CN101552138B - 密封电容器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电容器领域，公开了一种密封电容器组件，包括导电聚合物电解电容器，其中导电聚合物电解电容器在存在惰性气体的情况下被装入并密封在陶瓷壳体中。不受理论上的限制，本发明人相信，陶瓷壳体能够限制提供给电容器导电聚合物的氧气和湿气的量。通过此方法，导电聚合物不太可能在高温环境中氧化，因此增加了电容器组件的热稳定性。

Description

密封电容器组件
技术领域
本发明涉及电容器领域，尤其是涉及一种电解电容器。
背景技术
由于它们的容积效率、可靠性和工艺兼容性，电解电容器(例如钽电容器)正日益用于电路设计。例如，已经开发出的一类电容器是固体电解质电容器，其包括阳极(例如钽)、形成在阳极上的介质氧化膜(例如五氧化二钽Ta2O5)、固体电解层和阴极。固体电解层可以由导电聚合物形成，例如在授予Sakata等人No.5,457,862、授予Sakata等人的No.5,473,503、授予Sakata等人的No.5,729,428以及授予Kudoh等人的No.5,812,367美国专利中所述。但是，遗憾地，由于导电聚合物倾向于从掺杂态向不掺杂态转换或者反方向变化，其在高温下的稳定性差。由于这种转换所致，聚合物的导电性下降，直接影响了电容量和ESR，并导致性能下降。
因此，当前存在使固体电解电容在高温环境中具有改进性能的需求。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，公开了一种电容器组件，其包括陶瓷壳体，电解电容器被装入并密封在其中。电容器包括阳极、覆盖在阳极上的绝缘层和覆盖在绝缘层上的阴极，阴极包括导电聚合物。陶瓷壳体限定具有气体氛围的空腔，气体氛围中包含惰性气体。组件进一步包括阴极端子和阳极端子，所述阴极端子与阴极电连接并且位于陶瓷壳体外部，所述阳极端子与阳极导线(anode lead)电连接并且位于陶瓷壳体外部。
根据本发明的另一个实施方式，公开了一种形成电容器组件的方法。这种方法包括：提供电解电容器，其包括阳极、覆盖在阳极上的绝缘层和覆盖在绝缘层上的阴极，其中阴极包括导电聚合物，并且从阳极延伸出阳极导线。电解电容器被置于陶瓷壳体中。阴极被电连接到阴极端子，阳极导线被电连接到阳极端子。盖子被置于陶瓷壳体上方。盖子在包含惰性气体的气体氛围中被密封在陶瓷壳体上。
本发明的其他特征和方面将在下面得到更详细的解释。
附图说明
在说明书的余下部分中，参照附图，更具体地阐述了针对本领域的技术人员来说充分的和可实现的公开，包括本发明的最佳实施方式，其中：
图1是本发明的电解电容器组件的一个实施方式的横截面视图；
图2-4是例1的部件在负载寿命测试的不同阶段的泄漏电流(DCL)、电容量和ESR的图解表示；
图5-7是例2的部件在负载寿命测试的不同阶段的泄漏电流(DCL)、电容量和ESR的图解表示；
图8-10是例3的部件在负载寿命测试的不同阶段的泄漏电流(DCL)、电容量和ESR的图解表示；
图11-13是例4的部件在负载寿命测试的不同阶段的泄漏电流(DCL)、电容量和ESR的图解表示；
图14-16是比较例的部件在负载寿命测试的不同阶段的泄漏电流(DCL)、电容量和ESR的图解表示。
在本说明书及附图中，重复使用的参考标记用来表示本发明相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
本领域的技术人员应当明白，这里的讨论只是对实施方式的举例描述，并不是作为对本发明较宽范围的限制。本发明的较宽范围将在举例的结构中得到体现。
通常而言，本发明针对的是包括导电聚合物电解电容器的电容器组件，其中所述导电聚合物电解电容器在存在惰性气体的条件下被封装并密封在陶瓷壳体中。在未受到理论限制的情况下，本发明人认为陶瓷壳体能够限制提供给电容器导电聚合物的氧气和湿气的量。通过这种方式，导电聚合物不太可能在高温环境中氧化，因此增加了电容器组件的热稳定性。
电解电容器通常包含由阀金属组合物形成的阳极。阀金属组合物可以具有大约5,000μF×V/g或更高的比电荷，在一些实施方式中为大约25,000μF×V/g或更高，在一些实施方式中为大约40,000μF×V/g或更高，以及在一些实施方式中从大约70,000μF×V/g到大约200,000μF×V/g或更高。阀金属组合物包含阀金属(即能够氧化的金属)或阀金属基化合物，例如钽、铌、铝、铪、钛以及它们的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可以包含铌的导电氧化物，例如氧化铌，其铌氧原子比为1∶1.0±1.0，在一些实施方式中为1∶1.0±0.3，在一些实施方式中为1∶1.0±0.1，以及在一些实施方式中为1∶1.0±0.05。