電容器陰極箔結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，包括以下之步驟：首先，提供一基箔，并將該基箔置入一反應(yīng)腔室；接著，進(jìn)行一加熱程序，將該基箔加熱到400℃至1000℃間之一溫度；之后，將碳前驅(qū)物通入該反應(yīng)腔室；之后，進(jìn)行一冷卻程序，將該基箔冷卻低于100℃之一溫度，以沉積一石墨烯層于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成；及最后，將一抗氧化層沉積于石墨烯層上。
【專利說明】電容器陰極箔結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明系有關(guān)于一種電容器陰極箔之制造方法，且特別是有關(guān)于一種具有由石墨烯形成之導(dǎo)電層的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低阻抗的鋁電解電容器產(chǎn)品，是目前及未來在電氣設(shè)備上使用的一大主流。電容器具備兩個電極，即陽極和陰極，其中陽極之材料系使用可于表面生成絕緣氧化被覆膜的鋁、坦等閥金屬(valve metal);陰極之材料則可選用無機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)導(dǎo)電性物質(zhì)或是金屬薄膜，并且使用將表面積擴(kuò)大之后的鋁箔作為陰極端子，以增加電容器之靜電容量。
[0003]我國專利公告第403923號專利揭露一種鋁電解電容器陰極箔之制造方法，包括以下步驟:首先，提供鋁原箔，并且利用含鋁離子之蝕刻液進(jìn)行蝕刻處理，以增大蝕刻有效面積；接著，利用磷酸、硫酸及醋酸等水溶液去除蝕刻孔洞內(nèi)的雜質(zhì)吸附物；之后，利用己二酸胺、次亞磷酸胺等處理液配合施加直流電源，使陰極箔上的氧化膜穩(wěn)定成長。
[0004]然上述之方式仍存在有許多缺失:一方面在于，必須大量使用酸液所相對形成的廢酸處理及處理成本問題；另一方面在于，活性高的鋁箔表面會因酸液而造成無可避免的氧化問題，使鋁箔表面的電氣特性(質(zhì)量)穩(wěn)定度受到材料特性的限制而不致穩(wěn)定。
[0005]另外，習(xí)知技術(shù)還揭露一種電容器負(fù)極箔之制造方法，系利用物理氣相沉積，成型一金屬薄膜(例如鈦薄膜)于鋁原箔之表面，用以增加表面積。惟，上述之金屬薄膜通常密度不均，且其表面特性在大氣環(huán)境下不穩(wěn)定，無法符合鋁電解電容器的電極要求。
[0006]緣是，本發(fā)明人有感于習(xí)用方法所衍伸的各項缺點，乃亟思如何于鋁箔表面進(jìn)行鍍層處理，以得到穩(wěn)定的表面特性而不受外在環(huán)境的影響，終于在經(jīng)多年潛心研究后，終于開發(fā)設(shè)計出一種確具實用性之本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明之主要目的，在于提供一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述制造方法可確實將石墨烯層沉積于鋁箔上，并且所制成的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異之導(dǎo)電性。
[0008]根據(jù)本發(fā)明之一實施例，所述制造方法包括以下步驟:首先，提供一基箔，并將該基箔置入一反應(yīng)腔室；接著，進(jìn)行一加熱程序，將該基箔加熱到400°C至1000°C間之一溫度；之后，將碳前驅(qū)物通入該反應(yīng)腔室；之后，進(jìn)行一冷卻程序，將該基箔冷卻低于100°c之一溫度，以沉積一石墨烯層于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成；及最后，將一抗氧化層沉積于石墨烯層上。
[0009]根據(jù)上述之制造方法，本發(fā)明另提供一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)，系包括一基箔、一石墨烯層及一抗氧化層；其中，該石墨烯層設(shè)置于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成，該抗氧化層系設(shè)置于該石墨烯層上。
[0010]因此，藉由石墨烯本身的特性，例如低厚度、高硬度、高導(dǎo)熱性、高電子遷移率和低電阻等，使本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到更高效率的電子傳導(dǎo)作用，從而有效提升電容器之電氣和機(jī)械特性。
[0011]再者，藉由在石墨烯層上沉積一抗氧化層，可提升基箔表面之電氣特性的穩(wěn)定度，從而有效提升電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之電容量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法之流程示意圖；
圖2為本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法之提供一基箔之剖面示意圖；
