CN104240955A - 一种钽电解电容器及其制造方法 - Google Patents

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王刚
熊远根
胡鑫利
敬通国
刘承艳
叶虎
杨生川
刘兵
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Abstract

本发明提供了一种钽电解电容器，包括正极端、负极端、阴极和阳极钽芯；所述阳极钽芯为长方体形，所述阴极覆盖于阳极钽芯外表面，所述阳极钽芯的一或两个面上设置有正极端，所述正极端的一端穿过阴极嵌在阳极钽芯内，另一端置于阴极的外侧，所述正极端与阴极的接触部位由五氧化二钽介质膜绝缘；所述阴极的非正极引出面的其中一或两个面的外侧与负极端连接。本发明通过将电容器本身不能阻碍干扰信号的有害的等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL转换为滤波电路中可以阻碍干扰信号的有益的ESR和ESL，可以极大程度地消除电容器本身的ESR和ESL对滤波效果的影响，克服现有钽电解电容器结构的缺陷，提高电容器的高频性能，拓展其应用领域，使用简单、效果明显的特点。

Description

一种钽电解电容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钽电解电容器及其制造方法。
背景技术
钽电解电容器因其体积小、容量大、温度特性好、稳定性和可靠性高等优点被广泛应用于航天、航空、电子、兵器、船舶、通信及医疗电子等各类高端电子装备。随着电子装备不断朝小型化方向发展，而小型化发展的特征之一是工作频率越来越高，对电子元器件的工作频率提出了更高的要求。为此，钽电容器制造行业一直在为不断降低钽电容器的ESR和ESL做持续不断的努力，然而，受限于现有设计、阴极材料和制造技术，钽电容器寄生的ESR和ESL已降到了目前技术条件下的极限值。相比陶瓷电容器而言，钽电容器寄生的ESR和ESL相对较大，因而不能适应高频化的发展需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种钽电解电容器，该钽电解电容器通过将其寄生的ESR和ESL对电路的有害影响转换为有益作用，最大限度提高其滤波效果，解决了钽电容器不能适应高频化的发展需求的问题。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种钽电解电容器，包括正极端、负极端、阴极和阳极钽芯；所述阳极钽芯为长方体形，所述阴极覆盖于阳极钽芯外表面，所述阳极钽芯的一或两个面上设置有正极端，所述正极端的一端穿过阴极嵌在阳极钽芯内，另一端置于阴极的外侧，所述正极端与阴极的接触部位由五氧化二钽介质膜绝缘；所述阴极的非正极引出面的其中一或两个面的外侧与负极端连接。
所述正极端包括正极输出端和正极输入端，所述正极输出端和正极输入端分别穿过阴极的两侧面并嵌在阳极钽芯内。
所述负极端包括负极输入端和负极输出端，所述负极输入端和负极输出端分别与阴极的非正极引出面的其中两个侧面连接。
所述阴极和负极输入端之间、阴极和负极输出端之间还分别依次设有中间过渡材料石墨层、浸渍银浆层和粘接银浆层。
所述阴极的材质为二氧化锰、导电聚合物或非固体电解质材料。
所述阴极和阳极钽芯之间还有一层五氧化二钽介质膜。
一种钽电解电容器的制造方法；包括以下步骤：
①将钽粉压制成型；压制成型时，仅在钽芯的一端插入两根钽丝，或在钽芯的两端插入两根钽丝作为正极引出端；或将一根钽丝弯折后插入钽芯，引出两端作为两个正极引出端；
②将钽芯进行高温烧结；
③通过电化学的方法在多孔的钽芯内、外表面和钽丝的外表面形成五氧化二钽介质膜；
④在五氧化二钽介质膜表面通过高温热分解方法生成二氧化锰固态阴极；
⑤在钽芯的一或两个非钽丝引出面上浸渍石墨和银浆，再通过粘接银浆或其他粘接材料连接金属导体，作为负极引出端；
⑥从钽芯上的钽丝的外端通过焊接方法引出具有可焊性的金属片或金属丝，作为正极引出端；
⑦将钽芯进行封装。
所述步骤④换成采用聚合方法生成导电聚合物生成聚合物固态阴极，或者通过浸渍导电溶液作为液态阴极。
所述步骤⑥中的焊接方法为电阻焊、激光焊。
所述步骤⑦中的封装方式是模压塑封、陶瓷封装、金属外壳封装。
本发明的有益效果在于：通过钽电解电容器引出端连接方法的创新，将电容器本身不能阻碍干扰信号的有害的等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL转换为滤波电路中可以阻碍干扰信号的有益的ESR和ESL，可以极大程度地消除电容器本身的ESR和ESL对滤波效果的影响，将电容器本身寄生的ESR和ESL对电路的影响降低到极限值，克服现有钽电解电容器结构的缺陷，提高电容器的高频性能，拓展其应用领域，具有设计新颖、使用简单、效果明显的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明钽电解电容器的等效电路图；
