(57)【要約】【課題】リセッタブル・ヒューズを含む電解キャパシタ組立体を提供する【解決手段】向上した性能特性を示す、便利で省スペースのパッケージ内のヒューズ付き電解キャパシタ組立体が提供される。より具体的には、ヒューズ付き電解キャパシタ組立体は、ケース内に収容された電解キャパシタ素子及びリセッタブル・ヒューズを含む。キャパシタ組立体はまた、リセッタブル・ヒューズに隣接して配置され、それと接触する応力吸収材料を含む。ある特定の弾性率及びある程度の固有可撓性を有する応力吸収材料を選択することによって、このリセッタブル・ヒューズは、過剰な電流にさらされたときに、良好に最大限まで膨張することができることを本発明者は確信する。このように、リセッタブル・ヒューズは、使用中により良好に機能することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、前記アノードの上に重なる固体電解質とを含み、アノード・リードが前記アノードから延びる、電解キャパシタ素子と、
前記電解キャパシタ素子に電気的に接続され、正温度係数（ＰＴＣ）材料を含む、リセッタブル・ヒューズと、
前記リセッタブル・ヒューズの少なくとも一部分を覆う応力吸収材料と、
前記固体電解質に電気的に接続されたカソード終端と、
前記アノード・リードに電気的に接続されたアノード終端と、
前記電解キャパシタ素子及び前記リセッタブル・ヒューズをカプセル封入し、前記アノード終端及び前記カソード終端の少なくとも一部分を露出したままにするケースと、
を備えることを特徴とするヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項２】
前記電解キャパシタ素子は、バルブ金属組成物から形成されたアノードを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項３】
前記バルブ金属組成物はタンタルを含むことを特徴とする、請求項２に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項４】
前記バルブ金属組成物は酸化ニオブを含むことを特徴とする、請求項２に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項５】
前記固体電解質は酸化マンガンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項６】
前記固体電解質は導電性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項７】
前記アノードと前記固体電解質の間に形成された誘電体層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項８】
前記ＰＴＣ材料は、ポリマー・マトリックス内に包含された導電性フィラーを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項９】
前記ＰＴＣ材料はセラミックを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１０】
前記リセッタブル・ヒューズは、前記ＰＴＣ材料に隣接して配置された１つ又はそれ以上の電極部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１１】
前記応力吸収材料は、約１，０００メガパルカル又はそれ以下の弾性率を有することを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１２】
前記応力吸収材料は、約５０メガパスカルから約５００メガパスカルまでの弾性率を有することを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１３】
前記応力吸収材料はポリオルガノシロキサンを含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１４】
前記応力吸収材料はビスマレイミド樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１５】
前記応力吸収材料はポリマー及びフィラーをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１６】
前記電解キャパシタ素子と前記リセッタブル・ヒューズの間に配置され、それらを電気的に接続する導電性接着剤層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１７】
前記リセッタブル・ヒューズは、前記カソード終端に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１８】
前記リセッタブル・ヒューズと前記カソード終端の間に配置され、それらを電気的に接続する導電性接着剤層をさらに備えることを特徴とする、請求項１７に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項１９】
前記応力吸収材料は、前記カソード終端の少なくとも一部分を覆うことを特徴とする、請求項１７に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項２０】
前記応力吸収材料は、前記リセッタブル・ヒューズと、前記カソード終端又は前記アノード終端の少なくとも一部分との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項２１】
前記リセッタブル・ヒューズは、前記アノード終端に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズ付き電解キャパシタ組立体。
【請求項２２】
ヒューズ付き電解キャパシタ組立体を形成する方法であって、
アノードと、前記アノードの上に重なる固体電解質とを含み、アノード・リードが前記アノードから延びる、電解キャパシタ素子を準備し、
前記固体電解質をカソード終端に電気的に接続し、
前記アノード・リードをアノード終端に電気的に接続し、
正温度係数（ＰＴＣ）材料を含むリセッタブル・ヒューズを前記電解キャパシタ素子に電気的に接続し、
前記リセッタブル・ヒューズの少なくとも一部分を応力吸収材料で覆い、
前記アノード終端及び前記カソード終端の少なくとも一部分が露出したままになるように、前記電解キャパシタ素子及び前記リセッタブル・ヒューズをカプセル封入する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
バルブ金属組成物はタンタル又は酸化ニオブを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＰＴＣ材料は、ポリマー・マトリックス内に包含された導電性フィラーを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記応力吸収材料は、約１，０００メガパルカル又はそれ以下の弾性率を有することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記応力吸収材料は乳剤として塗布されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記リセッタブル・ヒューズは、導電性接着剤によって前記電解キャパシタ素子に接続されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記リセッタブル・ヒューズを前記カソード終端又は前記アノード終端に電気的に接続するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記リセッタブル・ヒューズは、導電性接着剤によって前記カソード終端又は前記アノード終端に接続されることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記応力吸収材料は、前記カソード終端又は前記アノード終端の少なくとも一部分を覆うことを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
タンタル・キャパシタのような固体電解キャパシタは、それらの高い静電容量値とコンパクト性により昔から知られている。このようなキャパシタには、過電流状態にさらされたときに焼けるのを防止するためにヒューズが用いられることが多い。典型的なヒューズ組立体には、過剰電流に応じて崩壊する小さな導電性ワイヤが用いられる。典型的には、ヒューズの一端は、電解キャパシタ素子の金属導電性箔の縁部にはんだ付けされ、ヒューズの他端は、金属コレクタ・バスにはんだ付けされる。電解キャパシタ素子が故障すると、短絡が生じ、それを通じて内部及び回路内に蓄積されたエネルギーが放電し得る。この放電から生じる過剰電流に応じてヒューズが崩壊し、故障した素子とコレクタ・バスの間の電気的接続を遮断する。
【０００２】
