(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物を含む陽極を形成することであって、該陽極から陽極リード延長部が伸びるまたは突出する、形成することと、
前記陽極の上に誘電体を形成することと、
前記誘電体の上に陰極層を形成することと、
前記陽極、前記誘電体及び前記陰極層を非導電性材料容器に収容することと、
前記陽極リード延長部を露出させることと、
前記陽極リード延長部に、固体金属接続により導電性金属層を接着することと、
予備成形された固体金属端子を前記側面において、前記予備成形された固体金属端子と前記非導電性材料容器との間に空間を有するように、前記導電性金属層に電気的に接続することと、
を含む、キャパシタの形成方法。
【請求項２】
複数の容量性素子を提供することであって、各容量性素子はバルブメタルフォイル及び陽極リード延長部を備え、各フォイルは不活性領域及び活性領域を有し、該活性領域は誘電体と該誘電体の上の導電層とを備える、提供することと、
前記容量性素子に固体金属集電体を介在させることと、
導電性接着剤を用いて少なくとも１つの前記導電層に前記固体金属集電体の各固体金属集電体を接着することであって、それにより能動容量性スタックを形成する、接着することと、
非導電性材料の容器を形成することであって、前記能動容量性スタックが該容器内にある、形成することと、
各前記陽極リード延長部を前記容器の第１の面で露出させ、各前記固体金属集電体を前記容器の第２の面で露出させることと、
各前記露出した陽極リード延長部の一部を亜鉛で置換することと、
電気めっき又は無電解めっきから選択される方法を介して前記亜鉛に導電性金属を接着することと、
予備成形された金属陰極端子を、前記予備成形された金属陰極端子と前記非導電性材料の容器との間に空間を有するように、前記露出した固体金属集電体に取り付けることと、
前記導電性金属に予備成形された金属陽極端子を取り付けることと、
を含む、キャパシタの形成方法。
【請求項３】
前記予備成形された固体金属端子はＬ字型であり、幅は前記容器の最大幅より少なくとも０．４ｍｍ小さい、請求項１または２に記載のキャパシタの形成方法。
【請求項４】
前記Ｌ字型の予備成形された固体金属端子は、前記キャパシタの底面に付与される、請求項１〜３のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項５】
前記Ｌ字型の予備成形された固体金属端子の一部は、前記容器に接着剤で接着される、請求項１〜４のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項６】
前記第１の面及び前記第２の面は、前記容器の反対側にあり、前記陽極端子及び前記陰極端子は対称的である、請求項１〜５のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項７】
前記陽極リード延長部は、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物である、請求項１〜６のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項８】
前記接着することは、金属フレーム溶射、化学気相成長、金属スパッタリング、電気めっき、無電解めっき及び粉末金属焼結から選択される方法による、請求項１〜７のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項９】
前記接着することの前に前記陽極リード延長部を亜鉛化処理することを更に含む、請求項１〜８のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１０】
前記導電性金属層はニッケルである、請求項１〜９のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１１】
前記電気的に接続することは、はんだ付け、ろう付け、ナノフォイル接合、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接及び低温焼結から選択される方法を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１２】
前記陰極層は本質的に導電性のポリマーを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１３】
前記露出したバルブメタル陽極リード延長部の一部を亜鉛で置換することと、
前記亜鉛の少なくとも一部を、電気めっき又は無電解めっきにより導電性金属でコーティングすることと、
を更に含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１４】
前記陽極端子は、前記容器の前記第１の面及び底面に取り付けられ、前記陰極端子は、前記容器の前記第２の面及び前記底面に取り付けられる、請求項１〜１３のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１５】
前記底面に位置する前記陽極端子は、前記容器に接着剤で接着される、請求項１〜１４のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１６】
前記陽極端子は、前記第１の面の最大幅より少なくとも０．４ｍｍ小さく、前記陰極端子は、前記第２の面の最大幅より０．４ｍｍ小さい、請求項１〜１５のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１７】
前記導電性接着剤は、前記固体金属集電体を、前記導電層の表面の少なくとも７０％にわたって前記陰極層に電気的に接続する、請求項１〜６のいずれかに記載のキャパシタの形成方法。
【請求項１８】
バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リードが延在している少なくとも１つの容量性素子と、
前記陽極体の表面上の誘電体層と、
前記誘電体層の上の陰極層と、
導電性接着剤により前記陰極層に接着された少なくとも１つの固体金属集電体と、
封止材であって、該封止材の外側に露出した前記陽極リード延長部及び前記固体金属集電体の一部を除いて、前記容量性素子及び前記固体金属集電体を収容する、封止材と、
前記陽極リード延長部に溶接されかつ該陽極リード延長部と同じ表面にある予備成形された固体金属陽極端子と、
前記陽極リード延長部の前記露出面に施された中間導電性接合層と、
前記露出した固体金属集電体に電気的に接続されかつ該露出した固体金属集電体と同じ表面にある予備成形された固体金属陰極端子と、
を具備し、
前記予備成形された固体金属陰極端子と前記封止材との間に空間を有する、キャパシタ。
【請求項１９】
体積効率が少なくとも２０％である、請求項１８に記載のキャパシタ。
【請求項２０】
前記予備成形された固体金属陰極端子及び前記予備成形された固体金属陽極端子は「Ｌ」字型である、請求項１８または１９に記載のキャパシタ。
【請求項２１】
前記固体金属陽極端子は、前記封止材の側面と該封止材の底面とに取り付けられ、前記固体金属陰極端子は、前記封止材の対向する側面と該封止材の前記底面とに取り付けられる、請求項１８〜２０のいずれかに記載のキャパシタ。
【請求項２２】
前記端子は、前記封止材の最大幅より幅が狭い、請求項１８〜２１のいずれかに記載のキャパシタ。
【請求項２３】
前記陽極リード延長部の前記露出部分及び前記固体金属集電体の前記露出部分は、前記封止材の共通面で露出している、請求項１８〜２２のいずれかに記載のキャパシタ。
【請求項２４】
前記陽極端子及び前記陰極端子は、接着剤により前記封止材に接合される、請求項１８〜２３のいずれかに記載のキャパシタ。
【請求項２５】
前記中間導電性接合層はニッケルめっきである、請求項１８〜２４のいずれかに記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブメタルキャパシタの改善とバルブメタルキャパシタを形成する改善された方法とに関する。より詳細には、本発明は、電気的性能、より詳細には等価直列抵抗、すなわちＥＳＲを維持又は改善しながら、体積効率の改善をもたらすバルブメタルキャパシタを製造する方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００９年１２月２２日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／２８９，１４８号、及び２０１０年９月２１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／３８４，７８５号に対する優先権を主張し、それらはともに参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
