CN103310981B

CN103310981B - 全钽气密封电容器的制备方法

Info

Publication number: CN103310981B
Application number: CN201310276597.8A
Authority: CN
Inventors: 焉波; 方鸣; 王安玖; 冯建华; 王刚; 潘齐凤; 彭丹
Original assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Current assignee: China Zhenhua Group Xinyun Electronic Components Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: CN103310981A

Abstract

本发明公开了一种全钽气密封电容器的制备方法，属于电容器制造方法；旨在提供一种非固体钽电解电容器的电容器制造方法。其方法是将压制密度为5.5～7.5g/㎝³的生坯煅烧成阳极钽块后浸入电解液中按分级升压的方式进行电化学处理，将制备有介质氧化膜的阳极钽块进行真空热处理后浸入磷酸中进行第二次电化学处理，将经过第二次电化学处理的阳极钽块洗净烘干后封装于钽外壳中制成电容器产品，将该电容器产品放入老炼设备中进行升温、通电老化锻炼。采用本发明方法制备的电容器产品具有等效串联电阻低、漏电流小、阻抗低、电容量变化小等特点。

Description

全钽气密封电容器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种非固体全钽电解电容器的制造方法，尤其涉及一种中低压大容量非固体全钽电解电容器的制备方法。

背景技术

非固体全钽电解电容器是应用最为广泛的电子元件之一。目前，非固体全钽电解电容器的制造方法是：将经过高温真空烧结的阳极钽块浸入酸性溶液中进行电化学处理，使该阳极钽块的表面形成一层五氧化二钽介质氧化膜，然后将该阳极钽块装入盛有液态电解质的钽外壳中进行焊接封装，最后焊接上阳极引出线。用这种方法制造的电容器产品，其阳极钽块表面的介质氧化膜存在强度低、致密度差、表面光滑度不好等缺陷，因此电容器产品等效串联电阻高、漏电流大、阻抗高、电容量变化大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种全钽气密封电容器的制备方法，利用该方法制备的电容器产品具有等效串联电阻低、漏电流小、阻抗低、电容量变化小等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括制备阳极钽块、在阳极钽块表面制备介质氧化膜、电容器组装、产品老炼；具体步骤如下：

1）将加热至75～90℃的钽粉与粘合剂混匀，模压成压制密度为5.5～7.5g/㎝³的生坯，将该生坯在1320～1650℃条件下煅烧20～40分钟，得阳极钽块；

2）将阳极钽块浸入由磷酸和乙二醇混合而成的电解液中进行电化学处理，以电容器额定电压的0.15～0.3倍为起始电压、按0.25～0.35mA/CV的升压电流密度将电压至30V，然后再按0.22mA/CV的升压电流密度将电压从30V升至电容器额定电压的1.5倍；所述电解液中磷酸的体积百分比浓度为0.5～1%、乙二醇的体积百分比浓度为55～70%、其余为水；

3）将经过电化学处理的阳极钽块放入真空度为2x10^-3Torr以上、温度为340～360℃的真空炉中热处理25～30分钟；

4）将经过热处理的阳极钽块浸入温度为70～90℃、体积百分比浓度为0.2～1%的磷酸中进行第二次电化学处理，处理时间为3小时、电压为电容器额定电压的1.5倍；

5）将经过第二次电化学处理的阳极钽块洗净、烘干后与电解质封装于钽外壳中，制得电容器；

6）将所述电容器送入老炼设备中施加3～5V电压，并在1～2小时内将老炼设备从室温升至85℃；

7）按1V/6min的速度将施加在电容器上的电压升至电容器的额定电压；

8）将所述老炼设备的温度升至125℃，并将施加在电容器上的电压降至电容器额定电压的0.63倍，维持1～2小时；

9）将老炼设备的温度降至85℃，并将施加在电容器上的电压升至电容器额定电压的1～1.1倍，维持48～96小时。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以采用以下优选方案：步骤1）中的环境温度为在80℃、阳极钽块的密度为6～7g/㎝³、煅烧温度为1550～1650℃、煅烧时间为30分钟；步骤2）中的起始电压为电容器额定电压的0.2～0.25倍、第一次升压的电流密度为0.3mA/CV，电解液中磷酸的浓度为0.75%、乙二醇的浓度为60%；步骤4）中磷酸的温度为85℃、磷酸浓度为0.5%；步骤9）中的老炼时间为60～80小时。

与现有技术比较，本发明由于采用了热混粉工艺、介质氧化膜两次形成工艺、热处理工艺、以及产品分步老炼工艺，因此能够提高介质氧化膜的质量，从而能够降低电容器产品的效电阻、漏电流、阻抗、以及电容量变化等电参数；具体分析如下：

1、由于采用了热混粉工艺，同时将生坯的压制密度控制在5.5～7.5g/㎝³之间，因此在提高了生坯强度的同时，又能确保烧结后阳极钽块具备合理空隙度和开孔率；

2、由于选用了磷酸与乙二醇配制的电解液，因此既可保证电解液具有较高的闪火电压、又能有效防止介质氧化膜晶化，从而可改善电容器产品的电性能；

3、由于在第一次电化学处理中，在中低电压段先采用较大的升压电流密度进行升压，因此能提高介质氧化膜形成的速度；在高电压段采用较小的升压电流密度进行升压，因此能够使阳极基体温升缓慢而均匀，防止介质氧化膜晶化；