しかしながら、このような通常のヒューズ付きキャパシタに伴う１つの問題は、それらがもはや所望のようには機能できなくなるということである。これらの問題を受けて、リセッタブル・ヒューズを用いたキャパシタを開発する試みがなされた。例えば、Ｋａｍｉｇａｗａ他による特許文献１は、それに混合された導電性粒子（例えば、カーボン・ブラック）を有する絶縁ポリマー（例えば、ポリエチレン）から作られた電流制御層を含む固体電解キャパシタを記載している。このような材料は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）ヒューズと呼ばれることが多い。電流の過負荷に付随する温度において、ＰＰＴＣヒューズは、膨張して導電性粒子間の導電性経路を遮断するように設計される。冷却すると、ヒューズは収縮して回路を閉じることができ、これによりヒューズを少なくとも部分的に「リセッタブル」にする。残念ながら、Ｋａｍｉｇａｗａ他によって記述されたようなリセッタブル・ヒューズ付きキャパシタは、依然として、多くの市販用途に用いるのに完全には満足のいくものではない。理論によって制限されることを意図せずに、本発明者は、そのようなキャパシタの１つの問題は、電解キャパシタをカプセル封入するのに用いられる樹脂が、リセッタブル・ヒューズの膨張を、それが最大限には機能しない範囲に制限することであると考える。さらに、ヒューズの膨張によって誘起される熱応力も、カプセル封入樹脂内の欠陥の形成をもたらす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，８８２，５２０号
【特許文献２】米国特許第６，３２２，９１２号
【特許文献３】米国特許第６，３９１，２７５号
【特許文献４】米国特許第６，４１６，７３０号
【特許文献５】米国特許第６，５２７，９３７号
【特許文献６】米国特許第６，５７６，０９９号
【特許文献７】米国特許第６，５９２，７４０号
【特許文献８】米国特許第６，６３９，７８７号
【特許文献９】米国特許第７，２２０，３９７号
【特許文献１０】米国特許出願公報第２００５／００１９５８１号
【特許文献１１】米国特許出願公報第２００５／０１０３６３８号
【特許文献１２】米国特許出願公報第２００５／００１３７６５号
【特許文献１３】米国特許第６，１９７，２５２号
【特許文献１４】米国特許第４，０８５，４３５号
【特許文献１５】米国特許第４，９４５，４５２号
【特許文献１６】米国特許第５，１９８，９６８号
【特許文献１７】米国特許第５，３５７，３９９号
【特許文献１８】米国特許第５，３９４，２９５号
【特許文献１９】米国特許第５，４９５，３８６号
【特許文献２０】米国特許第６，１９１，９３６号
【特許文献２１】米国特許第５，９４９，６３９号
【特許文献２２】米国特許第３，３４５，５４５号
【特許文献２３】米国特許出願広報第２００５／０２７０７２５号
【特許文献２４】米国特許第６，６７４，６３５号
【特許文献２５】米国特許第５，４５７，８６２号
【特許文献２６】米国特許第５，４７３，５０３号
【特許文献２７】米国特許第５，７２９，４２８号
【特許文献２８】米国特許第５，８１２，３６７号
【特許文献２９】米国特許第４，２３７，４４１号
【特許文献３０】米国特許第４，３８８，６０７号
【特許文献３１】米国特許第４，５３４，８８９号
【特許文献３２】米国特許第４，５４５，９２６号
【特許文献３３】米国特許第４，５６０，４９８号
【特許文献３４】米国特許第４，５９１，７００号
【特許文献３５】米国特許第４，７２４，４１７号
【特許文献３６】米国特許第４，７７４，０２４号
【特許文献３７】米国特許第４，９３５，１５６号
【特許文献３８】米国特許第５，０４９，８５０号
【特許文献３９】米国特許第５，２５０，２２８号
【特許文献４０】米国特許第６，３００，８６２号
【特許文献４１】米国特許第６，５７０，４８３号
【特許文献４２】米国特許第６，６５１，３１５号
【特許文献４３】米国特許出願公報第２００５／０１０７５４２号
【特許文献４４】米国特許出願公報第２００６／００３８３０４号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Bruanaur, Emmet, and Teller, Journal of Ameirican Chemical Society, Vol. 60, 1938, p309.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、現在、リセッタブル・ヒューズを含む改善された電解キャパシタ組立体に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態により、ヒューズ付き電解キャパシタ組立体が開示される。キャパシタ組立体は、アノード・リードがそれから延びるアノード及びアノードの上に重なる固体電解質を含む電解キャパシタ素子と、電解キャパシタ素子に電気的に接続され、正温度係数（ＰＴＣ）材料を含むリセッタブル・ヒューズと、リセッタブル・ヒューズの少なくとも一部分を覆う応力吸収材料と、固体電解質に電気的に接続されたカソード終端と、アノード・リードに電気的に接続されたアノード終端と、電解キャパシタ素子及びリセッタブル・ヒューズをカプセル封入し、アノード終端及びカソード終端の少なくとも一部分を露出したままにするケースと、を備える。
【０００７】
本発明の別の実施形態により、ヒューズ付き電解キャパシタ組立体を形成する方法が開示される。この方法は、アノード・リードがそれから延びるアノードとアノードの上に重なる固体電解質とを含む電解キャパシタ素子を準備し、固体電解質をカソード終端に電気的に接続し、アノード・リードをアノード終端に電気的に接続し、正温度係数（ＰＴＣ）材料を含むリセッタブル・ヒューズを電解キャパシタ素子に電気的に接続し、応力吸収材料でリセッタブル・ヒューズの少なくとも一部分を覆い、アノード終端及びカソード終端の少なくとも一部分を露出したままにして電解キャパシタ素子及びリセッタブル・ヒューズをカプセル封入するステップを含む。
【０００８】
本発明の他の特徴及び態様は、以下でより詳細に示される。
その最良の形態を含む本発明の完全で実施可能な開示は、当業者に向けられるものであるが、添付の図面を参照する本明細書の残りの部分においてより具体的に示される。
本明細書及び図面における参照文字の繰り返しの使用は、本発明の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によるヒューズ付きキャパシタ組立体の斜視図である。
【図２】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図３】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図４】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図５】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図６】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図７】図１のヒューズ付きキャパシタ組立体を製造するのに用いることができるステップを示す。
【図８】実施例のキャパシタを試験する際に用いられるスイッチ・リレーの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
当業者であれば、この論考は例示的な実施形態のみの説明であり、本発明のより広い態様を限定することを意図したものではなく、これらのより広い態様は例示的な構築において具体化されることを理解されたい。
【００１１】
一般的に言えば、本発明は、便利で省スペースのパッケージ内の向上した性能特性を示すヒューズ付き電解キャパシタ組立体に向けられる。より具体的には、ヒューズ付き電解キャパシタ組立体は、ケース内に収容された電解キャパシタ素子及びリセッタブル・ヒューズを含む。キャパシタ組立体はまた、リセッタブル・ヒューズに隣接して配置され、それに接触する応力吸収材料を含む。ある特定の弾性率及びある程度の固有可撓性を有する応力吸収材料を選択することによって、リセッタブル・ヒューズは、過剰な電流にさらされたときにその最大限まで良好に膨張することができることを本発明者は確信している。このように、リセッタブル・ヒューズは、使用中に良好に機能することができる。この点に関して、本発明の種々の実施形態をここでより詳細に説明する。
【００１２】
Ｉ．電解キャパシタ素子
電解キャパシタ素子は、様々な技術のいずれかを用いて形成することができる。例えば、電解キャパシタ素子は、典型的には、バルブ金属組成物から形成されたアノードを含む。バルブ金属組成物は、約５，０００μＦ＊Ｖ／ｇ又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約２５，０００μＦ＊Ｖ／ｇ又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約４０，０００μＦ＊Ｖ／ｇ又はそれ以上、及び幾つかの実施形態においては約７０，０００μＦ＊Ｖ／ｇから約２００，０００μＦ＊Ｖ／ｇまで又はそれ以上の高い比電荷を有することができる。バルブ金属組成物は、バルブ金属（即ち、酸化可能な金属）又はバルブ金属ベースの化合物、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、これらの窒化物等、を含む。例えば、バルブ金属組成物は、ニオブの導電性酸化物、例えばニオブ対酸素の原子比が１：１．０±１．０、幾つかの実施形態においては１：１．０±０．３、幾つかの実施形態においては１：１．０±０．１、及び幾つかの実施形態においては１：１．０±０．０５である酸化ニオブを含むことができる。例えば、酸化ニオブは、ＮｂＯ0.7、ＮｂＯ1.0、ＮｂＯ1.1、及びＮｂＯ2とすることができる。好ましい実施形態において、組成物はＮｂＯ1.0を含むが、これは、高温で焼結した後でも化学的に安定した状態に留まることができる導電性酸化ニオブである。このようなバルブ金属酸化物の例は、Ｆｉｆｅによる特許文献２、Ｆｉｆｅ他による特許文献３、Ｆｉｆｅ他による特許文献４、Ｆｉｆｅによる特許文献５、Ｋｉｍｍｅｌ他による特許文献６、Ｆｉｆｅ他による特許文献７、Ｋｉｍｍｅｌ他による特許文献８、及びＫｉｍｍｅｌ他による特許文献９、並びに、Ｓｃｈｎｉｔｔｅｒによる特許文献１０、Ｓｃｈｎｉｔｔｅｒ他による特許文献１１、Ｔｈｏｍａｓ他による特許文献１２に記載されており、これら全ての文献は、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００１３】