例如，氧化铌可以是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。在优选实施方式中，组合物包括NbO1.0，它是即使在高温烧结后也能维持化学稳定的导电氧化铌。这样的阀金属氧化物的例子在授予Fife的美国专利No.6,322,912，授予Fife等人的No.6,391,275，授予Fife等人的No.6,416,730，授予Fife的No.6,527,937，授予Kimmel等人的No.6,576,099，授予Fife等人的No.6,592,740，授予Kimmel等人的No.6,639,787和授予Kimmel等人的No.7,220,397中，以及给予Schnitter的美国专利申请公开说明书No.2005/0019581，授予Schnitter等人的No.2005/0103638和授予Thomas等人的No.2005/0013765中有描述。全部这些文件都整体结合于此，作为参考文献。
通常可以利用传统的制造过程来形成阳极。在一个实施方式中，首选用具有一定粒径的钽或氧化铌粉末。例如，颗粒可以是薄片的、角状的、结节状的以及这些形状的混合物或变形体。颗粒也典型地具有至少大约60目(mesh)的筛孔粒径分布，在一些实施方式中从大约60目到大约325目，并且在一些实施方式中，从大约100目到大约200目。进一步地，比表面积从大约0.1m2/g到大约10.0m2/g，在一些实施方式中从大约0.5m2/g到大约5.0m2/g，并且在一些实施方式中从大约1.0m2/g到大约2.0m2/g。术语“比表面积”是指由Bruanauer、Emmet和Teller的物理气体吸附(B.E.T.)法测定的表面积(见《美国化学学会(Journal of American ChemicalSociety)》，1938年，卷60，第309页)，其中用氮气作为吸附气体。相似地，容积密度(或Scott密度)典型地从大约0.1g/cm3到大约5.0g/cm3，在一些实施方式中从大约0.2g/cm3到大约4.0g/cm3，并且在一些实施方式中，从大约0.5g/cm3到大约3.0g/cm3。
为了便于阳极的制造，可以给导电颗粒添加其他成分。例如可选地，导电颗粒可以与粘合剂(binder)和/或润滑剂混合，以确保当受压形成阳极主体部时，颗粒互相之间充分粘结。合适的粘合剂可以包括樟脑、硬脂和其他皂化脂肪酸(soapy fatty acid)、聚乙二醇(联合碳化物公司UnionCarbide)、甘酞树脂(通用电气公司General Electric)、聚乙烯醇、萘、植物蜡和微晶蜡(净化石蜡)。粘合剂可以溶解和分散在溶剂中。举例来说，溶剂可以包括水、醇等。使用时，粘合剂和/或润滑剂占总质量的百分比可以从大约0.1％到大约8％变化。但是应当理解的是，本发明中粘合剂和润滑剂不是必需的。
得到的粉末可以用任何传统的粉末压模压实。例如，压模可以是使用冲模和单重或多重冲床的单台成形压模机。可选地，也可以使用压砧型压机压模(anvil-type compaction press molds)，其只使用一个冲模和单个下冲杆。单台成形压模机有多种可用的基本类型，例如凸轮、曲肘/肘节和偏心压机/曲柄压机，它们具有不同的性能，例如单动、双动、浮动冲模、可移动压盘、对置冲杆、螺杆、冲击、热压、压印或压平(sizing)。粉末可以压紧在阳极丝(例如钽丝)周围。应当进一步意识到的是，在将阳极主体部挤压和/或烧结之后，可选地，阳极丝可以连接(例如焊接)到阳极主体部。压缩之后，通过在真空下在一定温度(例如从大约150℃到大约500℃)下将小颗粒(pellet)加热几分钟，所有粘合剂/润滑剂都可以被去除。可选择地，通过用水溶液接触小颗粒，粘合剂/润滑剂也可以被去除，例如在授予Bishop等人的美国专利No.6,197,252中所述的水溶液。这篇文件也整体结合于此，作为参考文献。之后，小颗粒被烧结形成多孔的整块物质。例如，在一个实施方式中，小颗粒可以在从大约1200℃到大约2000℃的温度下烧结，并且在一些实施方式中，在从大约1500℃到大约1800℃的温度下在真空或惰性气体氛围下烧结。在烧结后，小颗粒由于颗粒间结合力的增加而收缩。除了上述技术外，根据本发明也可以利用任何其他的技术来制造阳极主体部，例如在授予Galvagni的美国专利No.4,085,435，授予Sturmer等人的No.4,945,452，授予Galvagni的No.5,198,968，授予Salisbury的No.5,357,399，授予Galvagni等人的No.5,394,295，授予Kulkarni的No.5,495,386和授予Fife的No.6,322,912中所描述的技术，这些文献也整体结合于此，作为参考文献。
