或内部形成介电层。阳极化处理是一种电化学过程，通过其将阳极金属氧化来形成具有相对高的介电常数的材料，例如，钽阳极体可以被阳极化来形成五氧化钽(Ta2O5)，其具有大约27的介电常数“k”。可以将阳极体在高的温度(例如大约85℃)浸入到供给有控制量的电压和电流的弱酸溶液(例如磷酸)中来形成具有确定厚度的五氧化钽涂层。初始时将电源保持在恒定电流直到达到所需的形成电压。然后，将电源保持恒压来确保在钽粒料表面形成期望的介电性能。阳极化电压典型的为大约5-大约200伏，在一些实施方案中是大约20-大约100伏。除了在阳极体表面上形成之外，一部分介电氧化物薄膜还典型的在所述的孔表面上形成。应当理解介电层可以由其它类型的材料并使用不同的技术来形成。
一旦形成介电层，则可以任选的施用一种保护性涂层，例如由相对绝缘的树脂质材料(天然或合成的)制成的涂层。这样的材料可以具有大于大约0.05欧姆-厘米的电阻系数，在一些实施方案中为大于大约5，在一些实施方案中为大于大约1,000欧姆-厘米，在一些实施方案中为大于大约1x105欧姆-厘米，并且在一些实施方案中为大于大约1x1010欧姆-厘米。一些可用于本发明的树脂质材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和的脂肪酸酯类(例如甘油酯)等。例如合适的脂肪酸的酯类包括但不限于月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、桐酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、紫胶桐酸、紫胶酸等的酯类。已经发现这些脂肪酸的酯类用在相关的络合组合来形成“干性油”时是特别有用的，该干性油允许所形成的膜快速聚合成为稳定的层。这样的干性油可以包括甘油单、二和/或三酸酯，其具有分别带有一个、两个和三个被酯化的脂肪酸残基的甘油主链。例如，一些可以使用的合适的干性油包括但不限于橄榄油、亚麻籽油、蓖麻油、桐油、豆油和紫胶。这些和其它保护性涂覆材料更详细的描述于美国专利Fife等人的No.6,674,635中，其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。
该阳极化后的部件其后经历形成固体有机电解质的步骤，该电解质充当了电容器真正的阴极。例如，可以使用导电聚合物涂层来形成固体有机电解质。该导电聚合物涂层可以含有一种或以上导电聚合物，例如聚吡咯；聚噻吩例如聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDT)；聚苯胺；多炔；聚对苯；和它们的衍生物。此外，如果需要，所述的导电聚合物涂层还可以由多个导电聚合物层形成。例如，在一种实施方案中，导电聚合物涂层可以含有由PEDT形成的一个层和由聚吡咯形成的另外一个层。可以使用不同的方法来将导电聚合物涂层施用到阳极部件上。例如，可以使用常规的技术例如电聚合、丝网印刷、浸涂、电泳涂覆和喷涂来形成导电聚合物涂层。例如，在一种实施方案中，用于形成导电聚合物的单体(一种或多种)(例如3，4-亚乙基二氧噻吩)可以在初始时与聚合催化剂混合来形成溶液。例如，一种合适的聚合催化剂是BAYTRON C，其是甲苯磺酸铁(III)并由HC Starck销售。BAYTRON C是一种市售的用于BAYTRON M的催化剂，后者是3，4-亚乙基二氧噻吩(一种同样由HC Starck销售的PEDT单体)。在大部分的实施方案中，一旦使用，导电聚合物是被修复的(healed)。修复可以发生在每种导电聚合物层施加之后，或者可以发生在全部的导电聚合物涂层施加之后。
除了导电聚合物之外，固体电解质还可以由其它有机材料形成，例如7，7′，8，8′-四氰代对醌二甲烷络合物(tetracyanoquinodimethanecomplex，TCNQ络合物)，其是低电阻系数有机半导体。形成这样的固体有机电解质的技术描述在例如Sakata等人的美国专利No.5729428中，其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。虽然上面已经描述了不同的方法，但是应当理解任何其它的用于施用有机电解质的方法同样可用于本发明中。
