CN103366963A - 高温片式钽电容器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温片式钽电容器及其制作方法。所述高温片式钽电容器制作方法包括：阳极设计：按2～6倍额定电压的形成电压计算钽粉重量，烧结成多孔基体阳极钽芯；形成介质膜：选用电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇的水溶液作为形成液，在阳极钽芯表面形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；二氧化锰阴极制造：阳极钽芯放入不同比重的硝酸锰中，反复操作后形成二氧化锰阴极层；组装高温片式钽电容器。本发明可以耐受200℃高温，具有很好的耐高温能力，本发明体积小、性能优良稳定，能广泛运用在飞机机头或导弹等电源控制部位、石油钻井的电子线路等领域。

Description

高温片式钽电容器及其制作方法

技术领域

本发明涉及电子元器件领域，尤其是一种高温片式钽电容器及其制作方法。

背景技术

    目前，随着科技力量的飞速发展，人类对地球内部以及外太空的探索越来越深入，这对电子元器件提出了更高的要求，而片式钽电容器作为钽电解电容器中的一个重要分支，广泛应用于移动通讯、程控交换机、笔记本电脑、掌上电脑、商务通、计算机、摄录两用机、汽车电子等小型整机电子设备的表面贴装设备，同时也在航空、航天、海（地）缆、通信、石油钻井等方面， 超薄、大容量、低等效串联电阻、高频、高温、高可靠性是其主要发展方向。

现在国内片式钽电容器还没有175℃及以上高温的产品，已经适应不了对温度有要求的整机电子线路，为了解决这一问题，迫切需要有一种高温片式钽电容，能广泛运用在飞机机头或导弹等电源控制部位、石油钻井的电子线路等领域。

现有技术中，申请号为200810226107.2的发明公开一种固体片式钽电解电容器及其制造方法，包括:按6.0～8.0克/CC的压制密度将比容为6000～10000UUF.V/G、击穿电压达到240V的片式钽粉末压成带钽丝引出线的坯块,对坯块在1600～1800℃温度,真空度达到5×0.0004PA的条件下进行真空烧结,对烧结后的坯块在出炉时进行钝化处理;在60～85℃温度下,将烧结后的坯块放入装有磷酸乙二醇体系的电解液形成槽内,使用直流电压在坯块表面生成耐压达到63V额定电压要求厚度的介质层;将生成介质层的所述坯块,采用反复浸渍法使用硝酸锰溶液在坯块表面形成二氧化锰层作为阴极,并形成阴极引出层;将所述坯块的钽丝引出线粘结到对应壳号的外壳金属框架引线上,封装后即得耐压可达63V钽电解电容器。申请号为200810226399.X的发明公开了一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法，电容器包括:在封装外壳内设有钽电容颗粒,所述钽电容颗粒由带钽丝引出线的钽块阳极、介质层和高分子阴极层构成,钽块阳极外包覆介质层,介质层外包覆高分子阴极层,高分子阴极层的高频电导率为20S/CM,将所述钽块阳极的钽丝引出线与封装外壳的阳极引出线电连接,高分子阴极层与封装壳体的阴极引出线电连接。该钽电解电容器以3,4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极,使钽电解电容器的阴极阻抗可以相比二氧化锰阴极降低一个数量级,并使其工作频率也可以提高一到二个数量级,具有出色的高频性能,也有效提高安全性,当使用中出现意外的击穿时,不会像二氧化锰作阴极的产品那样起火燃烧或爆炸。申请号为201110123457.8的发明公开了一种两步法PEDT阴极片式钽电解电容器制造方法,采用两步法制作阴极片式钽电解电容器,所述的两步法是采用先含浸氧化剂,再含浸单体,使之聚合形成PEDT来制作阴极片式钽电解电容器的方法;全过程均在常温条件下反应。制造方法工艺包括:A:将钽粉加入一定量的粘合剂压模成型,高温烧结挥发粘合剂并使钽粉有效粘结,形成多孔的钽阳极块,再在酸性溶液中施加直流电压电解使钽粉表面氧化生成无定形电介质层Ta2O5;B:将生成电介质层的阳极块反复浸入氧化剂及单体溶液反应形成具有一定厚度的导电聚合物PEDT层,即负极;C:将生成PEDT层的阳极块分别浸入石墨、银浆并分别高温固化,然后装配、塑封、老化测试、标记包装成电容器产品。以上现有技术，在耐高温能力、体积小、性能优良稳定等方面存在一定的不足，不能很好地解决上述技术问题，有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有片式钽电容器不能承受高温工作环境的缺点，提供一种可以耐受200℃高温的片式钽电容器及其制作方法，该电容器具有很好的耐高温能力，体积小、性能优良稳定。