通常の製造手順を一般的に用いて、アノードを形成することができる。一実施形態において、特定の粒径を有するタンタル又は酸化ニオブの粉末が最初に選択される。例えば、粒子は、薄片状、角状、結節状、及びこれらの混合物又は変形物とすることができる。粒子はまた、典型的には、少なくとも約６０メッシュ、幾つかの実施形態においては約６０メッシュから約３２５メッシュまで、及び幾つかの実施形態においては約１００メッシュから２００メッシュまでのふるい粒度分布を有する。さらに、比表面積は、約０．１ｍ2／ｇから約１０．０ｍ2／ｇまで、幾つかの実施形態においては約０．５ｍ2／ｇから約５．０ｍ2／ｇまで、及び幾つかの実施形態においては約１．０ｍ2／ｇから約２．０ｍ2／ｇまでである。この「比表面積」という用語は、窒素を吸着気体として用いて、非特許文献１による物理的気体吸着（Ｂ．Ｅ．Ｔ．）法によって測定される表面積を指す。同様に、バルク（又はスコット）密度は、典型的には、約０．１ｇ／ｃｍ3から約５．０ｇ／ｃｍ3まで、幾つかの実施形態においては約０．２ｇ／ｃｍ3から約４．０ｇ／ｃｍ3まで、及び幾つかの実施形態においては約０．５ｇ／ｃｍ3から約３．０ｇ／ｃｍ3までである。
【００１４】
アノードの形成を容易にするために、他の成分を導電性粒子に添加することができる。例えば、随意に、導電性粒子を結着剤及び／又は潤滑剤と混合して、アノード本体を形成するように押圧されるとき、粒子が互いに十分に付着することを確実にすることができる。適切な結着剤は、樟脳、ステアリン酸及び他の石鹸脂肪酸、Ｃａｒｂｏｗａｘ（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）、Ｇｌｙｐｔａｌ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）、ポリビニルアルコール、ナフタリン、植物蝋、及びマイクロワックス（精製パラフィン）を含むことができる。結着剤は、溶剤中に溶解させ及び分散させることができる。例示的な溶剤は、水、アルコール等を含むことができる。用いる際には、結着剤及び／又は潤滑剤の割合は、総質量の約０．１重量％から約８重量％まで変えることができる。しかしながら、本発明においては、結着剤及び潤滑剤は必須ではないことを理解されたい。
【００１５】
ひとたび形成されると、結果として得られた粉末は、いずれかの通常の粉末プレス成形器を用いてプレス成形することができる。例えば、プレス成形器は、ダイ及び１つ又は複数のパンチを用いる単一ステーションの圧縮プレスとすることができる。代替的に、ダイと単一の下部パンチのみを用いるアンビル型圧縮プレス成形器を用いることができる。単一ステーションの圧縮プレス成形器は、単動、複動、フローティング・ダイ、可動プラテン、対向ラム、ねじ、インパクト、ホットプレス、印圧加工又はサイジングのような様々な機能を有する、カム、トグル／ナックル、及び偏心／クランク・プレスのような幾つかの基本型で入手可能である。粉末は、アノード・ワイヤ（例えば、タンタル・ワイヤ）の周囲に圧縮成形することができる。代替的に、アノード本体をプレス及び／又は焼結した後にアノード・ワイヤをアノード本体に取り付ける（例えば、溶接する）ことができることをさらに認識されたい。圧縮後、数分間特定の温度（例えば、約１５０℃から約５００℃まで）において真空下でペレットを加熱することによってあらゆる結着剤／潤滑剤を除去することができる。代替的に、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられるＢｉｓｈｏｐ他による特許文献１３に記載されているように、ペレットを水溶液と接触させることによって結着剤／潤滑剤を除去することもできる。その後、ペレットを焼結して多孔性の一体化した塊を形成する。例えば、一実施形態においてペレットは、真空下で、約１２００℃から約２０００℃まで、及び幾つかの実施形態においては約１５００℃から約１８００℃までの温度で焼結することができる。焼結により、ペレットは、粒子間の結合の成長によって収縮する。上述の技術に加えて、本発明によりアノード本体を形成するのに任意の他の技術、例えば、Ｇａｌｖａｇｎｉによる特許文献１４、Ｓｔｕｒｍｅｒ他による特許文献１５、Ｇａｌｖａｇｎｉによる特許文献１６、Ｓａｌｉｓｂｕｒｙによる特許文献１７、Ｇａｌｖａｇｎｉ他による特許文献１８、Ｋｕｌｋａｒｎｉによる特許文献１９、及びＦｉｆｅによる特許文献２に記載されている技術を用いることもでき、これらの文献は全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００１６】
必須ではないが、アノードの厚さは、キャパシタの電気的性能を向上させるように選択することができる。例えば、アノードの厚さは、約４ミリメートル又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約０．２ミリメートルから約３ミリメートルまで、及び幾つかの実施形態においては約０．４ミリメートルから約１ミリメートルまでとすることができる。アノードの形状もまた、結果として得られるキャパシタの電気的特性を向上させるように選択することができる。例えば、アノードは、曲線形、正弦曲線形、矩形、Ｕ字形、Ｖ字形等の形状を有することができる。アノードはまた、表面対体積の比を増加させて、ＥＳＲを最小にし且つキャパシタンスの周波数応答を拡張するように、１つ又はそれ以上の細長い窪み、溝、陥凹、又は欠刻を含むような「縦溝付き」形状を有することができる。このような「縦溝付き」アノードは、例えば、Ｗｅｂｂｅｒ他による特許文献２０、Ｍａｅｄａ他による特許文献２１、Ｂｏｕｒｇａｕｌｔ他による特許文献２２、及びＨａｈｎ他による特許文献２３に記載されており、これらの文献の全ては、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００１７】
ひとたび形成されると、アノードを陽極酸化して誘電体層をアノードの上及び／又は内部に形成することができる。陽極酸化は、アノードを酸化して、比較的高い誘電率を有する材料を形成する電気化学的プロセスである。例えば、酸化ニオブ（ＮｂＯ）のアノードは、陽極酸化して五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）を形成することができる。典型的には、陽極酸化は、最初に、例えばアノードを電解質に浸漬するなどして電解質をアノードに塗布することによって実施される。電解質は、通常、溶液（例えば、水溶液又は非水溶液）、分散、溶融物等のような液体の形態とする。電解質中に一般に用いられる溶剤は、例えば、水（例えば、脱イオン水）、エーテル（例えば、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、及びブタノール）、トリグリセリド、ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン）、エステル（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ジエチレングリコールエーテル、及び酢酸メトキシプロピル）、アミド（例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルカプリル／カプリン脂肪酸アミド及びＮ−アルキルピロリドン）、ニトリル（例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル及びベンゾニトリル）、スルホキシド又はスルホン（例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びスルホラン）等である。溶剤は、電解質の約５０重量％から約９９．９重量％まで、幾つかの実施形態においては約７５重量％から約９９重量％まで、及び幾つかの実施形態においては約８０重量％から約９５重量％までを構成することができる。必ずしも必須ではないが、水性溶剤（例えば、水）の使用は、所望の酸化物を得るのを促進するために望ましいことが多い。実際、水は、電解質中に用いられる溶剤の約５０重量％又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約７０重量％又はそれ以上、及び幾つかの実施形態においては約９０重量％から約１００重量％までを構成することができる。
【００１８】