バルブメタルキャパシタ、特に表面実装バルブメタルキャパシタの製造においては、陽極コアから伸びる陽極ワイヤを備えるモノリシック構造を形成することが標準的に実施されており、その構造では、誘電体の電荷収集陰極がモノリスの表面にあり、誘電体が陽極コアと陰極との間にある。製造プロセスは、第１の位置で陽極ワイヤをリードフレームに取り付けることと、第２の位置で陰極をリードフレームに取り付けることとを含む。
【０００４】
図１ａは、通常の表面実装バルブメタルキャパシタ１を断面図に概略的に示す。図１において、バルブメタル陽極コア２からは陽極ワイヤ３が伸びている。陽極ワイヤは、通常溶接によって陽極リード４に電気的に接続されている。陽極の少なくとも一部にある誘電体５は、陰極６から陽極を分離する。陰極は、導電性接着剤１１により、陰極リード７に電気的に接続されており、陽極リード及び陰極リードの接点部分を除く構造全体が、非導電性材料８に収容されている。陽極リード４及び陰極リード７は、当該技術分野において十分に文書化されているように、アレイの形態で略連続的リードフレームの一部として始まり、複数の陽極リード及び陰極リードは共通のリードフレームに一体化している。陽極リード及び陰極リードは、キャパシタがダイシング等により単体にされるときに電気的に切断される。
【０００５】
アルミニウムベースのバルブメタル表面実装キャパシタの場合、陽極用にフォイルの形態のアルミニウムを利用して、単位体積あたりの表面積を増大させるための粗化された表面が、陽極酸化処理されて基材の上に誘電体層を形成し、デバイス全体の長さ及び幅に類似するサイズの素子（複数の場合もあり）に成形されることは標準的に実施されている。比較的薄いフォイルの形態のアルミニウムを採用する理由は、表面を粗化する好ましい方法が、比較的浅い深さにしか達することができず、そのため最も容量分析的に効率的な形態は薄いシート又はフォイルである、ということである。各陽極酸化処理された素子は、陽極酸化処理された素子の一部の上に、主陰極として機能する導電性ポリマー層を生成するように処理され、それにより、キャパシタの活性領域を生成する。主陰極を保護するために、活性領域から電流を収集するために、かつデバイス封止材内に位置するリードフレーム延長部に電流を導通させるために、更なる陰極層が追加される。また封止材空間内に、陰極層なしに、陽極延長部としての役割を果たす陽極素子の一部が保持され、この部分が別個のリードフレーム延長部に取り付けられる。リードフレームの陽極延長部及び陰極延長部の両方が、成形された封止材を越えて伸び、その後デバイスリードを形成するように処理され、デバイスリードは、デバイスが印刷回路基板実装パッドにはんだ付けされるための手段を提供する。個々の容量性素子は、通常の業界標準表面実装キャパシタパッケージで可能である空間よりはるかに薄く、したがって、封止されたデバイス内で複数の個々の容量性素子を互いに積層することにより、更なる静電容量が得られる。追加の容量性素子は、第１の素子の上に積層され、第１の素子がリードフレームに取り付けられるのと同じ手段によって第１の素子に取り付けられる。第１の素子及び／又は後続する素子の構成を、それぞれの単一リードフレーム延長部の反対側に構成することもできる。
【０００６】
図１Ｂは、通常のアルミニウムベースの表面実装バルブメタルキャパシタ１００を断面図に概略的に示す。図１Ｂには、複数の容量性素子１０１があり、それらはアルミニウムフォイル１０２から構成されており、アルミニウムフォイル１０２は、その表面を多孔性にするように処理されている（１０３）。その表面全体にわたり、又はその表面の一部のみにわたり、多孔性アルミニウムフォイルは、陽極酸化処理されて誘電体層１０４を生成する。そして、フォイルは、誘電体層の上に導電性ポリマー層１０５を生成するように処理される。そして、導電性ポリマー層の上に保護カーボン層１０６が施され、カーボン層の上に銀ペイント層又は金属充填有機樹脂層１０７が施されて、陽極素子の容量性領域から電流を収集する能力が提供される。容量性関連層のいずれからも保護される陽極素子の領域１０８があり、この領域１０８は、陽極延長部として機能するとともに陽極電流用の導電経路としての役割を果たす。このようにして、完成した容量性素子１０１を得る。これらの容量性素子はリードフレーム構造１１０に取り付けられ、そこでは、容量性素子の陰極部が、銀接着剤１１２によってリードフレームの陰極部１１１に接着され、陽極延長部１０８が、溶接によりリードフレームの陽極部１１３に取り付けられる。他の容量性素子の上部に更なる容量性素子が積層され、第１の容量性素子（複数の場合もあり）がリードフレーム延長部に取り付けられるのと同じ方法によって取り付けられる。そして、この構造は、熱硬化性樹脂１１４に封止される。リードフレーム延長部は、封止材１１５の底面から出るように処理され、印刷回路基板にはんだ付けされるために適した実装面を提供する。
【０００７】
容易に理解されるように、陽極コンポーネントと陰極コンポーネントとを電気的に分離することが必要である。この要件により、最終的なキャパシタのかなりの体積が静電容量に寄与しないため、体積効率の損失がもたらされる。例えば、図１を参照すると、陽極リードワイヤ及び陽極リードを包囲しているキャパシタの部分は、陰極層から十分に分離してリードフレームをリードワイヤに取り付けること以外に電気的目的を提供しない。環境を通じて、損傷を受けやすくかつ保護されていない誘電体層及び陰極層に向かって弱まることなく広がる溶接操作の影響が、それらの層の品質及び性能を劣化させないことを確実にするために、容量性素子の活性領域と溶接個所９との間に十分な分離を提供することが必要であることにより、上記問題は悪化する。溶接プロセスから素子を遮蔽することは、製造精度の実際的な限界が、必要な距離を遮蔽のない場合に必要な距離より短縮するのを妨げるので、占有体積を低減するのに有益であると立証されていない。複数の容量性素子が１つのキャパシタに結合されると、体積効率は更に浸食される。
【０００８】
更に別の問題は、通常、導電性ポリマー層及び／又は金属充填層の何かの組合せである集電陰極層の厚さである。これらの層は、許容可能に低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）を達成するために、容量性素子の長さ及び幅に沿ってリードフレームまで適切な量の電流を導通させるために十分な厚さでなければならない。積層された容量性素子を含む通常の構成の固体電解アルミニウムキャパシタの場合、陰極層には、リードフレームから離れて該陰極層上に積層されている全ての容量性層に対して電流の全てを搬送するという追加の負荷がある。
【０００９】
表面実装キャパシタの主な購入者である電子デバイス製造業者は、電気サブアセンブリを形成するために回路基板又は関連素子の上に表面実装キャパシタを実装するように調整された、大きな設置済みの生産基盤を有している。したがって、上述したように表面実装キャパシタに構造的に類似するキャパシタを提供することが必要である。デバイスのサイズ、形状及び寸法と、取付位置のサイズ、形状及び寸法とが特に考慮される必要がある。不都合なことに、エレクトロニクス産業はまた、常に、電子デバイスを小型化するか、又は同じサイズのデバイスからより大きい容量及び能力を抽出しようとしている。これにより、キャパシタ等のコンポーネントの製造業者は、所与の容積の空間により多くの機能を求めることが余儀なくされる。これらの相反する要件により、サイズ及びリードの向きにおいて業界標準表面実装キャパシタを模倣する一方で、体積効率すなわち単位体積あたりの静電容量がより高い表面実装キャパシタを提供することが望まれることとなった。陽極を通常のバルブメタルキャパシタのそのそれぞれのリードフレームに取り付けることによる体積効率の損失に対処するために、製造業者によっては、デバイス封止材の外側に取付装置を配置するように試みた。特許文献１及び特許文献２に、陽極延長部を、封止材の外側の既存の外部端子に接続する幾つかの方法が提案されている。これらの方法には、封止材に埋め込まれているか又は封止シェル全体の一部としての従来のリードフレーム材料又は等価物の一部を形成することと、導電層をデバイスの端部の上に付与して、端子の縁を露出した陽極延長部に接続することとが含まれる。
【００１０】
