CN1076855C - 固体电解电容器的电容器芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种固体电解电容器的电容器芯，包括由金属粉烧结成块的一芯片和一伸出芯片的阳极丝。阳极丝有一个压制形成的钉头端，用于电连接芯片的表面。通过首先在阳极丝的前端形成球，然后把该球端压在芯片上，以将阳极丝连接到芯片上。

Description

固体电解电容器的电 容器芯及其制造方法

本发明涉及象钽电解电容器或者铝电解电容器那样的固体电解电容器的电容器芯。本发明也涉及制造那种电容器芯的方法。

众所周知，象钽电解电容器或者铝电解电容器那样的电解电容器具有大的电容量。同时，使大的尺寸得到减小。因此，固体电解电容器被用于各个方面。

通常，固体电解电容器包含一个电容器芯。为便于理解，例如，用附图10和11举例说明电容器芯。具体地说，电容器芯1包括电容器芯片2和阳极丝3，阳极丝3部分地插入芯片2和部分地从芯片2伸出。例如，电容器芯片2可能是由钽粉压制和烧结的块，那么，阳极丝也是由钽制成的。

在装配成电容器之前，首先把电容器芯片2完全浸入磷酸水溶液中，加直流电流，进行阳极氧化。结果，例如，在芯片2(具体地说，是在钽颗粒形成的芯片表面上和在阳极丝3下部的浸入部分)上形成五氧化钽的电介质层4，如图12所示。

然后，把芯片2浸入硝酸锰的水溶液中接着把芯片2从硝酸锰溶液中提出，以便烘干。分别进行上述的工艺步骤(插入和提出)，直到在芯片2上的整个电介质层4上面，合适地形成二氧化锰的固态电解层5为止，如图13所示。

在形成固体电解质层5以后，使电容器芯片2浸涂石墨，并浸在银或镍的的金属浆料中(没表示)，以形成金属层6，作为阴极电极，如图14所示。

在装配电容器时，把电容器芯1插在阳极引线7和阴极引线8之间。具体地说，例如，通过焊接把电容器芯1的阳极丝3和阳极引线7电连接，而把电容器芯片2的阴极6和阴极引线8电连接。把电容器芯1和阳极引线7与阴极引线8一起封在模压树脂封壳9中，把阳极引线7和阴极引线8的伸出部分向树脂封壳9的下面弯曲，以便方便地安装到印刷电路板的表面(未表示)。

按照图10到图15所示的现有技术的配置，阳极丝被部分地插入到电容器芯片2中。使电容器芯片2的有效体积减少，其减小量和插入芯片2中的阳极丝一样，结果，芯片2每单位体积的电容量将相应地减少。

此外，当把金属粉(例如钽粉)压制成芯片2时，阳极丝3受到压力作用。于是，应力趋于集中到阳极丝3的根部，在邻近芯片2的阳极丝3上面形成的电介质层4的部分(见图12)可能破裂，它导致电介质的击穿。

通过增加阳极丝3的直径D(见图10和图11)，可能解决电介质击穿的问题。然而，象上述那样增加阳极丝3的直径、则导致芯片2有效体积的相应减小，结果，如前所述，这不能满足小尺寸大电容量的要求。还有，阳极丝3的直径增加，则不能节省阳极丝的材料，相应地导致较高的成本。

因此，本发明的目的是提供克服上述问题的固体电解电容器的电容器芯。

本发明的另一个目的是提供方便地制造上述电容器芯的方法。根据本发明的一种方案，提供的固体电解电容器的电容器芯包括：

由金属粉烧结成块的芯片；

由芯片伸出的阳极丝；

其中，阳极丝有一个加压形成的钉头端，用于和芯片表面进行电连接。

最好，通过在纵向压挤阳极丝的球形端形成阳极丝的钉头端。阳极丝还可以有一个与钉头端邻接的过渡部分，它的直径小于钉头的最大直径，但大于阳极丝的标准直径。

根据本发明的另一种方案，提供制造固体电解电容器的电容器芯的方法，其包括下列步骤：

制备由金属粉压制成块的电容器芯片；

在有毛细管工具穿过的阳极丝材料的前端，借助于热熔化，形成一个球；

朝着芯片移动毛细管工具，对着芯片挤压丝材料的前端，以便把阳极丝连到芯片上；

在离开芯片预定距离处切断该丝材料。

最好，在无氧气氛中，在丝材料的前端形成球，由此，以容易进行丝材和芯片的后续连接。此外，丝材料前的球端和芯片的连接也可以在同一无氧气氛中进行。

为了方便起见，在丝材前面的球端和芯片连接之前，可以对丝材料进行还原预处理。上述预处理用来移掉氧化物涂层，由此，使丝材料和芯片的后续连接更可靠。此外，在丝材料前面的球端和芯片连接之前，如果使芯片也进行还原处理，那更有利。