電解質は導電性であり、２５℃の温度で測定すると、約１ミリジーメンス毎センチメートル（ｍＳ／ｃｍ）又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約３０ｍＳ／ｃｍ又はそれ以上、及び幾つかの実施形態においては約４０ｍＳ／ｃｍから約１００ｍＳ／ｃｍまでの導電率を有することができる。電解質の導電率を上げるために、溶剤中で解離してイオンを形成することができる化合物を用いることができる。この目的のための適切なイオン化合物は、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸、ボロン酸等のような酸、アクリル酸、メタクリル酸、マロン酸、琥珀酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、オレイン酸、没食子酸、酒石酸、クエン酸、蟻酸、酢酸、グリコール酸、シュウ酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、グルタル酸、グルコン酸、乳酸、アルパラギン酸、グルタミン酸、イタコン酸、トリフルオロ酢酸、バルビツール酸、桂皮酸、安息香酸、４−ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸等のようなカルボン酸を含む有機酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ドデシルスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等のようなスルホン酸、ポリ（アクリル）又はポリ（メタクリル）酸及びこれらのコポリマー（例えば、マレイン−アクリル、スルホン−アクリル、及びスチレン−アクリルコポリマー）、カラゲーニン酸、カルボキシメチルセルロース、及びアルギン酸等のようなポリマー酸、等を含むことができる。イオン化合物の濃度は、所望の導電率を実現するように選択される。例えば、酸（例えば、リン酸）は、電解質の約０．０１重量％から約５重量％まで、幾つかの実施形態においては約０．０５重量％から約０．８重量％まで、及び幾つかの実施形態においては約０．１重量％から約０．５重量％までを構成することができる。必要であれば、イオン化合物の混合物を電解質中に用いることもできる。
【００１９】
電流を電解質に通して、誘電体層を形成する。電圧値は、通過する電荷（電流掛ける時間）、従って誘電体層の厚さを管理する。例えば、初めに電源を、必要な電圧に達するまで定電流モードに設定することができる。その後、電源を定電圧モードに切り換えて、所望の誘電体の厚さが確実にアノードの表面上に形成されるようにすることができる。もちろん、パルス法のような他の既知の方法を用いることもできる。電圧は、典型的には、約４Ｖから約２００Ｖまで、及び幾つかの実施形態においては、約９Ｖから約１００Ｖまでの範囲とする。陽極酸化中、電解質は、約３０℃又はそれ以上、幾つかの実施形態においては、約４０℃から約２００℃まで、及び幾つかの実施形態においては、約５０℃から約１００℃までのような高温に維持することができる。陽極酸化はまた、周囲温度又はそれ以下で行うこともできる。結果として得られる誘電体層は、アノードの表面上及び／又はその孔内に合成され得る。
【００２０】
ひとたび誘電体層が形成されると、比較的絶縁性の樹脂材料（天然又は合成）で作られたもののような保護コーティングを随意に塗布することができる。このような材料は、約０．０５Ω／ｃｍより大きな、幾つかの実施形態においては約５Ω／ｃｍより大きな、幾つかの実施形態においては約１，０００Ω／ｃｍより大きな、幾つかの実施形態においては約１×１０5Ω／ｃｍより大きな、及び幾つかの実施形態においては約１×１０10Ω／ｃｍより大きな比抵抗を有することができる。本発明に用いることができる幾つかの樹脂材料は、それらに限定されないが、ポリウレタン、ポリスチレン、不飽和又は飽和脂肪酸のエステル（例えば、グリセリド）等を含む。例えば、適切な脂肪酸のエステルは、それらに限定されないが、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、エレオステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アレウリチン酸、シェロール酸等のエステルを含む。これらの脂肪酸のエステルは、比較的複雑な組合せで「乾性油」を形成するように用いるときに特に有用であり、この乾性油が結果として得られる膜が迅速に重合して安定な層になることを可能にすることが分かっている。このような乾性油は、モノ、ジ及び／又はトリグリセリドを含むことができ、これらは、それぞれ１つ、２つ及び３つのエステル化される脂肪酸残基をもつグリセロール・バックボーンを有する。例えば、使用可能な幾つかの適切な乾性油は、それらに限定されないが、オリーブ油、アマニ油、ひまし油、桐油、大豆油、及びセラックを含む。これら及び他の保護コーティング材料は、Ｆｉｆｅ他による特許文献２４により詳細に記載されており、これは、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００２１】
陽極酸化された部分は、次に通常の技術に従ってカソードを形成するステップを施す。幾つかの実施形態において、例えば、カソードは、硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ3）2）を熱分解して二酸化マンガン（ＭｎＯ2）のカソードを形成するような、種々の技術によって形成される。このような技術は、例えば、Ｓｔｕｒｍｅｒ他による特許文献１５に記載されており、この文献は、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。代替的に、導電性ポリマー・コーティングを用いて、キャパシタのカソードを形成することもできる。導電性ポリマー・コーティングは、１つ又はそれ以上のポリ複素環化合物（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＴ）、ポリアニリン）、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェノラート、及びこれらの誘導体を含むことができる。さらに、必要であれば、導電性ポリマー・コーティングはまた、複数の導電性ポリマー層から形成することができる。例えば、一実施形態において、導電性ポリマー・コーティングは、ＰＥＤＴから形成された１つの層と、ポリピロールから形成された別の層とを含むことができる。種々の方法を用いて、アノード部分の上に導電性ポリマー・コーティングを塗布することができる。例えば、電解重合、スクリーン印刷、浸漬、電気泳動コーティング、及び噴霧のような通常の技術を用いて、導電性ポリマー・コーティングを形成することができる。一実施形態において、例えば、導電性ポリマーを形成するのに用いるモノマー（例えば、３，４−エチレンジオキシチオフェン）を最初に重合触媒と混合して溶液を形成することができる。例えば、１つの適切な重合触媒は、ＢＡＹＴＲＯＮ  Ｃであり、これはＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋによって販売されているトルエン−スルホン酸鉄（ＩＩＩ）である。ＢＡＹＴＲＯＮ  Ｃは、同様にＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋによって販売されているＰＥＤＴモノマーの、３，４−エチレンジオキシチオフェンであるＢＡＹＴＲＯＮ  Ｍ用の市販の触媒である。ひとたび触媒分散液が形成されると、次に、アノード部分を分散液中に浸漬させてアノード部分の表面上にポリマーを形成することができる。代替的に、触媒及びモノマーを別々にアノード部分に塗布することもできる。一実施形態において、例えば、触媒は、溶剤（例えば、ブタノール）中に溶解させ、次いで浸漬溶液としてアノード部分に塗布することができる。次に、アノード部分を乾燥させて、溶剤をそれから除去することができる。その後、アノード部分を、適切なモノマーを含む溶液中に浸漬することができる。ひとたびモノマーが触媒を含むアノード部分の表面に接触すると、モノマーはその表面上で化学的に重合する。さらに、触媒（例えば、ＢＡＹＴＲＯＮ  Ｃ）はまた、随意の保護コーティング（例えば、樹脂材料）を形成するのに用いる材料と混合することもできる。このような場合には、アノード部分は、次に、モノマー（ＢＡＹＴＲＯＮ  Ｍ）を含む溶液に浸漬することができる。結果として、モノマーは、保護コーティング内及び／又はその表面上の触媒に接触し、それと反応して導電性ポリマー・コーティングを形成することができる。種々の方法を上述したが、��電性コーティングをアノード部分に塗布するための任意の他の方法を本発明において用いることもできることを理解されたい。例えば、そのような導電性ポリマー・コーティングを塗布する他の方法は、Ｓａｋａｔａ他による特許文献２５、Ｓａｋａｔａ他による特許文献２６、Ｓａｋａｔａ他による特許文献２７、及びＫｕｄｏｈ他による特許文献２８に記載されており、これらの文献は、全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００２２】