特許文献３に、同様の構成の方法が示されている。この出願は、陽極延長部及び付与される導電性陰極の一部が、保護封止材の外側に露出しているデバイスを記載している。そして、陽極延長部（複数の場合もあり）及び陰極層が露出するデバイスの端面に、フレーム溶射され、その後、はんだ付け可能にされて、デバイスの各端部に端子が生成される。この施された端子材料は、デバイスの端面にのみ存在し、デバイスの底部又は表面実装面にはそれほど存在していない。この端子材料はまた、デバイスの端面全体も覆う。この設計は、ＭＬＣＣデバイスの端子構造を有するバルブメタルデバイスを表している。これらの端子構成は、顧客には望ましくなく、それは、これらのデバイスが、バルブメタルキャパシタ用の業界標準終端仕様と互換性がないためである。さらに、これらの端子構成は、端子がデバイスの全幅に延在するため顧客には望ましくない。業界標準によれば、デバイスをＰＣＢに実装するはんだ付けプロセス中にデバイスに対する安定化効果が必要であるため、印刷回路基板上の実装パッドは、デバイス端子より常に幅が狭い。したがって、端子がデバイスの全幅に延在する場合、印刷回路基板上の実装パッドは、デバイスより幅が広く、回路基板において、この端子構成を有する容量性デバイスによって充填される可能性がある空間よりより多くの空間が実際に必要となり、その結果、理想的な体積効率を下回ることになる。したがって、デバイスの幅より大幅に狭い端子を有するデバイスでは、印刷回路基板上で必要な実装パッドは容量性デバイスより幅が狭く、そのため、ＰＣＢにおいて必要な空間も小さくなり、体積効率が向上する結果となる。デバイスが業界標準に準拠し、好ましくは、デバイス端子が、デバイスケースより０．４ｍｍ以上狭いことが好ましい。リードフレームを利用してデバイスを終端させる、ここに記載されている固体電解バルブメタルキャパシタの通常の構成方法は、前述のような望ましい端子構成を満足させる。また更に、特許文献１及び特許文献２並びに特許文献３に開示されているもののように、端子がデバイスの上面に達する端子構成もまた望ましくない。これは、導電性金属で接地されたシールドがこうした問題を軽減するように回路基板の上に配置される、携帯電話におけるように、ＲＦ伝送を行う最近の電子デバイスか又は外部ＲＦ干渉及びＥＭ干渉に影響を受けやすい電子デバイスの共通の状態に起因する。これらのデバイスでは、シールドは、ＰＣＢに実装されるデバイスの上部に接触する可能性がある。したがって、端子が上部に達するデバイスは、こうした端子と接地されたシールドとの間に電気経路を提供し、デバイス及び回路を動作不能にする。上述した状態に起因して、業界標準バルブメタル表面実装キャパシタの正確な端子構成を維持しながら、陽極延長部を端子に外部から取り付けることにより得られる可能性がある体積効率が向上したデバイスを有することが望ましい。業界標準構成の端子を提供する他の理由は、顧客が製品を再加工したいという要求である。多くの顧客が、キャパシタがＰＣＢにはんだ付けされた後に、はんだ材料のフィレットが端子とパッドとの間に見えることを好む。これにより、顧客が望む場合、デバイスをより容易に取り除くことができる。特許文献１及び特許文献２に記載されているように、デバイス端部は、陽極から封止材に埋め込まれている端子まで接続を提供する層を有している。２つのあり得る問題は、上述した再加工に関してこうした層があることから発生する。こうした問題の１つは、接続層がはんだ付け可能であることを確実にするために必要な細心の注意である。多くの記載されている特徴により、表面は、導電性であるがはんだ付け可能ではなくなる可能性がある。再加工に関する別のこうした問題は、接続層の機械的完全性である。再加工が必要な場合、デバイスを取り外すために必要な熱が、接続層に損傷を与え、最終的にデバイスに損傷を与える可能性がある。再加工プロセス中のデバイスへの損傷を防止し、はんだフィレットを形成するようにパッド表面とデバイスの端部との間に連続面を提供するように、全ての露出面上の固体金属である端子を備えたデバイスを有すること好ましい。
【００１１】
特許文献４に記載されているもののように、表面実装固体電解キャパシタを構成する他の方法が提案されている。これらの教示も依然として体積非効率をもたらす。焦点は、電気回路に対する影響に関連する性能が向上した構成である。その設計には、陽極延長部及び陰極延長部の取付が必要である。これらの教示は、封止の前に機械的に取り付けられる端子を記載している。上述したように、これは、封止の内側の空間を占有し、これによってデバイスの体積効率が低下する。加えて、この特許には、いかなる取付方法も教示されておらず、体積効率に利点がない従来の取付方法に従うものと想定せざるを得ない。
【００１２】
特許文献１及び特許文献２並びに特許文献３に開示されているもののようなデバイスの体積効率はまた、業界で一般に使用されている銀ペーストとして指定される陰極層構成に起因して厳密に制限される。固体金属導体に比較して、ペーストの導電率が比較的低いことに起因して、集電陰極層として銀ペーストを使用することにより、体積効率に対して著しい悪影響があり、これにより、これらの製品の期待されるＥＳＲ性能を達成するために必要な電流を導通させるために、著しい厚さのペーストの使用が余儀なくされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，８１９，５４６号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１６１，７９７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１６５５４７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１８５，０９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、本技術分野における問題をなくすキャパシタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、改善されたキャパシタを提供することである。
【００１６】
本発明の特定の特徴は、体積効率が向上し電気的特性を維持するか又は改善したキャパシタ及び該キャパシタを製造する方法である。
【００１７】
これらの利点及び他の利点は、理解されるように、固体電解キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物を含む陽極を形成することであって、陽極から陽極リード延長部が突出する、形成することを含む。陽極の上に誘電体が形成され、誘電体の上に陰極層が形成される。陽極、誘電体及び陰極層は、非導電性材料に収容され、容器の外側の側面で陽極リード延長部が露出する。好ましくは、予備成形された固体金属端子、最も好ましくはＬ字型端子を、側面において導電性金属層に電気的に接続することによって、陽極リード延長部に導電性金属層が接着され、終端が可能になる。
【００１８】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物の陽極を形成することであって、陽極からバルブメタル又は導電性バルブメタル酸化物の陽極リード延長部が突出する、形成することを含む。陽極の上に誘電体が形成され、誘電体の上に陰極層が形成される。非導電性材料に陽極、誘電体及び陰極層が収容され、それにより封止材が形成される。陽極リード延長部が露出し、露出したバルブメタル陽極リード延長部の一部が亜鉛で置換される。亜鉛の少なくとも一部は、好ましくは電気めっき又は無電解めっきにより導電性金属でコーティングされ、導電性金属に、予備成形されたＬ字型の固体金属端子が取り付けられる。
【００１９】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタの形成方法で提供される。本プロセスは、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物の陽極を形成することであって、陽極から、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物の陽極リード延長部が伸びる、形成することを含む。陽極の上に誘電体が形成され、誘電体の上に陰極層が形成される。陽極リード延長部に陽極導電性材料が付与される。陽極、誘電体及び陰極層は、非導電性材料に封止され、陽極導電性材料の一部が、封止材の表面において露出する。封止材の表面において、予備成形された固体金属端子が、陽極導電性材料に接着される。
【００２０】
更に別の実施の形態は、キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、複数の容量性素子を提供することであって、各容量性素子はバルブメタルフォイル及び陽極リード延長部を備え、各フォイルは不活性領域及び活性領域を有する、形成することを含む。活性領域は、誘電体と誘電体の上の導電層とを備える。容量性素子に、固体金属集電体が介在する。各固体金属集電体が、導電性接着剤を用いて少なくとも１つの導電層に接着され、それにより能動容量性スタックが形成される。能動容量性スタックはケースに収容され、各陽極リード延長部は容器の第１の面で露出し、上記固体金属集電体は容器の第２の面で露出する。各露出した陽極リード延長部の一部は、亜鉛で置換され、導電性金属は、好ましくは、電気めっき又は無電解めっきから選択される方法を介して亜鉛に接着される。予備成形された金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に接着され、予備成形された金属陽極端子は、導電性金属に接着される。
