一种高可靠性叠层固态铝电解电容器及其制备方法与流程

1.本发明涉及固态铝电解电容器技术领域，具体为一种高可靠性叠层固态铝电解电容器及其制备方法。


背景技术：

2.片式叠层固态铝电解电容器以导电聚合物材料作为固体电解质，具有多层芯子并联堆叠的芯包结构和适用表面贴装的产品外形，与传统液态铝电解电容器相比，具有体积更小、基础电性能更好、使用寿命更长、频率阻抗特性和温度特性优异、环保及安全特性更高等优点。
3.目前，制备片式叠层固态铝电解电容器的常见工艺是：将裁切好的化成箔用阻隔胶划分出阳极区和阴极区，在箔片的阴极区表面依次形成导电聚合物固体电解质层、导电碳浆层和银浆层，形成电容器芯子；将多个电容器芯子采用并联方式堆叠，与外设引线框连接以引出阳极和阴极，然后用环氧树脂进行封装，最后将暴露在树脂外壳以外的引线弯折成型，形成外部端子。
4.上述工艺采用的树脂封装方式虽然适用于低成本化、大规模自动化的工业生产，但树脂封装为非气密性结构，在高温、高湿等严苛的环境下容易受潮气或腐蚀性气体、液体侵入电容器内部，造成产品性能恶化甚至失效。此外，由于有机封装树脂直接与芯子接触，在注塑封装时容易从叠层芯子间隙挤入，对芯子产生挤压形变，引起漏电流、esr增大，严重的造成脱层，引起电容器失效；树脂封装料在固化时收缩产生应力亦对产品性能有负面影响，造成性能恶化甚至失效；限制了传统树脂封装片式叠层固态铝电解电容器的应用，特别是在复杂环境下及高可靠性要求领域的应用。基于此，本发明设计了一种高可靠性叠层固态铝电解电容器及其制备方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高可靠性叠层固态铝电解电容器及其制备方法，以解决上述技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高可靠性叠层固态铝电解电容器，包括若干个电容器芯子、铆钉、外壳体和盖板，若干个所述电容器芯子依次堆叠后通过铆钉固接在外壳体内部形成电容器半成品，所述盖板盖设在电容器半成品上并密封后形成固态铝电解电容器；
7.所述电容器芯子呈轴向对称工字形结构，所述电容器芯子包括阳极部和阴极部，所述阳极部和阴极部之间连接有矩形连接部，且矩形连接部的宽度小于阳极部和阴极部的宽度，所述矩形连接部上下表面及两侧面均涂覆有绝缘阻隔胶，形成绝缘阻隔胶带，所述阳极部开设有一对与铆钉相互配合的圆形通孔，所述阴极部从内到外依次为化成箔、导电聚合物层、导电碳浆层和导电银浆层。
8.所述外壳体包括两个长侧板、两个短侧板和底板，且两个长侧板、两个短侧板和底
板之间围合形成方形敞口结构，两个所述长侧板相互靠近的侧面对称设置有两个阻隔板，且阻隔板与底板相连接，所述阻隔板将外壳体的内腔划分为与电容器芯子形状相匹配的阳极腔和阴极腔，所述底板上穿设有阳极电连接部和阴极电连接部，所述电容器芯子的阳极部通过铆钉与阳极电连接部电连接，所述电容器芯子的阴极部与阴极电连接部电连接，所述外壳体的敞口边沿固定设置有矩形金属环。
9.优选的，所述铆钉包括相互连接的圆形钉帽和与圆形通孔相匹配的圆柱形钉体，且圆形钉帽的直径大于圆柱形钉体的直径，所述圆柱形钉体远离圆形钉帽的一端为锥形结构。
10.优选的，所述盖板靠近外壳体的一侧面的边缘设置有一圈与矩形金属环相互配合的突出部，所述盖板通过突出部与矩形金属环之间套合并焊接固定。
11.优选的，所述阳极电连接部包括依次垂直连接的阳极舌部、阳极连接部、阳极端子部，所述阳极舌部包括矩形部，所述矩形部远离阳极连接部的一侧面设置有一对与圆形通孔相匹配的圆筒形定位钉，所述矩形部嵌入底板的内表面并与之相平齐，所述阳极连接部的中部设置有一圈阳极环形突起部，所述阳极端子部嵌入底板的外表面并与之相平齐；
12.所述阴极电连接部包含依次垂直连接的阴极舌部、阴极连接部和阴极端子部，所述阴极舌部为矩形，所述阴极舌部嵌入底板的内表面并与之相平齐，所述阴极连接部的中部设置有一圈阴极环形突起部，所述阴极端子部嵌入底板的外表面并与之相平齐。
13.优选的，所述矩形连接部的长度为电容器芯子总长度的10％-30％。