 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：针对传统的片式钽电容器制作方法，在阳极设计时充分考虑到产品在高温下的工作状态，采用颗粒粒度比较均匀、粒径较大的钽粉进行成型压制，介质膜形成时提高了形成电压，调整了形成电流密度等，以得到厚度均匀一致、质量好的五氧化二钽介质膜，同时在封装时选用了膨胀系数更接近钽金属的耐高温的环氧树脂进行模压塑封，确保产品在高温环境下性能不易受到破坏。

所述高温片式钽电容器制作方法包括如下步骤：

A．阳极设计：选用颗粒粒度均匀、粒径较大的钽金属粉末，按2~6倍额定电压的形成电压计算钽粉重量，按照预定的压制密度压制成方块状，插入钽丝，压制前对成型模具表面进行特殊处理，以保证形成的钽块表面光滑一致，然后在高温及真空条件下烧结成多孔基体阳极钽芯；

    B．形成介质膜：对上述阳极钽芯进一步制作，选用电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇的水溶液作为形成液，用2~6倍额定电压的形成电压、10~75mA/g的电流密度进行恒流升压，到压后再进行恒压降流，然后再在300℃～450℃的高温下进行热处理，在阳极钽芯表面形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；

    C. 二氧化锰阴极制造：将上述形成好五氧化二钽介质膜的阳极钽芯放入不同比重的硝酸锰溶液中进行浸渍、高温水汽分解，反复操作后形成二氧化锰阴极层；

    D. 组装高温片式钽电容器：选用耐高温的正极引线框，将形成好二氧化锰阴极层的阳极钽芯用特殊的粘接银浆贴装在上面，通过点焊或激光焊焊接的方式连接阳极钽芯的钽丝与正极引线框，选用可以耐200℃高温的环氧树脂进行模压封装，然后在120℃～250℃之间的某一个温度下固化1～6小时。

在上述步骤C中，为得到好的阴极层，可对硝酸锰溶液进行掺杂处理，加入的掺杂剂为氧化锌、硝酸铵、无水乙醇等其中的一种或多种，掺杂比例为1%～6%。

    所述高温片式钽电容器，包括负极托片、粘接银浆、阳极钽芯、钽丝、正极引线框和封装在高温片式钽电容器外层的环氧树脂，所述负极托片通过粘接银浆连接在阳极钽芯上，所述高温片式钽电容器采用多芯结构，包括两个或两个以上阳极钽芯和两根或两根以上分别连接在阳极钽芯上的钽丝，所述阳极钽芯均通过粘接银浆连接在一起，所述钽丝均被并列点焊在正极引线框上。

本发明采用一个或多个烧结式钽阳极，以五氧化二钽为介质膜，被覆二氧化锰层作为阴极，环氧树脂模压包封，为片式单体电容器；采用特殊的阳极设计、介质膜形成方法及阴极被覆方法，选用耐高温的正极引线框以及环氧树脂进行封装，其电性能及物理性能能在200℃及以下的环境下正常工作。本发明克服了现有片式钽电容器不能承受高温工作环境的缺点，可以耐受200℃高温，具有很好的耐高温能力，本发明体积小、性能优良稳定，能广泛运用在飞机机头或导弹等电源控制部位、石油钻井的电子线路等领域。

附图说明

图1为本发明高温片式钽电容器剖视图；

图2为本发明高温片式钽电容器单芯结构示意图；

图3为本发明高温片式钽电容器双芯结构示意图；

图4为本发明高温片式钽电容器多芯结构示意图。

    其中：1、负极托片，2、粘接银浆，3、阳极钽芯，4、钽丝，5、正极引线框，6、环氧树脂。

具体实施方式   

    下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

    实施例一

 图1及图2给出了本发明的一种基本结构示意图，通过附图可以看出，本发明为一种片式固体电解质钽电容器，在结构上与传统的片式固体电解质钽电容器结构方式基本相同，先按照设计将钽粉颗粒压制成型，进行真空烧结得到阳极钽芯3，之后通过电化学形成五氧化二钽介质膜，再在上面被覆二氧化锰作为阴极，最后进行芯块组装，用环氧树脂6模压塑封出产品。但因为是高温产品，因此采取了新的制作工艺，具体如下：

 A．阳极设计：选用颗粒粒度均匀、粒径较大的钽金属粉末，按2~6倍额定电压的形成电压计算钽粉重量，按照预定的压制密度压制成方块状，插入钽丝，压制前对成型模具表面进行特殊处理，以保证形成的钽块表面光滑一致，然后在高温及真空条件下烧结成多孔基体阳极钽芯；