尽管不是必须的，但是可以对阳极的厚度进行选择，以改进电容器的电性能。例如，阳极的厚度可以是大约4mm或更小，在一些实施方式中，从大约0.2mm到大约3mm，并且在一些实施方式中，从大约0.4mm到大约1mm。也可以对阳极的形状进行选择，以改进得到的电容器的电特性。例如，阳极可以呈现弯曲、正弦曲线、矩形、U形、V形等形状。阳极也可以呈现“槽”形，包括一个或更多的皱折、凹槽、凹陷或锯齿，以增加表面积与容积的比例，从而最小化ESR并扩充电容量的频率响应。这样“槽”形的阳极例如在授予Webber等人的美国专利No.6,191,936、授予Maeda等人的美国专利No.5,949,639、授予Bourgault等人的No.3,345,545、以及给予Hahn等人的美国专利申请公开No.2005/0270725中有描述，全部这些文件都整体结合于此，作为参考文献。
一旦制成，可以对阳极进行阳极化处理，这样在阳极上和/或在阳极内就形成了绝缘层。阳极化处理是一种电化学加工方法，通过这一方法阳极被氧化，以形成具有相对高的介电常数的材料。例如，氧化铌(NbO)阳极可以阳极化处理成五氧化二铌(Nb2O5)。典型地，阳极化处理通过首先给阳极施加电解质而实施，例如将阳极蘸进电解质中。电解质通常呈液体状，例如溶液(例如水溶液或非水溶液)、分散系、熔融体等。通常在电解液中使用溶剂，例如水(例如去离子水)、醚(例如乙醚和四氢呋喃)、醇(例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和丁醇)、甘油三酸酯、酮(例如丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮)、酯(例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甘醇醚乙酸酯(diethylene glycol ether acetate)、乙酸甲基丙酯(methoxypropyl acetate))、酰胺(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)、二甲基辛酸/癸酸脂肪酸酰胺(dimethylcaprylic/capric fatty acid amide)和N-烷基吡咯烷酮(N-alkylpyrrolidones))、腈(例如乙腈、丙腈、丁腈和苯甲腈)、亚砜或砜(例如二甲基亚砜DMSO和环丁砜)等。溶剂可以占到电解液重量的大约50％到大约99.9％，在一些实施方式中，占到电解液重量的大约75％到大约99％，以及在一些实施方式中，占到电解液重量的大约80％到大约95％。尽管不是必须的，但是使用水溶剂(例如水)通常被认为有助于得到所需的氧化物。事实上，水可以占到电解液中溶剂重量的大约50％或更多，在一些实施方式中，占到溶剂重量的大约70％或更多，以及在一些实施方式中，占到溶剂重量的大约90％到100％。
电解液是离子导电的，在25℃的温度下测定，可以具有大约1毫西门子/厘米(“mS/cm”)或更高的离子导电率，在一些实施方式中为大约30mS/cm或更高，以及在一些实施方式中从大约40mS/cm到大约100mS/cm。为了提高电解液的离子导电率，可以在溶液中加入能够离解的化合物以形成离子。为此合适的离子化合物包括，例如酸如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、聚磷酸、硼酸、烃基硼酸(boronic acid)等；有机酸，包括羧酸例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、丁二酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、五倍子酸、酒石酸、柠檬酸、蚁酸、醋酸、羧基乙酸、草酸、丙酸、酞酸、间苯二酸、戊二酸、葡萄酸、乳酸、天门冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚合酸，例如聚(丙烯)或聚(甲基丙烯)酸和它们的共聚体(例如马来酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸共聚物)、角叉菜酸(carageenic acid)、羧甲基纤维素、海藻酸等。选择离子化合物的浓度可以达到预期的离子导电率，例如，酸(例如磷酸)可以占到电解液重量的大约0.01％到大约5％，在一些实施方式中，占到电解液重量的大约0.05％到大约0.8％，并且在一些实施方式中，占到电解液重量的大约0.1％到大约0.5％。如果希望，也可以在电解液中加入离子化合物的混合物。
电流穿过电解液以形成绝缘层。电压的值控制绝缘层的厚度。例如，电源可以最初以恒流模式启动，直到达到所需的电压。之后，电源可以切换到恒压模式，以确保在阳极表面上形成所需的绝缘层。当然，也可以使用其他已知的方法，例如脉冲或分步恒压法。电压典型地从大约4V到大约200V不等，并且在一些实施方式中，从大约9V到大约100V不等。在阳极氧化过程中，电解液可以保持在升高的温度，例如大约30℃或更高，在一些实施方式中从大约40℃到大约200℃，并且在一些实施方式中，从大约50℃到大约100℃。阳极氧化也可以在环境温度或更低的温度下完成。产生的绝缘层可以形成在阳极表面上和其小孔中。