14.优选的，所述阻隔板的高度等于长侧板的高度，所述阻隔板的宽度为底板宽度的10％-30％。
15.优选的，所述长侧板、短侧板、底板和阻隔板的材质为氧化铝陶瓷，所述矩形金属环的材质为kovar合金。
16.优选的，所述阳极端子部和阴极端子部露出外壳体的表面上设置有锡镀层。
17.一种高可靠性叠层固态铝电解电容器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
18.s1、将化成铝箔冲切成带有矩形连接部、且一端带有一对圆形通孔的工字形，形成第一铝箔；
19.s2、在第一铝箔的矩形连接部上涂敷绝缘阻隔胶，制备绝缘阻隔胶带，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
20.s3、将第二铝箔的阴极区侧边电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
21.s4、在第三铝箔的阴极区表面形成导电聚合物层，得到第四铝箔；
22.s5、将第四铝箔的阴极区浸渍导电石墨乳后烘干，形成导电碳浆层，得到第五铝箔；
23.s6、将第五铝箔的阴极区浸渍导电银浆后烘干，形成导电银浆层，得到电容器芯子；
24.s7、按照设计层数，将若干个电容器芯子堆叠并固定在外设的外壳体中，形成电容器半成品；
25.s8、将盖板盖设在外壳体上，并且在外设的盖板与外壳体之间通过平行缝焊工艺进行气密性封接，制成固态铝电解电容器。
26.优选的，所述步骤s7中的堆叠固定步骤具体为：
27.s71、在阴极舌部上涂敷导电银胶，将第一个电容器芯子的阴极部与之粘接，并将阳极部上的一对圆形通孔套设在阳极舌部的一对圆筒形定位钉外部；
28.s72、按照设计层数，重复s71的步骤，完成若干个电容器芯子的堆叠，电容器芯子的阴极部之间通过导电银胶粘接并固化，完成阴极引出；
29.s73、在圆筒形定位钉的孔洞中打入铆钉，并通过超声波焊接工艺将铆钉、圆筒形定位钉、若干个电容器芯子的阳极部进行固定并形成电连接，完成阳极引出；
30.s74、在外壳体的阳极腔中填充绝缘密封胶并固化。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.1、本发明采用外壳体加焊接封盖的无机封装外壳，气密性较传统树脂封装外壳更佳，更适用于复杂环境下及高可靠性要求领域的应用；
33.2、本发明的封装外壳与芯子间有空隙，消除了注塑封装产生的芯子挤压形变和塑封料固化收缩的应力，封装工艺不会对芯子造成物理损伤，从而防止封装对芯子性能的破坏；
34.3、本发明采用具有工字形内腔的陶瓷外壳体以匹配工字形芯子，芯子的阳极部通过铆接-焊接方法实现阳极引出，并且在芯子的阳极部外填充绝缘密封胶进行二次固定及保护，可以有效对芯子进行卡位和固定，改善传统芯子阳极焊接不良引起的脱层，保障芯包结合的稳定性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明的固态铝电解电容器的结构示意图；
37.图2为本发明的固态铝电解电容器的结构剖视图；
38.图3为本发明的固态铝电解电容器半成品的结构示意图；
39.图4为本发明的固态铝电解电容器中电容器芯子的结构示意图；
40.图5为本发明的固态铝电解电容器中铆钉的结构示意图；
41.图6为本发明的固态铝电解电容器中外壳体的结构示意图；
42.图7为本发明的固态铝电解电容器中盖板的结构示意图；
43.图8为本发明的固态铝电解电容器中阳极电连接部的结构示意图；
44.图9为本发明的固态铝电解电容器中阳极电连接部的侧视结构示意图；
45.图10为本发明的固态铝电解电容器中阴极电连接部的结构示意图；
46.图11为本发明的固态铝电解电容器中阴极电连接部的侧视结构示意图；
47.图12为本发明的固态铝电解电容器的制备方法示意图；
48.图13为本发明的固态铝电解电容器的制备方法中步骤s7的流程示意图。
49.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