    B．形成介质膜：对上述阳极钽芯进一步制作，选用电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇的水溶液作为形成液，用2~6倍额定电压的形成电压、10~75mA/g的电流密度进行恒流升压，到压后再进行恒压降流，然后再在300℃～450℃的高温下进行热处理，在阳极钽芯表面形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；

    C. 二氧化锰阴极制造：将上述形成好五氧化二钽介质膜的阳极钽芯放入不同比重的硝酸锰溶液中进行浸渍、高温水汽分解，反复操作后形成二氧化锰阴极层；

    D. 组装高温片式钽电容器：选用耐高温的正极引线框，将形成好二氧化锰阴极层的阳极钽芯用特殊的粘接银浆贴装在上面，通过点焊或激光焊焊接的方式连接阳极钽芯的钽丝与正极引线框，选用可以耐200℃高温的环氧树脂进行模压封装，然后在120℃～250℃之间的某一个温度下固化1～6小时。

    实施例二

    图1及图3给出了本发明的一种双芯结构示意图，所述高温片式钽电容器，包括负极托片1、粘接银浆2、阳极钽芯3、钽丝4、正极引线框5和封装在高温片式钽电容器外层的环氧树脂6，所述负极托片1通过粘接银浆2连接在阳极钽芯3上，所述高温片式钽电容器采用双芯结构，包括两个阳极钽芯3和两根分别连接在两个阳极钽芯3上的钽丝4，两个阳极钽芯3粘接银浆2连接在一起，两根钽丝4被并列点焊在正极引线框5上。

实施例二与实施例一的工作原理和制作方法相同，只是本例中阳极芯块采取了双芯的结构，在图3中，阳极钽芯3通过粘接银浆2连接在一起，钽丝被并列点焊在正极引线框5上。

    实施例三

    图1及图4给出了本发明的另一种多芯结构示意图，所述高温片式钽电容器包括负极托片1、粘接银浆2、阳极钽芯3、钽丝4、正极引线框5和封装在高温片式钽电容器外层的环氧树脂6，所述负极托片1通过粘接银浆2连接在阳极钽芯3上，所述高温片式钽电容器采用多芯结构，包括三个(也可以是三个以上）阳极钽芯3和三根（也可以三根以上）分别连接在阳极钽芯3上的钽丝4，阳极钽芯3均通过粘接银浆2连接在一起，钽丝4均被并列点焊在正极引线框5上。

实施例三与实施例一的工作原理和制作方法相同，只是本例中阳极钽芯采取了多芯结构，在图4中，阳极钽芯3均通过粘接银浆2连接在一起，钽丝均被并列点焊在正极引线框5上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高温片式钽电容器制作方法，包括如下步骤：

A．阳极设计：选用颗粒粒度均匀、粒径较大的钽金属粉末，按2~6倍额定电压的形成电压计算钽粉重量，按照预定的压制密度压制成方块状，插入钽丝，在高温及真空条件下烧结成多孔基体阳极钽芯；

B．形成介质膜：对上述阳极钽芯进一步制作，选用电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇的水溶液作为形成液，用2~6倍额定电压的形成电压、10~75mA/g的电流密度进行恒流升压，到压后再进行恒压降流，然后再在300℃～450℃的高温下进行热处理，在阳极钽芯表面形成五氧化二钽介质膜；

C. 二氧化锰阴极制造：将上述形成好五氧化二钽介质膜的阳极钽芯放入不同比重的硝酸锰溶液中进行浸渍、高温水汽分解，反复操作后形成二氧化锰阴极层；

D. 组装高温片式钽电容器：选用耐高温的正极引线框，将形成好二氧化锰阴极层的阳极钽芯用粘接银浆贴装在上面，通过点焊或激光焊焊接的方式连接阳极钽芯的钽丝与正极引线框，选用耐200℃高温的环氧树脂进行模压封装，然后在120℃～250℃之间的某一个温度下固化1～6小时。

2.根据权利要求1所述的高温片式钽电容器制作方法，其特征是，在步骤C中，对硝酸锰溶液进行掺杂处理，加入的掺杂剂为下列掺杂剂中的一种或多种：氧化锌、硝酸铵、无水乙醇，掺杂比例为1%～6%。

3.一种高温片式钽电容器，包括负极托片（1）、粘接银浆（2）、阳极钽芯（3）、钽丝（4）、正极引线框（5）和封装在高温片式钽电容器外层的环氧树脂（6），所述负极托片（1）通过粘接银浆（2）连接在阳极钽芯（3）上，其特征是，所述高温片式钽电容器采用多芯结构，包括两个或两个以上阳极钽芯（3）和两根或两根以上分别连接在阳极钽芯（3）上的钽丝（4），所述阳极钽芯（3）均通过粘接银浆（2）连接在一起，所述钽丝（4）均被并列点焊在正极引线框（5）上。

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