CN101271766B - 钽电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种制造钽电容器的方法，其中高性能钽电容器是利用更简单和经济的设备通过更简化和更高效的方法制造的。制造钽电容器的方法包括：通过烧结钽粉末来制备钽颗粒；氧化钽颗粒以在其表面上形成介电层；在表面上有介电层形成的钽颗粒上形成聚合物层；以及将表面上有聚合物层形成的钽颗粒浸入在聚合物悬浮液中以进行化学重整。

Description

钽电容器的制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年3月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2007-26572号的优先权，将其披露的内容以引用的方式结合于此。

技术领域

本发明涉及一种制造钽电容器(tantalum condenser)的方法，更具体地，涉及一种如下制造钽电容器的方法，该方法是利用更简单和经济的设备通过更简化和更高效的方法来制造高性能钽电容器。

背景技术

钽电容器利用钽Ta作为电极。即，钽是导体，但当被氧化时转变成高质量的绝缘体。就钽电容器而言，钽作为阳极(anode)被氧化成电介质，然后形成另外的阴极(cathode)。通过利用当烧结和硬化钽粉末时产生的孔隙而得到钽电容器。

有两种类型的钽电容器。一种是湿式钽电容器(wet tantalumcondenser)，它采用电解质溶液并在阴极处形成银Ag壳以防止电解质溶液漏出。另一种是干式钽电容器(dry tantalum condenser)，它使用固体如二氧化锰作为电解质而没有采用电解质溶液。

图1是流程图，它示出了制造钽电容器的常规方法。为了制造钽电容器，首先，如在操作S10中，烧结钽粉末以形成颗粒。然后，如在操作S12中，对形成的钽颗粒进行氧化并化学重整以在其表面上形成氧化物。

当在钽颗粒的表面上形成所述氧化物，即介电层时，则形成阴极层。在操作S14中形成作为该阴极层的聚合物层。通常，将该聚合物层浸入包含单体的溶液中，然后单体在钽颗粒的表面上(即在孔隙中)发生聚合。在形成聚合物层以后，在操作S16中，对钽颗粒进行化学重整以覆盖介电层的缺陷。为了进行化学重整，将钽颗粒浸入化学重整溶液中同时施加电压。

在化学重整完成后，在操作S18中，清洗钽颗粒以除去残余的化学重整溶液，其中该重整溶液可以作为杂质而对产品有不利的影响。在清洗以后，在操作S19中，检查阴极层是否已经完全形成。如在S19：N中，在聚合物层即阴极层未完全形成的情况下，如操作S14，则在钽颗粒上再次形成聚合物层，然后如操作S16和S18，对钽颗粒进行化学重整和清洗。如在操作S19：Y中，阴极层完全形成的情况下，则制造出钽电容器。

图2示出了根据常规方法制造钽电容器时将钽颗粒浸入化学重整溶液中。将钽颗粒20浸入化学重整槽23中，同时将钽颗粒20连接于金属板21上。钽颗粒20在其表面上有介电层和聚合物层形成。化学重整溶液22可以使用酸性溶液，例如，酸性水溶液如磷酸、硫酸、硝酸、乙酸、硝酸铵和硝酸钠。可替换地，化学重整溶液22可以采用包含掺杂剂如p-TSA的水溶液。

通过将电源24连接到钽颗粒20和化学重整溶液22并施加电压来进行化学重整。在这里，将正(+)电压施加于作为阳极的钽颗粒20，并将负(-)电压施加于化学重整溶液22。

化学重整之后必须接着有清洗的步骤以除去残余的化学重整溶液。在化学重整溶液是对甲苯磺酸(p-TSA)的情况下，需要用水清洗钽颗粒以除去p-TSA。残余在聚合物层(即阴极层)中的这种化学重整溶液的电解质和清洗材料会引起电流从阴极层漏出，从而对电容器的性能有不利的影响。

化学重整后的清洗通常是在具有50℃至80℃的高温的溶液中进行的。此时，即使聚合物层形成在钽颗粒的外侧，也可以在化学重整以后进行清洗。然而，这引起聚合物层从该颗粒脱离或在聚合物层本身上产生裂纹。而且，这样化学重整后的的清洗需要另外的清洗和干燥设备。

也就是说，在化学重整以后，应通过至少一个清洗和干燥步骤来清洗化学重整溶液。因此，化学重整和其后的清洗会引起不必要的应力并使得整个系统不稳定，从而降低了该方法的效率并使质量控制面临困难。

