CN111261410B - 阳极钽块及其制备方法和应用、非固体钽电解电容器、电子产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电容器领域，具体而言，提供了一种阳极钽块及其制备方法和应用、非固体钽电解电容器、电子产品。所述阳极钽块包括钽芯和与所述钽芯固定连接的钽丝，钽芯表面设置有凹槽，钽丝包括螺旋端或类螺旋端，螺旋端或类螺旋端设置于凹槽内。该阳极钽块在振动时的漏电率低，可有效降低电容器振动后的失效率，提高电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，具体而言，涉及一种阳极钽块及其制备方法和应用、非固体钽电解电容器、电子产品。
背景技术
非固体钽电解电容器(或称为非固体电解质钽电容器)是指以坦为阳极、电解质为非固体的电容器，具有体积小、容量大、漏电流小、低损耗等诸多优异性能，被广泛的应用于各种民用和军用电子产品中。非固体钽电解电容器因其结构的特殊性，与固体钽电解电容器相比，内部结构的固定方式存在差异，无法进行全结构的刚性固定，因此，非固体钽电解电容器的抗振动能力与固体钽电解电容器相比，存在一定的差距。在这种背景条件下，非固体钽电解电容器的振动失效也成为了此类电容器失效的一个重要组成部分。因此，对电容器生产厂家而言，提高非固体钽电解电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性是一直研究的重点。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种阳极钽块，该阳极钽块在振动时的漏电率低，可有效降低电容器振动后的失效率，提高电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
本发明的第二目的在于提供一种阳极钽块的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种阳极钽块在非固体钽电解电容器中的应用。
本发明的第四目的在于提供一种非固体钽电解电容器。
本发明的第五目的在于提供一种电子产品。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种阳极钽块，包括钽芯和与所述钽芯固定连接的钽丝，钽芯表面设置有凹槽，钽丝包括螺旋端或类螺旋端，螺旋端或类螺旋端设置于凹槽内。
作为进一步优选的技术方案，凹槽呈长方体、倒梯形体、圆柱体或倒圆台。
作为进一步优选的技术方案，凹槽深度为钽芯高度的1/10-1/3；
优选地，凹槽顶面面积为钽芯顶面面积的1/5-3/5。
作为进一步优选的技术方案，钽丝的长度为22-30mm；
优选地，螺旋端或类螺旋端的圈数为1-5圈；
优选地，凹槽呈圆柱体或倒圆台，螺旋端或类螺旋端的直径为凹槽底面直径的1/3-2/3。
作为进一步优选的技术方案，所述阳极钽块还包括定位钽丝，定位钽丝的一端设置于钽芯内，定位钽丝的另一端设置于凹槽内且与螺旋端或类螺旋端相连；
优选地，定位钽丝位于凹槽内的长度为0.5-1mm。
第二方面，本发明提供了一种上述阳极钽块的制备方法，包括：(a)提供钽芯：钽芯表面设置有凹槽；(b)提供钽丝：钽丝包括螺旋端或类螺旋端；(c)将钽丝的螺旋端或类螺旋端固定连接到凹槽内，得到所述阳极钽块。
作为进一步优选的技术方案，钽芯的制备方法包括：将钽粉放入模具中成型，然后烧结，得到所述钽芯；
优选地，依次将定位钽丝和钽粉放入模具中，然后经成型和烧结，得到钽芯和定位钽丝的结合体，定位钽丝的一端设置于钽芯内，另一端设置于凹槽内；
优选地，钽丝的制备方法包括：将钽丝原料的一端绕成螺旋状或类螺旋状，得到所述钽丝；
优选地，固定连接的方式包括焊接。
第三方面，本发明提供了一种上述阳极钽块在非固体钽电解电容器中的应用。
第四方面，本发明提供了一种非固体钽电解电容器，包括上述阳极钽块。
