[发明专利]覆盖率提高的导电聚合物分散体

说明书

本发明提供了一种用于形成电解电容器的改进方法。该方法包括：提供阳极，其具有从该阳极本体延伸的阳极线；在所述阳极上形成电介质以形成经阳极化的阳极；施加第一浆料以形成第一浆料层，其中所述第一浆料包含导电聚合物和聚阴离子，其中所述聚阴离子和导电聚合物的重量比为第一重量比；以及在所述第一浆料层上施加第二浆料，其中所述第二浆料包含所述导电聚合物和所述聚阴离子，并且其中所述聚阴离子和所述导电聚合物的重量比为第二重量比，其中所述第二重量比低于所述第一重量比。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月15日提交的待决美国临时专利申请No.62/267,707的优先权。

技术领域

本发明涉及形成固体电解电容器的改进方法以及由此形成的改进的电容器。更具体而言，本发明涉及用于改进固体电解电容器的边角覆盖率(corner and edge coverage)的材料和方法。本发明还公开了该固体电解电容器的制造方法。

背景技术

已有大量文献记载了固体电解电容器的结构和制造。在固体电解电容器的结构中，将阀金属用作阳极。阳极本体可以为多孔小球，其通过压制和烧结高纯度粉末而制成；或者阳极本体也可以为箔，其经过蚀刻以提供更高的阳极表面积。经电解而形成阀金属的氧化物，以覆盖阳极的全部表面，并且用作电容器的电介质。固体阴极电解质通常选自种类非常有限的材料，包括：二氧化锰或者导电有机材料，例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物。具有本征导电聚合物作为阴极材料的固体电解电容器由于有利的低等效串联电阻(ESR)和“非燃烧/非引燃”故障模式而被广泛用于电子工业中。在导电聚合物阴极的情况下，通常通过化学氧化聚合、电化学氧化聚合或喷雾技术、以及其他被报道的不太期望的技术来施加导电聚合物。

导电聚合物的主链包括共轭键合结构。聚合物大体上以两种状态存在，即未掺杂的非导电状态和掺杂的导电状态。在掺杂状态下，聚合物具有导电性，但由于沿聚合物链的高共轭度，导致其加工性较差。在其未掺杂的形式中，同样的聚合物失去了其导电性，但由于其溶解性更高，因此可以更容易地将其加工。当掺杂时，聚合物在其带正电荷的主链上引入阴离子部分作为组成部分。尽管在加工期间，聚合物可以是未掺杂的/掺杂的以实现某些工艺优点，但是为了实现高导电性，在工艺完成之后电容器中使用的导电聚合物必须是掺杂形式的。

可以将包括聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩在内的各种类型的导电聚合物应用于电容器。无论所采用的导电聚合物是何种类型，导电聚合物电容器的主要缺点是与相应的MnO₂相比，其工作电压相对较低。当额定电压超过25V时，聚合物电容器在不同程度上存在可靠性的问题。据认为这是由相对较差的电介质-聚合物界面引起的，该界面具有较差的“自愈”能力。通过电容器的击穿电压(BDV)可以最好地表征耐受高电压的能力。BDV越高，可靠性越好。由于先前未知的原因，包括导电聚合物的电容器的击穿电压被限定在约55V，从而导致电容器仅能够在约25V的额定值下使用。这种限制阻碍了导电聚合物的更广泛的应用。

美国专利No.7,563,290(该专利通过引用并入本文)描述了一种导电浆料法，其中例如通过浸渍来沉积导电聚合物分散体。由此得到的电容器表现出优异的高电压性能、更低的直流泄漏电流(DCL)以及更高的长期可靠性。

理想的电容器装置具有高可靠性并且能够承受压力环境。因此，对于高质量电容器产品，阳极的完整性和导电聚合物阴极的坚固性是必不可少的。然而，在阳极上形成无缺陷的导电聚合物覆层并且该覆层在阳极树脂封装和表面安装期间能够承受热机械应力是具有挑战性的。聚合物浆料的不适当的施加通常会导致形成较差的聚合物覆层。

在生产基于导电聚合物的阀金属电容器的制造方法中，将阀金属粉末(例如，钽)机械压制为阳极，随后将其烧结以形成多孔体。将阳极在液体电解质中进行阳极化至预定电压以形成电介质层，随后通过原位聚合法在电介质层上形成导电聚合物的阴极层，其中该原位聚合法包括多循环氧化剂/单体施加和聚合反应。然后用石墨和Ag覆盖阳极，然后组装并且模制成最终装置。