圖3為本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法之沉積一石墨烯層之剖面示意圖；
圖4為本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之石墨烯層之結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法之沉積一抗氧化層之剖面示意圖；
圖6為本發(fā)明實施例之電容器 陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法的流程示意圖。
[0013]【主要組件符號說明】
10電容器陰極箔結(jié)構(gòu)
11基箔 12石墨稀層 12A石墨烯薄膜 13抗氧化層 20反應(yīng)器 D內(nèi)徑。
【具體實施方式】
[0014]以下，將基于各圖式對本發(fā)明之電容器陰極箔結(jié)構(gòu)及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明；所述電容器陰極箔結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的電氣特性，并且能夠達(dá)到更高效率的電子傳導(dǎo)作用，進(jìn)一步提升招電解電容器之良率。
[0015]〔第一實施例〕
請參閱圖1，所繪示為本發(fā)明實施例之電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法的流程示意圖；所述電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法主要是利用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)制作石墨烯層，包括以下步驟:
步驟S10，提供一基箔，并將該基箔置入一反應(yīng)腔室；步驟S12，進(jìn)行一加熱程序，將該基箔加熱到400°C至1000°C間之一溫度；步驟S14，將碳前驅(qū)物通入該反應(yīng)腔室；步驟S16，進(jìn)行一冷卻程序，將該基箔冷卻到低于100°C之一溫度，用以沉積一石墨烯層于該基箔之表面；及最后，沉積一抗氧化層于該石墨烯層上。以下，將詳細(xì)說明各步驟之具體技術(shù)內(nèi)容。
[0016]請參閱圖2，在步驟SlO中，所述基箔11可以是一鋁箔，并且基箔11系置入一反應(yīng)器20中(例如CVD反應(yīng)器)，用于進(jìn)行后續(xù)之沉積程序。再者，基箔11可在置入反應(yīng)器20之前進(jìn)行前處理，利用氧化酸水溶液去除表面的污染物。還有，基箔11可在置入反應(yīng)器20之前，先利用酸洗、蝕刻、噴砂等習(xí)知技術(shù)將表面予以粗糙化。
[0017]在步驟S12中，所述加熱程序系用于將基箔11加熱至可進(jìn)行沉積程序之溫度，此加熱程序之溫度可介于4000C至10000C之間，通常以450°C至660°C之范圍內(nèi)為佳，其中又以500°C至630°C之范圍內(nèi)進(jìn)行更佳；另外，加熱程序的時間會根據(jù)加熱溫度而有所不同，一般是在介于I小時至100小時之范圍內(nèi)。
[0018]需提及的是，在加熱程序中，反應(yīng)器20內(nèi)的氧濃度需控制在1.0體積％以下，以避免于基箔11表面形成熱氧化膜，造成基箔11表面之界面電阻增大；換言之，所述基箔11可在無氧、保護(hù)氣氛(inert atmosphere)或還原氣氛下加熱到40(TC至100(TC間之一溫度，以避免其表面產(chǎn)生氧化。值得注意的是，在本實施例之制造方法中，不排除在低于450°C的溫度下加熱基箔11，只要在至少高于300°C的溫度下加熱基箔11便可。
[0019]在步驟S14中，當(dāng)基箔11升溫到處理溫度之后，即將碳前驅(qū)物流進(jìn)反應(yīng)器20 ;所述碳前驅(qū)物可選用如CxHy之碳?xì)浠衔?，其中I蘭χ蘭10且2蘭y蘭20，例如乙炔；在一變化實施例中，碳前驅(qū)物也可選用各種鹵化碳?xì)浠衔?，例如CCl4與CH2I2。
[0020]具體而言，碳前驅(qū)物可流進(jìn)反應(yīng)器20達(dá)5至10分鐘，并且碳前驅(qū)物能以各種流率流進(jìn)反應(yīng)器20 ;例如,碳前驅(qū)物能以10 sccm至10000 sccm之質(zhì)量流率流進(jìn)反應(yīng)器20,其中又以500 sccm至2000 sccm為佳；或者，碳前驅(qū)物能并用稀釋氣體(例如H2、He、Ar、NH3、N2等)一同流進(jìn)反應(yīng)器20，而流進(jìn)反應(yīng)器20的時間量可取決于反應(yīng)器20之溫度、反應(yīng)器20之體積、碳前驅(qū)物流率等。
[0021]另外，在碳前驅(qū)物流動期間，反應(yīng)器20內(nèi)可具有10 mT (毫托爾)至600 Torr(托爾)間之一預(yù)定壓力，而所述壓力通常以5 Torr至20 Torr之范圍內(nèi)為佳。
[0022]請參閱圖3及4，在步驟S16中，當(dāng)碳前驅(qū)物完全流進(jìn)反應(yīng)器20之后，即進(jìn)行一冷卻程序，用于將基箔11卻到低于100 °C之一溫度，通常冷卻到以15 °C至25 °C之范圍內(nèi)為佳，并且在冷卻期間于基箔11之表面沉積一石墨烯層12 (graphene)。
