使用纳米材料的电容器制造 |
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| 申请号 | CN201410440049.9 | 申请日 | 2014-09-01 | 公开(公告)号 | CN104425129A | 公开(公告)日 | 2015-03-18 |
| 申请人 | 德尔福技术有限公司; | 发明人 | R·S·泰勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了使用 纳米材料 的电容器制造。一种多层电容器(10)，包括 阳极 (12)、 阴极 (16)、 电介质 材料(20)，第一端盖(22A)，以及第二第二端盖(22B)。阳极(12)和阴极(16)由交错的一个或多个导电材料层(14A，14B)形成。电介质材料(20)插在阳极(12)和阴极(16)的每个层(14A，14B)之间。第一端盖及第二端盖被配置为分别互连阳极(12)和阴极(16)的每一层(14A，14B)。端盖由导电纳米材料形成(34)。一种被配置为互连一个或多个导电材料层(14A，14B)的电容器(10)端盖的形成方法(300)，包括将导电纳米材料(34)施加在一个或多个导电材料层(14A，14B)的阳极(12)和阴极(16)中至少一个暴露的导电表面的步骤(310)。本方法(300)还包括将纳米材料(34)暴露在可有效启动纳米材料(34)的自 烧结 的 能量 源(30)的步骤。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多层电容器(10)，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 使用纳米材料的电容器制造[0001] 相关申请的交叉引用 [0003] 发明技术领域 [0004] 本发明提供了使用纳米材料的电容器制造。本发明一般地涉及一种多层电容器，且更特定地，涉及一种具有由导电纳米材料形成的端盖的电容器。 [0005] 发明背景 [0006] 使用电弧喷涂工艺，金属化薄膜电容器通常在由电介质薄膜所分离的导体层之间形成电和机械连接。电弧喷涂使用DC电源，通过对一个电线相对于另一个电线施加电压，来对巴氏合金的两根导线提供能量。通电的导线随后通过馈电线进入枪头。在枪头处，导线相遇且电弧相抗，藉此创建熔融材料。然后，干燥压缩空气被引入电弧区，熔融材料雾化细小滴状并被推向制备好的零件或靶。当液滴撞击靶，它们变平且制成熔点。熔点在顶部彼此互锁并形成机械和电连接。 [0007] 电弧喷涂工艺一般被认为是复杂、耗时的工艺，涉及制备靶表面、清洁、遮盖其他表面以保护其免受喷射、喷涂、移除遮盖、清洁过度喷涂表面、和根据应用引线焊接检查导线附连，然后进行焊接(welding)或软焊(soldering)。由电弧喷涂工艺形成的电互连有时被认为是电容器设计中的薄弱环节。此外，电弧喷涂工艺可引起使得巴氏合金侵入电容器内层，此举可引起短路和电容减少。发明概要 [0008] 根据一个实施例，提供了一种多层电容器。该电容器包括阳极、阴极、电介质材料、第一端盖，和第二端盖。阳极由一个或多个导电材料层形成。阴极由与阳极的层交错的一个或多个导电材料层形成。电介质材料插在阳极和阴极的每层之间。第一端盖配置为互连阳极的每个层。第二端盖配置为互连阴极的每个层。第一端盖及第二端盖由导电纳米材料形成。 [0009] 在另一实施例中，提供了一种配置为互连一个或多个导电材料层的电容器的端盖的形成方法。该方法包括将导电纳米材料施加在一个或多个导电材料层的阳极和阴极中的至少一个的暴露导电表面的步骤。该方法还包括将纳米材料暴露于有效启动纳米材料自烧结的能量源的步骤。 [0011] 本发明现将作为与附图相关的范例进行描述，其中： [0012] 图1是根据一个实施例的具有由纳米材料形成的端盖的电容器的截面侧视图； [0013] 图2A-2E是示出根据一个实施例的图1所示电容器的制造步骤的顺序图示；以及[0014] 图3是根据一个实施例的图1所示的电容器端盖的形成方法的流程图。 [0015] 详细描述 [0016] 此处所述为一种在使用纳米金属材料或纳米材料的电容器导电层或板之间形成电连接的方法，该纳米材料在暴露于可有效启动纳米材料烧结的能量源后，进行自烧结。任选地，纳米材料也可被用于将导电引线或导线附连至电容器。 [0017] 图1示出一个多层电容器的非限制性示例，下文称之为电容器10。尽管附图示出有时被称为叠层电容器的配置，可构想此处的教示也适用于其他电容器配置，诸如卷绕电容器，见图2。一般而言，电容器10包括或定义了包括或由一个或多个导电材料层14A所形成的阳极12，以及一个包括或由与阳极12的层14A交错(即，交替层)的一个或多个导电材料层14B所形成的阴极16。卷绕电容器通常具有阳极的单个导电层，以及阴极的单个导电层。层14A和14B可由铝或电容器领域技术人员了解的其他导电材料所形成。层14A和14B可包括边缘金属化，例如，由 厚的锌层形成的18A和18B。可构想电容器10可被极化或非极化。即，修饰语“阳极”和“阴极”的使用只是为了区分两种电连接的目的，并不以任何方式表明此处所述电容器必须为极化电容器。 [0018] 电容器10还包括分别插在阳极12和阴极16的每层14A和14B之间的电介质材料20。电介质材料20可以是，例如，2.5um厚的聚丙烯(PP)薄膜。可改变电介质的宽度、长度、厚度，以及用于形成电容器10的层数可，来得到电容器10的期望电容值，正如电容器领域技术人员所了解的那样。 [0019] 电容器10还可包括配置为电且机械地互连每个阳极12的层14A的第一端盖22A，以及配置为电且机械地互连每个阴极16的层14B的第二端盖22B。优选地，第一端盖22A和第二端盖22B由导电纳米材料形成。纳米材料可包括Al、Ag、Cu、Zn、或其他合适的导电材料的各种混合物，并可从加州圣迭戈的nanoComposix或德克萨斯州奥斯汀的NovaCentrix处获得。纳米材料可分散在粘合剂材料中，从而提供一种厚膜油墨型材料，或以带状、管状或其他一次性材料的形式将纳米材料保持到位。一旦分散，纳米材料被短暂暴露在能量源下从而引起纳米材料自烧结。能量源的一些非限制性示例包括电火花、火柴(火)、相机闪光，和激光束。所需纳米材料的量优选地足以(并且可能需要施加纳米材料和烧结的多次过程)形成对边缘金属化18A和18B的低阻电连接，具有例如低于两欧姆每平方(2Ω/□)的电阻率。 [0020] 图2A-2E示出可被用于将第一引线24电附连至电容器10的本体部分26的一系列步骤的非限制性示例。本示例中图2A将电容器10示出为卷绕型电容器，其中本体部分26包括层14A和14B，且电介质材料20围绕轴28卷绕。因此，边缘金属化18A可被暴露在本体部分26的端部。应了解，图2A-2E中层14A和14B的取向被取向为与图1中所示的垂直。 [0021] 图2B示出本体部分26，其中纳米材料34施加在本体部分26的末端。如上所建议，纳米材料34可以是预成型部件，或者可处于膏状或粉状的形式，使用任意一种已知技术施加至本体部分26。 [0022] 图2C示出在能量30被施加至未烧结的纳米材料34从而通过纳米材料34的自烧结而形成第一端盖22A之后，附连至本体部分26的第一端盖22A。 [0024] 图2E示出当暴露于能源32后附加的未烧结纳米材料34被烧结时，第一引线24如何电附连至第一端盖22A，藉此纳米材料用于将第一引线24电附连至第一端盖22A。 [0025] 可选地，可组合形成第一端盖22A和电附连第一引线24的步骤。例如，在放置导线或与事先应用但未烧结的纳米材料接触的其他电互连之后，可通过与上述相似的方式来分散纳米材料，且然后所有未烧结的纳米材料如上所述在同一时间自烧结。或如前所述，上述组合的引线附连过程可以是一个两步过程，其中首先完成边缘金属化纳米材料的电互连，通过二次施加纳米材料来电附连第一引线24。可通过其中用另一电容器替代电互连的类似方式来形成电容器到电容器的互连。这将创建多个电容器的串联或并联。 [0026] 类似地，电容器10可包括电附连至第二端盖22B的第二引线(未示出)。可通过使用上述任意技术来附连该第二引线，且可附连在第一引线24时附连该第二引线，或作为分离过程的一部分。 [0027] 如上所述，导线或母线(bus bar)(即第一引线24)可按形成端盖的相同方法被电或机械地附连至端盖上(即第一端盖22A或第二端盖22B)。可选地，第一引线24可焊接至第一端盖22A。 [0028] 图3示出配置为互连一个或多个导电材料层(即层14A和14B)的电容器10的端盖(即第一端盖22A或第二端盖22B)的形成方法300的非限制性示例。 [0029] 步骤310，施加纳米材料，可包括将导电纳米材料(如，纳米材料34)施加在阳极12和阴极16两者之一或两者的暴露导电表面(如，边缘金属化18A和18B)。 [0030] 步骤320，烧结纳米材料，可包括将纳米材料34暴露于能量源下，诸如电火花、火柴(火)、相机闪光，或镭射光线，从而有效启动纳米材料34的自烧结。 [0031] 步骤330，放置引线与纳米材料接触，可包括放置引线(如，第一引线24)与纳米材料34接触。步骤330可后跟施加附加纳米材料和另一个自烧结过程，从而将引线电附连至预先成形的端盖。可构想，到步骤320和330相对于图3中所示的顺序可前后颠倒，因此可通过接在施加一次或多次未烧结纳米材料后跟单个烧结步骤来附连该引线。可选地，可通过诸如焊接之类的其他方法来将引线附连至已烧结的端盖。 [0032] 因此，提供了在电容器的导体层之间形成电连接的方法。该工艺也可被用于使电容器与电容器以串联或并联的形式互连。该工艺通常较快且产生质量较高的电连接，与由巴氏合金所提供的熔融金属圆点的互连相比，该连接是致密金属的固态层。与已知的电弧喷涂工艺不同，此处所述工艺不存在过渡喷涂，其消除了电弧喷涂过程中存在的遮盖、移除遮盖、和清洁的步骤。该过程可易于形成不同厚度层的电连接，且不会使得金属侵入电容器的内层，并相较于电弧喷涂过程，减少了形成电连接所必需的整体温度。应了解，端盖可需要一个或多个纳米材料层，每个层经能量源而烧结从而得到期望电阻。由于自烧结的一个较厚的纳米材料层可生成足够热量来熔化纳米金属下的材料，多层可更加有利。因此，通过连续的低能量烧结来构建较厚的层，也许是有利的。 |
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