(57)【要約】【課題】超高電圧環境で使用されるキャパシタアセンブリを提供すること。【解決手段】そのような高電圧で良好な性能を実現するのを助けるため、キャパシタ要素の数、キャパシタ要素をアセンブリに配置構成し組み込む手法、およびキャパシタ要素が形成される手法を含めたアセンブリの様々な態様が、本発明では制御される。例えばキャパシタアセンブリは、第１のキャパシタ要素のアノードリードが電気接続しているアノード端子と、第２のキャパシタ要素のカソードが電気接続しているカソード端子とを含有する。アセンブリの破壊電圧特性を改善するのを助けるため、キャパシタ要素は、第２のキャパシタ要素のアノードリードも伝導性部材を介して第１のキャパシタ要素のカソードに電気接続されるよう、直列に電気接続されている。【選択図】図１
2020145477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結された多孔質アノード本体、前記アノード本体の上に重なる誘電体層、および伝導性ポリマーを含む前記誘電体層の上に重なる固体電解質をそれぞれ含有する第１および第２のキャパシタ要素であって、前記第１のキャパシタ要素および前記第２のキャパシタ要素から第１および第２のアノードリードがそれぞれ延びている、第１および第２のキャパシタ要素と、
前記第１のキャパシタ要素の前記固体電解質を、前記第２のキャパシタ要素の前記アノードリードに電気接続する結合部材と、
前記第１および第２のキャパシタ要素が内部に配置されかつ密閉封止されている、内部キャビティを画定するハウジングであって、前記内部キャビティが不活性ガスを含有する気体雰囲気を有するハウジングと、
前記第１のキャパシタ要素の前記第１のアノードリードに電気接続している外部アノード端子と、
前記第２のキャパシタ要素の前記固体電解質に電気接続している外部カソード端子と
を含む、キャパシタアセンブリ。
【請求項２】
不活性ガスが、前記気体雰囲気の約５０質量％〜１００質量％を構成する、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項３】
前記ハウジングが、金属、プラスチック、セラミック、またはこれらの組合せから形成される、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のアノードリードの横方向にほぼ垂直に配置され、かつそこに接続された、第１の部分を含有する第１の伝導性部材をさらに含む、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項５】
前記第１の伝導性部材が、前記第１のアノードリードが延びる前記横方向にほぼ平行に配置された第２の部分をさらに含有する、請求項４に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の伝導性部材が前記アノード端子に接続されている、請求項４に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項７】
前記第２のキャパシタ要素の前記固体電解質に電気接続された第２の伝導性部材をさらに含む、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項８】
前記第２の伝導性部材が前記カソード端子に接続されている、請求項７に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項９】
前記第１のアノードリードおよび前記第２のリードが反対方向に向いている、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１０】
２〜１０個のキャパシタ要素を含む、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１および第２のキャパシタ要素の間に配置された第３のキャパシタ要素であって、焼結された多孔質アノード本体、前記アノード本体の上に重なる誘電体層、および伝導性ポリマーを含む前記誘電体層の上に重なる固体電解質を含有する第３のキャパシタ要素と、
前記第３のキャパシタ要素から延びる第３のアノードリードと
をさらに含む、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１のアノードリードおよび前記第２のアノードリードが同じ方向に向いている、請求項１１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１のアノードリードおよび前記第３のアノードリードが反対方向を向いている、請求項１２に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１４】
前記結合部材が、第１の部分、第２の部分、および第３のキャパシタ要素から形成され、前記第１の部分は、前記第１のキャパシタ要素の前記固体電解質および前記第３のキャパシタ要素の前記第３のアノードリードを電気接続し、前記第２の部分は、前記第３のキャパシタ要素の前記固体電解質を前記第２のキャパシタ要素の前記第２のアノードリードに電気接続する、請求項１１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１５】
前記アノード本体が、タンタル、ニオブ、またはこれらの導電性酸化物を含有する粉末から形成される、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１６】
前記伝導性ポリマーが置換ポリチオフェンである、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１７】
前記置換ポリチオフェンがポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）である、請求項１６に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１８】
前記固体電解質が、複数の半重合伝導性ポリマー粒子を含む、請求項１に記載のキャパシタアセンブリ。
【請求項１９】
約６００Ｖ以上の破壊電圧を示す、請求項１から１８までのいずれかに記載のキャパシタアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
固体電解キャパシタ（例えばタンタルキャパシタ）は、電子回路の小型化に対して主要な貢献を行っており、極限環境でのそのような回路の適用を可能にしてきた。従来の固体電解キャパシタは、金属リードワイヤの周りに金属粉末（例えばタンタル）をプレスし、プレスされた部分を焼結し、焼結されたアノードを陽極酸化し、その後、固体電解質を付着させることによって形成されてもよい。本質的に伝導性のポリマーは、それらの有利な低等価直列抵抗（「ＥＳＲ」）および「不燃性／非点火」故障モードにより、固体電解質としてしばしば用いられる。そのような電解質は、触媒およびドーパントの存在下、モノマーのｉｎ  ｓｉｔｕ重合を通して形成することができる。代替の、予め作製された伝導性ポリマースラリーを用いてもよい。それらがどのように形成されるかとは無関係に、伝導性ポリマー電解質に関する１つの問題は、このポリマーが元々弱く、キャパシタの形成中またはその動作中に時々誘電体からの離層を引き起こす可能性があることである。さらに、非常に高い電圧がかかる用途では、誘電体層の品質がその部分の故障を引き起こす可能性がある。例えば高電圧電力分布システムは高電圧をキャパシタに送出し、その結果、特に高速スイッチオンの最中または動作電流スパイクの最中に突入電流または「サージ」電流をもたらす可能性がある。キャパシタが故障せずに耐えることのできるピークサージ電流は、一部は誘電体の品質に関係すると考えられる。より薄い領域は、より厚い隣接領域よりも低い抵抗を有するので、より薄い領域で散逸する電力は一般により大きくなる。したがってサージ電流が印加される場合、これらのより薄い領域は弱い「ホットスポット」になり、最終的には誘電体の劣化および破壊をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
