一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器及其制备方法与流程
本发明涉及固态电解电容器，具体为一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器及其制备方法。
背景技术：
1、目前，行业内叠层固态铝电解电容器普遍采用环氧树脂模塑料进行单一塑封防护，该技术方案在实际应用中存在三类固有缺陷：（1）、芯子内部的pedot：pss导电高分子表面含有大量亲水磺酸基团与羟基，极易吸附环境水汽，并与氧气发生亲核氧化反应，引发分子链断裂、掺杂阴离子脱附，导致esr急剧漂移，电化学性能劣化；（2）、环氧树脂塑封体自身存在分子级自由体积，水、氧小分子可通过菲克扩散机制穿透塑封体侵入芯体内部，引发电极腐蚀、内部潮解等失效问题；（3）、环氧树脂与芯子表面材料的热膨胀系数存在数量级差异，在高温塑封、回流焊及冷热循环过程中，界面处会产生巨大剪切应力，导致膜层开裂、界面剥离，最终造成防护体系失效。
2、针对上述问题，现有同类防护技术主要存在以下不足：
3、1、单层无机阻隔方案：如采用原子层沉积（ald）氧化铝作为防潮层，虽致密性优异，但无机薄膜脆性大，与两侧有机材料（导电银浆层、环氧树脂）均存在热膨胀失配，高温循环下易萌生裂纹，且无法改善导电高分子自身的脱掺杂问题；
4、2、纯有机含氟涂层方案：如采用等离子体增强化学气相沉积（pecvd）沉积氟碳疏水涂层，虽具备柔性与疏水性，但薄膜致密度不足，阻水阻氧能力有限，无法从传质层面阻断小分子渗透；
5、3、常规有机-无机双层方案：现有多层阻隔结构多应用于oled、柔性显示等平面基材，采用有机硅+氧化物组合，未针对叠层电容芯子的三维堆叠结构、异质界面特性定制设计，无法同时覆盖“高分子钝化-水氧阻隔-应力缓冲”三重需求。
6、综上，现有技术无法同步解决叠层固态铝电解电容器的三大核心失效问题，亟需开发多维度协同的封装防护技术，以提升电容器在高温高湿环境下的长期可靠性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器及其制备方法，通过构建有机-无机-有机三层复合气相沉积阻隔层，从化学钝化、物理阻隔、力学缓冲三个维度同步解决现有产品的失效瓶颈，显著提升高温高湿环境下的工作可靠性。
2、为实现上述目的，本发明提供的第一个技术方案为：
3、一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器及其制备方法，包括由多片芯子堆叠形成的芯包，所述芯包外部包覆有环氧树脂塑封体，所述芯包分别引出有阳极引脚与阴极引脚，所述芯包的外表面与环氧树脂塑封体之间设置有复合气相沉积阻隔层，所述复合气相沉积阻隔层由内至外依次为内层氟碳钝化层、中层致密阻隔层和外层氟碳缓冲层，呈对称三明治结构，所述复合气相沉积阻隔层完整包覆芯包的外表面及芯子之间的堆叠缝隙，且阳极引脚与阴极引脚的外露金属区域未覆盖。
4、优选的，所述内层氟碳钝化层为以四氟化碳为前驱体并通过化学气相沉积制备的含氟有机聚合物薄膜，且厚度为20~100nm，所述内层氟碳钝化层表面接枝有-cf2、-cf3惰性疏水官能团。
5、优选的，所述中层致密阻隔层为原子层沉积制备的三氧化二铝薄膜，且厚度为10~50nm，呈无定形致密结构。
6、优选的，所述外层氟碳缓冲层为以四氟化碳为前驱体并通过化学气相沉积制备的含氟有机聚合物薄膜，且厚度为1~10μm，呈柔性低模量结构。
7、本发明提供的第二个技术方案为：
8、一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
9、s1、将芯子根据设定的叠层层数进行堆叠，将堆叠后的芯子阳极区与阳极引脚进行焊接，用导电银膏将堆叠后的芯子阴极区粘接到阴极引脚上，并等导电银膏固化后形成芯包；
10、s2、将完成叠层组装的芯包置于等离子体清洗腔室内进行预处理；
11、s3、对预处理后的芯包的阳极引脚与阴极引脚区域进行遮蔽，且遮蔽区域覆盖阳极引脚和阴极引脚根部至引脚末端全部外露金属表面；
12、s4、在完成遮蔽的芯包表面依次沉积内层氟碳钝化层、中层致密阻隔层沉积和外层氟碳缓冲层，形成复合气相沉积阻隔层；
13、s5、沉积完成后，移除引脚区域的遮蔽，露出未沉积薄膜的引脚区域；
14、s6、将带有复合气相沉积阻隔层的芯包用绝缘树脂进行封装固化、成型处理形成电容器。
15、优选的，所述步骤s2中芯包的预处理方法具体为：将芯包放入到等离子体清洗腔室内，并通入氩气进行等离子体表面清洗，去除表面杂质并活化表面基团，处理时间为3~10min。
16、优选的，所述步骤s3中采用聚酰亚胺胶带或金属掩膜夹具对芯包的引脚进行遮蔽。
17、优选的，所述步骤s4中内层氟碳钝化层的沉积方法具体为：将预处理并完成掩膜的芯包转入化学气相沉积反应腔室，抽真空至本底气压≤5pa，通入四氟化碳与氩气的混合气体，且四氟化碳与氩气的体积比为1：3~1：6，控制工作气压10~30pa、射频功率50~100w、沉积温度20~30℃、沉积时间20~30min，在芯包表面形成厚度为20~100nm的内层氟碳钝化层。
18、优选的，所述步骤s4中中层致密阻隔层沉积的沉积方法具体为：将完成内层沉积的芯包转入原子层沉积反应腔室，以三甲基铝为铝源前驱体、去离子水为氧源前驱体，控制沉积温度80~150℃，通过循环脉冲沉积方式制备三氧化二铝薄膜，循环次数为100~500次，形成厚度为10~50nm的中层致密阻隔层；
