[发明专利]共轭低聚物作为形成导电聚合物用的添加剂的用途

说明书

技术领域

本发明涉及改善本征导电有机聚合物导电性的方法、以及通过使 用这种方法制得的电容器，在将该电容器安装于电路板的表面安装过 程中，该电容器会表现出低的等效串联电阻(ESR)以及强健的性能。 更具体而言，本发明涉及电容器的形成方法，其中导电聚合物是通过 单体与共轭低聚物的组合而形成的，其中该共轭低聚物的重复单元个 数不超过5个。

背景技术

一些电解电容器具有将阀金属阳极浸渍于高导电性液体电解质 (如硫酸水溶液)中的结构，这些电解电容器已商用多年。已有多种 液体电解质溶液被用于电解电容器中。液体电解质通过离子导电机理 来传导电流，其电阻通常较高。Haring等人在美国专利No.3,093,883 中披露了将通过硝酸锰水溶液的热解而制得的热解二氧化锰用作阴 极材料。作为具有低电阻率(其电阻率比液体电解质溶液的电阻率低 1至3个数量级)的固态导体，二氧化锰大大降低了阴极层的电阻乃 至这些装置的整体电阻。

随着更为快速的微处理器以及低压逻辑电路的不断发展，人们需 要与快速微处理器联用的电容器具有更低的ESR，而这推动了电容器 制造商来研制与二氧化锰相比具有更高的导电性、并具有更低的电阻 的固态阴极材料。

在二十世纪八十年代初，引入了这样的电解电容器，其被构造为 具有四氰基苯醌二甲烷胺络合物(tetracyanoquinodimethane amine complex)作为阴极。这些电容器实现了借助于固态有机阴极材料而 能达到的稳定性及高导电性。人们不断尝试去提高有机阴极电解电容 器的最高温度容量(maximum temperature capability)，由此开发出 了利用本征导电有机聚合物来构造电容器的方法，其中所述本征导电 有机聚合物为(例如)聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、及它们的衍生物。 多种取代单体、或衍生物，当其以两种或两种以上的不同类型的单体 的混合物形式使用时(即，作为混合物时)，是有用的。这些本征导 电有机聚合物具有高电导率、良好的热稳定性以及良性失效模式，因 此自从二十世纪九十年代起这些本征导电有机聚合物就被广泛用于 固态电解电容器中。

人们已经采用化学聚合以及电化学聚合来形成电解电容器用的 本征导电聚合物。在美国专利No.4,910,645(Jonas等人)、No. 6,136,176(D.Wheeler等人)以及No.6,334,966(Hahn等人)中对 化学聚合进行了很详细的描述。该方法包括首先将阳极化基板浸入诸 如(但并非仅限于)对甲苯磺酸铁(III)之类的氧化剂溶液中。在干 燥步骤后，将该阳极体浸入单体溶液中。一旦单体溶液(其可完全由 单体构成)被引入电容器阳极体后，使阳极静置，以便制备本征导电 聚合物材料。可重复浸渍工序，以更为充分地填充阳极体的孔结构。 在实践中，通常利用漂洗循环来除去反应副产物，该反应副产物例如 为硫酸铵、硫酸、铁盐(当采用铁(III)氧化剂时)、或者其他副产物， 其取决于所用的体系。也可借助电容器阳极体通过以下方式来进行本 征导电有机聚合物的化学生产：首先将单体引入电容器体，随后引入 氧化剂和掺杂剂(与上述聚合物前体引入顺序相反)。如果有利的话， 也可将掺杂酸(一种或多种)与单体溶液混合，而非与氧化剂溶液混 合。美国专利No.6,001,281和No.6,056,899描述了仅通过使用一种 溶液来制备本征导电有机聚合物的化学手段，该溶液含有单体以及氧 化剂，并且该氧化剂已经通过与高蒸气压溶剂络合而暂时呈惰性。当 溶液温度升高、具有抑制作用的溶剂蒸发时，会得到氧化产物，即导 电聚合物。该稳定化的聚合物前体溶液中还含有掺杂酸。

人们对电容器表现出更低的等效串联电阻(ESR)和损耗因子的 要求(其推动了基于导电聚合物阴极材料的电解电容器的发展)伴随 着对电容器表现出更高可靠性的要求，尤其是要求较少产生大的泄漏 电流或较少出现短路故障。