したがって、非常に高い電圧環境で改善された性能を有する固体電解キャパシタが、現在求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一実施形態によれば、焼結済み多孔質アノード本体と、このアノード本体上に重なる誘電体層と、この誘電体層上に重なった伝導性ポリマーを含む固体電解質とをそれぞれが含有する、第１および第２のキャパシタ要素を含有するキャパシタアセンブリが開示される。第１および第２のアノードリードは、それぞれ第１のキャパシタ要素および第２のキャパシタ要素から延びる。結合部材は、第１のキャパシタ要素の固体電解質を第２のキャパシタ要素のアノードリードに電気的に接続する。アセンブリは、第１および第２のキャパシタ要素が配置されており、かつ密閉封止されている内部キャビティであって、不活性ガスを含有する気体雰囲気を有する内部キャビティを画定するハウジングも含む。さらに、アノード端子は第１のキャパシタ要素の第１のアノードリードに電気接続しており、カソード端子は第２のキャパシタ要素の固体電解質に電気接続している。
本発明のその他の特徴および態様について、以下により詳細に述べる。
当業者を対象とする本発明の完全かつ可能な開示を、その最良の形態も含め、添付される図を参照する本明細書の残りの部分でより詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明のキャパシタアセンブリの、一実施形態の上面図である。
【図２】本発明のキャパシタアセンブリの、別の実施形態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書および図面における参照符号の反復使用は、本発明と同じまたは類似の特徴または要素を表すものとする。
本考察は、単なる例示的な実施形態を記述するものであり、本発明のより広範な態様を限定するものではなく、より広範なその態様は例示的な構成に具体化されることが、当業者に理解されよう。
概して本発明は、約６００Ｖ以上の定格電圧など、超高電圧環境で使用されるキャパシタアセンブリを対象とする。そのような高電圧で良好な性能を実現するのを助けるため、本発明では、キャパシタ要素の数、キャパシタ要素を配置構成しアセンブリに組み込む手法、およびキャパシタ要素を形成する手法を含めたアセンブリの様々な態様が制御される。例えばキャパシタアセンブリは、第１のキャパシタ要素のアノードリードが電気的に接続されているアノード端子と、第２のキャパシタ要素のカソード（例えば固体電解質）が電気的に接続されているカソード端子とを含有する。アセンブリの破壊電圧特性を改善するのを助けるため、キャパシタ要素は、単一の構成要素または多数の構成要素から形成され得る伝導性部材を介して、第２のキャパシタ要素のアノードリードが第１のキャパシタ要素のカソード（例えば固体電解質）に電気接続されるように、直列に電気接続されている。ある手法で電気的に接続される他、キャパシタ要素は、不活性ガスを含有する気体雰囲気の存在下でハウジング内に封入され、かつ密閉封止され、それによってキャパシタ要素の固体電解質に供給される酸素および水分の量が制限される。
【０００６】
次に本発明の様々な実施形態について、より詳細に記述する。
Ｉ．  キャパシタ要素
Ａ．  アノード
キャパシタ要素のアノードは一般に、バルブ金属組成物から形成される。組成物の比電荷は、約２，０００μＦ・Ｖ／ｇ〜約１５０，０００μＦ・Ｖ／ｇ、いくつかの実施形態では約３，０００μＦ・Ｖ／ｇ〜約７０，０００μＦ・Ｖ／ｇまたはそれ以上、いくつかの実施形態では約４，０００μＦ・Ｖ／ｇ〜約５０，０００μＦ・Ｖ／ｇのように変化し得る。当技術分野で公知のように、比電荷は用いられる陽極酸化電圧をキャパシタンスに乗じ、次いでこの積を陽極酸化された電極本体の質量で割ることによって決定されてもよい。
【０００７】
バルブ金属組成物は、一般にバルブ金属（即ち酸化可能な金属）またはバルブ金属をベースにした化合物、例えばタンタル、ニオブ、アルミニウム、ハフニウム、チタン、これらの合金、これらの酸化物、およびこれらの窒化物などを含有する。例えばバルブ金属組成物は、ニオブの導電性酸化物、例えばニオブと酸素との原子比１：１．０±１．０、いくつかの実施形態では１：１．０±０．３、いくつかの実施形態では１：１．０±０．１、およびいくつかの実施形態では１：１．０±０．０５を有する酸化ニオブを含有していてもよい。酸化ニオブは、ＮｂＯ0.7、ＮｂＯ1.0、ＮｂＯ1.1、およびＮｂＯ2であってもよい。そのようなバルブ金属酸化物の例は、Ｆｉｆｅの米国特許第６，３２２，９１２号；Ｆｉｆｅらの第６，３９１，２７５号；Ｆｉｆｅらの第６，４１６，７３０号；Ｆｉｆｅの第６，５２７，９３７号；Ｋｉｍｍｅｌらの第６，５７６，０９９号；Ｆｉｆｅらの第６，５９２，７４０号；およびＫｉｍｍｅｌらの第６，６３９，７８７号；およびＫｉｍｍｅｌらの第７，２２０，３９７号、ならびにＳｃｈｎｉｔｔｅｒの米国特許出願公開第２００５／００１９５８１号；Ｓｃｈｎｉｔｔｅｒらの第２００５／０１０３６３８号；Ｔｈｏｍａｓらの第２００５／００１３７６５号に記載されている。
【０００８】
アノード本体を形成するには、バルブ金属組成物の粉末を一般に用いる。粉末は、結節状、角張った状態、薄片など、ならびにこれらの混合物のような様々な形状のいずれかの粒子を含有していてもよい。特定の実施形態では、粒子は比較的平らなまたは平板の形状を保持しているので、薄片状の形態を有することができる。そのような粒子は、アノードの外面と内部との間に短い伝送ラインを提供することができ、また高伝導度を持つ高度に連続的かつ稠密なワイヤ・アノード間接続も提供することもできる。とりわけこの状態は、破壊電圧（キャパシタが故障する電圧）の増大を促進することがあり、等価直列抵抗（「ＥＳＲ」）の低下を促進することもある。粒子は、より高い電圧で陽極酸化されたときにアノードの比電荷を増大させることがあり、それによってエネルギー密度が増大する。用いられる場合、薄片粒子は一般に平らである。平坦度は「アスペクト比」によって、即ち粒子の平均直径または幅を平均厚さで割った値（「Ｄ／Ｔ」）によって一般に定義される。例えば、粒子のアスペクト比は約２〜約１００、いくつかの実施形態では約３〜約５０、いくつかの実施形態では約４〜約３０であってもよい。粒子は約０．５〜約１０．０ｍ2／ｇ、いくつかの実施形態では約０．７〜約５．０ｍ2／ｇ、いくつかの実施形態では約１．０〜約４．０ｍ2／ｇの比表面積を有していてもよい。「比表面積」という用語は、一般に、吸着ガスとして窒素を用いた、Bruanauer, Emmet, および Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, p. 309の物理的ガス吸着（Ｂ．Ｅ．Ｔ．）法によって決定された表面積を指す。試験は、吸収可能で不活性なキャリアガス（例えばヘリウム）の流動混合物の熱伝導度の変化を感知することによって、固体表面に吸着された吸着可能な窒素ガスの量を測定する、ＱＵＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｙｏｓｓｅｔ、ＮＹから入手可能なＭＯＮＯＳＯＲＢ（登録商標）比表面積分析器で実施されてもよい。
【０００９】
嵩密度（Ｓｃｏｔｔ密度としても公知である）は、典型的には約０．１〜約２グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｍ3）、いくつかの実施形態では約０．２ｇ／ｃｍ3〜約１．５ｇ／ｃｍ3、いくつかの実施形態では約０．４ｇ／ｃｍ3〜約１ｇ／ｃｍ3でもある。「嵩密度」は流量計漏斗および密度カップを使用して決定することができる。より詳細には、カップを完全に満たしかつカップの周辺から溢れるまで、粉末サンプルを漏斗を通してカップ内に注いでもよく、その後サンプルをカップの上面と同一平面になるように、振動させることなくへらで平らにしてもよい。平らにしたサンプルを天秤に移し、０．１ｇに最も近くなるまで計量して、密度値を決定する。そのような装置はＥｌｉｚａｂｅｔｈ、Ｎｅｗ  ＪｅｒｓｅｙのＡｌｃａｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｃｏｒｐ．から市販されている。粒子は約０．１〜約１００μｍ、いくつかの実施形態では約０．５〜約７０μｍ、およびいくつかの実施形態では約１〜約５０μｍの平均サイズ（例えば幅）を有していてもよい。
【００１０】
ある追加の構成要素が粉末に含まれてもよい。例えば粉末は、アノード本体が形成されるようプレスされたとき、粒子が互いに十分に接着するのが確実になるように、結合剤および／または潤滑剤と混合されてもよい。次いで得られた粉末を、任意の従来の粉末プレスデバイスを使用して、ペレットが形成されるように締め固めてもよい。粉末はアノードリード（例えば、タンタルワイヤ）の周りで締め固めてもよい。アノードリードは代替として、アノード本体のプレスおよび／または焼結の後にアノード本体に取着（例えば溶接）され得ることをさらに理解すべきである。
