CN111048319A - 一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，包括：S1.将钽金属粉末压制成方块状，烧结成多孔基体；S2.将基体浸泡在形成液中，电化学处理形成五氧化二钽介质膜；S3.将3,4‑乙烯二氧噻吩、对甲苯磺酸铁溶解，放入形成介质膜的钽块，提出，加热分解成聚3,4‑乙烯二氧噻吩；将如式Ⅰ所示结构的物质溶解，加入对硝基苯酚，磺酸钠或苯磺酸钠，
式Ⅰ；将生成的导电高分子后的钽块电镀，生成如式Ⅱ所示结构式；
式Ⅱ；纯水清洗，烘干；将形成导电高分子阴极层的钽芯块，焊接钽丝与引线框，模压封装固化。本发明高温稳定、快速放电、体积小、无漏液现象的特性，在85℃的工作环境中，寿命最高可达40000小时。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，具体涉及一种水相电化学聚合噻吩制作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。
现有技术是一种水相环保的工艺，溶剂和清洗剂主要都是水，导电高分子钽电容阴极制作只能采用水相电化学聚合吡咯，而吡咯溶于水，且阴极层耐压较低，通常小于16V。电化学是一种高度可控的化学反应，杜绝了普通的氧化还原反应制程长，工艺难度大的缺点。另外，电化学生成的导电高分子膜层非常致密，产品的耐热性特别出色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器及其制作方法，使其能够耐16V以上的高压。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1. 阳极制备
选用颗粒粒度比较均匀钽金属粉末，按形成电压计算钽粉重量，压制成方块状，压制前对成型模具表面进行处理，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；
S2. 形成介质膜
将步骤S1制得的基体浸泡在形成液中，在形成电压下，在10~75mA的电流密度下进行恒流升压，升至形成电压后进行恒压降流，然后再300℃~450℃的温度下进行热处理，形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；
S3. 导电高分子阴极制造
S3.1化学方法形成导电高分子
将3,4-乙烯二氧噻吩、对甲苯磺酸铁溶于有机溶剂中，其中3,4-乙烯二氧噻吩的质量分数为1~10%，对甲苯磺酸铁的质量分数为5%~30%，混匀，保存温度为0~5℃；将步骤S2得到的形成介质膜的钽块放入以上混合溶液5~10min,提出，置入烘箱中50~200℃分解成聚3,4-乙烯二氧噻吩，保温时间10~60min,冷却，采用甲醇或乙醇清洗分解后的钽块60min,125℃烘干30min；
S3.2混合液配制
将如式Ⅰ所示结构的物质溶于纯水中，加入对硝基苯酚，磺酸钠或苯磺酸钠，搅拌一个小时，其中物质A的质量分数为1~10%，对硝基苯酚的质量分数为1~10%，磺酸钠或苯磺酸钠的质量分数为1~30%；
式Ⅰ；
S3.3水相电化学聚合噻吩生成阴极
将步骤S3.1生成的导电高分子后的钽块插入步骤3.2所形成的溶液中，采用恒电流的方法电镀，其中钽块为阳极，与钽块相隔25~30mm的不锈钢板为阴极，电镀时间为1~6h，生成如式Ⅱ所示结构式；
式Ⅱ；
电镀完成后，纯水清洗10~30min, 125℃烘干30min；
S4. 组装电容器
选用铜的引线框，将形成导电高分子阴极层的钽芯块用特殊的银膏贴装在上面，通过点焊或激光焊接的方式连接钽芯块钽丝与引线框，采用环氧树脂进行模压封装，然后在120℃~250℃的温度下固化1~6h。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述钽金属粉末的粒径为1~10微米，所述成型模具的表面进行处理为采用高硬钨钢抛光处理。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述高温及真空条件：温度1200~2000℃，真空度小于或等于9.0×10-3Pa。
作为本发明的进一步改进，步骤S1或S2中所述形成电压为额定电压2~6倍。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述形成液的电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述降流为将电流降至0.001mA/每只以下。
作为本发明的进一步改进，步骤S3.1中所述有机溶剂选自乙醇、甲醇、乙腈、正丁醇或丙酮溶液中的一种或几种。
作为本发明的进一步改进，步骤S3.3中所述恒电流的电流大小为每只钽芯上的电流为1~30mA。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述特殊的银膏贴为银含量大于80%的银膏贴。
本发明进一步保护一种上述制备方法制得的片式钽电容器。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用水相电化学聚合噻吩生成阴极，取代传统的电解液，与传统钽电容相比，卷绕聚合物钽电容不会出现干涸和爆炸，如果短路也不会出现明火。
本发明由于采用溶于水的噻吩做反应物，其生成的化合物Ⅱ，其五元环上有吸电子的乙氧基和磺酸基，所以其五元环更加稳定，能够耐16V以上的高压。