【００２１】
更に別の実施の形態は、キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、複数の容量性素子を提供することであって、各容量性素子はバルブメタルフォイル及び陽極リード延長部を備え、各フォイルは、不活性領域と、誘電体及び該誘電体の上の導電層を含む活性領域とを有する、提供することを含む。陽極導電性材料が、不活性領域において各バルブメタルフォイルに取り付けられる。容量性素子には、固体金属集電体が介在する。各固体金属集電体が、導電性接着剤を用いて、少なくとも１つの導電層に接着され、それにより能動容量性スタックが形成される。非導電性材料の容器が形成され、能動容量性スタックは容器内にある。陽極導電性材料は第１の面で露出し、固体金属集電体は第２の面で露出する。予備成形された固体金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に取り付けられる。予備成形された固体金属陽極端子が、各陽極導電性材料に取り付けられる。
【００２２】
更に別の実施の形態は、キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、複数の容量性素子を提供することであって、各容量性素子はバルブメタルフォイル及び陽極リード延長部を有する、提供することを含む。各フォイルは、不活性領域と、誘電体及び誘電体の上の導電層を含む活性領域とを有する。容量性素子には、固体金属集電体が介在し、固体金属集電体は、導電性接着剤を用いて少なくとも１つの導電層に接着され、それにより能動容量性スタックが形成される。非導電性材料の容器が形成され、能動容量性スタックは容器内にある。各陽極リード延長部が第１の面で露出し、それにより、露出した陽極リード延長部を形成し、固体金属集電体が第２の面で露出する。露出した陽極リード延長部に導電性金属が接着され、露出した固体金属集電体に予備成形された金属陰極端子が接着される。導電性金属には、予備成形された金属陽極端子が接着される。
【００２３】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、少なくとも１つの容量性素子であって、バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リード延長部が延在している、少なくとも１つの容量性素子を有する。陽極体の表面上に誘電体層があり、誘電体等の上に陰極層がある。少なくとも１つの固体金属集電体が、導電性接着剤により陰極層に接着されている。少なくとも１つの陽極導電性材料が、陽極リード延長部に接合されている、封止材が、封止材の外側に露出した陽極リード延長部、陽極導電性材料及び固体金属集電体の一部を除いて、容量性素子及び固体金属集電体を収容する。予備成形された固体金属陽極端子が、陽極導電性材料に電気的に接続されかつ該陽極導電性材料と同じ表面にある。予備成形された固体金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に電気的に接続されかつ該固体金属集電体と同じ表面にある。
【００２４】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、少なくとも１つの容量性素子であって、バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リード延長部が延在している、少なくとも１つの容量性素子を有する。陽極体の表面上に誘電体層があり、誘電体等の上に陰極層がある。少なくとも１つの固体金属集電体が、導電性接着剤により陰極層に接着されている。封止材が、封止材の外側に露出した陽極リード延長部及び固体金属集電体の一部を除いて、容量性素子及び固体金属集電体を収容する。予備成形された固体金属陽極端子が、陽極導電性材料に溶接されかつ該陽極導電性材料と同じ表面にある。予備成形された固体金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に電気的に接続されかつ該露出した固体金属集電体と同じ表面にある。
【００２５】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、少なくとも１つの容量性素子であって、各容量性素子はバルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リードが延在する、少なくとも１つの容量性素子と、陽極体の表面上の誘電体層と、誘電体層の上の陰極層とを有する。少なくとも１つの固体金属集電体が、導電性接着剤により陰極層に接着されている。封止材が、封止材の外側に露出した陽極リード延長部及び固体金属集電体の一部を除き、容量性素子及び固体金属集電体を収容する。中間導電性接合層が、陽極リード延長部の露出面に付与される。予備成形された固体金属陽極端子が、中間導電性接合層に電気的に接続されかつ該中間導電性接合層と共通の面にある。予備成形された固体金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に電気的に接続されかつ該露出した固体金属集電体と共通の面にある。
【００２６】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、少なくとも１つの容量性素子であって、バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リードが延在している、少なくとも１つの容量性素子と、陽極体の表面上の誘電体層と、誘電体層の上の陰極層とを有する。封止材が、封止材の外側に露出した陽極リード延長部の一部を除いて容量性素子を収容する。陽極リード延長部の露出面に、中間導電性接合層が施される。予備成形された固体金属陽極端子が、中間導電性接合層に電気的に接続されかつ該中間導電性接合層と同じ面にある。
【００２７】
更に別の実施の形態は、改善された固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、少なくとも１つの容量性素子であって、バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リードが延在している、少なくとも１つの容量性素子を有する。誘電体層が陽極体の表面上にあり、陰極層が誘電体層の上にある。陽極リード延長部に接合された少なくとも１つの陽極導電性材料。封止材が、封止材の外側に露出した陽極導電性材料の一部を除き、容量性素子を収容する。予備成形された固体金属陽極端子が、陽極導電性材料に電気的に接続されかつ該陽極導電性材料と同じ面にある。
【００２８】
更に別の実施の形態は、改善された固体電解キャパシタで提供される。本キャパシタは、バルブメタル陽極体を備え、該バルブメタル陽極体から陽極リードが延在している、少なくとも１つの容量性素子を有する。誘電体層が陽極体の表面上にある。陰極層が誘電体層の上にある。封止材が、封止材の外側に露出した陽極リード延長部の一部を除き、容量性素子を収容する。予備成形された固体金属陽極端子が、陽極導電性材料に溶接されかつ該陽極導電性材料と同じ面にある。
【００２９】
更に別の実施の形態は、固体電解キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、バルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物の陽極を形成することであって、陽極からバルブメタル又はバルブメタルの導電性酸化物の陽極リード延長部が伸びる、形成することを含む。陽極の上に誘電体が形成され、誘電体の上に陰極層が形成される。陽極、誘電体及び陰極層は、非導電性材料に収容され、それにより封止材が形成される。封止材の表面において陽極リード延長部の一部が露出する。封止材の表面において、予備成形された固体金属端子が陽極導電性材料に電気的に接触する。
【００３０】
更に別の実施の形態は、キャパシタの形成方法で提供される。本方法は、複数の容量性素子を提供することであって、各容量性素子はバルブメタルフォイル及び陽極リード延長部を備え、各フォイルは、不活性領域と、誘電体及び該誘電体の上の導電層を含む活性領域とを有する、提供することを含む。容量性素子には、固体金属集電体が介在し、各固体金属集電体が、導電性接着剤を用いて、少なくとも１つの導電層に接着され、それにより能動容量性スタックが形成される。能動容量性スタックの上に非導電性材料の容器が形成され、容器が形成される。陽極リード延長部は第１の面で露出し、固体金属集電体は第２の面で露出する。予備成形された固体金属陰極端子が、露出した固体金属集電体に接着され、予備成形された固体金属陽極端子が、各陽極リード延長部に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】従来技術によるキャパシタの概略断面図である。