大部分の実施形態において、ひとたび塗布されると導電性ポリマーはヒーリングされる（healed）。ヒーリング（healing）は、導電性ポリマー層の各々の塗布後に行うことができ、或いは全ての導電性ポリマー・コーティングの塗布後に行うことができる。幾つかの実施形態において、例えば、導電性ポリマーは、リン酸及び／又は硫酸溶液のような電解質溶液中にペレットを浸漬し、その後、一定電圧を溶液に印加して、電流が所定のレベルに下がるまで印加することによってヒーリングすることができる。必要であれば、このようなヒーリングは、複数のステップで遂行することができる。例えば、一実施形態において、導電性ポリマー・コーティングを有するペレットを、初めにリン酸中に浸漬して約２０ボルトの電圧を印加し、次いで硫酸中に浸漬して約２ボルトの電圧を印加する。この実施形態においては、第２の低電圧で硫酸溶液又はトルエンスルホン酸を使用することが、結果として得られるキャパシタのキャパシタンスを増加させ、散逸率（ＤＦ）を減少させる助けとなり得る。上述の、幾つか又は全ての層の塗布後に、次に必要であればペレットを洗浄して、種々の副産物、余分な触媒等を除去することができる。さらに、幾つかの場合には、上述の浸漬作業の幾つか又は全ての後に乾燥を行うことができる。例えば、触媒を塗布した後及び／又はペレットを洗浄した後に、ペレットの孔を開口して次の浸漬ステップ中に液体を受け入れることができるように、乾燥することが望ましい可能性がある。
【００２３】
ひとたびカソードが形成されると、この部分に、随意に、それぞれカーボン層（例えば、グラファイト）及び銀層を塗布することができる。銀コーティングは、例えば、キャパシタ素子用のはんだ付け可能な導体、コンタクト層、及び／又は電荷コレクタとして機能することができ、カーボン・コーティングは、銀コーティングと固体電解質の接触を制限することができる。このようなコーティングは、固体電解質の幾つか又は全てを覆うことができる。
【００２４】
ＩＩ．リセッタブル・ヒューズ
本発明のリセッタブル・ヒューズは、温度上昇と共に増加する電気抵抗を示す正温度係数（ＰＴＣ）材料を含む。ＰＴＣ材料が電流によって加熱されるのに伴って、材料温度の上昇から生じる抵抗の増加により負のフィードバックが生じる。例えば、ポリマー・ベースのＰＴＣ材料（ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料としても知られている）を、本発明において用いることができる。このような材料は、ポリマー・マトリックス中に含まれる導電性フィラーを含む。ポリマー・マトリックスは一般に、２つの相を示すことができる。第１の相は、分子が長鎖を形成して規則的な構造に整列する、結晶又は半結晶状態である。この「結晶」相において、導電性フィラーは、結晶境界内に詰め込まれて多くの導電性経路を形成する。電流過負荷と相関した所定の温度において、この構造は、フィラー間の導電性経路の鎖を破断する膨張によってアモルファス相に転移する。即ち、電流がヒューズを通って流れるとき、フィラーが加熱されてそのトリップ温度（例えば、約１２０℃）の直ぐ上の一定温度に達する。さらに、キャパシタの故障又は電流の付加的な増加がヒューズを一層加熱してそれを開放し、電流を制限してヒューズのトリップ温度に対応する値に戻す。キャパシタが故障したままであり、電源がオン状態である場合には、ヒューズは、一定の温度を維持し、電流を一定の値に制限することになる。キャパシタが依然として動作できる可能性があっても、その漏れ電流は高くなる。ポリマー・マトリックスは、電源がその電圧を降下させるか又はオフにされるとき、或いはキャパシタが自己ヒーリング機構によって自己ヒーリングするときに、冷却してその正常な結晶状態に戻ることができ、従ってフィラーが再度接触して導電性経路を形成することを可能し、それにより、回路が閉じてキャパシタが適正に機能することができる。このようにして、ＰＰＴＣ材料は好都合に自動復帰し、交換する必要はない。このようなＰＰＴＣヒューズの例は、ＰｏｌｙＳｗｉｔｃｈ（登録商標）（Ｔｙｃｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、Ｅｖｅｒｆｕｓｅ（登録商標）（Ｐｏｌｙｔｒｏｎｉｃｓ）、Ｐｏｌｙｆｕｓｅ（登録商標）（Ｌｉｔｔｅｌｆｕｓｅ）、及びＭｕｌｔｉｆｕｓｅ（登録商標）（Ｂｏｕｒｎｓ）という名称の下で市販されている。
【００２５】
上述の相変化を示すことができる任意の絶縁ポリマーを一般的に用いて、ポリマー・マトリックスを形成することができる。特に適切なポリマーは、ポリエチレン（例えば、ＨＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ等）、ポリプロピレン、及びこれらのコポリマー（例えば、エチレン／アクリル酸、エチレン／アクリル酸エチル、エチレン／酢酸ビニル、エチレン／アクリル酸ブチル等）のようなポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、及びエチレン／テトラフルオロエチレンのようなフルオロポリマー等、並びにこれらの混合物を含む、半結晶有機ポリマーを含む。使用可能なさらに他の適切なポリマーは、特許文献２９乃至特許文献３９に記載されており、これらの文献は、全ての目的に関してその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００２６】
導電性フィラーは、例えば、カーボン・ブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、導電性コーティングされたガラス又はセラミック・ビーズ、粒子状導電性ポリマー等を含むことができる。フィラーは、粉末、ビーズ、薄片、繊維、又は任意の他の適切な形状の形態とすることができる。用いる導電性フィラーの量は、組成物の所望の抵抗率及び導電性フィラー自体の抵抗率に基づく。導電性フィラーは、組成物の約１０体積％から約６０体積％まで、幾つかの実施形態においては約２０体積％から約５５体積％まで、及び幾つかの実施形態においては約２５体積％から約５０体積％までを構成することができる。同様に、ポリマー・マトリックスは、組成物の約４０体積％から約９０体積％まで、幾つかの実施形態においては約４５体積％から約８０体積％まで、及び幾つかの実施形態においては約５０体積％から約７５体積％までを構成することができる。ＰＴＣ材料はまた、酸化防止剤、不活性フィラー、非導電性フィラー、放射線架橋剤（プロラッド又は架橋強化剤と呼ばれることが多い）、安定剤、分散剤、結合剤、脱酸剤（例えば、ＣａＣＯ3）、又はその他の成分、のような他の成分を含むこともできることを理解されたい。
【００２７】
ポリマー・ベースのＰＴＣ材料に加えて、セラミック・ベースのＰＴＣ材料を本発明において用いることもできる。使用可能な適切なセラミック・ベースのＰＴＣ材料の１つの型は、各々がＢｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、及びＧｅのうちの少なくとも１つの酸化物でドープされた、クリストバライト結晶構造及びトリジマイト結晶構造のうちの１つと、マトリックス全体にわたって分散した導電性相とを有するセラミック材料のマトリックスを含む。この導電性相は、金属、シリサイド、窒化物、炭化物、ホウ化物等を含むことができる。使用中、セラミック・マトリックスは体積が膨張して、マトリックス全体にわたって分散した導電性粒子によって形成された導電性経路を破断する。このようにして、この特定のセラミック・ベースの材料は、ポリマー・ベースのＰＴＣ材料と同様に機能する。このようなセラミック材料の例は、例えば、Ｉｓｈｉｄａによる特許文献４０に記載されており、この文献は、全ての目的に関してその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【００２８】
用いるＰＴＣ材料に関係なく、リセッタブル・ヒューズは、上述の材料から完全に形成することができ、或いは、１つ又はそれ以上の付加的な層を含むこともできる。例えば、リセッタブル・ヒューズは、ＰＴＣ材料に隣接して配置された１つ又はそれ以上の電極部材を含むことができる。１つの特定の実施形態において、ＰＴＣ材料を挟む２つの電極が用いられる。電極部材は、随意に孔又はスリットを含むように有孔とすることができる、金属シート（例えば、箔、板等）の形態とすることができる。ニッケル、銅、アルミニウム、真鍮、亜鉛、銀、金等のような任意の適切な金属を電極部材に用いることができる。電極部材はまた、１つ又は複数の層、例えば基層及び表面層を含むこともできる。１つの特定の実施形態において、電極部材は、電着ニッケル箔及びニッケルめっきの電着銅箔電極のような、マイクロ粗面化表面を有する箔電極とする。電極部材は、任意の適切な方法、例えば、圧縮成形、ニップ積層化、接着結合等によってＰＴＣ材料に取り付けることができる。リセッタブル・ヒューズに用いるのに適切な電極構成の種々の他の例は、Ｃｈａｎｄｌｅｒ他による特許文献４１、及びＧｒａｖｅｓ他による特許文献４２に記載されており、これらの文献は全ての目的に関して引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００２９】
ＩＩＩ．応力吸収材料
本発明のヒューズ付きキャパシタ組立体に用いられる応力吸収材料は、リセッタブル・ヒューズの膨張によって生じる熱応力の部分的な吸収を助けるように構成される。この点に関して、応力吸収材料は、典型的には、それが圧縮力を受けることを可能にする固有の可撓性を有する。材料の可撓性は、対応する低い弾性率（ヤング率）によって特徴付けられ、例えば、約２５℃の温度で測定すると、約１，０００メガパスカル（ＭＰａ）又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約１ＭＰａから約７５０ＭＰａまで、及び幾つかの実施形態においては約５０ＭＰａから約５００ＭＰａまでの弾性率である。