本发明产品高温稳定（-50℃~125℃）、快速放电、体积小、无漏液现象的特性，在85℃的工作环境中，寿命最高可达40000小时。而且，导电高分子电容的温度特性好，可以忍耐300C℃以上的高温，导电高分子电容的安全性较好，当遇到高温的时候，电解质只是熔化而不会产生爆炸或明火。本方案所得产品具有更安全可靠的性能，不燃烧，同时具有更小的等效串连电阻，更优良的温度适应性能，更适用于各种高频电路、CPU等电路中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种单芯结构的片式固体电解质钽电容器的纵剖面的构造图；
图2为本发明的一种单芯结构或双芯结构的片式固体电解质钽电容器的纵剖面的俯视图；
图3为本发明的一种双芯结构的片式固体电解质钽电容器的纵剖面构造图；
其中，1. 负极托片，2. 粘接银膏，3. 阳极钽芯，4. 钽丝，5. 正极引线框，6. 环氧树脂壳。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
附图1及附图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，再在上面被覆导电高分子作为阴极，最后进行芯块组装，用环氧树脂壳6模压塑封出产品。具体如下：
S1. 阳极制备
选用颗粒粒度比较均匀、粒径较大（粒径为1~10微米）的钽金属粉末，按形成电压（额定电压2~6倍）计算钽粉重量，压制成方块状，压制前对成型模具表面采用高硬钨钢抛光处理，以保证形成的钽块表面光滑一致，然后在高温及真空条件（温度1200℃，真空度等于9.0×10-3Pa）下烧结成多孔基体；
S2. 形成介质膜
将步骤S1制得的基体浸泡在形成液（电解质为硼酸，质量分数为25%）中，在形成电压下，在10mA的电流密度下进行恒流升压，升至形成电压（额定电压2倍）后进行恒压降流，将电流降至0.001mA/每只以下，然后再300℃的温度下进行热处理，形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；
S3. 导电高分子阴极制造
S3.1化学方法形成导电高分子
将3,4-乙烯二氧噻吩、对甲苯磺酸铁溶于乙腈中，其中3,4-乙烯二氧噻吩的质量分数为1%，对甲苯磺酸铁的质量分数为5%，混匀，保存温度为0℃；将步骤S2得到的形成介质膜的钽块放入以上混合溶液5min,提出，置入烘箱中50℃分解成聚3,4-乙烯二氧噻吩，保温时间10min,冷却，采用甲醇或乙醇清洗分解后的钽块60min,125℃烘干30min；
S3.2混合液配制
将如式Ⅰ所示结构的物质溶于纯水中，加入对硝基苯酚，磺酸钠或苯磺酸钠，搅拌1小时，其中物质A的质量分数为1%，对硝基苯酚的质量分数为1%，磺酸钠或苯磺酸钠的质量分数为1%；
式Ⅰ；
S3.3水相电化学聚合噻吩生成阴极
将步骤S3.1生成的导电高分子后的钽块插入步骤3.2所形成的溶液中，采用恒电流的方法电镀（每只钽芯上的电流为1mA），其中钽块为阳极，与钽块相隔25mm的不锈钢板为阴极，电镀时间为1h，生成如式Ⅱ所示结构式；
式Ⅱ；
电镀完成后，纯水清洗10min, 125℃烘干30min；
S4. 组装电容器
选用铜的引线框，将形成导电高分子阴极层的钽芯块用银含量大于80%的银膏贴装在上面，通过点焊或激光焊接的方式连接钽芯块钽丝与引线框，采用环氧树脂进行模压封装，然后在120℃的温度下固化1h。
实施例2
附图2及附图3给出了本发明的另一种基本结构示意图，通过附图可以看出，实施例2与实施例1的工作原理相同，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被粘接银浆连接在一起，并被并列点焊在正极引线框5上。具体如下：
S1. 阳极制备
选用颗粒粒度比较均匀、粒径较大（粒径为1~10微米）的钽金属粉末，按形成电压（额定电压6倍）计算钽粉重量，压制成方块状，压制前对成型模具表面采用高硬钨钢抛光处理，以保证形成的钽块表面光滑一致，然后在高温及真空条件（温度2000℃，真空度等于7.5×10- 3Pa）下烧结成多孔基体；
S2. 形成介质膜
将步骤S1制得的基体浸泡在形成液（电解质为磷酸二氢铵，质量分数为25%）中，在形成电压下，在75mA的电流密度下进行恒流升压，升至形成电压（额定电压6倍）后进行恒压降流，将电流降至0.001mA/每只以下，然后再450℃的温度下进行热处理，形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；
S3. 导电高分子阴极制造
S3.1化学方法形成导电高分子
将3,4-乙烯二氧噻吩、对甲苯磺酸铁溶于乙醇中，其中3,4-乙烯二氧噻吩的质量分数为10%，对甲苯磺酸铁的质量分数为30%，混匀，保存温度为5℃；将步骤S2得到的形成介质膜的钽块放入以上混合溶液10min,提出，置入烘箱中200℃分解成聚3,4-乙烯二氧噻吩，保温时间60min,冷却，采用甲醇或乙醇清洗分解后的钽块60min,125℃烘干30min；
S3.2混合液配制
将如式Ⅰ所示结构的物质溶于纯水中，加入对硝基苯酚，磺酸钠或苯磺酸钠，搅拌1小时，其中物质A的质量分数为10%，对硝基苯酚的质量分数为10%，磺酸钠或苯磺酸钠的质量分数为30%；
式Ⅰ；
S3.3水相电化学聚合噻吩生成阴极
将步骤S3.1生成的导电高分子后的钽块插入步骤3.2所形成的溶液中，采用恒电流的方法电镀（每只钽芯上的电流为30mA），其中钽块为阳极，与钽块相隔30mm的不锈钢板为阴极，电镀时间为6h，生成如式Ⅱ所示结构式；