一旦绝缘层形成，可以选择性地涂覆保护涂层，例如由相对绝缘的树脂材料(天然的或人工合成的)制成的涂层。这些材料的电阻率可以大于大约10Ω/cm，在一些实施方式中大于大约100Ω/cm，在一些实施方式中大于大约1,000Ω/cm，在一些实施方式中大于大约1×105Ω/cm，以及在一些实施方式中大于大约1×1010Ω/cm。在本发明中可以使用的一些树脂材料包括，但不限于，聚安酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸酯(例如甘油酯)等，例如，合适的脂肪酸酯包括但不限于：月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、桐酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、油桐酸、紫胶酸等的酯类物。已经发现，这些脂肪酸酯当被用在相对复杂的化合物(combination)中以形成“干燥油”时尤其有用，所述干燥油允许生成的薄膜快速聚合形成稳定的层。这样的干燥油可以包括甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它们分别包括具有一个、两个和三个酯化了的脂酰残基的甘油骨架。例如，可以使用的合适干燥油包括但不限于橄榄油、亚麻油、蓖麻油、桐油、豆油和虫胶。这些以及其他保护涂层材料在授予Fife等人的美国专利No.6,674,635中有更详细的描述，这篇文件结合于此，作为参考文献。
之后，阳极化处理的部件还要进行用于形成导电聚合物阴极的步骤。导电聚合物涂层可以包括一个或更多杂环聚合物(polyheterocycles)(例如聚吡咯、聚噻吩、聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)(PEDT)；聚苯胺)、聚乙炔；聚对亚苯；聚酚、及其衍生物。此外，如果需要，导电聚合物涂层也可以由多层导电聚合物层形成。例如，在一个实施方式中，导电聚合物阴极可以包括一PEDT层和另一聚吡咯层。可以采用多种方法将导电聚合物涂层涂覆到阳极部件上。例如，可以用传统的技术例如电聚合、丝网印刷、浸渍、电泳涂层以及喷雾等来形成导电聚合物涂层。在一个实施方式中，例如，用于形成导电聚合物(例如3，4-乙烯基二氧噻吩)的单体最初可以与聚合催化剂混合以形成溶液。例如，一种合适的聚合催化剂是BAYTRONC，它是甲苯磺酸铁III，由世泰科公司(H.C.Starck)销售。BAYTRON C是用于BAYTRON M的商用催化剂，它是3，4-乙烯基二氧噻吩，由世泰科公司(H.C.Starck)销售的PEDT单体。一旦形成了催化剂分散系，那么可将阳极部件浸渍在分散系中，这样聚合物形成在阳极部件的表面上。或者，催化剂和单体也可以分别地涂在阳极部件上。在一个实施方式中，例如，催化剂可以溶解在溶剂(例如丁醇)中，然后作为浸渍溶液涂在阳极部件上。然后可以将阳极部件干燥以去除溶剂。之后，阳极部件可以浸入含有适合单体的溶液中。一旦单体接触到含有催化剂的阳极部件表面，它就在其上化学聚合。此外，也可以将催化剂(例如BAYTRON C)与用于形成可选保护涂层的材料(例如树脂材料)混合。在这些情况下，阳极部件可以浸入包含单体(BAYTRON M)的溶液中。因此，单体能在保护涂层中和/或在保护涂层表面上接触催化剂，并与其反应以形成导电聚合物涂层。尽管上文已经描述了多种方法，但是应当理解的是，用于将导电涂层涂覆于阳极的任何其他方法也可以用于本发明中。例如，在授予Sakata等人的美国专利No.5,457,862，授予Sakata等人的No.5,729,503，授予Sakata等人的No.5,729,428，以及授予Kudoh等人的No.5,812,367中描述了用于涂覆这种导电聚合物涂层的其他方法，这些文件也都整体结合于此，作为参考文献。
在多数实施方式中，一旦被涂覆，导电聚合物就会复原(heal)。复原可以在每次涂覆导电聚合物层之后或在涂覆整个导电聚合物涂层之后发生。在一些实施方式中，例如，通过将小颗粒浸入电解液溶液例如磷酸和/或硫酸溶液中，然后给溶液施加恒定电压直到电流降至预先选定值，可以复原导电聚合物。如果需要，这样的复原过程可以分多步完成，例如，在一个实施方式中，首先将具有导电聚合物涂层的小颗粒浸入磷酸中，并施加大约20V的电压，然后将小颗粒浸入硫酸中，并施加大约2V的电压。在这个实施方式中，使用第二个低电压硫酸溶液或甲苯磺酸可以有助于增加电容量并降低得到的电容器的耗散因数(DF)。在涂覆了上述的部分或全部层后，如果需要可以对小颗粒进行清洗，以去除各种副产品、多余的催化剂等。进一步地，在一些例子中，干燥可以在上述的部分或全部浸渍操作后实施，例如，可能需要在应用了催化剂之后和/或在清洗小颗粒之后进行干燥，以打开小颗粒的孔，从而使得小颗粒能够在接下来的浸渍步骤中容纳液体。