【００１１】
次いで、締固め後、得られたアノード本体を、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、六角形、八角形、七角形、五角形などの任意の所望の形状に切断してもよい。アノード本体は、ＥＳＲを最小限に抑え、かつキャパシタンスの周波数応答を延ばすよう表面と体積との比を増大させるため、１つまたは複数の畝、溝、窪み、または圧痕を含有するという点で、「溝付き」形状を有していてもよい。次いで、アノード本体を加熱ステップに供し、任意の結合剤／潤滑剤の全てではないがほとんどを除去してもよい。例えばアノード本体は、典型的には約１５０℃〜約５００℃の温度で動作する炉によって加熱される。あるいは結合剤／潤滑剤は、Ｂｉｓｈｏｐらの米国特許第６，１９７，２５２号に記載されるように、ペレットと水溶液とを接触させることによって除去されてもよい。その後、多孔質本体を焼結して一体的な塊を形成してもよい。焼結の温度、雰囲気、および時間は、アノードのタイプ、アノードのサイズなど様々な因子に依存し得る。典型的には焼結は、約８００℃〜約１９００℃の温度、いくつかの実施形態では約１０００℃〜約１５００℃、いくつかの実施形態では約１１００℃から約１４００℃の温度で、約５分〜約１００分、いくつかの実施形態では約３０分〜約６０分の時間で行われる。必要に応じて、焼結は、アノードへの酸素原子の移送を制限する雰囲気中で行ってもよい。例えば、焼結は、真空、不活性ガス、水素などの還元雰囲気中で行ってもよい。還元雰囲気は、約１０Ｔｏｒｒ〜約２０００Ｔｏｒｒ、いくつかの実施形態では約１００Ｔｏｒｒ〜約１０００Ｔｏｒｒ、およびいくつかの実施形態では約１００Ｔｏｒｒ〜約９３０Ｔｏｒｒの圧力であってもよい。水素およびその他の気体（例えばアルゴンまたは窒素）の混合物を用いてもよい。
【００１２】
得られたアノードは、比較的低い炭素および酸素含量を有していてもよい。例えばアノードは、約５０ｐｐｍ以下の炭素、いくつかの実施形態では約１０ｐｐｍ以下の炭素を有していてもよい。同様にアノードは、約３５００ｐｐｍ以下の酸素、いくつかの実施形態では約３０００ｐｐｍ以下の酸素、いくつかの実施形態では約５００〜約２５００ｐｐｍの酸素を有していてもよい。酸素含量はＬＥＣＯ酸素分析器により測定されてもよく、タンタル表面の自然酸化物中に酸素を含み、かつタンタル粒子中にバルク状の酸素を含む。バルク状酸素含量はタンタルの結晶格子周期によって制御され、溶解限度に到達するまでタンタル中の酸素含量が増加するにつれ直線的に増加する。この方法は"Critical Oxygen Content In Porous Anodes Of Solid Tantalum Capacitors", Pozdeev-Freeman et al., Journal of Materials Science: Materials In Electronics 9, (1998) 309-311に記載されており、ここではタンタルの結晶格子周期を測定するのにＸ線回折分析（ＸＲＤＡ）を用いられている。焼結されたタンタルアノード中の酸素は薄い自然表面酸化物に制限されてもよく、それに対してタンタルのバルクは実際に酸素を含まない。
上述のように、アノードリードは、そこから長手方向に延びるアノード本体に接続されてもよい。アノードリードは、ワイヤ、シートなどの形をとってもよく、タンタル、ニオブ、酸化ニオブなどのバルブ金属化合物から形成されてもよい。リードの接続は、リードを本体に溶接し、または形成中に（例えば締固めおよび／または焼結の前に）リードをアノード本体に埋め込むなど、公知の技法を使用して実現されてもよい。
【００１３】
Ｂ.  誘電体
誘電体もアノード本体の上に重なり、またはコーティングされる。誘電体は、誘電体層がアノード本体の上および／または内部に形成されるように、焼結されたアノードを陽極により酸化する（「陽極酸化」する）ことによって形成されてもよい。例えばタンタル（Ｔａ）アノード本体は、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）に陽極酸化されてもよい。典型的には、陽極酸化はアノード本体を電解質中に浸漬させることなどにより、溶液をアノード本体に最初に付着させることによって行われる。溶媒は、水（例えば脱イオン水）などが一般に用いられる。イオン伝導度を高めるために、溶媒中で解離してイオンを形成することが可能な化合物を用いてもよい。そのような化合物の例には、例えば、電解質に関して以下に記述するような酸が含まれる。例えば、酸（例えばリン酸）は、陽極酸化溶液の約０．０１質量％〜約５質量％、いくつかの実施形態では約０．０５質量％〜約０．８質量％、およびいくつかの実施形態では約０．１質量％〜約０．５質量％を構成してもよい。必要に応じて、酸のブレンドを用いてもよい。
【００１４】
電流は、陽極酸化溶液を通過して誘電体層を形成する。形成電圧の値は、誘電体層の厚さを管理する。例えば電源は、必要な電圧に到達するまで、定電流モードで最初に設定してもよい。その後、電源を定電位モードに切り換えて、望まれる誘電体の厚さがアノード本体の表面全体にわたって形成されることを確実にしてもよい。当然ながら、パルスまたはステップ定電位法などのその他の公知の方法を用いてもよい。陽極酸化が生じる電圧は、典型的には約４〜約２５０Ｖに及び、いくつかの実施形態では約９〜約２００Ｖ、いくつかの実施形態では約２０〜約１５０Ｖに及ぶ。酸化中、陽極酸化溶液は約３０℃以上、いくつかの実施形態では約４０℃〜約２００℃、いくつかの実施形態では約５０℃〜約１００℃などの高温で保持することができる。陽極酸化は周囲温度以下で行うこともできる。得られた誘電体層はアノード本体の表面に、およびその細孔内に形成されてもよい。
【００１５】
Ｃ．  固体電解質
上述のように固体電解質は、キャパシタ用のカソードとして一般に機能する誘電体上に重なる。固体電解質は、酸化または還元後に典型的にはπ共役されておりかつ導電率を有する、例えば少なくとも約１μＳ／ｃｍの導電率を有する伝導性ポリマーを含有する。そのようなπ共役伝導性ポリマーの例には、ポリ複素環（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなど）、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェノレートなどが含まれる。一実施形態では、例えばポリマーは下記の一般構造を有するような置換ポリチオフェンである。
【００１６】
【化１】
2020145477.tif 000003
（式中、
Ｔは、ＯまたはＳであり；
Ｄは、置換されていてもよいＣ1−Ｃ5アルキレンラジカル（例えば、メチレン、エチレン、ｎ−プロピレン、ｎ−ブチレン、ｎ−ペンチレンなど）であり；
Ｒ7は、直鎖状または分枝状の、置換されていてもよいＣ1−Ｃ18アルキルラジカル（例えば、メチル、エチル、ｎ−またはｉｓｏ−プロピル、ｎ−、ｉｓｏ−、ｓｅｃ−、またはｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、１−メチルブチル、２−メチルブチル、３−メチルブチル、１−エチルプロピル、１，１−ジメチルプロピル、１，２−ジメチルプロピル、２，２−ジメチルプロピル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、２−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、ｎ−ウンデシル、ｎ−ドデシル、ｎ−トリデシル、ｎ−テトラデシル、ｎ−ヘキサデシル、ｎ−オクタデシルなど）；置換されていてもよいＣ5−Ｃ12シクロアルキルラジカル（例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシルなど）；置換されていてもよいＣ6−Ｃ14アリールラジカル（例えば、フェニル、ナフチルなど）；置換されていてもよいＣ7−Ｃ18アラルキルラジカル（例えば、ベンジル、ｏ−、ｍ−、ｐ−トリル、２，３−、２，４−、２，５−、２−６、３−４−、３，５−キシリル、メシチルなど）；置換されていてもよいＣ1−Ｃ4ヒドロキシアルキルラジカルまたはヒドロキシルラジカルであり；ｑは、０〜８の整数であり、いくつかの実施形態では０〜２、いくつかの実施形態では０であり；