一旦形成固体有机电解质，则所述的部件可以任选的被分别施用碳层(例如石墨)和银层。例如，银涂层可以充当电容器元件的可软焊的导体、接触层和/或集电器，而碳涂层可以限制银涂层与固体有机电解质的接触。这样的涂层可以覆盖一些或者全部的固体有机电解质。
不管形成电容器元件的具体方式，同样可以提供一种光反射层，其覆盖在至少一部分的固体有机电解质层上。光反射层被配置来反射入射的激光光线，目的是使其不与固体有机电解质明显接触。这限制了在激光焊接过程中固体有机电解质可能的碳化。光反射层通常含有颗粒，该颗粒具有相对高的折射率例如大约1.7或以上，在一些实施方案中是大约2.0或以上，在一些实施方案中是大约2.2或以上，并且在一些实施方案中是大约2.4或以上。为了最优化电容器的电性能，同样通常令人期望的是所述的光反射层是非导电的。在这点上，反射颗粒典型的是由介电材料形成的，例如无机颗粒，例如碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、硫酸镁、硫酸钡、硫酸钙、氧化锌、硫化锌、氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化铝、氢氧化铝、羟磷灰石、二氧化硅、云母、滑石、高岭土、粘土、玻璃粉、沸石等等；有机颗粒；等等。特别适用于光反射层中的介电颗粒包括金红石二氧化钛(折射率大约2.73)，锐钛矿二氧化钛(折射率大约2.55)，硫化锌(折射率大约2.32)和氧化锌(折射率2.0)。
所述的反射颗粒典型的具有低含量的着色元素例如钒、铁、铌、铜和锰来使得它们的吸光能力最小。例如，可以使用具有5ppm或者更低的钒含量的二氧化钛。这样的颗粒可以通过氯方法来制造，其中将主要由氧化钛构成的金红石矿石和氯气在大约1,000℃的高温炉中反应来产生四氯化钛。然后，将该四氯化钛和氧气燃烧形成高纯度的氧化钛。虽然颗粒典型的是具有低含量的着色元素，但是颗粒仍然可以进行处理来提高其它性能(例如分散性)。这样的处理的实例包括脂肪酸(例如硬脂酸)、脂肪酸酯等等。
可以选择反射颗粒的粒度来最优化所述层的光散射。例如，可以通过下式来估计高折射率颗粒在可观察到的最大散射能力时的粒度(D)：
D = 2 λ π ( n 1 - n 2 )
其中，
λ是入射光波长，
n1是颗粒折射率，以及
n2是所述层的连续相的折射率(例如水的折射率是大约1.33)。例如，Nd：YAG激光器典型的发射在红外光谱的波长为1064nm的光。在这个波长，估计的金红石和锐钛矿二氧化钛的最佳散射粒度分别是大约0.47μm和大约0.55μm。按照以上，可以选择本发明的反射颗粒具有大约0.01-大约5μm的平均粒度，在一些实施方案中是大约0.05-大约2μm，并且在一些实施方案中是大约0.1-大约1μm。
为了形成光反射层，反射颗粒通常被分散于溶剂中。可以使用多种溶剂中的任何一种溶剂，例如水；二元醇类(例如丙二醇、丁二醇、三甘醇、己二醇、聚乙二醇、乙氧二甘醇和二丙二醇)；二元醇醚类(例如甲基乙二醇醚、乙基乙二醇醚和异丙基乙二醇醚)；醚类(例如，二乙基醚和四氢呋喃)；醇类(例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇)；甘油三酸酯；酮类(例如丙酮、甲乙酮和甲基异丁基酮)；酯类(例如醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甘醇醚醋酸酯和醋酸甲氧基丙酯)；酰胺类(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮)；腈类(例如乙腈、丙腈、丁腈和苄腈)；亚砜或者砜(例如二甲基亚砜(DMSO)和环丁砜)；等等。本发明的一个特别的益处是可以使用水性溶剂(例如水)。实际上，水可以占涂料配方中所用的溶剂(一种或多种)的大约20wt％或以上，在一些实施方案中是大约50wt％或以上，并且在一些实施方案中是大约75wt％-100wt％。