50.1、电容器芯子；11、阳极部；12、阴极部；13、矩形连接部；14、绝缘阻隔胶带；15、圆形通孔；2、铆钉；21、圆形钉帽；22、圆柱形钉体；3、外壳体；31、长侧板；32、短侧板；33、底板；
34、阻隔板；35、阳极电连接部；351、阳极舌部；3511、矩形部；3512、圆筒形定位钉；352、阳极连接部；3521、阳极环形突起部；353、阳极端子部；36、阴极电连接部；361、阴极舌部；362、阴极连接部；3621、阴极环形突起部；363、阴极端子部；37、矩形金属环；4、盖板；41、突出部；5、固态铝电解电容器。
具体实施方式
51.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
52.请参阅图1-13，本发明提供一种技术方案：一种高可靠性叠层固态铝电解电容器，包括若干个电容器芯子1、铆钉2、外壳体3和盖板4，若干个电容器芯子1依次堆叠后通过铆钉2固接在外壳体3内部形成电容器半成品，盖板4盖设在电容器半成品上并密封后形成固态铝电解电容器5；
53.电容器芯子1呈轴向对称工字形结构，电容器芯子1包括阳极部11和阴极部12，阳极部11和阴极部12之间连接有矩形连接部13，且矩形连接部13的宽度小于阳极部11和阴极部12的宽度，矩形连接部13上下表面及两侧面均涂覆有绝缘阻隔胶，形成绝缘阻隔胶带14，阳极部11开设有一对与铆钉2相互配合的圆形通孔15，阴极部12从内到外依次为化成箔、导电聚合物层、导电碳浆层和导电银浆层；
54.外壳体3包括两个长侧板31、两个短侧板32和底板33，且两个长侧板31、两个短侧板32和底板33之间围合形成方形敞口结构，两个长侧板31相互靠近的侧面对称设置有两个阻隔板34，且阻隔板34与底板33相连接，阻隔板34将外壳体3的内腔划分为与电容器芯子1形状相匹配的阳极腔和阴极腔，底板33上穿设有阳极电连接部35和阴极电连接部36，电容器芯子1的阳极部11通过铆钉2与阳极电连接部35电连接，电容器芯子1的阴极部12与阴极电连接部36电连接，外壳体3的敞口边沿固定设置有矩形金属环37。
55.具体的，铆钉2包括相互连接的圆形钉帽21和与圆形通孔15相匹配的圆柱形钉体22，且圆形钉帽21的直径大于圆柱形钉体22的直径，圆柱形钉体22远离圆形钉帽21的一端为锥形结构。
56.具体的，盖板4靠近外壳体3的一侧面的边缘设置有一圈与矩形金属环37相互配合的突出部41，盖板4通过突出部41与矩形金属环37之间套合并焊接固定。
57.具体的，阳极电连接部35包括依次垂直连接的阳极舌部351、阳极连接部352、阳极端子部353，阳极舌部351包括矩形部3511，矩形部3511远离阳极连接部352的一侧面设置有一对与圆形通孔15相匹配的圆筒形定位钉3512，矩形部3511嵌入底板33的内表面并与之相平齐，阳极连接部352的中部设置有一圈阳极环形突起部3521，阳极端子部353嵌入底板33的外表面并与之相平齐；
58.阴极电连接部36包含依次垂直连接的阴极舌部361、阴极连接部362和阴极端子部363，阴极舌部361为矩形，阴极舌部361嵌入底板33的内表面并与之相平齐，阴极连接部362的中部设置有一圈阴极环形突起部3621，阴极端子部363嵌入底板33的外表面并与之相平齐。
59.具体的，矩形连接部13的长度为电容器芯子1总长度的10％-30％。
60.具体的，阻隔板34的高度等于长侧板31的高度，阻隔板34的宽度为底板33宽度的10％-30％。
61.具体的，长侧板31、短侧板32、底板33和阻隔板34的材质为氧化铝陶瓷，矩形金属环37的材质为kovar合金。
62.具体的，阳极端子部353和阴极端子部363露出外壳体3的表面上设置有锡镀层。
63.一种高可靠性叠层固态铝电解电容器的制备方法，制备方法包括以下步骤：
64.s1、将化成铝箔冲切成带有矩形连接部13、且一端带有一对圆形通孔15的工字形，形成第一铝箔；
65.s2、在第一铝箔的矩形连接部13上涂敷绝缘阻隔胶，制备绝缘阻隔胶带14，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔；
66.s3、将第二铝箔的阴极区侧边电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
