CN103093964B

CN103093964B - 一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法

Info

Publication number: CN103093964B
Application number: CN201310034934.2A
Authority: CN
Inventors: 王俊; 蒙勇; 黄艳; 刘峰; 刘一峰; 胡科正
Original assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Current assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103093964A

Abstract

本发明公开了一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，该方法包括将钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液加工阴极外部半导体层、将钽阳极块浸入石墨溶液加工阴极过渡层和涂覆石墨和银浆。该方法通过在钽阳极块表面半导体层与导电层间增加一层过渡层的方法，消除层间接触电阻，使钽电解电容器的ESR值降低30%以上，且该方法工艺操作简单、易控制、效率高，适合工业化大批量生产。

Description

一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法

技术领域

本发明涉及钽电解电容器的制造技术领域，具体涉及一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法。

背景技术

随着电路设计频率的提高，钽电容器的高频等效串联电阻的大小已经成为一个通用的电性能测试指标，根据钽电容器的结构特点，影响高频等效串联电阻的氧化膜层是阳极金属层、介质层、内部电解质层、外部阴极层（包括石墨层和银层）。为此众多的钽电容器制造商对如何降低钽电解电容器的高频等效串联电阻的工艺方法开展了很多研究，如采取减少压制密度、提高阳极钽块孔径、降低硝酸锰溶液浓度增加热分解次数、使用方阻更低的银浆料等来降低内外氧化膜层的等效串联电阻。这些技术的实施，在一定程度上改善了钽电容器的等效串联电阻，但同时增加了生产过程的控制难度以及生产成本。

ESR=ESr_金+ESr_介+ESr_阴

ESr_金由钽金属和阴极金属的电阻决定，是一个固定值；

ESr_介由介质氧化膜电阻决定，当产品规格一定后也是一个固定值；

ESr_阴由内部电解质和外部电解质、导电层的电阻组成。

决定ESr_阴值的外部电解质层的材料是一种半导体材料其电阻率较高且致密，如直接浸涂导电层会使层间的接触电阻增大，在高频条件下产品的等效串联电阻急剧增加。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，利用该方法制作的钽阳极块表面半导体层与导电层间增加一层过渡层的方法，消除层间接触电阻，使钽电解电容器的ESR值降低30%以上。

本发明的目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，该方法包括以下步骤：

（1）阴极外部半导体层的加工：

a、取热分解完浓硝酸锰溶液的钽块，浸入阴极外部半导体层悬浊液中3～5分钟，浸入高度与钽阳极块高度一致；

b、室温存放30～60分钟后，进入120～150℃烘箱烘干30～60分钟；

c、在210～300℃高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液3～8分钟；

（2）阴极过渡层的加工：

d、将钽阳极块浸入浓度为60～70%硝酸锰溶液中2～4分钟；

e、在250～300℃的饱和蒸汽中分解5～10分钟；

f、将钽阳极块浸入过渡层石墨溶液中3～5秒，深度为钽阳极块的1/4～1/2高度；

g、室温存放15～30分钟后，进入150～200℃烘箱烘干30～60分钟；

h、将钽阳极块浸入浓度为60～70%硝酸锰溶液中2～4分钟；

i、在250～300℃的饱和蒸汽中分解5～10分钟；

（3）在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤（2）中过渡层石墨溶液的配制步骤为：

1）取6克胶体石墨，加入1000ml去离子水中；

2）用高速搅拌器搅拌10～15分钟，边搅拌边加入氨水调整PH值为8～11；

3）室温静置2小时，消除溶液内的气泡。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤（1）中阴极外部半导体层悬浊液的配制步骤为：

1）取1000ml浓度为50～70%的硝酸锰溶液；

2）加入80～240g的二氧化锰粉，搅拌30～60分钟；

3）加入气相二氧化硅0.8～12g并用高速搅拌机搅拌30～60分钟；

4）室温静置12～24小时。

与现有技术相比，本发明通过在钽阳极块表面半导体层与导电层间增加一层过渡层的方法，消除层间接触电阻，使钽电解电容器的ESR值降低30%以上，通过在半导体层表面先掺入一种导电物质来降低半导体层表面的电阻率同时减小接触电阻，再和导电层结合在一起，形成一个从半导体到导体间的过渡层来降低产品的高频等效串联电阻；且本发明工艺操作简单、易控制、效率高，适合工业化大批量生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

以CA45型25V47μF为例：取CV值为32000μF.V/g的钽粉150mg，压制成4.8x3.5x1.6mm³、密度为5.3g/cm3的阳极钽块，经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。将钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液为50%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:90g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放30分钟后，进入120℃烘箱烘干30分钟，在210℃的高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液3分钟；将钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解8分钟；将钽阳极块浸入石墨溶液中3秒，深度为钽阳极块的1/4高度，室温存放15分钟后，进入150℃烘箱烘干30分钟；再将钽阳极块浸入浓度为60%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解5分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。随机抽取5支样品测量产品的ESR见表1。

实施例2：

以CA45型25V47μF为例：取CV值为32000μF.V/g的钽粉150mg，压制成4.8x3.5x1.6mm³、密度为5.3g/cm3的阳极钽块，经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。将钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液为70%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:180g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放60分钟后，进入150℃烘箱烘干60分钟，在240℃的高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液6分钟；将钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟；将钽阳极块浸入石墨溶液中5秒，深度为钽阳极块的1/2高度，室温存放30分钟后，进入200℃烘箱烘干60分钟；再将钽阳极块浸入浓度为70%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。随机抽取5支样品测量产品的ESR见表1。