【００３０】
上述の望ましい応力吸収特性を有する様々な材料のいずれかを用いることができるが、熱可塑性及び／又は熱硬化性ポリマーが、本発明に用いるのに特に適切であることが見出されている。このようなポリマーの特定の例は、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−塩素化ポリエチレン−スチレン、アクリル−スチレン−アクリロニトリル、ポリアセタールのホモポリマー及びコポリマー、アクリル、セルロース、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、エチレン酸コポリマー、エチレン−アクリル酸エチル、エチレン−アクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸ブチル、エチレン−酢酸ビニル、エチレンビニルアルコールコポリマー、イオノマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンコポリマー、ポリプロピレンインパクトコポリマー、ポリプロピレンランダムコポリマー、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル、スチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデンホモポリマー及びコポリマー、スチレンブロックコポリマー、ポリオレフィン混合物、エラストマー合金、熱可塑性ウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、熱可塑性コポリエステル、ポリエーテル、熱可塑性ポリアミド、ポリエーテル−ポリアミドブロックコポリマー、アリル成形化合物、ビス−マレイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、ＥＰＤＭゴムのようなエチレン−プロピレンジエンターポリマー、ポリイミド、イオノマー、ポリウレタン、セグメント化ポリウレア／ウレタン、反応射出成形ポリウレンタン、ポリオルガノシロキサン、ウレア−メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド、イオノマー等、並びに以上の混合物を含む。
【００３１】
例えば、ポリオルガノシロキサンは、応力吸収材料として特定の実施形態に用いることができる。ポリオルガノシロキサンは、鎖状、部分分岐、又は分岐構造を有することができる。これらのポリマーに用いられるシリコン結合の有機基は、置換又は非置換一価炭化水素基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、ドデシル、又は類似の飽和脂肪族炭化水素基、ビニル、アリル、ヘキセニル、又は類似の不飽和脂肪族炭化水素基、シクロペンチル、シクロヘキシル、又は類似の飽和脂環式炭化水素基、フェニル、トリル、ナフチル、又は類似の芳香族炭化水素基、並びに、上述の基においてそれらの炭素原子に結合した水素原子が、ハロゲン原子により置換された基、又はエポキシ、カルボキシル、アミノ、メタクリル、又はメルカプト基のような有機基によって部分的に置換された基など、を含むことができる。ポリオルガノシロキサンはまた、シリコン原子に結合したアルコキシ基又はヒドロキシル基を含むこともできる。適切なポリオルガノシロキサンの特定の例は、ポリメチルハイドロジェンシロキサン、ジヒドロキシポリジメチルシロキサン、ヒドロキシ−トリメチルシロキシポリジメチルシロキサン、ジメトキシポリジメチルシロキサン、メトキシ−トリメイチルシロキシポリジメチルシロキサン、ジエトキシポリジメチルシロキサン、エトキシ−トリメチルシロキシ−ポリジメチルシロキサン、ジ（トリメチルシロキシ）ポリジメチルシロキサン、シラノールでキャップされた架橋ポリメチルシロキサン、メトキシでキャップされた架橋ポリメチルシロキサン、エトキシでキャップされた架橋ポリメチルシロキサン、トリメチルシロキシでキャップされた架橋ポリメチルシロキサン等を含む。必要であれば、ポリオルガノシロキサンの１つ又はそれ以上のメチル基を、例えば、エチル基、フェニル基、ビニル基、３−アミノプロピル基、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピル基、３−メタクリロキシプロピル基、３−グリシドキシ−プロピル基、又は３−カルボキシプロピル基で置換することができる。
【００３２】
応力吸収材料はまた、モノ−、ビス−、トリス−、テトラキス−、及びより高次の官能性マレイミドのようなマレイミド樹脂を含むこともがきる。一実施形態において、例えば、以下の構造を有するマレイミド樹脂を用いることができる。
【化１】
2009239271.tif 000003
式中、ｍは、１から６までであり、Ｒは、独立に水素又は低級アルキル基から選択され、Ｘは、一価部分又は多価連結部分である。適切な連結部分は、例えば、全ての目的に関してその全体が引用により本明細書に組み入れられるＬｉｕ他による特許文献４３に記載されているような、ヒドロキシ、アルコキシ、カルボキシ、ニトリル、シクロアルキル又はシクロアルケニルのうちから選択された置換基を随意に含む直鎖又は分岐鎖のアルキル、アルキレン、オキシアルキレン、アルケニル、アルケニレン、オキシアルケニレン、エステル又はポリエステル、並びに、シロキサン、ポリアルキレンオキシド、芳香族部分、ウレタン等を含むことができる。
【００３３】
必要であれば、また熱可塑性エラストマーを、単独で又は上述の材料のいずれかと組み合わせて応力吸収材料に用いることもできる。適切な熱可塑性エラストマーは、Ａを非弾性ポリマー・ブロック、Ｂを弾性ポリマー・ブロックとする一般式（Ａ−Ｂ）又は（Ａ−Ｂ−Ａ）の少なくとも１つのユニットを有するブロック・コポリマーを含む。例えば、非弾性ポリマー・ブロック（Ａ）は、スチレン、又はアルキル、アルケニル、アルキニル、ヒドロキシ、アルコキシ、アルケノキシ等で置換されたスチレン、のようなエチレン不飽和の少なくとも１つのユニットを含む１つ又はそれ以上の随意に置換された芳香族炭化水素の重合生成物とすることができる。弾性ポリマー・ブロック（Ｂ）は、典型的には、随意に置換されたオレフィン・モノマー及び／又は随意に置換された共役ジエン・モノマーの重合又は共重合生成物である。オレフィン・モノマーは、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、アクリロニトリル、（メタ）アクリレート等とすることができる。共役ジエン・モノマーは、ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン等とすることができる。そのようなエラストマーの特定の例は、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリジメチルブタジエン−ポリスチレンブロックコポリマー、ポリブタジエン−ポリアクリロニトリルブロックコポリマー等を含む。
【００３４】
ある特定の場合には、応力吸収材料の粘度を比較的低くして、所望の表面上により容易に堆積させることができるようにすることができる。例えば、応力吸収材料は、約５００センチストークス又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約２００センチストークス又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約１センチストークスから約１００センチストークスまで、及び幾つかの実施形態においては約５センチストークスから約５０センチストークスまでの動粘度を有することができる。このような低粘度材料の１つの例は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＭＨ１１０７であり、これはポリメチルハイドロジェンシロキサンを含み、２０センチストークスから３０センチストークスまでの範囲の粘度を有する。
【００３５】
もちろん、高粘度の応力吸収材料、例えば、約５００センチストークス又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約１，０００センチストークス又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約５，０００センチストークスから約５０，０００センチストークスまで、及び幾つかの実施形態においては約１０，０００センチストークスから約２０，０００センチストークスまでの動粘度を有する材料を用いることもできる。比較的高い粘度を有するが、このような材料は、溶剤（例えば、水、メタノール等）、乳化剤等を用いて乳剤を形成することによって所望の表面上に効果的に堆積させることができる。このような乳剤の固形分は、約５重量％から約７５重量％まで、幾つかの実施形態においては約１０重量％から約７０重量％まで、及び幾つかの実施形態においては約２５重量％から約６０重量％までとすることができる。特に適した乳剤の１つの例は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）１１０１であり、これは高粘度のシラノール終端ポリジメチルシロキサンの水性乳剤（５３％活性、陰イオン性）である。他の適切なシリコーン乳剤は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＨＶ６００（非イオン性５５％トリメチルシリル終端ポリジメチルシロキサン分散液）、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）１６６４（非イオン性５０％トリメチルシリル終端ポリジメチルシロキサン分散液）、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）３４６（非イオン性、６０％活性トリメチルシリル終端ポリジメチルシロキサン乳剤）等を含むことができる。
