片式钽电容的开发.doc

本 科 毕 业 论 文片式钽电容的开发与应用院 别： 物理与电子工程学院学科门类： 理学专 业： 应用物理学姓 名： 廖昌俊学 号： 051173贵州 ● 铜仁6月应用物理学专业本科毕业论文贵州 ● 铜仁6月目 录摘 要 IABSTRAC I1 钽电容的概述 11.1 钽电容的简介及基本构造 11.2 钽电容的生产工艺流程 21.3 钽电容的分类与使用 52钽电容的现状 52.1钽电容的国内外生产状况 52.2钽电容的市场消费 73钽电容的应用领域 74片式钽电容的前景展望 8参照文献 10道谢 11摘 要 钽电容以独特优秀的综合性广泛使用于各行业钽电容由钽丝和钽粉通过一系列工艺制作而成，具有小型化，贴片化，损耗角(tan)小，容量大，高温稳定性等一系列独特性能在远距离通讯，工业，电子制造业，航天军工，医疗及某些尖端科学领域发挥了较大的价值本文重要是对钽电容的基本概述，工艺，现状，应用，发展趋势和应用前景的综合论述核心词：钽电容; 广泛使用; 发展趋势 ABSTRACTantalum capacitors are widely used in various industries for its unique and excellent comprehensive properties. Tantalum capacitors by tantalum and tantalum powder through a series of production process, has the advantages of miniaturization, SMD, loss angle tangent (tan), large capacity, high temperature stability, a series of unique properties.In the long distance communications, industry, electronics manufacturing, aerospace industry, medical and some cutting-edge science has played a greater value. This paper is mainly about the basic overview of tantalum capacitors, process, status, application, development trends and application prospects of a comprehensive exposition.Key words: Tantalum capacitors, Widely used, Development trends1 钽电容的概述1.1 钽电容的简介及基本构造钽，英文名叫Tantalum，具有2900℃以上的熔点，过渡金属元素，重要存在于钽铁矿中，富有延展性，硬度适中，介电常数为27，有优越的化学性质。

对盐酸，浓硝酸及“王水”都不反映，抗腐蚀性极强，金属活动性在所有金属元素中排倒数第四 钽电容，1956年贝尔实验室研制成功，由钽粉与钽丝压制而成，钽丝直径一般在2毫米10毫米之间，通过强大的机械外力保证了巨大的内部表面积即较大的容积比（每克电容电压的乘积），然后通过高温真空烧结（1200-1800℃）后作为电容器的阳极，通过电化学措施在其表面生成五氧化二钽（Ta2O5）氧化膜作为介质，通过加热硝酸锰分解得到阴极二氧化锰钽电容一般以贴片式和直插钽电容最为常用直插式钽电容构造图如图1.1所示钽丝与钽粉混合压制成钽块（阳极），通过电化学措施，在阳极表面生成Ta2O5氧化膜（介电层），通过加热使硝酸锰分解变成二氧化锰得到阴极，以石墨为缓冲层，避免银浆与二氧化锰接触被氧化而失去作用，以二根CP导线引出电容正负极，一般状况下，导线较长的为正极，短的一端是负极 图1.1 直插式钽电容构造图贴片式钽电容构造如图1.2所示与直插式钽电容类似，贴片钽电容多为卧式构造，体积较小，外壳为塑料封装外壳标注黑色矩形的一般电容正极，另一端则为负极图1.2 贴片钽电容构造图 在钽电解电容工作过程中，具有自动修补或隔绝氧化膜的独特性能，使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到持续的累积性破坏。

这种独特自愈性能，保证了其长寿命和可靠性[5]1.2 钽电容的生产工艺流程钽电容重要有引线式和贴片式二种安装，其制造工艺大体相似而钽电容的生产厂商重要是欧美日本等公司，其中重要竞争厂商有AVX,NEC,KEMET（基美)，VISHAY如下是生产厂商AVX生产的TAJ系列老式钽电容加工工艺流[6]程图1.3和简要阐明 图1.3 钽电容加工工艺流程图钽电容加工工艺简要阐明：(1)原材料检查:目前重要钽电容公司原料均由东方钽业提供2)成型:将粗细不等的颗粒钽粉与粘合剂均匀混合，再与钽丝一起压制得到钽电容阳极3)烧结:烧结是指将钽块烧结成一定形状的微观多孔体此过程对温度和真空度均须严格控制4)湿检:通过烧结后的钽块抽样赋能实验和点参数测试拟定钽块烧结比容，对下道工序赋能的参数进行优化，同步，还将对钽丝，钽块的尺寸，强度等参数进行测试5)焊接:在工艺架上焊接钽与四氟垫，得到整架产品，以便背面的工序操作6)赋能:运用电化学的措施，在阳极表面生成绝缘的介质层五氧二钽氧化膜，再将成架的产品浸入形成液中（一般为稀硝酸）一定深度，硝酸溶液会渗入到钽块内部孔道中，再将钽块作为阳极通电，硝酸分解出氧，与硝酸接触的钽粒子表面生产五氧化二钽氧化膜。