如果需要，这一部件可选择地分别涂覆有碳层(例如石墨)和银层。银涂层可以例如用作电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，碳涂层可以限制银涂层与导电聚合物的接触。这样的涂层可覆盖部分或全部的导电聚合物。
不考虑具体形成方式，依照本发明的陶瓷壳体用来装入并密封电容器。通常来说，电容器在陶瓷壳体中的密封，是在包含至少一种惰性气体的气体氛围中发生，以抑制导电聚合物阴极在使用过程中氧化。惰性气体可包括例如氮气、氦气、氩气、氙气、氖气、氪气、氡气等或者上述气体的混合。典型地，惰性气体占陶瓷壳体中气体氛围的多数，例如占到气体氛围重量的大约50％到100％，在一些实施方式中占到重量的大约75％到100％，并且在一些实施方式中，占到重量的大约90％到99％。如果需要，也可以使用相对少量的非惰性气体，例如二氧化碳、氧气、水蒸气等。但是在此情况下，非惰性气体典型地占到陶瓷壳体中的气体氛围重量的15％或更少，在一些实施方式中占到重量的10％或更少，在一些实施方式中占到重量的5％或更少，在一些实施方式中占到重量的1％或更少，在一些实施方式中占到重量的大约0.01％到1％。例如，湿含量(用相对湿度表示)可为大约10％或更少，在一些实施方式中可为大约5％或更少，在一些实施方式中可为大约1％或更少，在一些实施方式中可为从大约0.01％到5％。
陶瓷壳体可包括一层或多层的陶瓷材料，例如氮化铝、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙等。陶瓷壳体的宽度和长度可依据应用目的而改变。例如在一个实施方式中，壳体的长度(如图1中的y轴方向)从大约2.0到大约10.0mm，在一些实施方式中从大约2.5到大约8.0mm，在一些实施方式中从大约3.0mm到大约6.5mm。壳体的宽度(如图1中的x轴方向)可在大约1.0到大约5mm之间变化，在一些实施方式中在大约1.5到大约4.5mm之间变化，在一些实施方式中在大约2.0到大约3.5mm之间变化。壳体的总高度(图1中的z轴方向)可选地保持很小，使得最后形成的组件可以很容易地结合到低轮廓产品中。例如，壳体的厚度可为大约5.0mm或更小，在一些实施方式中从大约0.4mm到大约3.5mm，在一些实施方式中从大约0.5mm到大约3.0mm。
如现有技术所知，电容器电连接到陶瓷壳体的方法可变化不同。例如，壳体的一个或多个表面可包括导电线路(conductive trace)，其电连接到电容器的阳极和阴极端子。可以采用任何导电材料来形成导电线路，例如导电金属(例如铜、镍、银、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁、锆、钨、镁及其合金)。特别适合的导电金属包括例如铜、铜合金(例如铜-锆、铜-镁、铜-锌或者铜-铁合金)、镍和镍合金(例如镍-铁合金)。导电线路可以用任何现有技术形成，例如印刷或涂覆含有金属的墨到壳体表面上。如果需要，可在基层金属层(例如铜合金)上涂或沉积一层或多层薄的外层金属层(例如金)，以进一步提高导电性。
导电线路与外部阳极和阴极端子电连接，用于将电容器组件安装到表面上。端子可简单地通过将导电线路延伸穿过陶瓷壳体而形成。或者，端子可是插脚、衬垫或盘片等形状，其穿过陶瓷壳体与导电线路相连。尽管如此，端子的厚度或高度通常这样选择以使电容器组件的厚度最小化。例如，端子的厚度可从大约0.05到大约1mm变化，在一些实施方式中从大约0.05到大约0.5mm变化，在一些实施方式中从大约0.1到大约0.2mm变化。如果需要，端子的表面可如现有技术中用镍、银、金、锡等电镀，以确保最后部件可安装到电路板上。在一个特殊实施方式中，端子的两个表面分别通过镍和银闪镀(sliver flash)，同时安装表面也镀上锡焊层。
例如参照图1，示出了这种电容器组件100的一个实施方式，包含陶瓷壳体120和电解电容器20。陶瓷壳体120包括下壁122和相对的两侧壁124，在两侧壁124之间形成有包括电容器20的空腔126。下壁122和侧壁124由如上所述的一层或多层的陶瓷材料形成。在本实施方式中，下壁122也包括导电线路127和129，其分别与电容器20的阳极引线80和阴极82电连接。导电线路127和129与引线80和阴极82的连接可以用任何现有技术实现，例如焊接、激光焊接、导电胶等。例如，在此实施方式中，使用导电胶131将引线80连接到导电线路127。同样地，用导电胶133将阴极82连接到导电线路129。导电胶可以通过含有树脂组合物的导电金属微粒制成。金属微粒可以是银、铜、金、铂、镍、锌、铋等。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)。适合的导电胶在给予Osako等人的美国专利申请No.2006/0038304公开说明书中有所描述，此文献整体结合于此，作为参考文献。