ｎは、２〜５，０００であり、いくつかの実施形態では４〜２０００であり、いくつかの実施形態では５〜１，０００である）。ラジカル「Ｄ」または「Ｒ7」に関する置換基の例には、例えば、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホネート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボネート、カルボキシレート、シアノ、アルキルシラン、およびアルコキシシラン基、およびカルボキシルアミド基などが含まれる。
【００１７】
特に適切なチオフェンポリマーは、「Ｄ」が置換されていてもよいＣ2−Ｃ3アルキレンラジカルのものである。例えば、ポリマーは、置換されていてもよいポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）であって、下記の一般構造を有するものでよい。
【００１８】
【化２】
2020145477.tif 000004
【００１９】
上述のような伝導性ポリマーを形成するための方法は、当技術分野で周知である。例えば、Ｍｅｒｋｅｒらの米国特許第６，９８７，６６３号は、モノマー前駆体から置換ポリチオフェンを形成するための様々な技法について記述する。モノマー前駆体は、例えば下記の構造を有する。
【化３】
2020145477.tif 000005
（式中、
Ｔ、Ｄ、Ｒ7、およびｑは上記にて定義される）。特に適切なチオフェンモノマーは、「Ｄ」が、置換されていてもよいＣ2−Ｃ3アルキレンラジカルのものである。例えば、置換されていてもよい３，４−アルキレンジオキシチオフェンは、一般構造を有するものを用いてもよい。
【００２０】
【化４】
2020145477.tif 000006
（式中、Ｒ7およびｑは、上記にて定義される）。ある特定の実施形態において、「ｑ」は０である。３，４−エチレンジオキシチオフェンの１つの商用として適切な例は、Ｃｌｅｖｉｏｓ（商標）Ｍという名称でＨｅｒａｅｕｓ  Ｃｌｅｖｉｏｓから入手可能である。その他の適切なモノマーは、Ｂｌｏｈｍらの米国特許第５，１１１，３２７号およびＧｒｏｅｎｅｎｄａａｌらの第６，６３５，７２９号にも記載されている。これらのモノマーの誘導体は、例えば上記モノマーのダイマーまたはトリマーであるものが用いられてもよい。モノマーの高級分子誘導体、即ちテトラマー、ペンタマーなどは、本発明で使用するのに適切である。誘導体は同一の、または異なるモノマー単位で構成されてもよく、純粋な形で、または互いのおよび／またはモノマーとの混合物として使用されてもよい。これらの前駆体の酸化または還元形態を用いてもよい。
【００２１】
様々な方法が、伝導性ポリマー層を形成するのに利用されてもよい。例えばｉｎ  ｓｉｔｕ重合層は、酸化触媒の存在下でモノマーを化学的に重合することにより形成されてもよい。酸化触媒は、典型的には、鉄（ＩＩＩ）、銅（ＩＩ）、クロム（ＶＩ）、セリウム（ＩＶ）、マンガン（ＩＶ）、マンガン（ＶＩＩ）、またはルテニウム（ＩＩＩ）陽イオンなどの、遷移金属陽イオンを含む。ドーパントは、伝導性ポリマーに過剰な電荷を提供し、かつポリマーの伝導性を安定化するのに用いられてもよい。ドーパントは、典型的には、スルホン酸のイオンなどの無機または有機陰イオンを含む。ある実施形態において、酸化触媒は、陽イオン（例えば遷移金属）および陰イオン（例えばスルホン酸）を含むので、触媒およびドーピング機能の両方を有する。例えば、酸化触媒は、例えば、鉄（ＩＩＩ）ハロゲン化物（例えばＦｅＣｌ3）、またはＦｅ（ＣｌＯ4）もしくはＦｅ2（ＳＯ4）3などの他の無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩、有機酸および有機ラジカルを含む無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩を含む、遷移金属塩であってもよい。有機ラジカルを持つ無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩の例には、例えば、Ｃ1−Ｃ20アルカノールの硫酸モノエステルの鉄（ＩＩＩ）塩（例えばラウリル硫酸の鉄（ＩＩＩ）塩）が含まれる。同様に、有機酸の鉄（ＩＩＩ）塩の例には、例えば、Ｃ1−Ｃ20アルカンスルホン酸（例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、またはドデカンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩；脂肪族パーフルオロスルホン酸（例えばトリフルオロメタンスルホン酸、パーフルオロブタンスルホン酸、またはパーフルオロオクタンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩；脂肪族Ｃ1−Ｃ20カルボン酸（例えば２−エチルヘキシルカルボン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩；脂肪族パーフルオロカルボン酸（例えばトリフルオロ酢酸またはパーフルオロオクタン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩；Ｃ1−Ｃ20アルキル基によって置換されてもよい芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、またはドデシルベンゼンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩；シクロアルカンスルホン酸（例えばカンファースルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩などが含まれる。これらの上述の鉄（ＩＩＩ）塩の混合物を使用してもよい。鉄（ＩＩＩ）−ｐ−トルエンスルホネート、鉄（ＩＩＩ）−ｏ−トルエンスルホネート、およびこれらの混合物が特に適切である。鉄（ＩＩＩ）−ｐ−トルエンスルホネートの１つの商用として適切な例は、Ｃｌｅｖｉｏｕｓ（商標）Ｃという名称でＨｅｒａｅｒｕｓ  Ｃｌｅｖｉｏｕｓから入手可能である。
【００２２】
酸化触媒およびモノマーは、重合反応を開始させるために順次または一緒に付着されてもよい。これらの構成要素を付着させるのに適切な付着技法には、スクリーン印刷、浸漬、電気泳動コーティング、および噴霧が含まれる。例として、モノマーを最初に酸化触媒と混合して前駆体溶液を形成してもよい。混合物が形成されたら、この混合物をアノード部分に付着させ次いで重合させて、伝導性コーティングが表面に形成されるようにしてもよい。あるいは、酸化触媒およびモノマーを順次付着させてもよい。一実施形態では、例えば酸化触媒を有機溶媒（例えばブタノール）に溶解し、次いで浸漬溶液として付着させる。次いでアノード部分を乾燥させて、そこから溶媒を除去してもよい。その後、その部分をモノマーを含有する溶液に浸漬してもよい。それでも重合は、使用される酸化剤および所望の反応時間に応じて、典型的には約−１０℃〜約２５０℃、いくつかの実施形態では約０℃〜約２００℃の温度で行われる。上述のような適切な重合技法は、Ｂｉｌｅｒの米国特許第７，５１５，３９６号でより詳細に記述されている。そのような（１種または複数の）伝導性コーティングを付着するためのさらにその他の方法は、Ｓａｋａｔａらの米国特許第５，４５７，８６２号、Ｓａｋａｔａらの第５，４７３，５０３号、Ｓａｋａｔａらの第５，７２９，４２８号、およびＫｕｄｏｈらの５，８１２，３６７号明細書に記述されている。
【００２３】
ｉｎ  ｓｉｔｕ付着に加え、伝導性ポリマー固体電解質は、伝導性ポリマー粒子の分散体の形で付着されてもよい。分散体を用いる１つの利点は、イオン移動に起因する高電界の下での誘電破壊を引き起こす可能性のある、ｉｎ  ｓｉｔｕ重合中に生成されるイオン種（例えばＦｅ2+またはＦｅ3+）の存在を最小限に抑えることができることである。したがって伝導性ポリマーを、ｉｎ  ｓｉｔｕ重合を通してではなく分散体として付着させることにより、得られるキャパシタは比較的高い「破壊電圧」を示すことができる。アノードの良好な含浸を可能にするために、分散体に用いられる粒子は典型的には小さいサイズを有し、例えばその平均サイズ（例えば直径）は約１〜約１５０ｎｍ、いくつかの実施形態では約２〜約５０ｎｍ、いくつかの実施形態では約５〜約４０ｎｍである。粒子の直径は超遠心分離、レーザ回折など公知の技法を使用して決定されてもよい。粒子の形状も同様に変化させてもよい。ある特定の実施形態では、例えば粒子の形状が球である。しかし、平板、棒、円板、バー、チューブ、不規則な形状など、本発明によりその他の形状も考えられることを理解すべきである。分散体中の粒子の濃度は、分散体の所望の粘度と分散体がキャパシタに付着される特定の手法とに応じて変化してもよい。しかし典型的には、粒子は分散体の約０．１〜約１０質量％、いくつかの実施形態では約０．４〜約５質量％、いくつかの実施形態では約０．５〜約４質量％を構成する。