【図１ｂ】従来技術によるキャパシタの概略断面図である。
【図２】封止前の本発明の一実施形態の概略部分断面図である。
【図３】図２の本発明の一実施形態の詳細な概略組立分解図である。
【図４】封止後の本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図５】端子を含む本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図６】端子を含む本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図７】陽極に取り付けられた陽極導電性材料を採用する終端設計の一実施形態の断面図である。
【図８】端子が取り付けられている、陽極に取り付けられた陽極導電性材料を採用する終端設計の一実施形態の断面図である。
【図９】端子が取り付けられている、陽極延長部にニッケルを採用する終端設計の一実施形態の断面図である。
【図１０】端子が取り付けられている、超音波直接接続を採用する終端設計の一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、改善されたキャパシタと改善されたキャパシタを製造する方法とに関する。
【００３３】
本発明は、容量性素子の陽極部を端子に取り付けることによって占有される体積が大幅に低減され、それにより体積効率が上昇するデバイス構成を導入する。同様に、本発明は、集電陰極層の厚さを大幅に低減することができ、それによっても体積効率が上昇する方法を導入する。両態様ともに、素子（複数の場合もあり）の容量性領域のサイズを増大させ、かつ／又は電気的性能を維持するか若しくは向上させるとともにデバイスの同じ全体的な体積内での容量性素子の数を増大させることを可能にすることを提供する。
【００３４】
キャパシタデバイスは、バルブメタルフォイルから作製される。本明細書では陽極フォイルと呼ぶバルブメタルフォイルは、金属の表面積を増大させるように粗化面を有している。誘電体は、金属の陽極酸化によって形成される、粗化金属の表面上に形成される。粗化領域の内面と接触し、誘電体と後続する層との間の物理的バリア層を提供するように、誘電体の表面に導電ポリマー層が施される。ポリマー層への接着を容易にするために、ポリマー層にカーボンペイント層が施される。固体金属集電層が、各素子の表面に施され、金属充填接着剤、好ましくは銀によってその表面に接着される。固体金属集電体は、好ましくは、限定されないが隣接する陰極層の少なくとも７０％に重なり、より好ましくは、固体金属集電体は隣接する陰極層の少なくとも８０％に重なり、最も好ましくは少なくとも９０％に重なる。固体金属集電体は、好ましくは、導電性陰極層と固体金属集電体との間の重なる領域全体の上に接着される。複数の層が構成され封止される。陽極フォイルは、封止材の外面に露出し、固体金属集電層は、封止材の反対側の面に露出している。陽極フォイル及び固体金属集電体は、外部端子に取り付けられる。表面処理応用を使用して、陽極フォイル又は固体金属集電体が、外部端子に取り付けることができるように準備される。
【００３５】
このように構成することにより、陽極延長部をデバイス端子に接続することに関連するキャパシタデバイスで利用される空間の容積の改善又は低減が可能になる。これは、端子を取り付けるプロセスからの素子（複数の場合もあり）の容量性部分の保護を提供する、陽極延長部の周囲の封止によって行われる。陽極延長部は、封止材の外側に露出すると、取付を行うために使用することができる方法の可用性を拡張する。これは、従来の取付方法を行うことがより困難となる可能性があり、接続を容易にする新たな方法が必要となるため反直感的である。素子の容量性部分のこの保護により、この部分に損傷を与えるか又は悪影響を及ぼすことなく、容量性部分の近くで接続を行うことを可能にし、それにより既存のプロセスに対してこのデバイスの体積効率が向上する。本発明の利点は、陽極延長部を、端子を露出した延長部に直接取り付けることができるように準備することができ、それにより、固体電解表面実装キャパシタの業界標準に準拠する端子設計の利用が可能になる、ということである。
【００３６】
一実施形態では、従来技術において既知である陰極銀ペイントに置き換えて固体金属集電体（複数の場合もあり）を組み込むことにより、更なる体積効率及び電気的パラメーターが提供される。固体金属集電体をデバイス封止材の外側のデバイス端子に直接取り付ける、本明細書に開示している端子取付方法の適用により、固体金属集電体の使用が実用化される。陽極延長部端子取付方法に類似して、封止材は、素子（複数の場合もあり）の容量性部分に対して保護を提供する。固体金属集電体は、封止材の外側に露出すると、取付を行うために使用することができる方法の可用性を拡張する。封止材による素子の容量性部分の保護はまた、この部分に損傷を与えるか又は悪影響を及ぼすことなく、容量性部分の近くで接続を行うことを可能にし、それにより、既存のプロセスに対してこのデバイスの体積効率が向上する。通常の金属充填ポリマーの代りにこの固体金属集電体を用いることにより、電気的性能を低下させることなく、金属充填ポリマーと比較して固体金属層の導電率が向上することにより、集電層をはるかに薄くすることができる。層が薄くなることにより、能動容量性部分によって使用することができるキャパシタデバイス内部の利用可能な容積が増大し、体積効率が向上する。固体金属集電体に使用される通常の金属厚さにより、通常の金属充填ポリマー層に関連して導電経路の抵抗が低くなり、それにより電気的性能が向上する。素子（複数の場合もあり）のキャパシタ領域から外部端子までの経路長が、素子間で金属充填ポリマーを通過しなくなるために、抵抗が更に低減するが、各個々の集電体からデバイス端子まで直接導通する。集電体と端子取付方法との組合せにより、体積効率の向上と電気的パラメーターの改善が可能になる。
【００３７】
本発明は、容量性素子（複数の場合もあり）の陽極延長部が封止材又は等価物によって収容され、封止材の外側に露出するデバイス構成を開示する。そして、デバイスの端子は、容量性素子（複数の場合もあり）の露出した陽極延長部（複数の場合もあり）に取り付けられる。封止材又は等価物による陽極延長部（複数の場合あり）の収容により、素子の容量性領域が、選択される取付方法のプロセス及び影響から保護される。それにより、選択される陽極延長部を端子に取り付ける実際的な方法の数もまた増大する。
【００３８】
さらに、陽極延長部（複数の場合あり）を封止材に収容し、陽極延長部を封止材の外側に又はその表面において露出させることにより、端子が取り付けられる陽極延長部の露出部分を、従来の取付に必要な実際的な空間よりはるかに小さい、その断面積の部分のみであるように画定することが可能になる。陽極延長部の端子への取付を、ここで、素子の主面に対して垂直な面で行うこともできる。したがって、陽極延長部を端子に取り付けるために利用可能な新たな方法は、通常の構成方法による場合より占有する体積がはるかに小さくなる。
【００３９】
本発明はまた、集電陰極層が、同じＥＳＲ性能を達成しながら、通常の構成で使用される固体金属導体の比較的厚い集電陰極層よりはるかに薄くすることができる固体金属導体からなる、デバイス構成も開示する。これは、固体金属集電体が、通常のデバイス構成において集電陰極層として使用される通常の導電性「ペイント」のおよそ１０倍〜１０００倍の導電率を有することによる。さらに、固体金属集電体の各々は、デバイス端子に対し独立してかつ直接接続するために封止材の外側に露出しており、それは従来技術に対して著しく有利であり、この構成は、素子陰極層とデバイス端子との間のより高い導電率の接続を提供する。従来技術では、電流が、後続する素子とリードフレームとの間に存在する各素子のより低い導電率の陰極層内を流れる必要がある。素子間のこの電流路は、デバイスの全体的な抵抗を増大させる直列の抵抗を引き起こす。一実施形態において提供するように、この抵抗を低下させかつ並列に分散させることにより、全体的なデバイス抵抗が低下する。
【００４０】
陽極延長部のそれらの端子への接続と同様に、固体金属集電体のそれらの端子への接続は、複数の体積効率の高い方法から選択することができる。
【００４１】
本発明を、本開示の一体的な、限定的でない構成要素を形成する図面を参照して説明する。説明全体を通して、同様の要素はそれに従って番号が付されている。
【００４２】