在涂料配方中所用的溶剂(一种或多种)的总浓度可以变化，但是典型的是涂料配方的大约10wt％-大约90wt％，在一些实施方案中是大约20wt％-大约85wt％，并在一些实施方案中是大约40wt％-大约80wt％。当然，所用的溶剂(一种或多种)的具体用量部分的取决于期望的涂料配方的固含量和/或粘度。例如，该固含量可以是大约10％-大约90重量％，更特别的是大约15％-大约80重量％，并且甚至更特别的是大约20％-大约60重量％。通过改变涂料配方的固含量，可以控制涂料配方中的光反射颗粒的存在。例如，为了形成具有更高含量光反射颗粒的涂料配方，可以提供具有相对高固含量的配方，目的是将更大百分比的颗粒混入到所述的层中。此外，涂料配方的粘度也可以根据施加方法和/或所用的溶剂类型而变化。但是，所述的粘度典型的是大约5-大约500厘泊，在一些实施方案中是大约10-大约450厘泊，并且在一些实施方案中是大约50-大约400厘泊，用Brookfield DV-1粘度计使用2#转子在30rpm运转和25℃进行测量。如果期望，可以在涂料配方中使用增稠剂或者其它粘度改进剂来增加或降低粘度。
涂料配方还可以使用粘合剂来帮助在从涂料配方中除去溶剂之后将光反射颗粒保持在电容器元件上。虽然可以使用任何的粘合剂，但是有机粘合剂特别适用于本发明中。这样的粘合剂的实例可以包括例如聚乙烯缩丁醛；聚(乙酸乙烯酯)；聚(乙烯醇)；聚(乙烯基吡咯烷酮)；纤维素聚合物例如羧甲基纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素，羟乙基纤维素和甲基羟乙基纤维素；无规聚丙烯，聚乙烯；聚乙二醇(例如DowChemical Co.的Carbowax)；硅聚合物例如聚(甲基硅氧烷)，聚(甲基苯基硅氧烷)；聚苯乙烯，聚(丁二烯/苯乙烯)；聚酰胺，聚酰亚胺，和聚丙烯酰胺，高分子量聚醚；环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物；含氟聚合物例如聚四氟乙烯，聚1，1-二氟乙烯，和氟代-烯烃共聚物；和丙烯酸聚合物例如聚丙烯酸钠，聚(丙烯酸低级烷基酯)，聚(甲基丙烯酸低级烷基酯)和丙烯酸低级烷基酯与甲基丙烯酸低级烷基酯的共聚物。特别适用于涂料配方中的粘合剂是具有大约50℃或者更低的玻璃化转变温度的乳胶聚合物粘合剂，目的是所形成的涂料配方的柔韧性基本上不受限制。此外，该乳胶聚合物还典型的具有大约-35℃或以上的玻璃化转变温度来使得它的粘合性最小。一些可用在本发明中的合适的聚合物网格可以基于聚合物例如但不限于，苯乙烯-丁二烯聚合物，聚乙酸乙烯酯均聚物，乙酸乙烯酯-乙烯共聚物，乙酸乙烯酯丙烯酸或者甲基丙烯酸聚合物，乙烯-氯乙烯聚合物，乙烯-氯乙烯-乙酸乙烯酯聚合物，聚氯乙烯聚合物，腈聚合物，和任何其它本领域已知的合适的乳胶聚合物。
除了粘合剂之外，所述的涂料配方还可以包含其它便于将光反射颗粒施加到电容器元件上的组分。例如，可以在涂料配方中使用一种或多种分散剂来降低该悬浮液的表面张力。一类合适的分散剂包括具有酸基团的阴离子聚合物或者其盐。例如，这样的聚合物典型的含有至少一种烯键式不饱和酸，其含有单体和任选的至少一种烯键式不饱和非离子单体。合适的酸单体包括具有羧酸基团的单体，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、巴豆酸、马来酸、衣康酸单甲酯、延胡索酸单甲酯和延胡索酸单丁酯；酸酐例如马来酸酐和衣康酸酐；或者它们的组合。合适的烯键式不饱和的单体包括(甲基)丙烯酸烷基酯例如丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯；(甲基)丙烯酸羟基酯例如甲基丙烯酸羟乙基酯，丙烯酸羟乙基酯，丙烯酸羟丙基酯和甲基丙烯酸羟丙基酯；芳族单体例如苯乙烯和a-甲基苯乙烯；和链烯烃例如二异丁烯。