[0023]具體而言，所述石墨烯層12系由復(fù)數(shù)石墨烯薄膜12A相互堆棧及電性連接所構(gòu)成，其中每一石墨烯薄膜12A之內(nèi)徑D大致介于10 nm至I μπι之間(如圖4所示)；并且石墨烯層12所包含之石墨烯薄膜12Α的總層數(shù)可為I至1000層，藉此構(gòu)成之石墨烯層12的總厚度大致介于10 nm至I mm之間且薄片電阻介于0.01 Ω/□至ΙΟΩ/口之間，從而具有極佳的電子傳導(dǎo)效能。
[0024]在一變化實施例中，當(dāng)基箔11冷卻到低于100°C之一溫度后，可將基箔11轉(zhuǎn)移至另一反應(yīng)腔室，并且進(jìn)行一,決速高溫處理程序(rapid thermal process, RTP),將基箔11加熱到高于1200°C之一溫度并持溫達(dá)數(shù)毫秒，可用于幫助石墨烯之合成。
[0025]請參閱圖5，在步驟S18中，系進(jìn)行另一沉積程序，并且藉由控制沉積速率以形成一抗氧化層13于石墨烯層12上，以制成本發(fā)明之電容器陰極箔結(jié)構(gòu)10 ;其中，抗氧化層13之厚度大致介于0.01 μπι至0.5 ym之間，用以避免電容器陰極箔結(jié)構(gòu)10發(fā)生氧化，并相對提升基箔11表面之電氣特性(質(zhì)量)的穩(wěn)定度(即C -不會受外在環(huán)境的影響而改變，如式I所示，其中之CT:鋁電解電容器之總電容量；C+:正極箔之電容量；C-:負(fù)極箔之電容量)。
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，包括以下之步驟: 提供一基箔，并將該基箔置入一反應(yīng)腔室； 進(jìn)行一加熱程序，將該基箔加熱到400°C至1000°C間之一溫度； 將碳前驅(qū)物通入該反應(yīng)腔室；以及 進(jìn)行一冷卻程序，將該基箔冷卻低于100°c之一溫度，以沉積一石墨烯層于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該進(jìn)行加熱程序的步驟中，該基箔系在無氧、保護(hù)氣氛或還原氣氛下加熱到400°C至1000°C間之一溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該進(jìn)行加熱程序的步驟中，該基箔被加熱到介于450°C至660°C間之一溫度，且加熱時間介于I至100小時之范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該將碳前驅(qū)物通入反應(yīng)腔室的步驟中，該碳前驅(qū)物包含CxHy，其中I = χ = 10，2 = y = 20，該碳前驅(qū)物之質(zhì)量流率介于500 sccm至2000 sccm之間，且該碳前驅(qū)物通入該反應(yīng)腔室的時間5至10分鐘之范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該進(jìn)行冷卻程序的步驟中，該基箔被冷卻到介于15°C至25°C間之一溫度，該石墨烯層所包含之石墨烯薄膜的總層數(shù)為I至1000層。
6.如權(quán)利要求4所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該石墨烯層的厚度介于10 nm至I mm之間，且每一石墨烯薄膜的內(nèi)徑介于10 nm至Iμ m之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中在將一抗氧化層沉積于石墨烯層上的步驟之后，更包括進(jìn)行一快速高溫處理程序，將該基箔加熱到高于120(TC之一溫度并持溫達(dá)數(shù)毫秒。
8.一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，包括以下之步驟: 將一基箔置入一真空反應(yīng)腔室，該真空反應(yīng)腔室包括一陽極及一陰極； 將一惰性氣體導(dǎo)入該真空反應(yīng)腔室，并將反應(yīng)性氣體導(dǎo)入該真空反應(yīng)腔室；以及 于該陽極與該陰極之間產(chǎn)生輝光放電(Glow discharge),用以堆積一石墨烯層于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于:其中該惰性氣體為氬氣，該反應(yīng)性氣體包含甲烷、氮氣及氧氣。
10.一種電容器陰極箔結(jié)構(gòu)，包括: 一基箔；以及一石墨烯層，系形成于該基箔之表面，并且該石墨烯層系由復(fù)數(shù)層石墨烯薄膜相互堆棧所構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求10所述的電容器陰極箔結(jié)構(gòu)，其特征在于:其中該石墨烯層所包含之石墨烯薄膜的總層數(shù)為I至1000層，且每一石墨烯薄膜的內(nèi)徑介于10 nm至I μ m之間。
【文檔編號】H01G9/045GK103545110SQ201310407796
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月6日
【發(fā)明者】林清封, 陳明宗, 王懿穎 申請人:鈺邦電子（無錫）有限公司