67.s4、在第三铝箔的阴极区表面形成导电聚合物层，得到第四铝箔；
68.s5、将第四铝箔的阴极区浸渍导电石墨乳后烘干，形成导电碳浆层，得到第五铝箔；
69.s6、将第五铝箔的阴极区浸渍导电银浆后烘干，形成导电银浆层，得到电容器芯子1；
70.s7、按照设计层数，将若干个电容器芯子1堆叠并固定在外设的外壳体3中，形成电容器半成品；
71.s8、将盖板4盖设在外壳体3上，并且在外设的盖板4与外壳体3之间通过平行缝焊工艺进行气密性封接，制成固态铝电解电容器5。
72.具体的，步骤s7中的堆叠固定步骤具体为：
73.s71、在阴极舌部361上涂敷导电银胶，将第一个电容器芯子1的阴极部12与之粘接，并将阳极部11上的一对圆形通孔15套设在阳极舌部351的一对圆筒形定位钉3512外部；
74.s72、按照设计层数，重复s71的步骤，完成若干个电容器芯子1的堆叠；电容器芯子1的阴极部12之间通过导电银胶粘接并固化，完成阴极引出；
75.s73、在圆筒形定位钉3512的孔洞中打入铆钉2，并通过超声波焊接工艺将铆钉2、圆筒形定位钉3512、若干个电容器芯子1的阳极部11进行固定并形成电连接，完成阳极引出；
76.s74、在外壳体3的阳极腔中填充绝缘密封胶并固化。
77.本发明的一个具体应用实施例为，请参照图1至图13所示：
78.一种高可靠性叠层固态铝电解电容器的制备方法，制备方法包括以下步骤：
79.s1、将3vf化成铝箔冲切成工字形，具体由分布在两端的两个较宽的矩形和处于中间的较窄的矩形连接部13构成，并在其中一端冲压出一对圆形通孔15，形成第一铝箔，其中，矩形连接部13的长度为第一铝箔总长度的20％；
80.s2、在第一铝箔的矩形连接部13上下表面及两侧面均涂敷绝缘阻隔胶，制备绝缘阻隔胶带14，划分为阳极区和阴极区，且带有圆形通孔15的一端为阳极区(即阳极部11)，形成第二铝箔；
81.s3、将第二铝箔的阴极区侧边电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
82.s4、在第三铝箔的阴极区表面形成导电聚合物层，得到第四铝箔；
83.s5、将第四铝箔的阴极区浸渍导电石墨乳后烘干，形成导电碳浆层，得到第五铝箔；
84.s6、将第五铝箔的阴极区浸渍导电银浆后烘干，形成导电银浆层，得到电容器芯子1；
85.s7、将4个电容器芯子1堆叠并固定在外设的外壳体3中，形成电容器半成品；
86.其中外壳体3包括两个长侧板31、两个短侧板32和底板33，且两个长侧板31、两个短侧板32和底板33之间围合形成方形敞口结构，长侧板31、短侧板32、底板33和阻隔板34的材质为氧化铝陶瓷，两个长侧板31相互靠近的侧面对称设置有两个阻隔板34，且阻隔板34与底板33相连接，阻隔板34的高度等于长侧板31的高度，阻隔板34的宽度为底板33宽度的20％，阻隔板34将外壳体3的内腔划分为与电容器芯子1形状相匹配的阳极腔和阴极腔，底板33上穿设有阳极电连接部35和阴极电连接部36，外壳体3的敞口边沿固定设置有矩形金属环37，矩形金属环37的材质为kovar合金；
87.阳极电连接部35包括依次垂直连接的阳极舌部351、阳极连接部352、阳极端子部353，阳极舌部351包括矩形部3511，矩形部3511远离阳极连接部352的一侧面设置有一对与圆形通孔15相匹配的圆筒形定位钉3512，矩形部3511嵌入底板33的内表面并与之相平齐，阳极连接部352的中部设置有一圈阳极环形突起部3521，阳极端子部353嵌入底板33的外表面并与之相平齐；
88.阴极电连接部36包含依次垂直连接的阴极舌部361、阴极连接部362和阴极端子部363，且阴极舌部361为矩形，阴极舌部361嵌入底板33的内表面并与之相平齐，阴极连接部362的中部设置有一圈阴极环形突起部3621，阴极端子部363嵌入底板33的外表面并与之相平齐；其中阳极电连接部35和阴极电连接部36的材质为铜及铜合金中的一种，且阳极端子部353和阴极端子部363露出外壳体3的表面上还设置有锡镀层；