用连接件161将导电线路127穿过陶瓷壁122连接到外部阳极端子151上，同时用连接件163将导电线路129连接到外部阴极端子153上。连接件161和163可以是线、带、片、柱等形式，并且可以由金属制成。或者，导电线路可简单地延伸穿过陶瓷壁的通道而形成外部端子。在陶瓷壳体中提供导电端子的各种技术在授予Irie等人的美国专利No.5,314,606和授予Ushio等人的专利No.7,304832，以及给予Zhuang的美国专利申请No.2005/0167789和给予Brailey的专利申请No.2007/0138606中有更详细的描述。这些文献都整体结合于此，作为参考文献。
一旦电容器20定位在陶瓷壳体120中，就将盖子125放置在侧壁124的上表面上。盖子125可以由陶瓷、金属(例如铁、铜、镍、钴等及其合金)等制成。例如在一个实施方式中，盖子包含
Figure G2009101276906D00111
合金(卡彭特公司Carpenter Technology Corporation)，其为镍钴铁合金。壳体120的尺寸通常如此设置，使得盖子125不会与电容器20的任何表面接触，这样其不会被污染。当盖子125被放置在所需位置时，盖子125与侧壁124用现有技术密封，例如焊接(如电阻焊、激光焊等)、钎焊(soldering)等。密封通常发生在如上文所述存在惰性气体的情况下，这样得到的组件中几乎不存在活性气体(例如氧气和水蒸气)。
尽管不要求，但是在陶瓷壳体120中也可采用其它的层和/或材料。例如，在下壁122、侧壁124和/或盖子125上可能形成一个或更多的屏障部件(图中未显示)，以抑制在组件的密封过程中对电容器20造成的损伤。屏障部件可由现有技术中的任何材料制成，例如抗反射材料，其能够防止激光束被反射。这种材料的例子可包括聚合物，例如环氧树脂、聚酰亚胺、聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)，可选地，聚合物中包含填料粒子(例如黑色颜料)。
本发明的结果在于，即使暴露在高温环境中，电容器组件也可表现出极好的电性能。例如，在120Hz的操作频率下测量，电容器组件可具有小于大约50欧姆的等效串联电阻(“ESR”)，在一些实施方式中小于大约25欧姆，在一些实施方式中从大约0.01欧姆到10欧姆，在一些实施方式中从大约0.1欧姆到5欧姆。此外，可维持相对较低水平的泄漏电流，其中泄漏电流通常指从一个导体穿过绝缘体流到相邻导体的电流。例如，在一些实施方式中，本发明中的电容器的归一化泄漏电流的值小于大约1μA/μF×V，在一些实施方式中小于大约0.5μA/μF×V，在一些实施方式中小于大约0.1μA/μF×V，其中μA是指微安培，μF×V是电容量和额定电压的乘积。这样的ESR和归一化泄漏电流在高温中老化了较长时间后也可得到维持。例如，在从大约100℃到250℃的温度中，在一些实施方式中从大约100℃到大约200℃(例如100℃、125℃、150℃、175℃或200℃)，这些数值可以维持大约100小时或者更久，在一些实施方式中从大约300小时到大约2500小时，在一些实施方式中从大约400小时到大约1500小时(例如500小时、600小时、700小时、800小时、900小时、1000小时、1100小时、1200小时)。
参照下面例子可以更好地理解本发明。
测试过程
等效串联电阻(ESR)和电容量
等效串联电阻和电容量的测量采用具有2伏偏压和交流(AC)信号的安捷伦(Agilent)公司的4284A LCR仪表，操作频率是120Hz。
泄漏电流
泄漏电流(“DCL”)的测量采用英国Mantracourt电子有限公司(Mantracourt Electronics LTD，UK)制造的MC 190泄漏测试仪。MC 190实验测量在10伏的额定电压情况下在30秒之后的泄漏电流。
例1
在小颗粒中压入70,000μFV/g的钽粉末(世泰科公司生产)。然后在含有磷酸的水溶液中实施阳极氧化。选择电压，以在10.0V的额定电压下获得33μF的目标电容。在阳极氧化之后，用本领域技术人员所知的常规技术给小颗粒涂覆上PEDT导电聚合物层、石墨涂层和银涂层。电容器主体尺寸为2.44mm×1.78mm×0.68mm。
也可从位于加州圣地亚哥的京瓷)美国公司(Kyocera America，Inc.ofSan Diego，California)获得名为“Cap Pak.”的陶瓷容器。为了将钽电容器连接在陶瓷容器中，使用了载银环氧胶合剂(Lord公司的热固塑料K611-14，Thermoset K 611-14，Lord Corporation)。首先将电容器的引线(钽)粘结到容器内的导电线路上，然后将电容器的一部分粘结到另一导电线路上。将得到的组件在对流加热炉中在85℃的预设温度下加热45分钟，以使胶合剂固化。为了确保连接牢固，再施加0.01克的附加环氧胶合剂(汉高-乐秦公司Henkel Loctite生产)。所述附加胶合剂在室温下固化60分钟。再提供