式Ⅱ；
电镀完成后，纯水清洗30min, 125℃烘干30min；
S4. 组装电容器
选用铜的引线框，将形成导电高分子阴极层的钽芯块用银含量大于80%的银膏贴装在上面，通过点焊或激光焊接的方式连接钽芯块钽丝与引线框，采用环氧树脂进行模压封装，然后在250℃的温度下固化6h。
与现有技术相比，本发明采用水相电化学聚合噻吩生成阴极，取代传统的电解液，与传统钽电容相比，高分子钽电容不会出现干涸和爆炸，如果短路也不会出现明火。
本发明由于采用溶于水的噻吩做反应物，其生成的化合物Ⅱ，其五元环上有吸电子的乙氧基和磺酸基，所以其五元环更加温度，能够耐16V以上的高压。
本发明产品高温稳定（-50℃~125℃）、快速放电、体积小、无漏液现象的特性，在85℃的工作环境中，寿命最高可达40000小时。而且，聚合物导体电容的温度特性好，可以忍耐300C℃以上的高温，导电高分子电容的安全性较好，当遇到高温的时候，电解质只是熔化而不会产生爆炸或明火。本方案所得产品具有更安全可靠的性能，不燃烧，同时具有更小的等效串连电阻，更优良的温度适应性能，更适用于各种高频电路、CPU等电路中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 阳极制备
选用颗粒粒度比较均匀的钽金属粉末，按形成电压计算钽粉重量，压制成方块状，压制前对成型模具表面进行处理，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；
S2. 形成介质膜
将步骤S1制得的基体浸泡在形成液中，在形成电压下，在10~75mA的电流密度下进行恒流升压，升至形成电压后进行恒压降流，然后再300℃~450℃的温度下进行热处理，形成厚度均匀、一致性好的五氧化二钽介质膜；
S3. 导电高分子阴极制造
S3.1化学方法形成导电高分子
将3,4-乙烯二氧噻吩、对甲苯磺酸铁溶于有机溶剂中，其中3,4-乙烯二氧噻吩的质量分数为1~10%，对甲苯磺酸铁的质量分数为5%~30%，混匀，保存温度为0~5℃；将步骤S2得到的形成介质膜的钽块放入以上混合溶液5~10min,提出，置入烘箱中50~200℃分解成聚3,4-乙烯二氧噻吩，保温时间10~60min,冷却，采用甲醇或乙醇清洗分解后的钽块60min,125℃烘干30min；
S3.2混合液配制
将如式Ⅰ所示结构的物质溶于纯水中，加入对硝基苯酚，磺酸钠或苯磺酸钠，搅拌一个小时，其中物质A的质量分数为1~10%，对硝基苯酚的质量分数为1~10%，磺酸钠或苯磺酸钠的质量分数为1~30%；
式Ⅰ；
S3.3水相电化学聚合噻吩生成阴极
将步骤S3.1生成的导电高分子后的钽块插入步骤3.2所形成的溶液中，采用恒电流的方法电镀，其中钽块为阳极，与钽块相隔25~30mm的不锈钢板为阴极，电镀时间为1~6h，生成如式Ⅱ所示结构式；
式Ⅱ；
电镀完成后，纯水清洗10~30min, 125℃烘干30min；
S4. 组装电容器
选用铜的引线框，将形成导电高分子阴极层的钽芯块用特殊的银膏贴装在上面，通过点焊或激光焊接的方式连接钽芯块钽丝与引线框，采用环氧树脂进行模压封装，然后在120℃~250℃的温度下固化1~6h。
2.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S1中所述钽金属粉末的粒径为1~10微米，所述成型模具的表面进行处理为采用高硬钨钢抛光处理。
3.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S1中所述高温及真空条件：温度1200~2000℃，真空度小于或等于9.0×10-3Pa。
4.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S1或S2中所述形成电压为额定电压2~6倍。
5.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S2中所述形成液的电解质为硼酸、硝酸、磷酸、磷酸二氢铵或乙二醇。
6.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S2中所述降流为将电流降至0.001mA/每只以下。
7.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S3.1中所述有机溶剂选自乙醇、甲醇、乙腈、正丁醇或丙酮溶液中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S3.3中所述恒电流的电流大小为每只钽芯上的电流为1~30mA。
9.根据权利要求1所述一种水相电化学聚合噻吩制作片式钽电容器的制备方法，步骤S4中所述特殊的银膏贴为银含量大于80%的银膏贴。
10.一种如权利要求1-9任一项权利要求所述制备方法制得的片式钽电容器。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020224630A1 (zh) * | 2019-05-09 | 2020-11-12 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种导电聚合物、电容器及其制备方法 |
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2019
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