因此，一直需要一种以更简单和经济的方式制造钽电容器同时保持或增强钽电容器的性能的方法。

发明内容

本发明的一个方面是提供了一种制造高性能钽电容器的方法，其中高性能钽电容器是利用更简单和经济的设备通过更简化和更高效的方法制造的。

根据本发明的一个方面，提供了一种制造钽电容器的方法，该方法包括：通过烧结钽粉末来制备钽颗粒；氧化该钽颗粒以在其表面上形成介电层；在其表面上有介电层形成的钽颗粒上形成聚合物层；以及将在其表面上有聚合物层形成的钽颗粒浸入聚合物悬浮液中以进行化学重整。该聚合物悬浮液可以有纳米级聚合物悬浮在其中。

聚合物层的形成可以包括将钽颗粒浸入包含单体和氧化剂的溶液中，以在该钽颗粒上进行聚合物聚合反应。单体可以包括选自由噻吩单体、酰亚胺单体、吡咯单体、苯胺单体和呋喃单体组成的组中的一种。氧化剂可以包括氯化铁和过硫酸铵中的一种。

聚合物层的形成可以包括：通过将钽颗粒浸入聚合物悬浮液中以在其表面上有介电层形成的钽颗粒上沉积聚合物；并且干燥在其上有聚合物沉积的钽颗粒。该聚合物悬浮液可以有纳米级聚合物悬浮在其中。

可以在25℃至260℃的温度下干燥该钽颗粒。可以重复进行聚合物的沉积和钽颗粒的干燥直到聚合物完全沉积。聚合物的沉积和钽颗粒的干燥可以重复进行四次或更多次。

聚合物悬浮液可以是导电的聚合物悬浮液。导电的聚合物可以由选自由聚噻吩、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺和聚呋喃组成的组中的一种形成。导电的悬浮液可以包括导电的聚合物和分散剂。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，可以更加清楚地理解本发明的上述和其它方面、特点以及其它优点，其中：

图1是示出了制造钽电容器常规方法的流程图；

图2示出了根据常规方法制造钽电容器时将钽颗粒浸入化学重整溶液中的示意图；

图3是示出了根据本发明的示例性实施例来制造钽电容器的方法的流程图；以及

图4示出了根据本发明的示例性实施例制造钽电容器时将钽颗粒浸入聚合物悬浮液中的示意图。

具体实施方式

现将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。然而，本发明可以以多种不同的形式实现，并且不应认为局限于本文列出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本文披露的内容更加充分和完全，并且这些实施例将向本领域技术人员充分地表示出本发明的范围。

图3是示出了根据本发明的示例性实施例制造钽电容器的方法的流程图。

在钽电容器的制造方法中，烧结钽粉末以制备钽颗粒。氧化该钽颗粒以在其表面上形成介电层。在钽颗粒表面上有介电层形成的的钽颗粒上形成聚合物层。将在其上有聚合物层形成的钽颗粒浸入聚合物悬浮液中以进行化学重整。

为了制造钽电容器，首先，在操作S100中，烧结钽粉末以制备钽颗粒然后对该钽颗粒进行氧化。在进行烧结前，将钽粉末与粘合剂或溶剂进行混合，以增强颗粒的粘合力和流动性。将与粘合剂混合的钽粉末压缩成具有希望尺寸的颗粒。这种压缩可通过利用模具的压制方法完成。例如，可以在高真空和高温的烧结炉中烧结钽颗粒。例如，可以在1.0×10^-7托的压力和在1300℃至2000℃的温度下对钽颗粒进行烧结。

在操作S110中，通过化学形成(chemical formation)将获得的钽颗粒进行氧化。在通过烧结产生的钽颗粒的表面上和孔隙中形成氧化钽(Ta₂O₅)。氧化钽用作介电层。

在烧结钽粉末之前，钽线(tantalum line)可以从钽颗粒伸出以有利于诸如化学形成或阴极层形成的过程。因此，为了化学形成，将从钽颗粒伸出的钽线粘合到金属板上。然后，对该金属板和化学形成溶液施加电压，以分别在钽颗粒的表面上形成氧化物。形成的氧化钽在钽电容器中起介电层的作用。

在操作S120中，当制备了钽颗粒并形成氧化钽时，在该钽颗粒的表面上形成聚合物层。

这里，为了形成聚合物层，将钽颗粒浸入包含单体和氧化剂的溶液中，以在钽颗粒上进行聚合物聚合反应。这里，单体可以选自由噻吩单体、酰亚胺单体、吡咯单体、苯胺单体和呋喃单体组成的组。

氧化剂是电子供体，它将电子供给聚合物，从而赋予该聚合的聚合物希望的导电性。该氧化剂可以采用例如氯化铁或过硫酸铵。

可替换地，在形成聚合物层中，可以将钽颗粒浸入聚合物悬浮液中来代替使用包含单体和氧化剂的溶液。将来自该聚合物悬浮液的聚合物颗粒沉积在其表面上有介电层形成的钽颗粒上，从而形成聚合物层。聚合物被预先聚合并且以该聚合物可以沉积到钽颗粒中的尺寸被分散在聚合物悬浮液中。可沉积的尺寸是指能使聚合物渗入到具有小于10μm的细孔的钽颗粒中的尺寸。例如，可沉积的尺寸是指纳米级的。