通过把电火花直接对着丝材料的前端，在丝材料的前端形成球。或者，采用激光束照射，在丝材料前端形成球。还有，也可以把气体火焰对着丝材料的前端，在丝材料的前端形成球。

在切断阳极丝材料后，可以烧结电容器芯片。或者，在阳极丝前端形成为连接芯片的球之前，可以烧结芯片。

从下面结合附图进行的详细叙述中，将会充分理解本发明的其它目的、特征和优点。

各附图如下所述：

图1到图5是表示按本发明实施例制造电容器芯的顺序步骤的剖视图。

图6是表示按图1-图5所示工艺步骤制造电容器芯的前视图。

图7到图8是表示用于制造按照本发明的电容器芯的毛细管工具改型例的部分断开的剖视图。

图9是表示按照改进方法在阳极丝材下端形成球的前视图。

图10是表示现有技术中电容器芯的透视图。

图11是表示现有技术中电容器芯的剖视图。

图12是表示经过形成电介质层工艺步骤的同样是现有技术的电容器芯的剖视图。

图13是表示经过形成固体电解质层工艺步骤的同样是现有技术的电容器芯的剖视图。

图14是表示经过形成阴极电极的工艺步骤的同样是现有技术的电容器芯的剖视图。

图15是表示包括按图12到图14工艺步骤制造的同样是现有技术的电容器芯的封装了的固体电解电容器的剖视图。

附图1到图4表示按本发明实施例制造电容器芯的顺序步骤。用由象钽粉那样的金属粉压制成块12(以后称为芯片)，制造电容器芯。在处理前，在400-700℃下加热金属粉芯片，以便通过加热除去压制时使用的粘结剂。

如图1所示，把芯片12放在箱10中，箱内部空间可以作为移送芯片12的隧道。箱10包括一底壁10a，作为支持芯片12的加热块。箱10还包括一对侧壁10b和一顶盖10c。侧壁10b之一具有一入口10d，用于输入无氧气体，而顶盖10c具有一向上的出口10e。于是，通过箱上出口10e连续地形成或排出向上的无氧气流，如箭头所示。

通过入口10d输入的无氧气体可以包括惰性气体，例如，氩气和氮气。此外，无氧气体还可以包括还原气体，例如，它可由混入5％氢气的惰性气体制成。

如图1所示，毛细管工具CT和电火花焊枪ST位于外壳10的上面。毛细管工具设计成可在向上的无氧气流中垂直地上下移动。电火花焊枪设计成可以横向移入和移出无氧气流。

毛细管工具CT夹住穿过毛细管的阳极丝材料13′，其下端为13”。可以从例如由钽丝、铌丝、铝丝和涂覆铝的铜丝组成的材料组中选择该丝材料13′。在丝材料穿过毛细管工具CT之前，要对丝材料预先进行还原处理，其中，在包含还原气体的还原炉中加热丝材料13′。上述的预处理用作除掉丝材料13′的氧化涂层，以便较好地连接芯片12。

为了把丝材料13′连到芯片12，首先将火花焊枪横向推入无氧气流中，如图1所示。在此条件下，在火花焊枪ST和毛细管工具CT两端加电压，在火花焊枪ST和丝材料13′的下端之间形成电火花。结果，丝材料13′的下端13″被熔化成球形，也如图1所示。在形成下面的球端13″后，从无氧气流中退出火花焊枪ST。

然后，如图2所示，朝芯片12方向降低毛细管工具CT，以便在纵向把丝材料13′的下面球端13″压在芯片12上面。结果，把丝材料13′的下面球端13″压成钉头形，使其连到芯片12上。

然后，如图3所示，抬起毛细管工具CT、松开丝材13′。

然后，如图3所示，利用剪切工具SC在毛细管工具下面轻轻地切断丝材料13′。

最好，如图4所示，再升高毛细管工具CT，以便使材料13′和连到芯片12上的已经切断的丝段13分开。切断的丝段13作为芯片12的阳极丝。

从箱10中移出有焊丝的芯片12和将新的芯片装入到箱10内，可以重复上述工艺步骤，如图5所示。

这样，如图6所示，获得了包含芯片12和连到在芯片上的阳极丝13的电容器芯件11。如图6清楚显示那样，下面钉头端13提供一个有机械强度的根部并大大增加了稳固地连接芯片12的面积，同时还能减少丝13本身的直径D。显然，减少丝13本身的直径D，导致节省材料，由此，降低了产品的成本。因为阳极丝13不插入芯片12中(与图10到图14所示现有技术相反)，则不必增加芯片12的整个体积，因而增加了芯片12的有效体积，因此，有助于减少电容器的尺寸和增加电容量。

