[发明专利]用于形成电容器阳极的掺杂陶瓷粉末

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成电容器阳极的掺杂陶瓷粉末。

背景技术

电解电容器通常是由能够经氧化以形成介电层的阀作用材料制成。 典型的阀作用金属是铌和钽。最近以来，已经开发了使用由导电性氧化 铌(oxide niobium)和五氧化二铌(niobium pentoxide)介电体制备的 阳极的电容器。基于氧化铌的电容器与钽电容器相比，具有显著的优点。 例如，氧化铌比钽可更广泛地获得，而且可能处理成本更低。氧化铌电 容器比钽和铌对进一步的氧化更稳定，因此在过压(或以其它方式过载) 时较不容易热失控。此外，氧化铌具有比铌和钽高几个数量级的最小点 火能量。氧化铌电容器也可能具有独特的高阻失效机理，这样会将泄漏 电流限制到低于该电容器的热失控点之下的水平。

尽管这种陶瓷基(例如氧化铌)电容器提供了很多优点，但由于该 介电体的较低击穿强度，使得其在高压应用(例如16、20或35伏特的 额定电压)中的应用通常已经受到限制。一般而言，随着电容器上的电 荷和电压的增加，自由电子最终将会在所谓雪崩击穿的过程中加速到能 够在与中性原子或分子碰撞过程中释放其它电子的速度。击穿是非常突 然发生的(通常在纳秒内)，导致形成通过该材料的导电路径和击穿放 电。在这种情况下可能发生电容器损坏或破坏。在氧化铌电容器中，我 们相信Nb₂O_5-x的氧空位用作使阳极氧化物作为n型半导体的电子供体。 不幸的是，我们相信Schottky型点缺陷在n型半导体中是占主导的，在 n型半导体中氧原子离开其在晶格结构中的位置(由此产生氧空位)， 并移动到具有较低浓度的区域。在氧化铌电容器的情况下，我们相信在 一氧化铌阳极和五氧化二铌介电体之间界面处的氧梯度驱动氧原子扩 散到一氧化铌具有较低浓度的区域中，由此在介电体中产生氧空位。这 些缺陷可能在介电体中形成深阱，其会将该电荷存储，并用作在DC电 压作用下由Poole-Frenkel和隧道效应机理传递的电荷载体的来源。高电 压和温度的作用进一步加速了氧的扩散，并增大了介电体中的缺陷数。 这样导致在加速的温度和电压载荷下泄漏电流的不稳定性，其可能限制 这种电容器在较高施加电压下的应用。

因此，目前存在对能够在较高电压下操作的由陶瓷基阳极 (ceramic-based anode)形成的电解电容器的需求。

发明内容

依照本发明的一种实施方案，公开了电解电容器，其包括由包含导 电性陶瓷颗粒和含量为约百万分之100份或更多的非金属元素的粉末制 成的阳极体。该非金属元素具有在三或更高的能级包括五个价电子的基 态电子构型。这种元素的实例包括例如磷、砷、锑等。该电容器还包括 位于该阳极体之上的介电层和位于该介电层之上的电解质层。

依照本发明的另一实施方案，公开了用于形成电容器阳极的陶瓷粉 末。该陶瓷粉末包含导电陶瓷颗粒，且具有约百万分之200份或更高的 磷含量。在另一实施方案中，公开了电容器阳极的形成方法，其包括用 磷掺杂剂掺杂导电陶瓷颗粒，以形成具有约百万分之200份或更高的磷 含量的粉末。压制该粉末以形成压丸并烧结。

下面更详细地提出本发明的其它特征和方面。

附图说明

在参考附图的说明书的其余部分中，更特别地提出了对于本领域技 术人员对本发明的完整和允许的公开，包括其最佳实施方案，其中：

图1是本发明的电解电容器的一种实施方案的透视图；

图2是图1的电容器沿2-2线的横截面视图；

图3是将电容器激光焊接到阳极端接的本发明的一种实施方案的示 意图；和

图4是依照本发明的一种实施方案形成的激光焊接的电容器的横截 面视图。

在本说明书和附图中附图标记的重复使用用于表示本发明的相同 或类似的特征或要素。

具体实施方式

本领域的普通技术人员理解本讨论仅是示例性的实施方案的描述， 并不意于限制本发明的更宽范围，该更宽范围体现在该示例性的结构 中。