Figure G2009101276906D00131
金属盖子，其形状设定为与陶瓷容器的尺寸紧密配合。在胶合剂固化后，盖子被放置到容器的顶部，使得在盖子的内表面和所连接的电容器的外表面之间没有直接接触。然后将得到的组件放置到焊接室中，并于在60℃实施缝焊之前，用氮气净化120分钟。在缝焊之后不实施预烧(burn-in)或复原(healing)。
在成形后，将部件放置在空气中在150℃的温度下进行存放实验。每周，在室温(23℃±2℃)下对泄漏电流(DCL)、等效串联电阻(ESR)和部件的电容量进行测定，以检验部件是否已经表现出衰减。结果如图2-4所示。如图所示，在最初的100小时内仅发生了很少突变，然后性能稳定至几乎1200小时。在最初100小时中的变化可能潜在地与五氧化二钽电介质的热复原(thermal healing)有关。特别是，在1200小时后，在9个样品中只有一个显示出大约6.0Ω的不规则ESR，相信这是由于电容器连接不好所致。在电容量上未发现显著变化。在大约1200小时之后，泄漏电流(“DCL”)呈现出非常平坦的稳定水平，并处于在3.0到16.0μA之间，这也很正常，因为测量的DCL尚未达到稳态泄漏电流。
例2
如例1中所述准备电容器组件，不同之处在于部件被放置在175℃的空气中。如例1所述每周进行测试。结果如图5-7所示。类似于例1，未发现明显的衰减。
例3
如例1中所述准备电容器组件，不同之处在于部件被放置在200℃的空气中。如例1所述每周进行测试。结果如图8-10所示。类似于例1，未发现明显的衰减。
例4
如例1中所述准备电容器组件，不同之处在于部件被放置在175℃的空气中，并经受6.0伏的施加电压。如例1所述每周进行测试。结果如图11-13所示。图11显示了DCL的增加，这并不令人惊讶，因为由于氧向钽基质的迁移造成五氧化二钽具有内在的热稳定性问题。因此，绝缘层变得更薄，使得绝缘层中点缺陷迁移在高场应力下相对更容易移动。如图13所示，未发现ESR的明显增加。ESR在最初900小时中在2.0Ω附近变化。电容量在一开始有少量增加，并具有以小斜率下降的趋势。与初始电容量相比，在900小时之后，电容量改变了-0.5％。
比较例1
在不将钽电容器放置在陶瓷容器中的前提下，如例1中所述测试钽电容器。结果如图14-16所示，所述图显示出导电聚合物的快速衰减。
在不背离本发明的精神和范围的条件下，本领域的普通技术人员可以实现本发明的这些和其他改进和变型方案。此外应当理解的是，各个实施方式的方面可以整体或部分地互相交换。此外，本领域技术人员将明白，前面的描述仅是通过举例的方式进行，并不意味着对所附权利要求中进一步描述的本发明做出限制。

Claims (28)

1.一种电容器组件，包括：
电解电容器，包括阳极、绝缘层和覆盖在所述绝缘层上的阴极，所述阳极包含多孔的烧结的小颗粒，所述小颗粒包括钽或氧化铌，所述绝缘层由阳极氧化形成在所述小颗粒上和所述小颗粒内，所述阴极包括导电聚合物；
陶瓷壳体，电解电容器被装入并密封在其中，所述陶瓷壳体限定具有气体氛围的内部空腔，所述气体氛围包含惰性气体，盖子不接触所述电容器的任何表面以使得所述内部空腔在所述盖子和所述电容器之间具有间隔；
阴极端子，与所述阴极电连接并且位于所述陶瓷壳体的外部；以及
阳极端子，与所述阳极电连接并且位于所述陶瓷壳体的外部。
2.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述小颗粒包括钽。
3.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述小颗粒包括氧化铌。
4.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，从所述阳极延伸出阳极导线，所述阳极导线电连接到所述阳极端子。
5.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述导电聚合物包括聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)或者其衍生物。
6.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氙气、氖气、氪气、氡气或其组合。
7.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述惰性气体占所述气体氛围50-100％的重量百分比。
8.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述惰性气体占所述气体氛围75-100％的重量百分比。