聚合物可以是导电的聚合物。导电的聚合物是指具有至少10^-7S/cm(即大于或等于半导体的导电率的值)的导电率的聚合物。通常，通过在聚合物中掺杂电子受体或电子供体，使导电的聚合物可以具有高的导电率。

形成的聚合物层作为钽电容器的阴极层，因此应具有预定的导电率。导电的聚合物可以采用可作为阴极的任何导电的聚合物。例如，导电的聚合物可以采用聚噻吩、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺和聚呋喃中的一种。通过调节导电的聚合物的分子量，可以将导电的聚合物聚合成预定的在钽颗粒中可沉积的尺寸。

并且，聚合物悬浮液可以包括分散剂，即能够将导电聚合物分散成以小颗粒(如在悬浮液中的胶态聚合物)存在的辅助剂。加入分散剂以防止当将较大的颗粒和团聚的颗粒粉碎成更小的颗粒和胶粒时产生的细小颗粒的聚集。分散剂通常利用吸附性材料如表面活性剂。

在聚合物层形成以后，干燥钽颗粒以从聚合物悬浮液仅留下固体内容物。考虑到聚合物悬浮液的特性，即导电聚合物和分散剂的特性，在预定温度下进行干燥。例如，可以在25℃至260℃的温度下进行干燥。可以重复地将钽颗粒浸入聚合物悬浮液中并干燥直到聚合物完全沉积。重复次数可以是四次或更多次。浸入和干燥的步骤重复少于四次不能确保阴极层形成充分，从而对钽电容器的性能有不利的影响。

当在操作S120中形成聚合物层时，在操作S130中钽颗粒被化学重整以覆盖在聚合物层形成期间在介电层上可能出现的缺陷。在该钽电容器的制造方法中，聚合物悬浮液用作化学重整溶液。聚合物悬浮液220可与可以在形成聚合物层中使用的聚合物悬浮液相同。可替换地，聚合物悬浮液220可以不同于在形成聚合物层中使用的聚合物悬浮液。与用于形成阴极层(即聚合物层)的聚合物悬浮液相同的聚合物悬浮液确保该步骤更有效。在聚合物悬浮液220中存在的聚合物颗粒用来覆盖介电层的受损部分、或聚合物层形成的脱落或裂纹。

在作为化学重整溶液220的聚合物悬浮液220中存在的聚合物可以是导电聚合物。可应用于聚合物悬浮液220中的导电聚合物可以是聚噻吩、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺和聚呋喃中的一种。导电聚合物可以以适当的尺寸(该尺寸能够覆盖介电层或聚合物层的损伤、脱落或裂纹)存在于聚合物悬浮液220中。因此，为了确保导电聚合物以预定的尺寸存在于聚合物悬浮液中，聚合物悬浮液220可以包含分散剂，例如表面活性剂。

在化学重整以后，在操作S140中，检查阴极层是否已完全形成。如在操作S140：N中，在阴极层(即聚合物层)没有完全形成的情况下，则将钽颗粒回浸入操作S120中的聚合物悬浮液中，然后在操作S120和S130中形成聚合物层并进行化学重整。

阴极层完成S140：Y以后，接着是如下的步骤，例如使阴极层接触引线框(lead frame)以与外部电源连接，形成电极线以引出电极，并且用树脂进行密封从而制造钽电容器。

图4示出了根据本发明的示例性实施例来制造钽电容器中，将钽颗粒浸入聚合物悬浮液中。钽颗粒200连接于金属板210并且金属板210支持钽颗粒200一直浸入在聚合物悬浮液220即化学重整溶液中。

钽颗粒200在化学重整槽230中被聚合物悬浮液220(即化学重整溶液)包围。因此，分散在聚合物悬浮液220中的导电聚合物颗粒被沉积到钽颗粒200中。

在导电聚合物颗粒被沉积到钽颗粒200的表面上后，将电源240连接到钽颗粒200和化学重整溶液220，并且施加电压。将正(+)电压施加到作为阳极的钽颗粒200上，并将负(-)电压施加到化学重整溶液220。这里，用于化学重整的电压是用于化学形成所施加的电压的50％至90％，并且在该步骤过程中保持5000Ω-Cm(Ω/Cm)至20000Ω-Cm的电阻率。