89.本实施例中，采用一体化嵌入式金属引脚的陶瓷外壳体，在金属引脚位于陶瓷壳体内部的部位设置一圈突起结构，起到延长水汽通道，增加耐湿性的作用。
90.堆叠固定步骤具体为：
91.s71、在阴极舌部361上涂敷导电银胶，将第一个电容器芯子1的阴极部12与之粘接，并将阳极部11上的一对圆形通孔15套设在阳极舌部351的一对圆筒形定位钉3512外部；
92.s72、重复s71的步骤，完成4个电容器芯子1的堆叠；电容器芯子1的阴极部12之间通过导电银胶粘接并固化，完成阴极引出；
93.s73、在圆筒形定位钉3512的孔洞中打入铆钉2，并通过超声波焊接工艺将铆钉2、圆筒形定位钉3512、若干个电容器芯子1的阳极部11进行固定并形成电连接，完成阳极引出；
94.其中铆钉2包括相互连接的圆形钉帽21和与圆形通孔15相匹配的圆柱形钉体22，且圆形钉帽21的直径大于圆柱形钉体22的直径，圆柱形钉体22远离圆形钉帽21的一端为锥形结构，即将铆钉2的锥形端打入到圆筒形定位钉3512的孔洞内，铆钉2的材质为铜或铜合金；
95.s74、在外壳体3的阳极腔中填充绝缘密封胶并固化；
96.s8、将盖板4盖设在外壳体3上，并且在外设的盖板4与外壳体3之间通过平行缝焊
工艺进行气密性封接，制成固态铝电解电容器5；
97.其中盖板4的材质为kovar合金，盖板4靠近外壳体3的一侧面的边缘设置有一圈与矩形金属环37相互配合的突出部41，盖板4通过突出部41与矩形金属环37之间套合并焊接固定。
98.本实施例中，底板33的外表面为底板33远离外壳体3敞口方向一侧的表面，底板33的内表面为底板33靠近外壳体3敞口方向一侧的表面。
99.对比例：
100.s1、将3vf化成铝箔裁切成长条形，形成第一铝箔；
101.s2、在第一铝箔上涂覆绝缘阻隔胶，划分阳极区和阴极区，形成第二铝箔，其中阴极区的面积与实施例中第二铝箔的阴极区面积相同；
102.s3、将第二铝箔的阴极区侧边电介质层进行再化成修复处理，形成第三铝箔；
103.s4、在第三铝箔的阴极区表面形成导电聚合物层，得到第四铝箔；
104.s5、将第四铝箔的阴极区浸渍导电石墨乳后烘干，形成导电碳浆层，得到第五铝箔；
105.s6、将第五铝箔的阴极区浸渍导电银浆后烘干，形成导电银浆层，得到电容器芯子；
106.s7、将4个电容器芯子依次堆叠在外设的平面引线框正反两面，具体为芯子的阳极部采用焊接方式与外设引线框电连接、芯子的阴极部采用导电银胶粘接方式与外设引线框电连接，形成电容器芯包；
107.s8、电容器芯包经环氧树脂封装并固化后，将露出树脂外壳的引线弯折形成引脚，得到固态铝电解电容器。
108.上述实施例和对比例制得2v330μf固态铝电解电容器，测试电性能数据如表1所示：
109.表1实施例和对比例电性能数据表
[0110][0111]
本发明的核心是采用工字形电容器芯子，装配入具有工字形内腔及一体化嵌入式引脚的陶瓷外壳体，再使用盖板进行气密性封装，制得高可靠性并适用于表面贴装的叠层固态铝电解电容器。其与常见叠层固态铝电解电容器的主要不同之处在于：常见的片式叠层固态铝电解电容器采用有机材料封装，封装材料直接接触电容器芯子，与芯子间没有空隙；本发明采用无机材料封装，用陶瓷外壳搭配盖板对片式叠层固态铝电解电容器进行气密性封装，陶瓷外壳与芯子间有空隙；常见的片式叠层固态铝电解电容器采用外设引线框(导线架)，将芯子逐片堆叠在引线框的阳极舌和阴极舌上实现阳极和阴极的引出，外部端子是通过将露在树脂封装壳外部的引线贴合产品外表面弯折而成；本发明在封装外壳中预
先整合了引线部件，取代封装后的引脚成型工序。
[0112]
由上述实施例和对比例的电性能数据可以看出，与对比例相比，实施例所制得的叠层固态铝电解电容器漏电流更小，esr更低，气密性更好，耐湿性更佳。
[0113]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0114]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0115]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。