【００２４】
また分散体は一般に、粒子の安定性を高める対イオンも含有する。即ち、伝導性ポリマー（例えばポリチオフェンまたはその誘導体）は、典型的には中性または陽性（陽イオン性）である主ポリマー鎖上の電荷を有する。ポリチオフェン誘導体は例えば、主ポリマー鎖中に正電荷を保持する。ある場合には、ポリマーは構造単位内に正および負電荷を保持してもよく、このとき正電荷は主鎖上に位置付けられており、負電荷は、スルホネートまたはカルボキシレート基などのラジカル「Ｒ」の置換基上にあってもよい。主鎖の正電荷は、ラジカル「Ｒ」上存在していてもよい陰イオン基で部分的にまたは完全に飽和されてもよい。全体的に見ると、これらの場合、ポリチオフェンは陽イオン性、中性、または陰イオン性であってもよい。それにも関わらず、ポリチオフェン主鎖は正電荷を有するので、全てが陽イオン性ポリチオフェンと見なされる。
【００２５】
対イオンは、伝導性ポリマーの電荷を相殺するモノマーまたはポリマー陰イオンであってもよい。ポリマー陰イオンは、例えばポリマーカルボン酸（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸など）；およびポリマースルホン酸（例えば、ポリスチレンスルホン酸（「ＰＳＳ」）、ポリビニルスルホン酸など）などの陰イオンとすることができる。酸は、ビニルカルボン酸およびビニルスルホン酸と、アクリル酸エステルおよびスチレンなどのその他の重合性モノマーとのコポリマーのような、コポリマーであってもよい。同様に、適切なモノマー陰イオンには、例えば、Ｃ1−Ｃ20アルカンスルホン酸（例えばドデカンスルホン酸）；脂肪族パーフルオロスルホン酸（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、パーフルオロブタンスルホン酸、またはパーフルオロオクタンスルホン酸）；脂肪族Ｃ1−Ｃ20カルボン酸（例えば２−エチル−ヘキシルカルボン酸）；脂肪族パーフルオロカルボン酸（例えばトリフルオロ酢酸またはパーフルオロオクタン酸）；Ｃ1−Ｃ20アルキル基により置換されていてもよい芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、またはドデシルベンゼンスルホン酸）；シクロアルカンスルホン酸（例えば、カンファースルホン酸またはテトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、パークロレート、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロアーセネート、またはヘキサクロロアンチモネート）などの陰イオンが含まれる。特に適切な対イオンは、ポリマーカルボン酸またはスルホン酸（例えばポリスチレンスルホン酸（「ＰＳＳ」））などのポリマー陰イオンである。そのようなポリマー陰イオンの分子量は、典型的には約１，０００〜約２，０００，０００に及び、いくつかの実施形態では約２，０００〜約５００，０００に及ぶ。
【００２６】
用いられる場合、分散体中および得られた層内でのそのような対イオンと伝導性ポリマーとの質量比は、典型的には約０．５:１〜約５０:１、いくつかの実施形態では約１:１〜約３０:１、およびいくつかの実施形態では約２:１〜約２０：１である。上記参照された質量比に言及した導電性ポリマーの質量は、重合中に完全な変換が生じると想定して、使用されたモノマーのウェイドインポーション（ｗｅｉｇｈｅｄ−ｉｎ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を指す。伝導性ポリマーおよび対イオンに加え、分散体は、１種または複数の結合剤、分散剤、充填剤、接着剤、架橋剤などを含有していてもよい。
【００２７】
ポリマー分散体は、スピンコーティング、含浸、注入、滴下塗布、射出、噴霧、ドクターブレード、ブラッシング、印刷（例えば、インクジェット、スクリーン、またはパッド印刷）、または浸漬などによる、様々な公知の技法を使用して付着されてもよい。用いられる付着技法に応じて変化してもよいが、分散体の粘度は、典型的には約０．１〜約１００，０００ｍＰａ秒（剪断速度１００秒-1で測定）、いくつかの実施形態では約１〜約１０，０００ｍＰａ秒、いくつかの実施形態では約１０〜約１，５００ｍＰａ秒、およびいくつかの実施形態では約１００〜約１０００ｍＰａ秒である。付着させたら、層を乾燥および／または洗浄してもよい。１つまたは複数の追加の層を、この手法で、所望の厚さが実現されるよう形成してもよい。典型的には、この粒子分散体により形成される層の厚さは約１〜約５０μｍであり、いくつかの実施形態では約５〜約２０μｍである。対イオンと伝導性ポリマーとの質量比は同様に、約０．５:１〜約５０:１であり、いくつかの実施形態では約１:１〜約３０:１であり、いくつかの実施形態では約２:１〜約２０:１である。
【００２８】
望む場合には、ヒドロキシル官能性非イオン性ポリマーを固体電解質中に含めてもよい。「ヒドロキシ官能性」という用語は一般に、化合物が少なくとも１つのヒドロキシル官能基を含有し、またはそのような官能基を溶媒の存在下で保持することが可能であることを意味する。理論により限定されるものではないが、ヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーは、伝導性ポリマーと、より高い形成電圧の結果として典型的にはその性質が比較的滑らかな内部誘電体の表面との間の接触の程度を改善できることが考えられる。これは予期せぬことに、得られるキャパシタの破壊電圧および湿乾キャパシタンスを増大させる。さらに、ある分子量を持つヒドロキシ官能性ポリマーの使用は、高電圧での化学分解の可能性も最小限に抑えることができると考えられる。例えば、ヒドロキシ官能性ポリマーの分子量はｍｏｌ当たり約１００〜１０，０００ｇ、いくつかの実施形態では２００〜２，０００、いくつかの実施形態では約３００〜約１，２００、およびいくつかの実施形態では約４００〜約８００であってもよい。
【００２９】
様々なヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーのいずれかが一般に、この目的で用いられてもよい。一実施形態では、例えばヒドロキシ官能性ポリマーがポリアルキレンエーテルである。ポリアルキレンエーテルは、ポリアルキレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエピクロロヒドリンなど）、ポリオキセタン（ｐｏｌｙｏｘｅｔｈａｎｅ）、ポリフェニレンエーテル、およびポリエーテルケトンなどを含んでいてもよい。ポリアルキレンエーテルは、典型的には末端ヒドロキシ基を持つ主として直鎖状の非イオン性ポリマーである。特に適切なものは、水へのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、またはテトラヒドロフランの重付加により生成された、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、およびポリテトラメチレングリコール（ポリテトラヒドロフラン）である。ポリアルキレンエーテルは、ジオールまたはポリオールからの重縮合反応によって調製されてもよい。ジオール成分は特に、５〜３６個炭素原子を含有する、飽和もしくは不飽和の分枝状もしくは非分枝状の脂肪族ジヒドロキシ化合物、または例えばペンタン−１，５−ジオール、ヘキサン−１，６−ジオール、ネオペンチルグリコール、ビス−（ヒドロキシメチル）−シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、ダイマージオール、水素化ダイマージオールなどの芳香族ジヒドロキシ化合物、または上記ジオールの混合物からも選択されてもよい。さらに、例えばグリセロール、ジおよびポリグリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、またはソルビトールを含めた多価アルコールを重合反応に使用してもよい。
【００３０】