还可以在涂料配方中使用湿润剂或表面活性剂来便于形成具有期望的铺展性的均匀的涂料配方。合适的表面活性剂可以包括阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂，等等。非离子表面活性剂例如可以具有疏水基(例如长链烷基基团或者烷基化芳基基团)和含有特定数目(例如1-大约30)乙氧基和/或丙氧基部分的亲水链。可以使用的某些种类非离子表面活性剂的实例包括但不限于乙氧基化烷基苯酚、乙氧基化和丙氧基化脂肪醇、甲基葡萄糖的聚乙二醇醚、山梨糖醇的聚乙二醇醚、环氧乙烷-环氧丙烷的嵌段共聚物、脂肪(C8-C18)酸的乙氧基化酯、环氧乙烷和长链胺或者酰胺的缩合产物、环氧乙烷和醇的缩合产物、以及它们的混合物。特别合适的非离子表面活性剂可以包括1摩尔的在直链或支链烷基基团中含有大约8-18个碳原子的烷基苯酚和大约5-30摩尔的环氧乙烷的聚环氧乙烷缩合物。烷基酚聚氧乙烯醚(alkyl phenol ethoxylates)的具体实例包括每摩尔壬基苯酚与大约9.5摩尔环氧乙烷缩合的壬基(nonyl condensed with about 9.5moles ofethylene oxide per mole of nonyl phenol)、每摩尔酚与大约12摩尔环氧乙烷缩合的二壬基苯酚、每摩尔酚与大约15摩尔环氧乙烷缩合的二壬基苯酚以及每摩尔酚与大约15摩尔环氧乙烷缩合的二异辛基苯酚。这样的化合物是在商标TritonTMCF-100下从密歇根州Midland的DowChemical Co.市售可得的。
还可以在涂料配方中使用增塑剂来增强涂料配方的成膜性。增塑剂是公知的并且可以使用大范围内的增塑剂。典型的增塑剂的实例包括矿物油；二元醇类例如丙二醇；邻苯二甲酸酯例如邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸苄基丁酯；和长链脂肪酸例如油酸和硬脂酸；以及它们的混合物。
涂料配方的每个组分的浓度可以根据期望的加热量、所用的施加方法的吸湿性(wet pick-up)等等而变化。例如，涂料配方中的光反射颗粒的量可以是大约10wt％-大约80wt％，在一些实施方案中是大约20wt％-大约75wt％，并且在一些实施方案中是大约25wt％-大约50wt％。粘合剂(一种或多种)同样可以占涂料配方的大约0.01wt％-大约20wt％，在一些实施方案中是大约0.1wt％-大约15wt％，并且在一些实施方案中是大约0.5wt％-大约10wt％。其它组分例如分散剂、表面活性剂、增塑剂等等每个可以占涂料配方的大约0.001wt％-大约10wt％，在一些实施方案中是大约0.01wt％-大约5wt％，并且在一些实施方案中是大约0.1wt％-大约3wt％。
不管其形成的具体方式，使用已知的方法例如浸涂、喷涂、印刷、模塑、挤出等将所述的涂料配方沉积到电容器元件的表面上。例如，该电容器元件可以简单的浸入到涂料配方中达到期望的程度。然后在环境条件或者加热步骤中使得该涂覆过的电容器元件干燥，目的是除去大部分(如果不是全部的话)的溶剂。例如，电容器元件可以在一个或以上的步骤中在大约50℃-大约300℃的温度，在一些实施方案中是大约60℃-大约200℃和在一些实施方案中是大约70℃-大约150℃的温度进行加热。加热可以发生在空气中，或者发生在受控的气氛中(例如真空下)。最终的干燥涂层典型的具有的反射颗粒的量是大约80wt％-100wt％，在一些实施方案中是大约85wt％-大约99.9wt％，并且在一些实施方案中是大约90wt％-大约99wt％。为了最优化它的反射率，该涂层还典型的具有相对薄的厚度，例如大约100μm或者以下，在一些实施方案中是大约20-大约80μm，并且在一些实施方案中是大约30-大约60μm。
一般而言，可以将光反射层施用到电容器元件的任何表面，目的是它可以减少固体有机电解质与激光的接触，例如，光反射层可以位于电容器元件的前表面，阳极丝(例如钽丝)通过该前表面在轴向上伸出。光反射层同样可以位于电容器元件的底表面和/或顶表面，其在通常与阳极丝轴向平行的方向上延伸。光反射层可以覆盖其所施加的表面的全部面积或者仅仅一部分面积。例如，在一种实施方案中光反射层覆盖了电容器元件前表面的大约90％或以上，在一些实施方案中是大约95％或以上，和在一些实施方案中是大约98％或以上。