图3是传统钽电解电容器的等效电路；
图4是本发明中阳极钽芯的局部放大图；
图中：1-正极输出端，2-阴极，3-石墨层，4-浸渍银浆层，5-粘接银浆层，6-负极输入端，7-正极输入端，8-负极输出端，9-阳极钽芯，10-五氧化二钽介质膜。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1和图2所示的一种钽电解电容器，包括正极输出端1、阴极2、负极输入端6、正极输入端7、负极输出端8和阳极钽芯9；所述阳极钽芯9为长方体形，所述阴极2覆盖于阳极钽芯9外表面，所述阳极钽芯9的两个面上设置有正极端，所述正极端包括正极输出端1和正极输入端7，所述正极输出端1和正极输入端7的一端分别穿过阴极2的两侧面并嵌在阳极钽芯9内,另一端置于阴极2的外侧，所述正极端与阴极2的接触部位由五氧化二钽介质膜10绝缘；所述阴极2的非正极引出面的其中两个面的外侧与负极端连接；所述负极端包括负极输入端6和负极输出端8，所述负极输入端6和负极输出端8分别与阴极2的非正极引出面的其中两个侧面连接。
所述阴极2和负极输入端6之间、阴极2和负极输出端8之间还分别依次设有中间过渡材料石墨层3、浸渍银浆层4和粘接银浆层5。
所述阴极2的材质为二氧化锰、导电聚合物或非固体电解质材料。
如图4所示，所述阴极2和阳极钽芯9之间还有一层五氧化二钽介质膜10。
一种钽电解电容器的制造方法；包括以下步骤：
①将钽粉压制成型；压制成型时，仅在钽芯的一端插入两根钽丝，或在钽芯的两端插入两根钽丝作为正极引出端；或将一根钽丝弯折后插入钽芯，引出两端作为两个正极引出端；
②将钽芯进行高温烧结；一是可以去除钽芯内的杂质，二是提高钽芯的机械强度；
③通过电化学的方法在多孔的钽芯内、外表面和钽丝的外表面形成五氧化二钽介质膜；
④在五氧化二钽介质膜表面通过高温热分解方法生成二氧化锰固态阴极；
⑤在钽芯的一或两个非钽丝引出面上浸渍石墨和银浆，再通过粘接银浆或其他粘接材料连接金属导体，作为负极引出端；
⑥从钽芯上的钽丝的外端通过焊接方法引出具有可焊性的金属片或金属丝，作为正极引出端；
⑦将钽芯进行封装。
所述步骤④换成采用聚合方法生成导电聚合物生成聚合物固态阴极，或者通过浸渍导电溶液作为液态阴极。
所述步骤⑥中的焊接方法为电阻焊、激光焊。
所述步骤⑦中的封装方式是模压塑封、陶瓷封装、金属外壳封装。
如图3所示的传统钽电解电容器的等效电路，图中的ESR和ESL串联在电容器支路中，由于ESR和ESL对高频干扰信号具有阻碍作用，因而高频干扰信号不能通过电容器支路而流入负载，不利于滤除干扰信号。
通过电容器阳极和阴极引出方式的创新，将电容器本身寄生的、串联在电容器支路中难以消除的、不利于吸收干扰信号的ESR和ESL，转变为串联在电路中的、可以阻碍干扰信号的ESR和ESL，显著提高电容器的滤波效果。由本发明电容器的等效电路图可以看出，本发明中的电容器有4个引出端，具体为2个正极端和2个负极端，2个正极端分为输入端和输出端串联到电路中，从而将传统钽电解电容器中单端正极引入的ESR和ESL分量转换为电路中串联的ESR1、ESR2、ESL1和ESL2；负极端与正极端原理相同，将传统钽电解电容器中单端负极引入的ESR和ESL分量转换为电路中串联的ESR3、ESR3、ESL4和ESL4。
在已经生成二氧化锰层的阳极钽芯外表面沉积上一层石墨层，再在石墨层上浸渍上一层银浆，最后通过粘接银浆将电容器的阴极从金属导体上引出作为电容器的负极引出端。在沉积上石墨层后，传统电容器在整个石墨层表面浸渍上一层银浆，然后利用粘接银浆和金属导体通过钽芯的一个面引出负极；而本发明的做法是，在沉积上石墨层后，只在两个对侧面分别浸渍银浆层，然后在浸渍银浆层上通过粘接银浆和金属导体分别引出两个负极端，作为电容器的负极输入端和负极输出端。
本发明中的钽电解电容器在实际生产过程中，可以和传统钽电容器一样，只插入一根钽丝，此时电容器是有一个正极引出端和两个负极引出端的三端元件，但正极引出的ESR和ESL将串联到电容器支路中；也可以在整个非正极引出面上浸渍石墨层、银浆层，并只引出一个阴极，此时电容器是一个有两个正极端和一个负极端的三端元件，但负极引出的ESR和ESL将串联到电容器支路中。
所述的正极输入端7和正极输出端1在使用时可以交换来使用。所述的负极输入端6和负极输出端8在使用时可以交换来使用。
在使用时直流成分将通过电容器的阳极和阴极，电容器的阳极和阴极组成等效直流电路的关键回路，通过电容器的输入端和输出端形成负载回路电流。
所述的四端引出无感无阻钽电解电容器在使用时也可以将正极输入端7和正极输出端1并联起来作为正极端、负极输入端6和负极输出端8并联起来作为负极端进行使用；也可以只将正极输入端7和正极输出端1并联，而负极输入端6和负极输出端8则串联在电路中，作为三端电容器来使用；或者只将负极输入端6和负极输出端8并联，而正极输入端7和正极输出端1则串联在电路中，作为三端电容器来使用。