上述のものに加え、その他のヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーを本発明で用いてもよい。そのようなポリマーのいくつかの例には、エトキシル化アルキルフェノール；エトキシル化またはプロポキシル化Ｃ6−Ｃ24脂肪アルコール；一般式：ＣＨ3−（ＣＨ2)10-16−（Ｏ−Ｃ2Ｈ4)1-25−ＯＨを有するポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル（例えば、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、およびペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル）；一般式：ＣＨ3−（ＣＨ2)10-16−（Ｏ−Ｃ3Ｈ6)1-25−ＯＨを有するポリオキシプロピレングリコールアルキルエーテル；下記の一般式：Ｃ8Ｈ17−（Ｃ6Ｈ4)−（Ｏ−Ｃ2Ｈ4)1-25−ＯＨを有するポリオキシエチレングリコールオクチルフェノールエーテル（例えばＴｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００）；下記の一般式：Ｃ9Ｈ19−（Ｃ6Ｈ4)−（Ｏ−Ｃ2Ｈ4)1-25−ＯＨを有するポリオキシエチレングリコールアルキルフェノールエーテル（例えばノノキシノール−９）；例えば、ポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル（例えば、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレン（２０）ソルビタンモノオレエート、ＰＥＧ−２０メチルグルコースジステアレート、ＰＥＧ−２０メチルグルコースセスキステアレート、ＰＥＧ−８０ヒマシ油、およびＰＥＧ−２０ヒマシ油、ＰＥＧ−３ヒマシ油、ＰＥＧ  ６００ジオレエート、およびＰＥＧ  ４００ジオレエート）、およびポリオキシエチレングリコールアルキルエステル（例えば、ポリオキシエチレン−２３グリセロールラウレート、およびポリオキシエチレン−２０グリセロールステアレート）などの、Ｃ8−Ｃ24脂肪酸のポリオキシエチレングリコールエステル；Ｃ8−Ｃ24脂肪酸のポリオキシレチレングリコールエーテル（例えば、ポリオキシエチレン−１０セチルエーテル、ポリオキシエチレン−１０ステアリルエーテル、ポリオキシエチレン−２０セチルエーテル、ポリオキシエチレン−１０オレイルエーテル、ポリオキシエチレン−２０オレイルエーテル、ポリオキシエチレン−２０イソヘキサデシルエーテル、ポリオキシエチレン−１５トリデシルエーテル、およびポリオキシエチレン−６トリデシルエーテル）；ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとのブロックコポリマー（例えばポロキサマー）；および同様のもの、ならびにこれらの混合物が含まれる。
【００３１】
ヒドロキシ官能性非イオン性ポリマーは、様々な異なる手法で固体電解質に組み込まれてもよい。ある実施形態では、例えば、非イオン性ポリマーを上述の方法（例えばｉｎ  ｓｉｔｕ重合または半重合粒子分散）により形成された任意の伝導性ポリマー層に組み込むだけでよい。しかし、その他の実施形態では、非イオン性ポリマーを初期ポリマー層が形成された後に付着させてもよい。
【００３２】
Ｄ.  外部ポリマーコーティング
必要ではないが、外部ポリマーコーティングをアノード本体に付着させてもよく、固体電解質上に重ねてもよい。外部ポリマーコーティングは一般に、上記にてより詳細に記述された半重合伝導性粒子の分散体から形成された１つまたは複数の層を含有する。外部コーティングは誘電体との接着を増大させるため、かつより機械的に堅牢な部分をもたらすため、キャパシタ本体の縁部領域にさらに侵入してもよく、それが等価直列抵抗および漏れ電流を低減させ得る。望む場合には、固体電解質との接着の程度を高めるため、外部ポリマーコーティングに架橋剤を用いてもよい。典型的には、架橋剤は外部コーティングで使用される分散体を付着させる前に付着させる。適切な架橋剤は、例えばＭｅｒｋｅｒらの米国特許公開第２００７／００６４３７６号に記載されており、例えば、アミン（例えば、ジアミン、トリアミン、オリゴマーアミン、ポリアミンなど）；多価金属陽イオン、例えばＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｅ、またはＺｎの塩または化合物、ホスホニウム化合物、スルホニウム化合物などを含む。
【００３３】
Ｅ.  キャパシタのその他の構成要素
望む場合にはキャパシタは、当技術分野で公知のその他の層を含有してもよい。例えば、シェラック樹脂など比較的絶縁性がある樹脂状材料（天然または合成）で作製されたものなどの保護コーティングが、誘電体と固体電解質との間に形成されてもよい。これらおよびその他の保護コーティング材料は、Ｆｉｆｅらの米国特許第６，６７４，６３５号により詳細に記載されている。望む場合には、その部分には、炭素層（例えば黒鉛）および銀層がそれぞれ付着されてもよい。銀コーティングは、例えば、キャパシタのはんだ付け可能な伝導体、コンタクト層、および／または電荷収集器として働いてもよく、炭素コーティングは銀コーティングと固体電解質との接触を制限してもよい。そのようなコーティングは固体電解質の一部、または全てを覆ってもよい。
【００３４】
概してキャパシタ要素は従来の固体電解キャパシタでしばしば用いられるように、このキャパシタ要素を包封する樹脂（例えばエポキシ樹脂）を実質的に含まない。とりわけ、キャパシタ要素の包封は極限環境で、即ち高温（例えば約１７５℃よりも高い）および／または高電圧（例えば約５００Ｖよりも高い）で、不安定性をもたらす可能性がある。
【００３５】
ＩＩ．  ハウジング
上述のように、少なくとも２つのキャパシタ要素はハウジング内に密閉封止される。密閉封止は使用中の固体電解質の酸化が阻止されるように、典型的には少なくとも１種の不活性ガスを含有する気体雰囲気の存在下で行われる。不活性ガスには、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、ラドンなど、ならびにこれらの混合物が含まれてもよい。典型的には不活性ガスは、ハウジング内の雰囲気の大部分、例えば雰囲気の約５０質量％〜１００質量％、いくつかの実施形態では約７５質量％〜１００質量％、いくつかの実施形態では約９０質量％〜約９９質量％を構成する。望む場合には、比較的少量の二酸化炭素、酸素、水蒸気などの非不活性ガスを用いてもよい。しかしそのような場合、非不活性ガスは典型的にはハウジング内の雰囲気の１５質量％以下、いくつかの実施形態では１０質量％以下、いくつかの実施形態では約５質量％以下、いくつかの実施形態では約１質量％以下、いくつかの実施形態では約０．０１質量％〜約１質量％を構成する。例えば、含水量（相対湿度に関して表される）は約１０％以下、いくつかの実施形態では約５％以下、いくつかの実施形態では約１％以下、いくつかの実施形態では約０．０１〜約５％であってもよい。
【００３６】
金属、プラスチック、およびセラミックなど様々な異なる材料のいずれかを、ハウジングを形成するのに使用してもよい。例えば、一実施形態では、ハウジングは、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼（例えばステンレス）、これらの合金（例えば導電性酸化物）、およびこれらの複合体（例えば導電性酸化物でコーティングされた金属）など、金属の１つまたは複数の層を含む。別の実施形態では、ハウジングは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ガラスなど、ならびにこれらの組合せなど、セラミック材料の１つまたは複数の層を含んでいてもよい。
【００３７】