4、第二次电化学处理可在原介质氧化膜的表面形成一层致密的介质氧化膜，不仅提高了阳极钽块表面介质膜的厚度、强度和整流性能，而且还可修复原介质氧化膜的表面缺陷，介质氧化膜更加均匀光滑；

5、由于热处理工艺可破坏掉形成过程中靠近基体表面有明显缺陷的氧化膜，使得钽基体从钽氧化物中吸取氧，钽金属—氧化物界面会向氧化物转化，从而减小电介质的有效厚度，去掉基体表面的毛刺，使介质氧化膜更加致密均匀，提高了电容器产品的电性能参数；

6、由于采用了产品分步老炼工艺，因此不仅能够使有瑕疵的介质氧化膜得以修复，而且还能够及时发现并剔除有缺陷的产品。

以下是采用本发明方法制造的规格为30V3300μF、35V1500μF和50V1500μF电容器与Vishay公司ST/STE型同规格产品的一组对比数据：

从上述实验数据可以看出，本发明方法制造的电容器其电容量、等效串联电阻ESR、漏电流等电性能参数均满足Vishay公司ST/STE型同规格产品标准要求。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

1）将加热至90℃的钽粉与硬脂酸钠混匀，模压成压制密度为5.5g/㎝³的生坯，将该生坯在1650℃条件下煅烧20分钟，得阳极钽块；

2）将阳极钽块浸入由磷酸和乙二醇混合而成的电解液中进行电化学处理，以电容器额定电压的0.3倍为起始电压、按0.25mA/CV的升压电流密度将电压至30V，然后再按0.22mA/CV的升压电流密度将电压从30V升至电容器额定电压的1.5倍；所述电解液中磷酸的体积百分比浓度为1%、乙二醇的体积百分比浓度为55%、其余为水；

3）将经过电化学处理的阳极钽块放入真空度为2x10^-3Torr以上、温度为360℃的真空炉中热处理25分钟；

4）将经过热处理的阳极钽块浸入温度为90℃、体积百分比浓度为0.2%的磷酸中进行电化学处理，处理时间为3小时、电压为电容器额定电压的1.5倍；

5）将经过第二次电化学处理的阳极钽块浸入60～80℃的去离子水中煮洗100～120分钟，取出烘干后按常规方法将其与电解质封装于钽外壳中，制得电容器；

6）将所述电容器送入老炼设备中施加3V电压，并在2小时内将老炼设备从室温升至85℃；

8）将所述老炼设备的温度升至125℃，并将施加在电容器上的电压降至电容器额定电压的0.63倍，维持1小时；

9）将老炼设备的温度降至85℃，并将施加在电容器上的电压升至电容器额定电压的1.1倍，维持48小时。

实施例2

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中的钽粉温度为75℃、生坯的压制密度为7.5g/㎝³、煅烧温度为1320℃、煅烧时间为40分钟；步骤2）中的起始电压为电容器额定电压的0.15倍、第一次升压的升压电流密度为0.35mA/CV，电解液中磷酸的体积百分比浓度为0.5%、乙二醇的体积百分比浓度为70%、其余为水；步骤3）中的热处理温度为340℃、热处理时间为30分钟；步骤4）中磷酸的温度为70℃、磷酸浓度为1%；步骤6）中的时间为1小时；步骤8）中的时间为2小时；步骤9）中施加在电容器上的电压为电容器额的定电压、维持时间为96小时。

实施例3

各步骤同实施例1；其中，步骤1）中的钽粉温度为85℃、生坯的压制密度为6.5g/㎝³、煅烧温度为1485℃、煅烧时间为30分钟；步骤2）中的起始电压为电容器额定电压的0.25倍、第一次升压的升压电流密度为0.3mA/CV，电解液中磷酸的体积百分比浓度为0.75%、乙二醇的体积百分比浓度为62%、其余为水；步骤4）中磷酸的温度为85℃、磷酸浓度为0.5%；步骤9）中维持时间为74小时。

实施例4

各步骤同实施例3；其中，步骤1）中生坯的压制密度为6g/㎝³、煅烧温度为1600℃；步骤2）中的起始电压为电容器额定电压的0.2倍；步骤9）中维持时间为80小时。

实施例5

各步骤同实施例3；其中，步骤1）中生坯的压制密度为7g/㎝³、煅烧温度为1550℃；步骤9）中维持时间为60小时。

Claims

1.一种全钽气密封电容器的制备方法，包括制备阳极钽块、在阳极钽块表面制备介质氧化膜、电容器组装、产品老炼；其特征在于具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的全钽气密封电容器的制备方法，其特征在于：步骤1）中阳极钽块的压制密度为6～7g/㎝³、煅烧温度为1550～1650℃、煅烧时间为30分钟；步骤2）中的起始电压为电容器额定电压的0.2～0.25倍、第一次升压的电流密度为0.3mA/CV，电解液中磷酸的浓度为0.75%、乙二醇的浓度为62%；步骤4）中磷酸的温度为85℃、磷酸浓度为0.5%；步骤9）中的老炼时间为60～80小时。