19、且单个沉积循环包括：三甲基铝脉冲0.05~0.2s、氮气吹扫3~8s、水脉冲0.05~0.2s、氮气吹扫3~8s。
20、优选的，所述步骤s4中外层氟碳缓冲层沉积的方法具体为：将完成中层沉积的芯包再次转入化学气相沉积反应腔室，抽真空至本底气压≤5pa，通入四氟化碳与氩气的混合气体，且四氟化碳与氩气的体积比为1：1~1：3，控制工作气压20~40pa、射频功率150~300w、沉积温度20~30℃、沉积至中层致密阻隔层表面形成厚度为1-10μm的外层氟碳缓冲层，制得带有复合气相沉积阻隔层的芯包。
21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22、本发明通过在叠层固态铝电解电容器的芯包与环氧树脂塑封体之间设置由内层氟碳钝化层、中层致密阻隔层、外层氟碳缓冲层构成的有机-无机-有机对称三明治结构复合气相沉积阻隔层，可从化学、物理、力学三个维度协同解决现有电容器的失效瓶颈，显著提升产品在高温高湿环境下的长期可靠性，该复合气相沉积阻隔层可完整包覆芯包的顶面、底面、侧面及层间堆叠缝隙，填补了传统封装工艺的防护盲区，实现三维全表面的防护覆盖，并且，现有包封工序的压力直接施加于芯子会造成微裂纹，导致产品漏电流数值偏大，因而传统技术方案需要进行吸湿与老化处理修复氧化铝介质层来提升漏电合格率，而本发明结构的电容器在环氧树脂封装固化后无需额外进行吸湿处理与老化处理，可直接进行成品性能测试，在显著提升产品可靠性的同时简化了生产工序，降低了制造成本。
1.一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器，包括由多片芯子堆叠形成的芯包（1），所述芯包（1）外部包覆有环氧树脂塑封体（2），所述芯包（1）分别引出有阳极引脚（3）与阴极引脚（4），其特征在于：所述芯包（1）的外表面与环氧树脂塑封体（2）之间设置有复合气相沉积阻隔层，所述复合气相沉积阻隔层由内至外依次为内层氟碳钝化层（5）、中层致密阻隔层（6）和外层氟碳缓冲层（7），呈对称三明治结构，所述复合气相沉积阻隔层完整包覆芯包（1）的外表面及芯子之间的堆叠缝隙，且阳极引脚（3）与阴极引脚（4）的外露金属区域未覆盖。
2.根据权利要求1所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器，其特征在于：所述内层氟碳钝化层（5）为以四氟化碳为前驱体并通过化学气相沉积制备的含氟有机聚合物薄膜，且厚度为20~100nm，所述内层氟碳钝化层（5）表面接枝有-cf2、-cf3惰性疏水官能团。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器，其特征在于：所述中层致密阻隔层（6）为原子层沉积制备的三氧化二铝薄膜，且厚度为10~50nm，呈无定形致密结构。
4.根据权利要求1所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器，其特征在于：所述外层氟碳缓冲层（7）为以四氟化碳为前驱体并通过化学气相沉积制备的含氟有机聚合物薄膜，且厚度为1~10μm，呈柔性低模量结构。
5.一种权利要求1所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中芯包（1）的预处理方法具体为：将芯包（1）放入到等离子体清洗腔室内，并通入氩气进行等离子体表面清洗，去除表面杂质并活化表面基团，处理时间为3~10min。
7.根据权利要求5所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中采用聚酰亚胺胶带或金属掩膜夹具对芯包（1）的引脚进行遮蔽。
8.根据权利要求5所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中内层氟碳钝化层（5）的沉积方法具体为：将预处理并完成掩膜的芯包转入化学气相沉积反应腔室，抽真空至本底气压≤5pa，通入四氟化碳与氩气的混合气体，且四氟化碳与氩气的体积比为1：3~1：6，控制工作气压10~30pa、射频功率50~100w、沉积温度20~30℃、沉积时间20~30min，在芯包表面形成厚度为20~100nm的内层氟碳钝化层（5）。
9.根据权利要求5所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中中层致密阻隔层（6）的沉积方法具体为：将完成内层沉积的芯包转入原子层沉积反应腔室，以三甲基铝为铝源前驱体、去离子水为氧源前驱体，控制沉积温度80~150℃，通过循环脉冲沉积方式制备三氧化二铝薄膜，循环次数为100~500次，形成厚度为10~50nm的中层致密阻隔层（6）；
10.根据权利要求5所述的耐高温高湿的叠层固态铝电解电容器及其制备方法，其特征在于：所述步骤s4中外层氟碳缓冲层（7）沉积的方法具体为：将完成中层沉积的芯包再次转入化学气相沉积反应腔室，抽真空至本底气压≤5pa，通入四氟化碳与氩气的混合气体，且四氟化碳与氩气的体积比为1：1~1：3，控制工作气压20~40pa、射频功率150~300w、沉积温度20~30℃、沉积至中层致密阻隔层表面形成厚度为1-10μm的外层氟碳缓冲层（7），制得带有复合气相沉积阻隔层的芯包（1）。