キャパシタ要素は、様々な異なる技法のいずれかを使用してハウジングに取着されてもよい。例えば、決して必要というわけではないが、キャパシタ要素は後で行われる回路への集積のため、端子がハウジングの外部に形成されるようにハウジングに取着されてもよい。端子の特定の構成は、意図される用途に応じて変化してもよい。例えば、一実施形態では、キャパシタアセンブリは、表面実装可能であるがさらに機械的に剛性であるように形成されてもよい。例えば、あるキャパシタ要素のアノードリードおよび別のキャパシタ要素のカソードは、キャパシタに接続するようハウジングを経て延びていてもよい、外部の表面実装可能な端子（例えば、パッド、シート、平板、フレームなど）に電気的に接続されてもよい。端子の厚さまたは高さは一般に、キャパシタアセンブリの厚さが最小限に抑えられるように選択される。例えば端子の厚さは約０．０５〜約１ｍｍに及んでいてもよく、いくつかの実施形態では約０．０５〜約０．５ｍｍ、および約０．１〜約０．２ｍｍに及んでいてもよい。望む場合には、端子の表面は、最終部分が回路基板に実装可能になるのを確実にするために、当技術分野公知のようにニッケル、銀、金、スズなどで電気めっきされてもよい。ある特定の実施形態では、端子にはニッケルおよび銀フラッシュ（ｆｌａｓｈ）をそれぞれ堆積してもよく、実装表面にもスズはんだ層をめっきする。別の実施形態では、端子にはベース金属層（例えば銅合金）上にある薄い外側金属層（例えば金）を堆積して、伝導度をさらに増大させる。
【００３８】
例えば図１を参照すると、より詳細に次に記述される２つのキャパシタ要素を含有する、キャパシタアセンブリ１０の１つの特定の実施形態が示されている。より詳細には、キャパシタアセンブリ１０は、直列に接続された第１のキャパシタ要素２０ａと第２のキャパシタ要素２０ｂとを含む。この実施形態では、キャパシタ要素はそれらの主面が水平構成になるように位置合わせされる。即ち、その幅（−ｘ方向）および長さ（−ｙ方向）により画定されたキャパシタ要素の主面２０ａは、キャパシタ要素２０ｂの対応する主面に隣接して位置決めされる。したがって主面は、一般に同一平面である。あるいはキャパシタ要素は、それらの主面が同一平面にならずに、−ｚ方向または−ｘ方向などのある一方向で互いに直交するように配置構成されてもよい。当然ながら、キャパシタ要素は同じ方向に延びる必要はない。
【００３９】
キャパシタアセンブリ１０のハウジングは、外壁２３と、対向する側壁１２４および１２５とを含み、それらの間にはキャパシタ要素を含むキャビティ５２６が形成されている。外壁２３と側壁１２４および１２５とは、上述のような金属、プラスチック、またはセラミック材料の１つまたは複数の層から形成されてもよい。上述のようにキャパシタアセンブリは、それぞれのキャパシタ要素のアノードリードおよびカソードが直列に電気接続される外部端子（図示せず）も含有する。伝導性部材は、機械的に安定した手法で外部端子を形成するのを容易にするために、ハウジングの内部キャビティの中で用いられてもよい。例えば再び図１を参照すると、キャパシタアセンブリ１０は、第１の部分６７および第２の部分６５から形成された第１の伝導性部材６２を含んでいてもよい。第１の部分６７および第２の部分６５は一体化されてもよく、または直接もしくは追加の伝導性要素（例えば金属）を介して一緒に接続された個別の小片であってもよい。図示される実施形態では、第２の部分６５は、リード６ａが延びる横方向（例えば−ｙ方向）にほぼ平行な平面内に設けられる。第１の部分６７は、リード６ａが延びる横方向にほぼ垂直な平面内に設けられているという意味で「直立」している。このように第１の部分６７は、使用中の表面接触および機械的安定性を高めるために、水平方向でのリード６ａの運動を制限することができる。望む場合には、絶縁性材料７ａ（例えばＴｅｆｌｏｎ（商標）座金）をリード６ａの周りに用いてもよい。第１の部分６７は、アノードリード６ａに接続された実装領域（図示せず）を保持していてもよい。この領域は、リード６ａの表面接触および機械的安定性をさらに高めるために「Ｕ字形」を有していてもよい。
【００４０】
第２のキャパシタ要素２０ｂのカソード（例えば固体電解質）に電気接続される、第２の伝導性部材２９が設けられてもよい。図示されるように、第２のキャパシタ要素２０ｂは、第１のキャパシタ要素２０ａのアノードリード６ａの場合とは反対の方向に向いている絶縁性材料７ｂ、およびアノードリード６ｂを含有してもよい。第２の伝導性部材２９は、リード６ｂが延びる横方向（例えば−ｙ方向）にほぼ平行な平面内に設けられてもよい。キャパシタ要素を直列に接続するために、第１のキャパシタ要素２０ａのカソード（例えば固体電解質）と第２のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｂとに電気接続された結合部材４０を用いてもよい。
【００４１】
キャパシタ要素の取着は一般に、溶接、レーザ溶接、伝導性接着剤など様々な公知の技法のいずれかを使用して実現されてもよい。例えばある特定の実施形態では、第１の伝導性部材６２はアノードリード６ａにレーザ溶接され、第２の伝導性部材２９は第２のキャパシタ要素２０ｂに接着剤で取着される。同様に結合部材４０は、第１のキャパシタ要素２０ａに接着剤で接続されてもよく、第２のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｂにレーザ溶接されてもよい。用いられる場合、伝導性接着剤は、樹脂組成物と共に含有される伝導性金属粒子から形成されてもよい。金属粒子は、銀、銅、金、白金、ニッケル、亜鉛、ビスマスなどであってもよい。樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）、硬化剤（例えば酸無水物）、およびカップリング剤（例えばシランカップリング剤）を含んでいてもよい。適切な伝導性接着剤は、Ｏｓａｋｏらの米国特許出願公開第２００６／００３８３０４号に記載されている。
【００４２】
詳細に示されていないが、キャパシタアセンブリは伝導性部材そのものにより、またはそこに取着された別の部材により形成されていてもよい、外部アノードおよびカソード端子を含有する。例えば図１では、第１の伝導性部材６２が外壁２３を通して延びることにより、外部アノード端子を形成してもよい。あるいは別の伝導性トレース（図示せず）を、壁２３を通して延び、かつアノード端子を形成する、あるいはアノード端子として働く追加の伝導性部材に接続される第１の伝導性部材６２に取着してもよい。同様に第２の伝導性部材２９は、外壁２３内を延びて外部カソード端子を形成してもよく、または別の伝導性トレース（図示せず）を、壁２３を通して延び、かつカソード端子を形成するか、カソード端子として働く追加の伝導性部材に接続される第２の伝導性部材２９に取着してもよい。当然ながら本発明は、所望の端子を形成するための伝導性トレースの使用を決して限定するものではない。
【００４３】
所望の手法で接続されたら、得られたパッケージを上述のように密閉封止する。例えば再び図１を参照すると、ハウジングはキャパシタ要素がハウジング内に配置された後に、側壁１２４および１２５の上面に配設された蓋（図示せず）を含んでいてもよい。蓋は、セラミック、金属（例えば、鉄、銅、ニッケル、コバルトなど、ならびにこれらの合金）、およびプラスチックなどから形成されてもよい。望む場合には、良好な封止を提供するのを助けるため、封止部材（図示せず）を蓋と側壁１２４および１２５との間に配置してもよい。例えば一実施形態では、封止部材は、ガラス−金属間封止、Ｋｏｖａｒ（登録商標）リング（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ  Ｃａｍｒｉｄｇｅ、Ｌｔｄ．）などを含んでいてもよい。側壁の高さは一般に、キャパシタ要素が汚染されないように蓋がキャパシタ要素の任意の表面に接触しない程度の高さである。所望の位置に配設されると、蓋は溶接（例えば、抵抗溶接、レーザ溶接など）、はんだなどの公知の技法を使用して、側壁１２４および１２５に密閉封止される。密閉封止は一般に、得られるアセンブリが酸素または水蒸気などの反応性ガスを実質的に含まないように、上述の不活性ガスの存在下で行われる。
【００４４】
図１に示される実施形態では、キャパシタアセンブリは２つのキャパシタ要素を含む。しかし上述のように、本発明では２つ以上、いくつかの実施形態では２〜１０個、およびいくつかの実施形態では３〜８個など、任意の数のキャパシタ要素を一般に用いてもよい。例えば図２を参照すると、第１および第２のキャパシタ要素２０ａおよび２０ｂの間に配置され、かつそこに直列に接続された第３のキャパシタ要素２０ｃを含有する、キャパシタアセンブリ１００の一実施形態が示されている。キャパシタ要素２０ａは第１の伝導性部材６２に接続され、キャパシタ要素２０ｂは、第２のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｂが第１のキャパシタ要素２０ａのアノードリード６ａと同じ方向を向いていること以外、上述の手法で第２の伝導性部材２９に接続されている。
【００４５】