9.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，氧气占所述气体氛围不到1％的重量百分比。
10.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，在所述陶瓷壳体的内表面上形成有第一导电线路和第二导电线路，分别与所述阳极端子和所述阴极端子电连接，其中所述阳极与所述第一导电线路电连接，所述阴极与所述第二导电线路电连接。
11.如权利要求10所述的电容器组件，其特征在于，用导电胶将所述第一导电线路电连接到所述阳极。
12.如权利要求10所述的电容器组件，其特征在于，用导电胶将所述第二导电线路电连接到所述阴极。
13.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，所述陶瓷壳体包含含有抗反射材料的屏障部件。
14.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，经过在150℃持续1000小时的老化后，所述组件呈现出在120Hz操作频率下测量的50欧姆或更少的等效串联电阻。
15.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，经过在150℃持续1000小时的老化后，所述组件呈现出在120Hz操作频率下测量的从0.01至10欧姆的等效串联电阻。
16.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，经过在175℃持续700小时的老化后，所述组件呈现出在120Hz操作频率下测量的50欧姆或更少的等效串联电阻。
17.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，经过在150℃持续1000小时的老化后，所述组件呈现出0.1μA/μF×V或更少的归一化泄漏电流。
18.如权利要求1所述的电容器组件，其特征在于，经过在175℃持续700小时的老化后，所述组件呈现出0.1μA/μF×V或更少的归一化泄漏电流。
19.一种形成电容器组件的方法，所述方法包括：
提供电解电容器，所述电解电容器包括阳极、绝缘层和覆盖在所述绝缘层上的阴极，其中，所述阳极包含多孔的烧结的小颗粒，所述小颗粒包括钽或氧化铌，所述绝缘层由阳极氧化形成在所述小颗粒上和所述小颗粒内，所述阴极包括导电聚合物，并且从所述阳极延伸出阳极导线；
将所述电解电容器置于陶瓷壳体中；
将所述阴极电连接到阴极端子；
将所述阳极导线电连接到阳极端子；
将盖子置于所述陶瓷壳体上方；以及
在包含惰性气体的气体氛围中将所述盖子密封在所述陶瓷壳体上，所述陶瓷壳体限定了内部空腔，并且所述盖子不接触所述电容器的任何表面以使得所述内部空腔在所述盖子和所述电容器之间具有间隔。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述导电聚合物包括聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)或者其衍生物。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氙气、氖气、氪气、氡气或其组合。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述惰性气体占所述气体氛围50-100％的重量百分比。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述惰性气体占所述气体氛围的75-100％的重量百分比。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述陶瓷壳体的内表面上设置有第一导电线路和第二导电线路，分别与所述阳极端子和所述阴极端子电连接，其中所述阳极导线与所述第一导电线路电连接，所述阴极与所述第二导电线路电连接。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，用导电胶将所述第一导电线路电连接到所述阳极导线。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，用导电胶将所述第二导电线路电连接到所述阴极。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述盖子焊接于所述陶瓷壳体。
28.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述盖子钎焊于所述陶瓷壳体。
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