7)被膜:一方面清洗钽电容表面的杂质并干燥，放入硝酸锰溶液中加热，得到电容的阴极二氧化锰，该工序应多次反复，保证电容电量不会有较大损失8)石墨银浆:石墨重要起缓冲作用，减少了电容的ESR，还制止了银浆的氧化，一般使用机器自动操作银浆重要收集电流，也以便背面工序引出引线，此道工序操作繁琐，多以手工为主9)浸银:对钽电容阴极二氧化锰进行一系列的性能测试10)装配:该工序重要是切割产品，切割前应当清除已经在钽丝上的氧化膜，然后将阳极与整个框架焊在一起，而阴极则使用银膏11)模塑:将上面得到的框架条产品模塑封装，使其成为有几何尺寸和外观的形体12)喷砂:喷除产品框架上多余毛刺，再固化加强产品的模塑强度，常用水作为喷砂，由于其对焊性影响较小13)打印:打印产品有关信息，一般涉及容量，额定电压，阳极标记14)切边:将框架条的产品阳极边切除15)预测试:自动化测试产品漏电流，剔除漏电流大的产品16)老化筛选:这是整个工序比较重要的一步，由于其电容的可靠性取决此工序的措施与否得到完整实行一般在老化炉内进行三步，一次老炼，浪涌测试，二次老炼17)编带:运用编带机将产品引线成型，自动编带成为一整卷盘产品18)查盘:对已经成型的的钽电容外观再次检查，留下外观合格品，清除多余载带，调节卷盘缠绕方向并打好包装。

目前电子产品不仅小型化，其功耗却不断增长，老式以二氧化锰为负极的钽电容缺陷越来明显，损耗角正切较大，高频特性差，低ESR很难再减小，且在被膜时失效率高，加之自身二氧化锰氧含量很高，温度很高时，也许会自燃，燃烧电路，损坏其她电子元件对此工艺改善，重要有如下二种措施1)对老式制造工艺的改造老式重要的几道工序决定了电容的性能，因此对钽粉比容量，烧结，被膜，赋能，烧结等重要几道工序进行细节的改善，特别是赋能和被膜工序，得到的阴极和电介质无氧化二钽是整个电容性能的核心，其重要目前重要技术难点有二个，一是氧化膜质量，二是阴极二氧化锰的被覆质量[16]2）对阴极材料的替代使用高导电聚合物来替代老式措施的阴极二氧化锰，目前重要有四种（聚乙炔，聚苯胺，聚吡咯，聚乙烯二氧噻吩PEDT）[4]是目前研究最多，最进一步的导电高聚合物，其不仅能弥补二氧化锰作为阴极带来的缺陷，且还能提高钽电容在高频率工作时的低ESR,提高纹波电压和稳定性，提高钽电容的自修复能力和阻燃性四种高导电聚合物都同步存在一种问题，如何在被被膜时实现高导电聚合物在多微孔的阳极表面均匀致密的沉积[14]但是聚苯胺，聚吡咯大量使用时，会产生污染物质，对环境有一定的危害。

此外，PEDT聚合反映快，反映难以控制，电容量引出率低，等问题仍是难题目前由拜尔公司使用PEDT研制的钽电容是目前可靠性最高的钽电容导电聚合物，此外，KEMET成功研制出了T52X,T53X二个系列的军工导电聚合物钽电容[4]1.3 钽电容的分类与使用钽电容重要按二种方式分类，按安装方式可以分为；引线式和贴片式按电解质的可分为；固体和体态钽电容[8]由于钽电容自身的某些属性，使用钽电容前应当注意如下某些问题；(1)钽电容为极性电容，勿施加反向电压2)应当在电容器规定的纹波电压内使用3)环境温度一般为-55-125℃，额定电压2.5-50V，频率不不小于10KHZ4)注意安装方式，不要受到过大的机械冲击和热冲击5)注意保养，点检和清洗方式，发生故障应先切断电源，再逐个排查2钽电容的现状2.1钽电容的国内外生产状况随着科技的发展，钽电容的性能得到更好的放大，厂家遍及国内外，特别是欧美日本1997年世界贴片钽电容年产量达到145亿只，超过了250亿只，片式化率超过80% 日本生产钽电容始于八十年代中期，最初的厂品是树脂模型SK系列，从3.3uf的K1到静电量为33uf的超小型大电容K6日本电气公司成为了世界上最大的片式钽电容厂商，目前已被美国凯美特公司取代[8]。

二十世纪八十年代，国内开始自主研发的片式钽电容，九十世纪，又研制了模塑封装型片式钽电容器；中国振华集团(重要趋向于军工领域)在1995年初次引入钽电容生产线，之后又持续引进了6条钽电容生产线，使国内的钽电容得到了迅速的发展国内生产钽电解电容11.78亿只，同比增长42.4%，其中片式钽电容9.96亿只[4]，片式化率达到88.5%，目前已超过90%，是国内钽电容产品最多，配套规格最多的专业制造公司之一，星日钽电容（宁夏星日电子有限公司）是国内最大的钽电容生产基地，重要对口华为等电子公司，突破钽电容年产量15亿只图2.1为全球钽电容生产总量走势图 图2.1 全球钽电容生产总量走势图从钽电容的生产总量走势图上可以看出，其生产总量有二个高峰期，一种是，超过了250亿只，另一种是，接近350亿只二十世纪九十年代，随着电子设备的逐渐普及化，通讯，网络的发展带动着个人微机，传呼机普遍使用，加之军工武器对钽电容的青睐，使得钽电容的需求有较大上升，达到到最大，之后逐渐浮现市场饱和，有小幅度下降其因素有二个，一是以美国为首的欧美发达国家的制造业浮现低迷，计算机，移动销量持续减少；二是电子市场浮现亢奋状态，对钽电容市场的销量估计过高，特别是计算机和移动方面，导致许多销售商反复定货，浮现了大面积的钽电容库存积压。

但是随着片式钽电容生产技术和厂品构造的不断改造，小型化，大容量，低ESR，高频特性等长处，在电子厂品，微解决器，汽车工业，医疗方面得到进。