例如，参考图1-2，其表示了一种电容器元件30的实施方案，该元件通常为矩形形状并分别含有前表面36、后表面38、顶表面和底表面37和39以及侧表面32(仅仅表示出了其中一个)。阳极丝34在轴向(“y”方向)上从电容器元件30的前表面36伸出。如图2中另外所示，电容器元件30含有阳极体50、覆盖在阳极体50上的介电层52、覆盖在介电层52上的有机固体有机电解质层54、覆盖在有机固体有机电解质层54上的石墨层56、和覆盖在石墨层56上的银层58。在所示的实施方案中，介电层52和固体有机电解质层54覆盖于电容器元件30的每个表面(即前表面36、后表面38、顶表面37、底表面39和侧表面(图2中未示出))的阳极体50上，此外，石墨层和银层56和58覆盖在固体有机电解质层54的除了前表面36之外的每个表面上。因此，在这个实施方案中，前表面36含有固体有机电解质，但是通常没有石墨层和银层。当然，应当理解这样的层可以施用到电容器的任何表面，并且不需要以所示的方式来施用。
电容器元件30还含有根据本发明所形成的光反射层60，其覆盖在固体有机电解质层54的前表面36上。此外，如图2所示，光反射层60还分别在顶表面和底表面37和39上覆盖了一部分固体有机电解质层54、石墨层56和银层58。
在电容器元件30形成中，阳极和阴极终端可以分别与阳极丝34和固体有机电解质54层(通过石墨和银层)电连接。终端的具体构造可以如本领域公知的来变化。例如，参考图3，这里表示了一种实施方案，其包括阳极终端70和阴极终端80。在这种具体的实施方案中，阴极终端含有基本垂直于第二部分84而布置的第一部分82。第一部分82与电容器元件30的下表面39电接触，第二部分84与电容器元件30的后表面38电接触。为了将电容器元件30结合到阴极终端80上，可以使用本领域已知的导电粘合剂。导电粘合剂可以包括例如包含于树脂组合物的导电金属颗粒。所述的金属颗粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等等。该树脂组合物可以包括热固性树脂(例如环氧树脂)、固化剂、(例如酸酐)和偶联剂(例如硅烷偶联剂)。合适的导电粘合剂描述在Osako等人的美国专利申请公开No.2006/0038304中，其在此以其全部引入作为用于所有目的的参考。
阳极终端70含有基本垂直于第二部分74布置的第一部分76。第二部分74含有载有阳极丝34的区域。在所示的实施方案中，区域51具有“U形”来进一步增强丝34的表面接触和机械稳定性。然后用激光90将阳极丝34焊接到区域51上。如图3所示，激光束的接触可导致朝向电容器元件30的光反射。但是，由于本发明光反射层的存在，所述的光不会显著的损伤或碳化固体有机电解质层。
一旦电容器元件被连接到终端上，则其被装入树脂壳体中，其然后可用二氧化硅或任何其它已知的胶囊封装材料来填充。壳体的宽度和长度可以根据预期应用来变化。但是，该壳体的整体厚度典型的要小，目的是所形成的组件可以容易的装入到小轮廓产品中(例如“IC卡”)。例如，壳体的厚度可以是大约4.0毫米或者以下，在一些实施方案中是大约0.1-大约2.5毫米，并且在一些实施方案中是大约0.15-大约2.0毫米。合适的壳体可以包括例如“A”、“B”、“H”或者“T”壳体(AVXCorporation)。例如参考图4，表示了这样的电容器组件100的封装壳体的一种具体实施方案如元件88。封装壳体88为电容器组件100提供了另外的结构和热保护。在封装之后，可以将各自的阳极和阴极终端的暴露部分进行老化、检查(screened)和修整。如果需要，该暴露部分可以任选的沿着壳体88的外面(例如大约90°角度)弯曲两次。
作为本发明的结果，形成了一种表现出优异的电性能的电容器。例如，本发明的电容器典型的具有的小于大约1000毫欧(mohm)的ESR，在一些实施方案中是小于大约500mohm，并且在一些实施方案中是小于大约100mohm。电容器的等值串联电阻通常指的是这样的程度：即当在电路中充电和放电时电容器充当电阻器，并且其通常表示为与电容器串联的电阻。此外，所形成的漏泄电流(其通常指通过绝缘体从一个导体流到相邻的导体的电流)可以保持在相当低的水平。例如，本发明电容器的规一化漏泄电流的数值在一些实施方案中是小于大约0.1μA/μF*V，在一些实施方案中是小于大约0.01μA/μF*V，并且在一些实施方案中是小于大约0.001μA/μF*V，其中μA是微安，μF*V是电容和额定电压的乘积。