【００３６】
上述のようなポリマーに加えて、応力吸収材料はまた、他の添加剤を含むことができる。例えば、応力吸収材料は、熱膨張を減少させ、靭性を向上させるためのフィラーなどを含むことができる。このようなフィラーの例は、ペルフルオロ炭化水素ポリマー（即ち、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、熱可塑性ポリマー、熱可塑性エラストマー、マイカ、溶融シリカ、ガラス粉末等を含む。使用可能なフィラー含有応力吸収材料の１つの例は、Ｈｙｓｏｌ（登録商標）ＱＭＩ５３４（Ｌｏｃｔｉｔｅ）であり、これはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）で充填されたビスマレイミド及びポリブタジエン／無水物樹脂を含む。
【００３７】
ＩＶ．ヒューズ付きキャパシタ組立体
本発明の電解キャパシタ素子、リセッタブル・ヒューズ、及び応力吸収材料をケース内に収容して、キャパシタ組立体を形成する。組立体の構成は、特に限定されず、意図する用途に応じて変えることができる。この点に関して、図１は、カプセル封入ケース１５８内に収容された電解キャパシタ素子２０及びリセッタブル・ヒューズ３０を含むキャパシタ組立体１０の一実施形態を示す。カプセル封入ケース１５８は、組立体１０に電気的及び熱的保護並びに付加的な構造的支持を与える。ケース１５８の幅及び長さは、意図する用途に応じて変えることができる。一実施形態において、例えば、ケース１５８の長さ（図１におけるｙ方向）は、約２．０ミリメートルから約１０．０ミリメートルまで、幾つかの実施形態においては約２．５ミリメートルから約８．０ミリメートルまで、及び幾つかの実施形態においては約３．０ミリメートルから約６．５ミリメートルまでである。ケース１５８の幅（図１におけるｘ方向）は、約１．０ミリメートルから約５ミリメートルまで、幾つかの実施形態においては約１．５ミリメートルから約４．５ミリメートルまで、及び幾つかの実施形態においては約２．０ミリメートルから約３．５ミリメートルまでの範囲にすることができる。ケース１５８の全厚（図１におけるｚ方向）は、結果として得られる組立体が小輪郭の製品に容易に組み込めるように隋意に小さいままにすることができる。例えば、ケースの厚さは、約５．０ミリメートル又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約０．４ミリメートルから約３．５ミリメートルまで、及び幾つかの実施形態においては約０．５ミリメートルから約３．０ミリメートルまでとすることができる。適切なケースの大きさは、例えば、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」、「Ｖ」、又は「Ｚ」ケース（ＡＶＸ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を含むことができる。
【００３８】
図１に示す実施形態において、リセッタブル・ヒューズ３０は、電解キャパシタ素子２０の上面２１に隣接して配置されて電気的に接続され、従ってそのカソードと電気的に接触する。もちろん、リセッタブル・ヒューズ３０はまた、キャパシタ組立体１０内の他の位置に配置することもできることを理解されたい。例えば、別の実施形態において、リセッタブル・ヒューズ３０は、キャパシタ素子２０の下面２２に隣接して配置することができる。さらに、リセッタブル・ヒューズ３０は、素子２０のいずれの表面にも物理的に接触せずにアノード・リード８０に単純に接続することができる。その位置に関係なく、任意の既知の技術、例えば、溶接、レーザ溶接、接着結合等の技術を一般的に用いて、キャパシタ素子２０をリセッタブル・ヒューズ３０に接続することができる。例えば、図示した実施形態においては、導電性接着剤層２５を用いて、リセッタブル・ヒューズ３０をキャパシタ素子２０に接続する。
【００３９】
キャパシタ組立体１０はまた、アノード終端４０とカソード終端５０を含む。任意の導電性材料、例えば導電性金属（例えば、銅、ニッケル、銀、亜鉛、錫、パラジウム、鉛、アルミニウム、モリブデン、チタン、鉄、ジルコニウム、マグネシウム、及びこれらの合金）を用いて終端を形成することができる。特に適した導電性金属は、例えば、銅、銅合金（例えば、銅−ジルコニウム、銅−マグネシウム、銅−亜鉛、又は銅−鉄）、ニッケル、及びニッケル合金（例えば、ニッケル−鉄）を含む。終端の厚さは、一般的には、キャパシタ組立体の厚さを最小にするように選択される。例えば、終端の厚さは、約０．０５ミリメートルから約１ミリメートルまで、幾つかの実施形態においては約０．０５ミリメートルから約０．５ミリメートルまで、及び幾つかの実施形態においては約０．１ミリメートルから約０．２ミリメートルまでの範囲にすることができる。１つの例示的な導電性材料は、Ｗｉｅｌａｎｄ（独国）から入手可能な銅−鉄合金の金属板である。必要であれば、終端の表面を、当該技術分野において知られているように、ニッケル、銀、金、錫等で電気めっきして、最終部品が回路基板に取り付け可能であることを保証することができる。１つの特定の実施形態において、終端の両表面は、それぞれニッケル・フラッシュ及び銀フラッシュによってめっきし、一方取り付け表面はまた錫はんだ層でめっきする。
【００４０】
終端の特定の構成は重要ではなく、当該技術分野で知られているように変えることができる。例えば、図１において、アノード終端４０は、溶接、レーザ溶接等のようないずれかの既知の技術を用いてアノード・リード８０に電気的に接続される。必要であれば、アノード終端４０は、表面接触及び機械的安定性をさらに強化する、アノード・リード８０を支持する「Ｕ字形」領域を含むことができる。カソード終端５０は、この実施形態においては、リセッタブル・ヒューズ３０に電気的に接続される。リセッタブル・ヒューズ３０へのカソード終端５０の電気的接続は、導電性接着剤層２７の使用によるなどの、いずれかの既知の技術を用いて確立することができる。
【００４１】
導電性接着剤層２７並びに導電性接着剤層２５は、樹脂組成物と共に含まれる導電性金属粒子から形成することができる。金属粒子は、銀、銅、金、プラチナ、ニッケル、亜鉛、ビスマス等とすることができる。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）、及び結合剤（例えば、シラン結合剤）を含むことができる。適切な導電性接着剤は、全ての目的に関してその全体が引用により本明細書に組み入れられるＯｓａｋｏ他による特許文献４４に記載されている。必要であれば、接着剤層２５及び／又は２７を形成するのに用いる材料は、可撓性を有するように低い弾性率を有するものとすることができる。例えば、接着剤層２５及び／又は２７の弾性率は、約２５℃の温度で測定するとき、約５，０００メガパスカル（ＭＰａ）又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約１ＭＰａから約２，５００ＭＰａまで、及び幾つかの実施形態においては約５０ＭＰａから約２，０００ＭＰａまでとすることができる。
【００４２】
再度図１を参照すると、キャパシタ組立体１０はまた、リセッタブル・ヒューズ３０と接触する応力吸収材料を含む。応力吸収材料は、リセッタブル・ヒューズ３０のいずれかの望ましい表面に接触させることができる。図１においては、例えば、リセッタブル・ヒューズ３０の上面及び前面に接触する第１の応力吸収材料９０が設けられる。ヒューズ３０の後面に接触し、ヒューズ３０とカソード終端５０の間に配置される第２の応力吸収材料３５がまた設けられる。第２の応力吸収材料３５は同様に、ヒューズ３０とアノード終端４０の間に配置することもできる。それらには関係なく、応力吸収材料９０及び３５は、リセッタブル・ヒューズ３０とカプセル封入樹脂１５８の熱膨張係数の違いによって生じる熱引張り応力又は圧縮応力を吸収することができる。次に、このことが、過剰電流にさらされたときに、リセッタブル・ヒューズ３０が所望の限度まで膨張し、従ってキャパシタ組立体１０においてより効果的に機能することを可能にする。必要であれば、応力吸収材料はまた、追加量の接着剤を用いることによってヒューズの短絡からの保護をもたらすこともできる。必ずしも必要ではないが、応力吸収材料はまた、カソード及び／又はアノード終端、キャパシタ素子等のようなキャパシタ組立体１０の他のコンポーネントと接触することが望ましいことが多い。例えば、図１に示すように、応力吸収材料９０及び３５はまた、カソード終端５０の表面に接触する。さらに、応力吸収材料は、キャパシタ素子２２の表面に接触する。
【００４３】