本発明は、バルブメタル陽極又はバルブメタルの導電性酸化物を含む陽極を備えるキャパシタに関連する。特に好ましい陽極材料は、容量性誘電体として機能する陽極酸化物層を形成するか、又は表面に誘電材料を施すことを可能にする材料であり、その材料は、好ましくは、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びそれらの導電性酸化物からなる群から選択される。より好ましくは、陽極は、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔａ及びＮｂＯからなる群から選択される材料を含む。アルミニウム陽極材料の場合、陽極の厚さは、好ましくは１０ミクロン〜５００ミクロンの厚さである。より好ましくは、陽極は１００ミクロン〜３６０ミクロンの厚さである。約１０ミクロン未満の厚さでは、フォイルは製造スケールで取り扱うことが困難になる。約５００ミクロンを超える厚さでは、ＥＳＲ性能が悪影響を受ける。
【００４３】
図２は、陽極フォイル２０１、マスキング材料２０２、導電性陰極層２０３、固体金属集電体２０５を備えている本発明の実施形態の概略図を示す。導電性陰極層、陽極フォイル及び固体金属集電体２０４の詳細な図は、図３において詳細に更に例示されている。
【００４４】
図２の部分２０４から取り出された部分切取断面図を図３に示し、図３には、陽極フォイル２０１と固体金属集電体２０５との間の好ましい層の詳細が例示されている。図３において、誘電体３０１は、陽極の上にあり、好ましくは、陽極の化学陽極酸化処理によって形成される。好ましくは導電性ポリマーを含む導電層３０２が誘電体の上にある。カーボン層３０３が、導電層より容易に接着される面を提供する。導電性接着剤３０４が、固体金属集電体をカーボン層に接着する。
【００４５】
図４は、封止の後でありかつダイス切断又は露出の前の図２の積層構造の概略断面図を示す。図４において、各陽極２０１の両側には、陽極に一体的でありかつ別個には示されていない誘電体がある。導電層２０３が誘電体の両側にあり、重なっている陽極及び導電層が活性キャパシタを形成している。介在する固体金属集電体２０５が、電荷収集体として機能し、内部固体金属集電体２０５が両側の陰極層から電荷を収集し、２つの外部固体金属集電体２０５が単一の陰極層から電荷を収集する。非導電性ポリマー４０１。そして、アセンブリは、４０２において陽極側でダイス切断され、４０３において陰極側でダイス切断される。導電層は、好ましくは、導電性ポリマー３０２を含み、その上にカーボンコーティング３０３が施されている。導電性接着剤３０４及び最も好ましくは銀充填接着剤は、固体金属集電体２０５とカーボン層３０２との間にある。
【００４６】
図５は、ダイス切断及び終端の後の図４の一実施形態を概略断面図で示す。図５において、陽極終端層５０１及び陰極終端層５０３は、図７〜図１０に示すように、本明細書において更に説明するように形成される。これらの図の一部として、中間導電層５０１及び５０３は、幾つかの実施形態を表している。陽極端子５０２が陽極終端層に取り付けられ、陰極端子５０４が陰極終端層に取り付けられている。
【００４７】
図６は、本発明の一実施形態を示す。陽極体６０８は、高表面積バルブメタル構造、好ましくは、限定されないが、タンタルである。誘電体層６０９は、陽極酸化処理によって陽極体６０８の上に形成された酸化物である。導電層６０６は、誘電体表面の上に形成され、陰極端子６０７に電気的に接続されている。導電層は、好ましくは、限定されないが、導電性ポリマー層、カーボンペイント、銀ペイント及び銀接着剤を含む。陽極体６０８には陽極延長部６０３が一体化している。陽極延長部６０３は、デバイス封止６０５の外側に露出している。陽極端子６０１の取付は、図７〜図１０に示す方法による。これらの図の一部として、中間導電体層６０２は幾つかの実施形態を表している。
【００４８】
本発明の一実施形態を、図７を参照して説明する。図７において、陽極２０１は、バルブメタルのシート若しくはフォイル又はバルブメタルの導電性酸化物の形態である。誘電体３０１は、陽極の表面にあり、陽極の表面全体又は両面にわたっている場合がある。誘電体は、好ましくは、限定されないが、提供される製造効率が高いため陽極材料の酸化物である。誘電体層３０１の上に陰極層２０３が形成される。陽極導電性材料７０１が、陽極２０１に電気的に接続され、マスク２０２を越えて延在している。そして、積層構造が、最終的に４０２においてダイス切断される。そして、複数の容量性素子が積層され、固体金属集電体２０５が隣接する陰極層２０３の間に介在する。
【００４９】
図８に部分的な積層配置が示され、図８では、陽極端子５０２が陽極導電性材料７０１と電気的に接触している。陽極端子５０２が、結合層８０１を介して陽極導電性材料７０１に接続されており、該結合層８０１は、好ましくは、限定されないが、はんだである。陰極端子５０４が、結合層８０２を介して固体金属集電体２０５に接続されており、該結合層８０２は、好ましくは、限定されないが、はんだである。後続する層は図示していない。
【００５０】
図９に、本発明の一実施形態を示す。中間導電層９０１は、陽極２０１に電気的に接続されている。中間導電層９０１は、好ましくは、限定されないが、ニッケルめっき層、金属フレーム溶射、金属アーク溶射、金属スパッタリング、化学気相成長又は粉末金属焼結である。陽極端子５０２は、結合層９０２を介して中間導電層９０１に結合されており、該結合層９０２は、好ましくは、限定されないが、はんだである。
【００５１】
図１０に、本発明の一実施形態を示す。陽極端子５０２は、好ましくは、限定されないが、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接又は融解によって陽極２０１に直接接合されている。
【００５２】
バルブメタルキャパシタを終端させることの課題のうちの１つは、電気的に抵抗のある金属に形成される抵抗性空気酸化物の存在である。これにより、陽極端子を陽極延長部に取り付けることが困難になる。空気酸化物の存在下でこの接続を行うことができるプロセスでは、陽極延長部を融解する大量の熱及びエネルギーが必要である。これは、容量性素子に損傷を与える可能性があるため、困難であるか又は露出した陽極延長部には望ましくない可能性がある。この問題を緩和するために、陽極延長部に中間導電性結合層が施される。従来の取付方法の望ましくない熱及びエネルギー問題をもたらすことなく、空気酸化物及びその電気的影響を除去するか又は低減することにより、上記中間導電層は、該層と陽極延長部との間に低い界面抵抗があるように施すことができる。さらに、この中間結合層は、バルブメタル等の問題のある空気酸化物層を形成しない。この中間導電性結合層により、陽極端子を陽極延長部に接合するために、より望ましいプロセスを使用することが可能になる。これらのプロセスには、限定されないが、はんだ付け、ろう付け、導電性接着剤接合、ナノフォイル接合、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、低温焼結、溶接若しくは電気的接着剤、又は中間層を端子に電気的に若しくは機械的に接続する任意の方法を挙げることができる。
【００５３】
バルブメタルの陽極延長部にニッケルめっきを施すことは、特にアルミニウム及びタンタル陽極の場合、露出面に空気酸化物が形成されるために困難である。ダイス切断中に露出するアルミニウムの縁は、亜鉛酸塩プロセス（zincate process）によって処理される。亜鉛は、表面アルミニウムを置換し、それによりアルミニウムの上に亜鉛コーティングを形成する。亜鉛層は、基材上におけるニッケル等の金属のめっきを促進する保護コーティングであり、最終的なめっき層に組み込んでも組み込まなくてもよい。そして、亜鉛コーティングは、標準めっきプロセスにより、無電解ニッケル又は電気めっきニッケルのいずれかのニッケルによって置換される。このプロセスは、陽極延長部をニッケルめっきすることを採用する実施形態に適用可能である。別の実施形態では、陽極端子は、超音波溶接によって取り付けられる。端子は、露出した陽極延長部と圧縮関係になり、超音波パルスが端子に印加される。パルスによって引き起こされる摩擦が、端子及び陽極延長部を溶融し、それにより端子と陽極延長部との間を永久的に電気的に接続する。この溶接プロセスに関連する良好な状態に起因し、能動容量性素子の保護における上述した改善に起因して、超音波が好ましい方法ではあるが、端子の取付を容易にするために更なる方法を使用することができる。そうした方法は、限定されないが、特徴を合わせて溶融又は融解するために、端子と延長部との間の接合部における、抵抗溶接、レーザ溶接又は高温を発生する任意の方法を含むことができる。
【００５４】
一実施形態では導電性金属層である中間導電性結合層を形成する方法とは対照的に、ここでは、端子を取り付けるために陽極延長部を準備する追加の方法を説明する。本方法は、後に端子の取付を容易にする封止の前に、本明細書では陽極導電性材料と呼ぶ特徴を、陽極延長部に電気的にかつ／又は機械的に接合することを含む。そして、この陽極導電性材料は、陽極延長部とともに部分的に露出する。この容易化の幾つかの方法には、陽極導電性材料にはんだ付けすることか又は、溶接プロセス等の他のプロセスに対する支持を提供する陽極導電性材料とはんだ付けすることができることが含まれる。従来技術による教示では、全ての陽極延長部が、積層ステップにおいて封止の直前に接続される。これは本明細書における本発明の教示に対して柔軟性が低く、それは、本明細書における本発明の教示では、複数の素子を積層する許容差が取り除かれているためである。本明細書に記載するように個々の素子を接合することにより、より正確な配置が可能になり、したがって体積の影響を低減するより優れた制御が可能になる。