Claims (11)

1.一种钽电解电容器，包括正极端、阴极(2)、负极端和阳极钽芯(9)，其特征在于：所述阳极钽芯(9)为长方体形，所述阴极(2)覆盖于阳极钽芯(9)外表面，所述阳极钽芯(9)的一或两个面上设置有正极端，所述正极端的一端穿过阴极(2)嵌在阳极钽芯(9)内，另一端置于阴极(2)的外侧，所述正极端与阴极(2)的接触部位由五氧化二钽介质膜(10)绝缘；所述阴极(2)的非正极引出面的其中一或两个面的外侧与负极端连接。
2.如权利要求1所述的钽电解电容器，其特征在于：所述正极端包括正极输出端(1)和正极输入端(7)，所述正极输出端(1)和正极输入端(7)分别穿过阴极(2)的两侧面并嵌在阳极钽芯(9)内。
3.如权利要求1或2所述的钽电解电容器，其特征在于：所述负极端包括负极输入端(6)和负极输出端(8)，所述负极输入端(6)和负极输出端(8)分别与阴极(2)的非正极引出面的其中两个侧面连接。
4.如权利要求1所述的钽电解电容器，其特征在于：所述阴极(2)和负极输入端(6)之间、阴极(2)和负极输出端(8)之间还分别依次设有中间过渡材料石墨层(3)、浸渍银浆层(4)和粘接银浆层(5)。
5.如权利要求1所述的钽电解电容器，其特征在于：所述阴极(2)的材质为二氧化锰、导电聚合物或非固体电解质材料。
6.如权利要求1所述的钽电解电容器，其特征在于：所述阴极(2)和阳极钽芯(9)之间还有一层五氧化二钽介质膜(10)。
7.如权利要求1所述的钽电解电容器，其特征在于：所述的钽电解电容器封装材料为模压树脂、金属或者陶瓷。
8.一种钽电解电容器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
①将钽粉压制成型；压制成型时，仅在钽芯的一端插入两根钽丝，或在钽芯的两端插入两根钽丝作为正极引出端；或将一根钽丝弯折后插入钽芯，引出两端作为两个正极引出端；
②将钽芯进行高温烧结；
③通过电化学的方法在多孔的钽芯内、外表面和钽丝的外表面形成五氧化二钽介质膜；
④在五氧化二钽介质膜表面通过高温热分解方法生成二氧化锰固态阴极；
⑤在钽芯的一或两个非钽丝引出面上浸渍石墨和银浆，再通过粘接银浆或其他粘接材料连接金属导体，作为负极引出端；
⑥从钽芯上的钽丝的外端通过焊接方法引出具有可焊性的金属片或金属丝，作为正极引出端；
⑦将钽芯进行封装。
9.如权利要求8所述的钽电解电容器的制造方法，其特征在于：所述步骤④换成采用聚合方法生成导电聚合物生成聚合物固态阴极，或者通过浸渍导电溶液作为液态阴极。
10.如权利要求8所述的钽电解电容器的制造方法，其特征在于：所述步骤⑥中的焊接方法为电阻焊、激光焊。
11.如权利要求8所述的钽电解电容器的制造方法，其特征在于：所述步骤⑦中的封装方式是模压塑封、陶瓷封装、金属外壳封装。
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