応力吸収材料は、浸漬、噴霧、印刷、成形、押し出し等のような既知の方法を用いて堆積させることができる。次に、コーティングされたキャパシタ素子が周囲条件下又は加熱ステップで乾燥させることができ、その結果、あらゆる溶剤の、全てではないにしても大部分を除去し、及び／又はポリマーを架橋させることができる。例えば、キャパシタ素子は、約１００℃から約３００℃まで、幾つかの実施形態においては約１１０℃から約２００℃まで、及び幾つかの実施形態においては約１２０℃から約１８０℃までの温度で、１つ又はそれ以上のステップで加熱することができる。加熱は、空気中又は制御された雰囲気下（例えば、真空下）で行うことができる。最終的な乾燥コーティングは、典型的には、約８０重量％から約１００重量％まで、幾つかの実施形態においては約８５重量％から約９９．９重量％まで、及び幾つかの実施形態においては約９０重量％から約９９重量％までの量の応力吸収材料を有する。本発明の結果、本発明により得られるキャパシタ組立体は、優れた電気的特性を示すことができる。例えば、この組立体は、比較的低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）を実現することができる。例えば、ＥＳＲは、１００ｋＨｚの周波数において２ボルトのバイアス及び１ボルトの信号を用いて測定すると、約１，０００ミリオーム又はそれ以下、幾つかの実施形態においては約３００ミリオーム又はそれ以下、及び幾つかの実施形態においては約１５０ミリオーム又はそれ以下にすることができる。キャパシタ組立体の散逸率（ＤＦ）もまた比較的低いレベルに維持することができることも考えられる。散逸率（ＤＦ）は一般に、キャパシタ組立体内で生じる損失を指し、通常理想的な性能の百分率で表される。例えば、本発明のキャパシタ組立体の散逸率は、典型的には、１２０Ｈｚの周波数で測定すると、約１５％未満、及び幾つかの実施形態においては約５％未満である。ピーク・サージ電流も同様に、約５．０アンペア又はそれ以上、幾つかの実施形態においては約１０．０アンペア又はそれ以上、及び幾つかの実施形態においては約１５．０アンペアから約５０．０アンペアまでにすることができる。
本発明は、以下の実施例を参照することによっていっそう良く理解することができる。
【実施例】
【００４４】
試験手順
等価直列抵抗（ＥＳＲ）、キャパシタンス、散逸率、及びインピーダンス
等価直列抵抗及びインピーダンスは、Ｋｅｌｖｉｎ  Ｌｅａｄを有するＫｅｉｔｈｌｅｙ３３３０Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＬＣＺ計測器を用いて、０ボルトのバイアス及び１ボルトの信号で測定した。動作周波数は１００ｋＨｚであった。キャパシタンス及び散逸率は、Ｋｅｌｖｉｎ  Ｌｅａｄを有するＫｅｉｔｈｌｅｙ３３３０Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＬＣＺ計測器を用いて、０ボルトのバイアス及び１ボルトの信号で測定した。動作周波数は１２０Ｈｚであり、温度は２３℃±２℃であった。
漏れ電流
漏れ電流（ＤＣＬ）は、英国のＭａｎｔｒａｃｏｕｒｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ＬＴＤによって製造されたＭＣ１９０  Ｌｅａｋａｇｅ試験セットを用いて測定した。ＭＣ１９０による試験は、２５℃の温度及び特定の定格電圧において４０秒後の漏れ電流を測定した。
トリップ時間試験
電源（Ｓｏｒｅｎｓｅｎ  ＤＣＲ１５０−１２Ｂ、０−１５０Ｖ；０−１５Ａ）を電圧源として用いた。キャパシタは、図８に示すように、スイッチ・リレーを介して抵抗（１オーム）と並列に接続した。ヒューズのトリップ時間及びキャパシタ内の電流の時間依存性を、キャパシタと並列に接続したオシロスコープ（Ｆｌｕｋｅ９９Ｂ）及び直列に接続したＡＣ／ＤＣ電流プローブ（Ｆｌｕｋｅ８０ｉ−１１０ｓ）を用いてモニターした。ヒューズ付きキャパシタの試験（ヒューズの機能）は、定格電圧でキャパシタ反転モード（陽極がカソード上にくる）において行った。１０パルス（４秒オン、４秒オフ）をスイッチ・リレーによって印加した。電流は、電流プローブによって測定し、オシロスコープ上で電圧と共にモニターした。焼けたユニットの数を求めた。
【実施例１】
【００４５】
７０，０００μＦＶ／ｇのタンタル粉末（ＨＣ  Ｓｔａｒｃｋ）をプレス加工してペレットにし、焼結してサイズ５．４×３．７５×１．２５ｍｍの多孔性電極本体を形成した。次に、陽極酸化を、リン酸を含む水性溶液中で行った。電圧は、６．３Ｖの定格電圧で３３０μＦの目標キャパシタンスを達成するように選択した。陽極酸化後に、ペレットを、当業者には既知の通常の技術によって、二酸化マンガン層、グラファイト・コーティング、及び銀コーティングでコーティングした。
【００４６】
ＰＰＴＣヒューズは、Ｔｙｃｏ  Ｒａｙｃｈｅｍから、３．６×３．６×０．５ｍｍのサイズを有する「Ｆｌｕｏ−２」という名称のものを取得した。ヒューズは、ニッケル導電性粒子で充填され、広範囲にわたって金めっきニッケル・コンタクト層に含められたフルオロエラストマー・ポリマーをベースとした。図２乃至図７に示すように、ペレットをＰＰＴＣヒューズと組み合せてＤケース（ＥＩＡ７３４８）を作った。より具体的には、可撓性のある銀装填エポキシ接着剤２７（ＸＣＥ８０２３９  Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｉｎｇ）を、リードフレーム５０のポケット内に分注した（図２）。体積０．０２０ｍｍ3を有する３つの等しい大きさのドットを、リードフレーム・ポケット５０上のペーストの均一な分布を可能にするように塗布した。ＰＰＴＣヒューズ３０（Ｆｌｕｏ２、Ｔｙｃｏ  Ｒａｙｃｈｅｍ）を湿潤接着剤２７の上に配置した（図３）。次に、接着剤を静止オーブン中において１５分間１５０℃で硬化させた。第１の応力吸収材料３５（ＱＭＩ５３４、Ｌｏｃｔｉｔｅ）を、ヒューズ３０とリードフレーム・ポケット５０の間に、リードフレームの垂直部分に隣接した側から加え、１５分間１５０℃で硬化させた（図４）。次に、可撓性のある銀装填エポキシ接着剤２５（ＸＣＥ８０２３９−Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｉｎｇ）をヒューズ素子３０の上面上に分注し、リードフレーム５０に組み合せた（図５）。キャパシタ・ペレット２０を湿潤接着剤の上に配置し、アノード・ワイヤ８０をリードフレーム５０にレーザ溶接した（図６）。次に、接着剤を４５秒間１９０℃で硬化させた。組立体全体を上下逆にし、０．５ｍｍ3ドットの応力吸収材料９０（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ１１０７）をヒューズ３０の縁部上に分注して、ドットがアノード・ワイヤ８０に面する側からヒューズ３０の上、並びに、リードフレーム５０及び接着剤２７によって覆われていないヒューズ表面の上に広がるようにした（図７）。次に、材料９０を２０分間１５０℃で硬化させた。次に、組立体を、シリカで充填された成形樹脂でカプセル封入した。
【００４７】
次に、結果として得られたキャパシタ（１８０個の試料）のキャパシタンス、散逸率、インピーダンス、及びＥＳＲを試験し、応力吸収材料３５及び９０を用いずに上述のように形成した試料と比較した。この結果は、以下の表１及び表２に示す。
表１  応力吸収材料を有するキャパシタの特性
2009239271.tif 000004
表２  応力吸収材料を有しないキャパシタの特性
2009239271.tif 000005
【００４８】
次に、上述のキャパシタ（応力吸収材料有り及び無しの）のうちの１２０個に、上述のトリップ時間試験を行った（６．３Ｖの定格電圧で反転モードにおいて、１０パルス、４秒オン／４秒オフ）。この結果は、以下の表３に示す。
表３  キャパシタの焼けに対する応力吸収材料の効果
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上に示すように、応力吸収材料を含むキャパシタ組立体はどれも試験中に焼けなかった。
【００４９】
当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明のこれら及び他の修正及び変形を行うことができる。さらに、種々の実施形態の態様は全体的にも部分的にも入れ替えることができることを理解されたい。さらに、当業者であれば、以上の説明は例証に過ぎず、添付の特許請求の範囲においてさらに説明される本発明を限定することを意図したものではないことを認識するであろう。
【符号の説明】
【００５０】
１０：キャタシタ組立体
２０：電解キャパシタ素子
２１：上面
２２：下面
２５、２７：導電性接着剤（層）
３０：リセッタブル・ヒューズ
３５、９０：応力吸収材料
４０：アノード終端
５０：カソード終端（リード・フレーム）
８０：アノード・リード
１５８：カプセル封入ケース（カプセル封入樹脂）
【図８】
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【図１】
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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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