【００５５】
陽極導電性材料及び固体金属集電体は好ましくは銅であり、ニッケル又は他の任意のはんだ付け可能な材料が本発明の論証に適している。陽極導電性材料及び固体金属集電体は、好ましくは１ミクロン〜１００ミクロンの厚さであり、より好ましくは５ミクロン〜２０ミクロンの厚さである。約５ミクロン未満では、フォイルは、製造スケールで取り扱うことが困難となる。約１００ミクロンを超えると、フォイルは体積効率が低下する。
【００５６】
本発明の一実施形態は、デバイスの底部、すなわち表面実装面と、陽極延長部が露出しているデバイスの端面との両方に存在する端子を含む。陽極延長部と端子との間の接続は、封止材から独立している。これにより、米国特許第６，８１９，５４６号及び同第７，１６１，７９７号において必要とされているような、デバイスの隣接する側面に埋め込まれている端子から露出した陽極延長部に電流を向けるための、デバイスの延長部及び包囲している封止材を含む露出部分に沿った、十分な機械的接着及び完全性並びに導電性を有する導電層を作成する必要がなくなる。封止材への接着は、重要な態様であり確実にすることが最も困難である。
【００５７】
本発明の一実施形態は、端子と封止材との間の接着剤を含む。この接着剤の使用により、本発明の機械的信頼性が向上する。接着剤を、構築の任意の時点で施すことができ、接着剤は、端子と陽極延長部又は固体金属集電体との間の電気的接続を干渉しない。接着剤を、限定されないが、非導電性接着剤又は封止材材料とすることができる。端子の一部を、封止材に埋め込むこともできる。
【００５８】
本発明の一実施形態は、複数の容量性素子の各々の間に個別に施すことができる、各容量性素子用の陰極集電体としての固体金属集電体の独特の使用であり、これらの固体金属集電体をキャパシタ封止材の外側に露出させたままにする使用である。陰極固体金属集電体は、少なくとも一方向において陽極フォイル層を越えて延在し、陽極フォイル層は、少なくとも一方向において陰極固体金属集電体を越えて延在する。
【００５９】
本発明の実施形態は、複数の素子の間の陰極固体金属集電体を使用し、それにより、各容量性素子における導電性金属充填有機樹脂層の除去が可能になる。本発明において取り除かれたこの導電性樹脂層は、従来の表面実装バルブメタル固体電解キャパシタの製造に非常に重要である。これは、集電層の従来の適用とは異なる。１つの慣例的方法は、隣接する容量性素子（複数の場合もあり）が、デバイスの端子取付部としても機能する固体金属リードフレームに導電接着される従来のリードフレームである。これには、後続する容量性素子（複数の場合もあり）が、集電体として機能する金属充填ペイントの一連の導電層を有することが必要であり、その結果、導電率が比較的低いためにＥＳＲが高くなる。第２の慣例的方法は、多孔性絶縁体材料を用いて陽極フォイル及び陰極フォイルを分離するデバイスにおける陰極フォイルの使用である。これらの設計では、陽極フォイルと陰極フォイルとの間の空間を充填し、容量性素子（複数の場合もあり）と陰極フォイル（複数の場合もあり）との間を接続するために、導電性ポリマー又は電解液が使用される。この慣習ではまた、導電性ポリマー以外の全ての陰極層を陰極フォイルの層と置き換える。これは、デバイスのＥＳＲを犠牲にするか、又は、陰極フォイルに、ポリマーへの機械的かつ電気的接着を促進するプロセスを追加しなければならないため、コスト及び複雑性を増大させる。更なる不都合は、これらの設計が、高表面積構造の最大量の静電容量を利用することができるということに示される。ポリマーで誘電体面全体を覆うことに関連する問題は、業界において既知である。重合の前に陽極フォイルに陰極フォイルを施すことにより、陽極フォイルを含浸させる能力の一部が損失する。追加の層を組み立てる前に陽極を処理することにより、現時点で実際に行われたように、誘電体面の最大量のポリマー被覆が可能になる。
【００６０】
表面実装バルブメタル固体電解キャパシタの従来の構成では、キャパシタ素子の高導電率金属充填有機樹脂外層、すなわち銀ペイント層が、キャパシタのかなりの量の空間を占有する。体積効率の向上を達成するために、この層は、静電容量に利用可能な体積をより大きくするために従来から薄化されている。しかしながら、この薄化は、最終的なデバイスのＥＳＲに有害な影響を与える。この層は金属充填有機樹脂であるため、導電率は純金属の導電率の１／１０〜１／１０００である。本発明の一実施形態では、金属充填有機樹脂層の同じ所望の厚さ程度の固体金属集電陰極層が、著しく抵抗を改善してこの従来の金属充填有機樹脂層に置き換わることが可能であり、ＥＳＲに悪影響を与えることなく、追加の体積効率利得を実現するように更に薄化されることも可能である。各容量性素子を互いに又はリードフレームに正常に接続する同じ導電性接着剤が、ここでは、固体金属集電体を、金属充填有機樹脂層なしにキャパシタ素子に接続する。
【００６１】
本発明の一実施形態では、陰極固体金属集電体は、デバイス端子に外部から直接接続される。これにより、容量性素子（複数の場合もあり）の全ての面に沿った集電体の直接金属接続に起因してデバイスのＥＳＲ全体が大幅に改善される。従来の設計は、複数の容量性素子を互いにかつ最終的にデバイスの端子に接続するために、金属充填有機樹脂層及びその対応する接着層の導電性に頼る。そのため、従来のデバイス設計では、これらの層が固体金属の導電性を有しておらず、ＥＳＲは提案する設計より高くなる。
【００６２】
陰極層として機能する導電層は、好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール又はそれらの誘導体等の導電性ポリマー；二酸化マンガン、酸化鉛又はそれらの組合せを含む。本質的に（intrinsically）導電性のポリマーが最も好ましい。
【００６３】
特に好ましい導電性ポリマーを、式１に示す。
【００６４】
【化１】
0005629328.tif 000002
【００６５】
式１のＲ１及びＲ２は、環のβ位において重合を抑制するように選択される。α位の重合のみが進行可能であることが最も好ましい。したがって、Ｒ１及びＲ２は水素ではないことが好ましい。より好ましくは、Ｒ１及びＲ２はα−ディレクター（director）である。したがって、いずれの結合もアルキル結合より好ましい。立体的干渉を回避するように基が小さいことが最も好ましい。これらの理由で、−Ｏ−（ＣＨ２）２−Ｏ−としてまとめられるＲ１及びＲ２が最も好ましい。
【００６６】
式１において、ＸはＳ又はＮであり、最も好ましくはＳである。
【００６７】
Ｒ１及びＲ２は、独立して、直鎖若しくは分岐Ｃ１〜Ｃ１６アルキル若しくはＣ２〜Ｃ１８アルコキシアルキルを表すか、又は非置換若しくはＣ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アルコキシ、ハロゲン若しくはＯＲ３によって置換されたＣ３〜Ｃ８シクロアルキル、フェニル若しくはベンジルであるか、又はＲ１及びＲ２は、まとめて、非置換若しくはＣ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アルコキシ、ハロゲン、Ｃ３〜Ｃ８シクロアルキル、フェニル、ベンジル、Ｃ１〜Ｃ４アルキルフェニル、Ｃ１〜Ｃ４アルコキシフェニル、ハロフェニル、Ｃ１〜Ｃ４アルキルベンジル、Ｃ１〜Ｃ４アルコキシベンジル若しくはハロベンジル、２つの酸素元素を含む５員、６員若しくは７員複素環構造によって置換された直鎖Ｃ１〜Ｃ６アルキレンである。Ｒ３は、好ましくは、水素、直鎖若しくは分岐Ｃ１〜Ｃ１６アルキル若しくはＣ２〜Ｃ１８アルコキシアルキルを表すか、又は非置換若しくはＣ１〜Ｃ６アルキルによって置換されたＣ３〜Ｃ８シクロアルキル、フェニル若しくはベンジルである。
【００６８】
導電ポリマーは、好ましくは、特に有機スルホン酸と組み合わされた、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン及び式１の繰返し単位を有するポリマーから選択される。特に好ましいポリマーは、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）である。ポリマーを、浸漬すること、酸化剤ドーパント及びモノマーをペレット又はフォイルの上に噴霧すること、一定時間重合が発生するようにすること、及び洗浄により重合を終了することを含む、キャパシタに層を形成するために一般に採用される任意の技法によって施すことができる。ポリマーを、本技術分野において既知である電解堆積によって施すことも可能である。