参考下面的实施例可以更好的理解本发明。
测试程序
等值串联电阻(ESR)、电容和损耗因子：
等值串联电阻和阻抗是使用具有开尔文引线(Kelvin Leads)和0伏偏压以及1伏信号的Keithley3330Precision LCZ仪来测量的。工作频率是100kHz。电容和损耗因子是使用具有开尔文引线(Kelvin Leads)和2伏偏压以及1伏信号的Keithley3330Precision LCZ仪来测量的。工作频率是120Hz，温度是23℃±2℃。
漏泄电流：
漏泄电流(“DCL”)是使用由英国Mantracourt Electronics LTD制造的MC190泄漏测试装置来测试的。MC190测试测量在25℃温度和在10秒之后的某些额定电压的漏泄电流。
实施例
证明能够形成按照本发明的激光焊接的有机固体电解电容器。首先，在钽阳极中嵌入钽丝并在1320℃进行烧结。所形成的阳极具有1.3x2.4x1.8mm的尺寸、5.3g/cm3的密度和1900μFV的CV。为了阳极化该钽阳极，将其浸入到具有8.6±0.3mS/cm的电导率和85±5℃温度的正磷酸/水溶液，并在18V电氧化两次，用去离子水清洗，在所述的循环之间325℃的空气循环炉中退火。然后将整个部件浸入到0.8wt％的紫胶溶液(A.S.Suter Co.，Ltd.)中来形成预涂层。其后，在对甲苯磺酸铁(111)的正丁醇溶液(BAYTRON CB40，H.C.Starck)和具有5wt％甲基丙烯酸2-羟乙基酯(Aldrich)的3，4-亚乙基二氧噻吩溶液(BAYTRON M，H.C.Starck)中使用常规的连续浸涂方法来形成导电聚合物层，然后用乙醇清洗并用硫酸重整。重复这个循环10次。其后，将所述部件在室温下在石墨分散体(Graphite7230，DuPont)中以浸没到部件肩部的程度浸泡2秒，并在125℃修复30分钟。然后将该部件在室温下在银分散体(Thermoset K611-14，Lord Co.)中以浸没到部件肩部的程度浸泡2秒，并在125℃修复30分钟。
为了形成光反射层，从捷克Primalex a.s.获得一种组合物，该组合物含有58.5wt％水、38.5wt％二氧化钛、0.31wt％羟乙基纤维素、1.24wt％聚乙酸乙烯酯分散体、0.12wt％聚硫酸钠、0.87wt％聚丙烯酸盐、0.3wt％稳定剂和0.19wt％消泡剂。将所述部件以浸没到部件肩部以上来覆盖其全部前表面的程度浸入到所述组合物中。在施用该反射涂层2分钟后，将部件(除了前表面)用去离子水随后清洗并在125℃干燥30分钟。
一旦形成电容器元件，然后将其激光焊接到具有0.10毫米厚度的引线框架(铜K88作为原料)上。阳极丝的直径是0.17毫米。激光焊接是在由激光装置和光度头组成的机器上进行的。该激光器是波长1.064μm的脉冲Nd：YAG激光器，并且光度头具有150mm的焦距和0.3mm的焦斑直径。该光度头由点距为0.3mm的双焦光学器件组成。整个激光脉冲的计算能量是2.2J。使用含银的粘合剂ACE10131(Protavic)来附着阴极终端引线(与引线框架相对的部件)。将所述的粘合剂在175℃固化1分钟。一旦电容器元件被附着到引线框架上，则接下来将它进行封装以形成标准的B壳体尺寸(AVX)电容器并在170℃固化60秒。
然后测试25000pcs(名义值：100μF6.3V)数目内的多个参数。结果如下所示。
Figure G200810214892XD00151
本发明的这些和其它的改变和变化可以由本领域普通技术人员进行实践而不脱离本发明的主旨和范围。此外，应当理解不同实施方案的方面可以整个或部分交换。此外，本领域普通技术人员将理解前面的说明仅仅为了举例，目的并非限制进一步描述在该附加权利要求中的本发明。

Claims (25)

1.一种固体电解电容器元件，其包含：
含有阀金属组分的阳极体；
覆盖在阳极体上面的介电层；
覆盖在介电层上面的固体有机电解质层；和
覆盖在固体有机电解质层上的光反射层，其中该光反射层含有许多具有1.7或以上折射率的反射颗粒。
2.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述的颗粒具有2.0或以上的折射率。