在经过预定时间后，从化学重整槽230中取出钽颗粒200。当确定聚合物层的缺陷，即阴极层未被完全覆盖时，则将颗粒回浸入化学重整槽230中以进行化学重整。

根据本实施例，利用聚合物悬浮液220(聚合物以纳米尺寸分散在其中)进行化学重整。这使得在化学重整以后没有必要进行常规的清洗步骤以除去杂质(该杂质是用作化学重整溶液的溶剂)。也就是说，在聚合物悬浮液220(聚合物以纳米尺寸分散在其中)中存在的聚合物颗粒用来将电压施加于在钽颗粒200的表面上的介电层和聚合物层的受损部分。因此，留在产品中的聚合物颗粒不会充当杂质而是增强产品容量。也就是说，本实施例的化学重整没有必要进行常规化学重整必需的清洗步骤。此外，在本实施例的化学重整中，没有留下杂质和残余物用来增强产品的特性。

实施例

根据本发明的示例性实施例的制造方法，通过在化学重整步骤中采用聚合物悬浮液，制造了本发明的实施例1的钽电容器。而且，利用磷酸(在化学重整步骤中的常规化学重整溶液)制造了比较例1的钽电容器，并且利用p-TSA制造了比较例2的钽电容器。

如表1所示，在25V以及15μF下测量了本发明的实施例1、以及比较例1和比较例2的钽电容器的性能，具体为电容C、阻尼系数DF、等效串联电阻ESR、以及LC缺陷。

表1

	C(μF)	DF(％)	ESR(mΩ)	LC
					本发明的实施例1	14.4	0.9	38	0.23
比较例1	14.5	1.2	39	0.72
					比较例2	14.6	1.2	37	1.03

如在表1中看到的，本发明的实施例1(其中利用聚合物悬浮液进行化学重整)的钽电容器表现出基本上与比较例1和2(其采用磷酸，即常规化学重整溶液)的钽电容器基本上相似的性能。因此，根据本发明已经发现可以用更简化和更高效的方法来制造钽电容器，同时保持相似的性能。

本发明的实施例仅是示例性的而不是限制本发明。具有与本发明权利要求的技术特征基本上相同的结构和操作效果的实施方式将落入本发明的技术范围内。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，制造钽电容器的方法不需要用于化学重整的清洗设备，从而确保用更简单和经济的设备来实现该方法。

而且，在该制造方法中，不需要除去杂质(用作化学重整溶液的溶剂)的常规清洗步骤。在聚合物悬浮液(聚合物以纳米尺寸分散在其中)中存在的聚合物颗粒用于施加电压。因此，留在产品中的聚合物颗粒不会充当杂质而是增强产品容量。也就是说，该制造方法消除了对于常规化学重整是必要的清洗步骤，并且使产品没有杂质，同时残余物使产品具有更好的特性。这就可以以更简化和更高效的方法来制造钽电容器。因此，就可以更经济地制造更高性能的钽电容器。

此外，在对形成在颗粒外部的聚合物层进行化学重整以后，高温清洗和干燥会引起聚合物层从该颗粒脱落或使聚合物层本身开裂。然而，本发明的化学重整仅涉及干燥步骤，从而克服了破坏可靠性的脱落和裂纹的问题。

虽然结合示例性实施例示出并描述了本发明，但对于本领域技术人员来说显而易见的是：在不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和变化。

Claims (11)

1.一种制造钽电容器的方法，所述方法包括：

通过烧结钽粉末来制备钽颗粒；

氧化所述钽颗粒以在其表面上形成介电层；

在其表面上有所述介电层形成的所述钽颗粒上形成聚合物层；以及

将在其表面上有聚合物层形成的所述钽颗粒浸入有纳米级聚合物悬浮在其中的聚合物悬浮液中以进行化学重整。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成聚合物层包括将所述钽颗粒浸入包含单体和氧化剂的溶液中，以使在所述钽颗粒上进行聚合物聚合反应。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述单体包括选自由噻吩单体、酰亚胺单体、吡咯单体、苯胺单体和呋喃单体组成的组中的一种。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述氧化剂包括氯化铁和过硫酸铵中的一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成聚合物层包括：

通过将所述钽颗粒浸入在所述聚合物悬浮液中而将聚合物沉积在所述钽颗粒上，所述钽颗粒在其表面上有所述介电层形成；以及

干燥其上沉积有所述聚合物的钽颗粒。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述钽颗粒的干燥是在25℃至260℃的温度下进行的。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，重复所述聚合物的沉积和所述钽颗粒的干燥直到所述聚合物被完全沉积。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述聚合物的沉积和所述钽颗粒的干燥重复进行四次或多于四次。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物悬浮液是导电的聚合物悬浮液。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述导电的聚合物包括选自由聚噻吩、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺和聚呋喃组成的组中的一种。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物悬浮液包含导电的聚合物和分散剂。

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