【００６９】
二酸化マンガン層は、好ましくは、陽極素子を硝酸マンガン溶液に浸漬することによって得られる。そして、乾燥雰囲気又は蒸気雰囲気において硝酸塩を２００℃から３５０℃の温度で熱分解することによって、酸化マンガンが形成される。陽極を複数回処理して、最適な被覆を確実にすることができる。
【００７０】
本技術分野において通常採用されるように、重合プロセス中にさまざまなドーパントをポリマーに組み込むことができる。ドーパントを、芳香族スルホン酸、芳香族ポリスルホン酸、ヒドロキシ基を含む有機スルホン酸、カルボキシヒドロキシル基を含む有機スルホン酸、脂環式スルホン酸及びベンゾキノンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、スルホサリチル酸、スルホイソフタル酸、カンファースルホン酸、ベンゾキノンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸を含む、さまざまな酸又は塩から誘導することができる。他の適切なドーパントとしては、参照により本明細書に援用される米国特許第６，３８１，１２１号に例示されているような、スルホキノン、アントラセンモノスルホン酸、置換ナフタレンモノスルホン酸、置換ベンゼンスルホン酸又は複素環式スルホン酸が挙げられる。
【００７１】
所望であれば、導電性ポリマー層に、結合剤及び架橋剤を組み込むこともできる。適切な材料としては、ポリ（ビニルアセテート）、ポリカーボネート、ポリ（ビニルブチレート）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ（塩化ビニル）、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリエーテル、ポリエステル、シリコーン及びピロール／アクリレート、ビニルアセテート／アクリレート並びにエチレン／ビニルアセテートコポリマーが挙げられる。
【００７２】
カーボン層は、樹脂及び導電性炭素粒子を含む導電性化合物を含む。カーボン層は、架橋添加剤、界面活性剤及び分散剤等の補助剤を更に含むことができる。樹脂、導電性炭素粒子及び補助剤が、好ましくは、有機溶剤又は水に分散されてコーティング溶液を形成する。導電性カーボン層用の溶媒及び樹脂は、半導体陰極面に対して優れた湿潤性を有している必要がある。
【００７３】
陰極導電層（銀ペイント又は金属充填有機樹脂層）は、好ましくは、樹脂及び導電性銀粒子を含む導電性化合物を含む。銀層は、架橋添加剤、界面活性剤及び分散剤等の補助剤を更に含むことができる。樹脂、導電性銀粒子及び補助剤は、好ましくは有機溶媒又は水に分散されてコーティング溶液を形成する。導電性カーボン層用の溶媒及び樹脂は、カーボン面に対して優れた湿潤性を有している必要がある。
【００７４】
導電性接着剤は、通常、実施形態では、陰極層、好ましくは陰極層のカーボン層を固体金属集電体に接着取付するために使用される。導電性接着剤は、電気的にかつ機械的に層を結合するために使用される任意の層とすることができ、好ましくは金属充填ポリマーであり、より好ましくは銀充填ポリマーである。導電性接着層はまた、限定されないが、炭素ペースト又非対称導電性フィルムであってもよい。導電性接着剤硬化状態は、導電性接着層を通して導電性を得るように適切に変更される。
【００７５】
本発明の一実施形態では、容量性素子は、誘電体を形成するように陽極酸化処理されたＡｌフォイルをエッチングし、ポリマー陰極層、カーボン陰極層及び導電性接着層を追加することによって作製される。固体金属集電体プレートが介在している複数の容量性素子から、容量性スタックが作製され、容量性素子及び固体金属集電体プレートは互いを越えて延在している。容量性スタックは、任意選択的に、かつ好ましくは、熱硬化性樹脂に封止される。封止された容量性スタックは、ソーダイシングされて容量性素子の陽極延長部と固体金属集電体プレートの延長部とを露出させる。別の実施形態では、デバイスの陽極端は、亜鉛化処理又はＡｌ酸化物除去等のニッケルめっき層に対して露出したアルミニウムフォイルを準備するように処理され、酸素のない環境にある間にニッケルめっきされる。ニッケルは、デバイスの端部から露出する陽極フォイルにめっきされる。デバイスの端部において、「Ｌ」字型端子が付与され、それは、好ましくは、デバイスの底面、すなわち表面実装面の周囲に巻き付く。端子は、それぞれの電気的部材、すなわちニッケルめっき陽極延長部及び固体金属集電プレートにはんだ付けされる。デバイスの底部に位置する端子の脚は、接着剤によって封止材表面に接着される。
【００７６】
別の実施形態では、Ａｌフォイルをエッチングし、誘電体を形成するように陽極酸化処理し、ポリマー陰極層を追加し、カーボン陰極層を追加し、導電性接着層を追加することによって、容量性素子が形成される。各容量性素子は、電気的に陰極層から隔離されている陽極延長部に接合された銅フォイルを有している。複数の容量性素子には、固体金属集電体プレート（複数の場合もあり）／層（複数の場合もあり）が介在している。容量性素子及び固体金属集電体プレートは、互いを越えて延在する。一実施形態では、それらは、デバイスの反対側の端部まで延在する。容量性スタックは、好ましくは、熱硬化性樹脂で封止される。封止された容量性スタックは、ソーダイシングされて容量性素子の陽極銅層及び場合によっては陽極延長部と、固体金属集電体プレートの延長部とを露出させる。陽極延長部及び収集体プレートの各延長部において、「Ｌ」字型端子が付与され、それは、デバイスの底面、すなわち表面実装面の周囲に巻き付く。端子は、それぞれの電気的部材、すなわち陽極銅及び陽極延長部並びに固体金属集電プレートにはんだ付けされる。デバイスの底部に位置する端子の脚は、接着剤によって封止材表面に接着される。
【００７７】
別の実施形態では、Ａｌフォイルがエッチングされ、陽極酸化処理されて誘電体を形成し、ポリマー陰極層が施された後に、カーボン陰極層、次いで導電性接着層が施されて容量性素子が形成される。複数の容量性素子の間に固体金属集電体プレート（複数の場合もあり）／層（複数の場合もあり）が介在して、容量性スタックが形成され、容量性素子及び固体金属集電体プレートは互いを越えて延在する。一実施形態では、収集プレート及び容量性素子はデバイスの反対側の端部まで延在するが、それらは、同じ端部の異なる部分まで、又は隣接する端部まで電材することができる。容量性スタックは、好ましくは熱硬化性樹脂に封止される。封止された容量性スタックは、ソーダイシングされて容量性素子の陽極延長部と固体金属集電体プレートの延長部とを露出させる。デバイスの各端部において、「Ｌ」字型端子が付与され、それは、好ましくは、デバイスの底面、すなわち表面実装面の周囲に巻き付く。端子は、それぞれの電気的部材、すなわち陽極延長部及び固体金属集電プレートにはんだ付けされる。デバイスの底部に位置する端子の脚は、接着剤によって封止材表面に接着される。
【００７８】
別の実施形態では、Ａｌフォイルがエッチングされ、陽極酸化処理されて誘電体を形成し、ポリマー陰極層が施された後に、カーボン陰極層、次いで導電性接着層が施されて容量性素子が形成される。複数の容量性素子の間に固体金属集電体プレート（複数の場合もあり）／層（複数の場合もあり）が介在して、容量性スタックが形成され、容量性素子及び固体金属集電体プレートは互いを越えて延在する。一実施形態では、収集プレート及び容量性素子は、デバイスの「底」面で、但しデバイスのそれぞれの端部の近くでのみ露出され、デバイスの底面で露出した陽極層及び陰極層は重ならない。
【００７９】
本明細書で説明した体積効率は、部品寸法全体の内側に占有される能動容量性材料の体積を指す。能動容量性材料は、静電容量が導出される陽極素子の領域を含む。静電容量は、高表面積領域、誘電体及び陽極コアから導出され、陽極コアは、アルミニウムフォイルの場合はアルミニウムウェブであり、タンタルの場合は、埋め込まれたタンタルワイヤである。計算された体積効率は、以下の表に含まれている。上に提示したデータから理解されるように、本発明は、体積効率が少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも３０％更により好ましくは少なくとも３５％である固体電解キャパシタを提供する。これは、従来技術に対する実質的な改善である。
【００８０】
【表１】
0005629328.tif 000003
【００８１】
本発明を、好ましい実施形態を参照してそれに限定することなく説明した。当業者であれば、特に列挙されていないが、添付の特許請求の範囲においてより具体的に示されている本発明の範囲内にある追加の実施形態及び変更形態を具体化するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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