3.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述的颗粒由介电材料形成。
4.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述的颗粒是无机颗粒。
5.权利要求4的固体电解电容器元件，其中该无机颗粒是二氧化钛。
6.权利要求5的固体电解电容器元件，其中所述的二氧化钛是金红石二氧化钛、锐钛矿二氧化钛或其混合物。
7.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述反射颗粒具有0.1μm-1μm的平均尺寸。
8.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述反射颗粒构成光反射层的80wt％-100wt％。
9.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述反射颗粒构成光反射层的85wt％-99.9wt％。
10.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述光反射层具有20μm-80μm的厚度。
11.权利要求1的固体电解电容器元件，其进一步含有自电容器元件第一表面伸出的阳极引线。
12.权利要求11的固体电解电容器元件，其中所述光反射层在第一表面覆盖在固体有机电解质层上。
13.权利要求12的固体电解电容器元件，其中所述光反射层覆盖了整个的第一表面。
14.权利要求12的固体电解电容器元件，其中所述光反射层在第二表面覆盖在固体有机电解质层上，该第二表面垂直于第一表面。
15.权利要求14的固体电解电容器元件，其中所述光反射层仅仅覆盖了一部分的第二表面。
16.权利要求11的固体电解电容器元件，其进一步包含至少一个覆盖在固体有机电解质层上的附加层，该附加层包括碳层、银层或者它们的组合。
17.权利要求16的固体电解电容器元件，其中所述第一表面没有附加层。
18.一种含有权利要求11的电容器元件的固体电解电容器组件，其另外含有：
与所述的固体有机电解质层电连接的阴极终端；
与所述的阳极体电连接的阳极终端，和
壳体，该壳体封装所述的电容器元件并使得至少一部分阳极终端和阴极终端暴露。
19.权利要求18的电容器组件，其中所述阳极终端被激光焊接到阳极引线上。
20.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述的阀金属组分含有钽。
21.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述的阀金属组分含有氧化铌。
22.权利要求1的固体电解电容器元件，其中所述固体有机电解质含有导电聚合物。
23.一种固体电解电容器组件，其含有：
固体电解电容器元件，该元件包含含有钽或者氧化铌的阳极体、覆盖在阳极体上的介电层、覆盖在介电层上的导电聚合物层和覆盖在导电聚合物层上的光反射层，其中该光反射层含有许多具有1.7或以上的折射率的二氧化钛颗粒；
从所述电容器元件伸出的阳极引线；
与固体有机电解质层电连接的阴极终端；
被激光焊接到阳极引线上的阳极终端；和
壳体，该壳体封装所述的电容器元件并使得至少一部分阳极和阴极终端暴露。
24.一种形成固体电解电容器组件的方法，该方法包括：
提供固体电解电容器元件，该元件包含含有钽或者氧化铌的阳极体、覆盖在阳极体上的介电层和覆盖在介电层上的导电聚合物层，其中阳极引线从该电容器元件的表面伸出；
将光反射层至少施加到从中伸出阳极引线的电容器元件的表面上，该光反射层覆盖在导电聚合物层上，其中该光反射层含有许多具有1.7或以上的折射率的反射颗粒；
提供限定阴极终端和阳极终端的引线框架；
将导电聚合物层电连接到阴极终端上；
将阳极引线激光焊接到阳极终端；和
将电解电容器元件封装，使得至少一部分阳极终端和阴极终端保持暴露。
25.权利要求24的方法，其中所述的反射颗粒含有二氧化钛。
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