钽电容简介和基本结构

一、钽电容简介和基本结构 固体钽电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中赋能,形成多孔性非晶型Ta2O5 介质膜,其工作电解质为硝酸锰溶液经高温分解形成MnO2 ,通过石墨层作为引出连接用。 钽电容性能优越，能够实现较大容量的同时可以使体积相对较小，易于加工成小型和片状元件，适宜目前电子器件装配自动化，小型化发展，得到了广泛的应用，钽电容的主要特点有寿命长，耐高温，准确度高，但耐电压和电流能力相对较弱，一般应用于电路大容量滤波部分。 2.1.基本结构 下图为MnO2为负极的钽电容 下图为聚合物（Polymer）为负极的钽电容 二、生产工艺 按照电解液的形态，钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分，液体钽电解用量已经很少，本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。 固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。 钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同，现在以片钽生产工艺为例介绍如下。 一、生产工艺流程图 成型 烧结 试容检验 组架 赋能 涂四氟 被膜 石墨银浆 上片点胶固化 点焊 模压固化 切筋 喷砂 电镀 打标志 切边 漏电预测 老化 测试 检验 编带 入库 二、主要生产工序说明 （一） 成型工序： 该工序目的是将钽粉与钽丝模压在一起并具有一定的形状，在成型过程中要给钽粉中加入一定比例的粘接剂。 1、 什么要加粘接剂？ 为了改善钽粉的流动性和成型性，避免粉重误差太大，另外避免钽粉堵塞模腔。低比容粉流动性好可适当多加点粘接剂，高比容粉流动性差可适当少加点粘接剂。 2、 加了太多或太少有什么影响？ 如果太多：脱樟时，樟脑大量挥发，易导致钽坯开裂、断裂，瘦小的钽坯易导致弯曲。如果太少：起不到改善钽粉流动性的作用。拌好后的钽粉如果使用时间较长，因为樟脑是易挥发物品，可适量再加入一点粘和剂。樟脑的加入会导致钽粉中杂质含量增加，影响漏电。每天使用完毕，需将钽粉装入聚四氟乙烯瓶或真空袋内密封保存，以防樟脑挥发、钽粉中混入杂质、钽粉中吸附空气中的气体。 3、 成型后不进行脱樟，可否直接放入烧结炉内进行烧结？ 不行，因为樟脑是低温挥发物，如果直接放入烧结炉内进行烧结，挥发物会冷凝在炉膛、机械泵、扩散泵等排出管道内。 4、 丝埋入深度太浅会有什么影响？ 钽丝易拔出，或者钽丝易松动，后道工序在钽丝受到引力后，易导致钽丝跟部漏电流大。所以强调钽丝起码要埋入三分之二的钽坯高度以上，在成型时经常要检查。 5、 粉重误差太大分有什么影响？ 粉重误码差太大，导致容量严重分散，K（±10%）档的命中率会很低。成型时经常要称取粉重，误差要合格范围内（±3%）。如果有轻有重都是偏重或都是偏轻，可调整赋能电压或烧结温度。如果有轻有重，超过误差范围，要调整成型机，并将已压钽坯隔离，作好标识，单独放一个坩埚烧结。 6、 密要均匀 不能有上松下紧，或下紧上松的现象。否则会导致松的地方耐压降低。钽坯高度要在允许差范围内，详细见工艺文件。 7、 成型注意事项： （1）粉重 （2）压密 （3）高度 （4）钽丝埋入深度 （5）换粉时一定要将原来的粉彻底从机器内清理干净。 （6）不能徒手接触钽粉、钽坯，谨防钽粉、钽坯受到污染。杜绝在可能有钽粉的部位加油。 （7）成型后的钽坯要放在干燥器皿内密封保存，并要尽快烧结，一般不超过24小时。 （8）每个坩埚要有伴同小卡，写明操作者、日期、规格、粉重等情况，此卡跟随工单一起流转，要在赋能后把数据记在工单上才能扔掉，以防在烧结、赋能、被膜出了质量问题可以倒追溯。 （二）烧结工序 1、烧结：在高温高真空条件下将钽坯烧成具有一定机械强度的高纯钽块。 2、目的：一是提纯，二是增加机械强度。 3、烧结温度对钽粉比容有什么影响？ Cg T 随着烧结温度的提高,比容是越来越小,并不完全呈直线状。 因为随着温度的提高,钽粉颗粒之间收缩得越来越紧密,以至于有些孔径被烧死、堵塞，钽块是由多孔状的钽粉颗粒组成的，随着温度的提高，颗粒的比表面积越来越小，这样就导致钽粉的比容缩小。 4、烧结温度对钽粉的击穿电压有什么影响？ VB T 烧结温度越高，杂质去除得越干净，所以击穿电压随着烧结温度的提高而提高，并不是完全呈直线状。 5、烧结温度太高太低，对电性能有什么影响？ 烧结温度太低一方面钽块的强度不够，钽丝与钽块结合不牢，钽丝易拔出，或者在后道加工时，钽丝跟部受到引力作用，导致跟部氧化膜受到损伤，出现漏电流大。烧结温度太高，比容与设计的比容相差甚多，达不到预期的容量，温度高对漏电流有好处，温度太高会导致有效孔径缩小，被膜硝酸锰渗透不到细微孔径中，导致补膜不透，损耗增加。 6、如果烧结后，试容出来容量小了怎么办？ (1) 算一下如果容量控制在-5%-----10%左右,计算出的赋能电压能否达到最低赋能电压.. 额定电压 6.3 10 16 25 35 40 50 最低赋能电压 18 30 50 80 110 140 170 (2) 如不行,只能改规格,如16V10UF，可改16V6.8UF,只要提高赋能电压,但是要看提高后的赋能电压是否会达到它的闪火电压,如果接近的话,那就会很危险.也可以改25V6.8UF,但是计算出的赋能电压要达到所改规格的最低赋能电压。 7、 如果烧结后，试容出来容量大了怎么办？ （1） 算一下如果容量控制在+5%-----+10%,计算出的赋能电压是否接近闪火电压？如果接近就不能流入后道； （2） 如接近闪火电压，可改规格，如16V10U，可改16V15U，10V15U，但是计算出的赋能电压不能低于最低赋能电压，不能往高电压改规格。 （3） 实在不行只能返烧结，返烧结时要根据比容控制烧结温度。 8、高温时真空度不好，怎么处理？ 高温时真空度如果突然不好，说明炉膛已漏气。应立即降温。因为氧气进入炉膛后，钽块、钽丝、坩埚隔热层、隔热罩都是钽制品，会跟氧发生氧化，出现发脆。 9、空烧 正常烧结一个月，需进行一次空烧，空烧温度应高于正常烧结温度100度以上；如果一直是烧的低温，突然要烧高温，应先进行空烧。 因为低温杂质吸附在炉膛和坩埚上，如果不空烧，突然烧高温，低温杂质会挥发到钽块上去，造成钽块漏电流大（有一批35V106 335 225估计就是因未空烧，装炉量太大，压制密度偏小所致）。 10、注意事项： （1） 不能徒手接触钽块； （2） 出炉后在伴同小卡上注明炉次、层次，以便出问题进行追溯。 （3） 试容； （4） 剔除开裂、断裂的产品； （5） 检验钽丝脆性 （6） 第一层取两个钽块拔一下钽丝，能否轻易拔出，如能轻易拔出，说明烧结温度太低。就要查看是隔热罩密封不好，还是温度不均匀等情况； （7） 烧结时发现有问题的钽块要尽快隔离标识； （8） 每天要关心试容结果，特别要注意比容，如果比容偏差大了，要尽快调整炉温。 （9） 炉子的加热棒经过重新安装和修理后，一定要重新调整炉温，试炉温时只能少放点产品，以免造成较大的损失。 （10） 装炉量一般不要超过1KG（钽粉量）。 （三） 组 架 a) 尺寸 钽块上端面到钢钢条边缘的距离5.0±0.2mm，如果偏差太大，会导致钽块上端面涂上硅胶或钽丝脏。 b) 注意要垂直。 c) 注意直径小于Φ2.0，放60条，大于Φ2.5，放行30条 d) 在拌同小卡上作好记录，每个架子都应该附有小卡，将成型、将成型、烧结的数据般到小卡上，并在小卡上标注试容后的电压。随架子流传。 e) 烧结不同层次的，虽然电压一样，最好不要放在一个钢架上，以防容量整条整条分散 f) 钢架钢片一定要使用清洗后的，不要让钢架钢片受到太大的力，以防变形弯曲。 （四） 赋能工序 1、 赋能：通过电化学反应，制得五氧化二钽氧化膜，作为钽电容器的介质。 2、 氧化膜厚度：电压越高，氧化膜的厚度越厚，所以提高赋能电压，氧化膜的厚度增加，容量就下降 3、 氧化膜的颜色：不同的形成电压干涉出的氧化膜的颜色也不同，随着电压的升高，颜色呈周期性化。 4、 形成电压：经验公式（该公式只能在小范围内提高电压，如果电压提高的幅度很大，就不是很准确，要加保险系数）。 C1.V1=C2.V2 V2=C1.V1/C2 C1------第一次容量平均值; V1------第一次形成电压(恒压电压); C2------要示的容量C2=K CR (K 根据后道的容量收缩情况而定,可适时修改，一般情况下，容量小，后道容量损失较小，容量大，后道容量损失就大，低比容粉，容量损失较小，比容越高，后道容量损失就越大。通常，CR≤1UF，K=1.0； CR>1UF,K=1.04) 例如：35V105，中间抽测容量为1.08 、1.05 、 1.12 、 1.09 、 1.10 ，形成电压为95V，问需要提高几伏电压才能达到需求的容量? 先求出中间抽测容量的平均值C1=1.09,V1=95 V2=1.09X95/1.0=103.5(V),需提高9V 注意： 提高电压后，需恒压一小时，才可结束赋能。 5、 形成液温度：T1.V1=T2.V2 T1： 第一次恒压温度； V1： 第一次恒压电压； T2： 第二次恒压温度； V2： 第二次恒压温度； V2：T1.V1/T2 注意公式中的温度K是绝对温度，需将摄氏温度加上273； 例如：第一次恒压温度为75度，恒压电压为90V，如果形成液的温度提高到85度，问形成电压要降低几伏？ V2=90×（75+273）/（85+273）=87.5V，需降低3V。 该公式不常用。但能指导为何温度低容量会变大。 形成温度越高，氧化膜质量越好。但是温度太高，水分挥发厉害，就要不停地加水，并且易导致形成液电导率不稳定。一般磷酸稀水溶液的恒压温度控制在70-90℃之间，经过大量的实践证明，如果恒压温度低于70℃，导致氧化膜质量严重不稳定，湿测漏电超差，如果形成液选用乙二醇系列，恒压温度可