实施例3：

以CA45型16V100μF为例：用CV值为50000μF.V/g的钽粉110mg，压制成4.5x3.4x1.4mm³、密度为5.2g/cm3的阳极钽块。经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。将钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液的二氧化锰为50%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:90g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放30分钟后，进入120℃烘箱烘干30分钟，在210℃高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液3分钟；②钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解8分钟，③钽阳极块浸入石墨溶液中3秒，深度为钽阳极块的1/4高度，室温存放15分钟后，进入150℃烘箱烘干30分钟；④钽阳极块浸入浓度为60%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解5分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

实施例4：

以CA45型16V100μF为例：用CV值为50000μF.V/g的钽粉110mg，压制成4.5x3.4x1.4mm³、密度为5.2g/cm3的阳极钽块。经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液的二氧化锰为50%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:110g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放60分钟后，进入150℃烘箱烘干60分钟，在240℃高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液6分钟；钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟，钽阳极块浸入石墨溶液中5秒，深度为钽阳极块的1/3高度，室温存放30分钟后，进入200℃烘箱烘干60分钟；钽阳极块浸入浓度为70%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

实施例5：

以CA45型10V100μF为例：用CV值为100000μF.V/g的钽粉30mg，压制成2.2x2.0x1.2mm³、密度为5g/cm3的阳极钽块。经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。将钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液的二氧化锰为50%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:90g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放30分钟后，进入120℃烘箱烘干30分钟，在210℃高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液3分钟；钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解8分钟；钽阳极块浸入石墨溶液中3秒，深度为钽阳极块的1/5高度，室温存放15分钟后，进入150℃烘箱烘干30分钟；钽阳极块浸入浓度为60%硝酸锰溶液中2分钟，在250℃的饱和蒸汽中分解5分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

实施例6：

以CA45型10V100μF为例：用CV值为100000μF.V/g的钽粉30mg，压制成2.2x2.0x1.2mm³、密度为5g/cm3的阳极钽块。经赋能后到被膜工序完成分解浓硝酸锰溶液。钽阳极块浸入阴极外部半导体层悬浊液中，悬浊液的二氧化锰为50%硝酸锰溶液：二氧化锰=1000ml:120g，浸入高度与钽块高度齐平，室温存放60分钟后，进入150℃烘箱烘干60分钟，在240℃高温饱和水蒸气条件下分解硝酸锰溶液6分钟；钽阳极块再次浸入浓度为65%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟，钽阳极块浸入石墨溶液中5秒，深度为钽阳极块的1/4高度，室温存放30分钟后，进入200℃烘箱烘干60分钟；钽阳极块浸入浓度为70%硝酸锰溶液中4分钟，在300℃的饱和蒸汽中分解10分钟；在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

根据实施例1、2、3、4、5和6制作相同尺寸要求的阳极钽块100支，按照下列步骤制造钽电容器的外部阴极层抽取5支样品测量产品的ESR见表1。

表1：对比实施例在100kHz条件下测试的等效串联电阻

如上表1所示，采用本技术生产的产品在相同的检测条件下，由于外部阴极层多了一个过渡层相当于使层间的接触电阻减小，产品在高频状态下，ESR值大幅下降。

效果分析如下：表面贴装的片式钽电容器在高频线路中的应用越来越广泛，其高频性能指标100KHz下的ESR已经成为衡量钽电解电容器的重要指标之一，分解钽电解电容器的内部结构发现，其ESR的构成主要是：

ESR=ESr_金+ESr_介+ESr_阴

对于ESr_金和ESr_介一般是一个固定值，设计钽阳极块的形状尺寸等有关，对于外部阴极层来说，为避免石墨颗粒渗透到氧化膜层引起漏电流增大，通常的做法是把外部半导体层即强化层制造得非常致密，使石墨颗粒难以进入外部半导体层中，在半导体层和阴极层间出现一个接触电阻造成高频ESR高。本发明经过分解一次60~70%的硝酸锰溶液保证石墨颗粒既不渗透到介质氧化膜引起漏电流增大又能与二氧化锰颗粒混合在一起来降低表面半导体层的电阻，再与外面的石墨和银浆层连接从而降低了产品的ESR。

Claims

1.一种降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)阴极外部半导体层的加工：

(2)阴极过渡层的加工：

d、将钽阳极块浸入浓度为60～70％硝酸锰溶液中2～4分钟；

e、在250～300℃的饱和蒸汽中分解5～10分钟；

f、将钽阳极块浸入石墨溶液中3～5秒，深度为钽阳极块的1/4～1/2高度；

h、将钽阳极块浸入浓度为60～70％硝酸锰溶液中2～4分钟；

i、在250～300℃的饱和蒸汽中分解5～10分钟；

(3)在钽阳极块表面涂覆石墨和银浆，完成钽电容器的制造。

2.根据权利要求1所述的降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，其特征在于：所述石墨溶液的配制步骤为：

1)取6克胶体石墨，加入1000ml去离子水中；

2)用高速搅拌器搅拌10～15分钟，边搅拌边加入氨水调PH值为8～11；

3)室温静置2小时，消除溶液内的气泡。

3.根据权利要求1所述的降低钽电容器高频等效串联电阻的钽阳极块加工方法，其特征在于：所述阴极外部半导体层悬浊液的配制步骤为：

1)取1000ml浓度为50～70％的硝酸锰溶液；

2)加入80～240g的二氧化锰粉，搅拌30～60分钟；

3)加入气相二氧化硅0.8～12g并用高速搅拌机搅拌30～60分钟；

4)室温静置12～24小时。