しかし、キャパシタ要素を接続するのに使用される結合部材が単一構成要素から形成されている、図１に示される実施形態とは対照的に、図２の結合部材は多数の構成要素から形成される。即ち結合要素は、第１の部分４００および第２の部分５００、ならびに第３のキャパシタ要素２０ｃそのものから形成される。より詳細には、第３のキャパシタ要素２０ｃは、アノードリード６ａおよび６ｂの場合とは反対の方向を向いている、絶縁性材料７ｃおよびアノードリード６ｃを含有する。結合部材の第１の部分４００は、第１のキャパシタ要素２０ａのカソード（例えば固体電解質）および第３のキャパシタ要素２０ｃのアノードリード６ｃに電気接続される。結合部材の第２の部分５００は同様に、第３のキャパシタ要素２０ｃのカソード（例えば固体電解質）および第２のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｂに電気接続される。ある特定の実施形態では、第１の伝導性部材６２はアノードリード６ａにレーザ溶接され、第２の伝導性部材２９は第２のキャパシタ要素２０ｂに接着剤で取着される。同様に第１の部分４００は、第１のキャパシタ要素２０ａに接着剤で接続され、かつ第３のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｃにレーザ溶接されてもよく、第２の部分５００は、第３のキャパシタ要素２０ｃに接着剤で接続され、かつ第２のキャパシタ要素２０ｂのアノードリード６ｂにレーザ溶接されてもよい。
【００４６】
その特定の構成とは無関係に、本発明のキャパシタアセンブリは、高電圧環境に曝された場合であっても優れた電気特性を示し得る。例えばキャパシタアセンブリは、比較的高い「破壊電圧」（キャパシタが故障する電圧）、例えば約５００Ｖ以上、いくつかの実施形態では約６００Ｖ以上、いくつかの実施形態では約７００Ｖ以上、およびいくつかの実施形態では約７５０Ｖ〜約１５００Ｖを示してもよい。破壊は、０．１ｍＡｍｐでキャパシタを充電し（充電勾配ｄＵ／ｄｔ＝１０）、次いで印加電圧が１０％超低下する電圧、即ち破壊電圧を測定することによって決定されてもよい。この試験は典型的には室温で行われる。同様にキャパシタもまた、高電圧印加で一般的な、比較的高いサージ電流にも耐えることができる。ピークサージ電流は、例えば定格電圧の約２倍以上であり、約４０Ａｍｐ以上から、いくつかの実施形態では約６０Ａｍｐ以上、いくつかの実施形態では約１２０Ａｍｐから約２５０Ａｍｐに及ぶ。
【００４７】
本発明は下記の例を参照することによって、より良く理解することができる。
試験方法
等価直列抵抗（ＥＳＲ）
等価直列抵抗はＫｅｌｖｉｎ  Ｌｅａｄｓ  ２．２Ｖ  ＤＣバイアスおよび０．５Ｖピーク間正弦波信号を持つ、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｅ４９８０ＡプレシジョンＬＣＲメータを使用して測定されてもよい。動作周波数は１００ｋＨｚであってもよく、温度は２３℃±２℃であってもよい。
キャパシタンス
キャパシタンスはＫｅｌｖｉｎ  Ｌｅａｄｓ  ２．２Ｖ  ＤＣバイアスおよび０．５Ｖピーク間正弦波信号を持つ、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｅ４９８０ＡプレシジョンＬＣＲメータを使用して測定されてもよい。動作周波数は１２０Ｈｚであってもよく、温度は２３℃±２℃であってもよい。
【００４８】
（例１）
９，０００μＦＶ／ｇのタンタル粉末を使用して、アノードサンプルを形成した。各アノードサンプルにタンタルワイヤを埋め込み、１８００℃で焼結し、５．３ｇ／ｃｍ3の密度にプレスした。得られたペレットは、４．１５×３．７０×２．００ｍｍのサイズを有していた。ペレットを液体電解質中で３１５Ｖに陽極酸化して、誘電体層を形成した。次いで伝導性ポリマーコーティングを、固形分１．１％を有する分散ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（Ｃｌｅｖｉｏｓ（商標）Ｋ、Ｈｅｒａｅｕｓ）にアノードを浸漬することによって形成した。コーティング後、その部分を１２５℃で２０分間乾燥した。このプロセスを１０回繰り返した。その後、この部分を固形分２％を有する分散ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）に浸漬し、１２５℃で２０分間乾燥した。このプロセスを８回繰り返した。次いでこの部分を黒鉛分散体に浸漬し、乾燥した。最後にこの部分を銀分散体に浸漬し、乾燥した。
【００４９】
銅ベースのリードフレーム材料を使用して、セラミックハウジング内にキャパシタ要素を入れるアセンブリプロセスを仕上げた。図２に示されるように、キャパシタアセンブリは直列に接続された３つのキャパシタ要素を含んでいた。１つのキャパシタ要素のアノードリードと別のキャパシタのカソードとは、外部の表面実装可能端子に電気接続され、この端子はセラミックハウジング内を延びてキャパシタに接続されている。全ての接続に用いられた接着剤は銀ペーストであった。次いでアセンブリを対流炉内に投入してペーストをはんだ付けした。その後アノード接続に用いられた溶接は抵抗溶接であり、３００Ｗのエネルギーを１０ミリ秒の間、リードフレーム部分とセラミックハウジングの金めっきされたはんだパッドとの間に印加した。その後ポリマー拘束材料を、キャパシタ要素のアノードおよびカソード部分の上部に付着させ、１５０℃で２時間乾燥した。Ｋｏｖａｒ（登録商標）蓋を、セラミックの封止リングに近い容器の上部に配設した。得られたアセンブリを溶接チャンバ内に配設し、窒素ガスでパージした後、封止リングと蓋との間のシーム溶接を行った。１μＦ／７５０Ｖのキャパシタの多数の部品（１５）はこのように作製した。
【００５０】
（例２）
キャパシタ要素を、例１で既に述べたものと同じ手法で形成した。（３つのキャパシタが直列に接続されている）完成した部品を図２に示されるように同様に組み立てたが、シーム溶接プロセスの前に窒素不活性ガスを使用しなかった。得られたアセンブリを溶接チャンバ内に配設し、空気でパージした後、封止リングと蓋との間にシーム溶接を行った。１μＦ／７５０Ｖキャパシタの多数の部品（１５）はこのように作製した。
【００５１】
次いで例１および２の部品を、１５０℃の温度での貯蔵試験中に、電気性能（即ちキャパシタンス（「ＣＡＰ」）および等価直列抵抗（「ＥＳＲ」））に関して試験をした。メジアン結果を以下に示す。
【表１】
2020145477.tif 000007
【００５２】
本発明の、これらおよびその他の修正および変更は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者が行ってもよい。さらに、様々な実施形態の態様は、全体的または部分的の両方で交換してもよいことを理解すべきである。さらに、当業者なら、先の記述が単なる例であり、そのような添付される特許請求の範囲でさらに記述される本発明を限定するものではないことが理解されよう。
【符号の説明】
【００５３】
６ａ  アノードリード
６ｂ  アノードリード
７ａ  絶縁性材料
７ｂ  絶縁性材料
１０  キャパシタアセンブリ
２０ａ  キャパシタ要素
２０ｂ  キャパシタ要素
２３  外壁
２９  伝導性部材
４０  結合部材
６２  伝導性部材
１２４  側壁
１２５  側壁
【図１】
2020145477.tif 000008
【図２】
2020145477.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月4日(2020.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結された多孔質アノード本体、前記アノード本体の上に重なる誘電体層、および伝導性ポリマーを含む前記誘電体層の上に重なる固体電解質をそれぞれ含有する第１および第２のキャパシタ要素であって、前記第１のキャパシタ要素および前記第２のキャパシタ要素から第１および第２のアノードリードがそれぞれ延びている、第１および第２のキャパシタ要素と、
前記第１のキャパシタ要素の前記固体電解質を、前記第２のキャパシタ要素の前記アノードリードに電気接続する結合部材と、
前記第１および第２のキャパシタ要素が内部に配置されかつ密閉封止されている、内部キャビティを画定するハウジングであって、前記内部キャビティが不活性ガスを含有する気体雰囲気を有するハウジングと、
前記第１のキャパシタ要素の前記第１のアノードリードに電気接続している外部アノード端子と、
前記第２のキャパシタ要素の前記固体電解質に電気接続している外部カソード端子と
を含む、キャパシタアセンブリ。