如图6所示，在丝13压连到芯片12上以后，可以把从激光器LD来的激光束直接照到阳极丝13的钉头端13″上。这将进一步增加芯片12和丝13之间的焊接或连接。

按照图1和图2所示的工艺步骤，同样地在无氧气流中，形成丝材料13′的下面球端13″和接着加压将球端13″连接到芯片12上面。这样，能防止在丝材料13′的下面球上或者钉头端13″上形成氧化层，由此，易于将其可靠和稳固地连接到芯片12上。此外，如前所述，如果在加毛细管工具之前，使丝材料13′经过还原预处理，还会改善丝材料13′和芯片12的连接。

这样获得的电容器芯件11(图6)可以进一步用常规方法进行处理。具体地说，首先在1200-1500℃的高温加热电容器芯件11，以烧结芯片11(由金属粉压制成的块)。然后，把电容器芯件11的芯片12进行阳极氧化，以便形成象五氧化钽那样的电介质层。然后，再使芯片12进行化学处理，以便形成象二氧化锰那样的固态电解质层。最后，石墨化和金属化芯片12，形成阴极电极。

按照图1到图5所示的实施例，在烧结芯片12之前，线材料13′连接到芯片12上。然而，也可以在烧结芯片12后，把丝材料13′连到芯片12。

此外，在连接丝材料13′之前，可以把芯片12进行还原处理，以便除掉氧化涂层。上述预处理还将改善芯片12和线材料13′之间连接的可靠性和强度。通过在还原气氛中，把芯片12加热到大约400℃的温度，可以对芯片12进行还原预处理。当然，如果输入箱10中的无氧气体是还原气体，则可以在箱10中对芯片12进行还原预处理，使用其底壁或者加热块10a进行加热，在箱10的隧道内可以传输芯片12，同时进行还原预处理。

图7和图8表示改型的毛细管工具CT′，可方便地利用CT′将丝材料13′连接到芯片12。改型的毛细管工具CT′有一个直径较小的丝通孔E1和一个直径较大的丝通孔端部分E2。丝通孔端部分E2的直径D1可以稍微小于丝材料13′的球端13″处的球直径。

利用改型的毛细管工具CT′，把下面球端13″变形成具有过渡部分13a″的钉头13″，过渡部13a″的直径小于钉头13″的最大直径，但是大于丝材料13′的直径，如图8所示。钉头13″的过渡部分13a″在预定长度部分，其直径是恒定不变。显然，过渡部分13a″增加了丝材13′的钉头或者根部的机械强度。

按照图1到图5所示的实施例，利用在火花焊枪ST和丝材料13′之间产生的电火花，在线材料13′的下端13″形成一个球。但是，如图9所示，也可利用激光器，它产生激光束，把丝材料13′的下端熔化成一个球。此外，还可以形成高温气体火焰，用于熔化丝材料13′的下端成为一个球。

这样，叙述了本发明的优选实施例，显然，可使其有各种变化。这些变化没有脱离本发明的精神实质和范围，对于本领域技术人员是显而易见的所有改型均包括在下述权利要求的范围中。

Claims (12)

1.一种固体电解电容器的电容器芯，包括：

一个由金属粉压制成裸块的芯片；和

一个由芯片伸出的阳极丝，该阳极丝有一个压制形成的钉头端，用于直接连接到所述金属粉裸块的表面而不带任何中间介入层，该阳极丝和钉头全由单一的金属材料制成。

2.按照权利要求1的电容器芯，其特征是，阳极丝还有一个与钉头端邻接的过渡部分，过渡部分的直径小于钉头端的最大直径，但大于阳极丝的标准直径。

3.一种制造固体电解电容器的电容器芯的方法，包括下列步骤：

制备由金属粉压制成裸块的电容器芯片；

用热熔方法，使阳极丝材料穿过毛细管工具，在阳极丝材料的下端形成球；

使毛细管工具向芯片移动而将丝材料的球端压在所述金属粉裸块上，使其连接在该裸块上而不用任何中间介入层；和

在离芯片预定距离处切断丝材料。

4.按照权利要求3的方法，其特征是，在无氧气氛中，在丝材料的下端形成球。

5.按照权利要求3的方法，其特征是，在无氧气氛中，在丝材料的下端形成球，并且把丝材料的下面球端连到芯片上。

6.按照权利要求3的方法，其特征是，在丝材料的下面球端连到芯片之前，对丝材料进行还原预处理。

7.按照权利要求3的方法，其特征是，在把丝材料的下面球端连到芯片之前，对芯片进行还原预处理。

8.按照权利要求3的方法，其特征是，通过把电火花对准丝材料的下端，在丝材料的下端形成成球。

9.按照权利要求3的方法，其特征是，采用激光束照射，在丝材料的下端形成球。

10.按照权利要求3的方法，其特征是，通过把气体火焰直接对准丝材料的下端，在丝材料的下端形成球。

11.按照权利要求3的方法，其特征是，在切断阳极丝后，烧结电容器芯片。

12.按照权利要求3的方法，其特征是，在阳极丝下端形成球之前，烧结电容器芯片，使其连到芯片上。

Images