第五方面，本发明提供了一种电子产品，包括上述非固体钽电解电容器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的阳极钽块中钽丝的螺旋端或类螺旋端设置于钽芯表面的凹槽内，相对于传统的直线型钽丝和表面平整的钽芯相连的结构来说，该结构中的凹槽和螺旋端或类螺旋端能够为钽丝的振动预留足够的空间，尽量避免钽丝与钽芯端面之间的摩擦，减少磨损，由此避免钽芯氧化膜的损伤，减少漏电流，降低电容器振动后的失效率，提高电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
附图说明
图1为实施例1中阳极钽块的平面透视图；
图2为实施例2中阳极钽块的立体透视图；
图3为实施例2中阳极钽块的平面透视图；
图4为对比例1中阳极钽块的平面透视图。
图标：1-钽芯；2-钽丝；3-凹槽；4-螺旋端；5-定位钽丝。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本申请的发明人对非固体钽电解电容器振动后失效产品进行解剖分析，结果发现，大部分失效产品经高频振动或随机振动后，钽丝与阳极钽芯端面结合处有磨损痕迹，导致阳极钽芯氧化膜损伤，产品测试时漏电流值超标，这是非固体钽电解电容器振动失效的主要原因。基于以上发现，发明人从减少阳极钽芯氧化膜损伤的角度出发，对阳极钽芯和钽丝的结构进行了改进，以期降低非固体钽电解电容器振动失效率，提高非固体钽电解电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种阳极钽块，包括钽芯和与所述钽芯固定连接的钽丝，钽芯表面设置有凹槽，钽丝包括螺旋端或类螺旋端，螺旋端或类螺旋端设置于凹槽内。
上述阳极钽块中钽丝的螺旋端或类螺旋端设置于钽芯表面的凹槽内，相对于传统的直线型钽丝和表面平整的钽芯相连的结构来说，该结构中的凹槽和螺旋端或类螺旋端能够为钽丝的振动预留足够的空间，尽量避免钽丝与钽芯端面之间的摩擦，减少磨损，由此避免钽芯氧化膜的损伤，减少漏电流，降低电容器振动后的失效率，提高电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
上述“螺旋端”是指呈螺旋状的一端，螺旋状(或称螺旋结构)是指像螺蛳壳纹理的曲线形状或DNA螺旋结构。
上述“类螺旋端”是指呈类螺旋状的一端。类螺旋状是指类似螺旋状结构，线性没有曲线平滑，可能存在拐角等现象。
在一种优选的实施方式中，凹槽呈长方体、倒梯形体、圆柱体或倒圆台。倒梯形体是指上底面面积大于下底面面积的梯形体，倒圆台是指上底面面积大于下底面面积的圆台。以上形状的凹槽易于成型，并且方便将钽丝固定在其内部。
优选地，凹槽深度为钽芯高度的1/10-1/3。上述凹槽深度典型但非限制性的为钽芯高度的1/10、1/9、1/8、1/7、1/6、1/5、1/4或1/3。凹槽深度不宜过深或过浅，如果过深，会使钽芯的体积变得过小，进而会导致电容器容量的显著降低，如果过浅，预留给螺旋端或类螺旋端的振动空间会太小，降低磨损的效果会减弱。
优选地，凹槽顶面面积为钽芯顶面面积的1/5-3/5。上述凹槽顶面面积典型但非限制性的为钽芯顶面面积的1/5、2/5或3/5。与凹槽深度的选择情况类似，凹槽顶面面积也影响着凹槽的体积，进而影响电容器容量和预留的振动空间的大小，当面积在上述范围内时，能够平衡电容器容量和预留的振动空间，使二者均能达到较佳水平。
在一种优选的实施方式中，螺旋端或类螺旋端的圈数为1-5圈。上述圈数例如可以为1、2、3、4或5圈。上述“圈数”是指螺旋端或类螺旋端中的螺旋或类螺旋的个数。圈数在5圈以内时，效果较好，圈数过多会增加不必要的制造成本。
优选地，凹槽呈圆柱体或倒圆台，螺旋端或类螺旋端的直径为凹槽底面直径的1/3-2/3。上述螺旋端或类螺旋端的直径典型但非限制性的为凹槽底面直径的1/3、1/2或2/3。螺旋端或类螺旋端的直径与凹槽底面直径之间的大小关系决定了螺旋端或类螺旋体在凹槽中所占体积的大小以及可活动空间的大小，如果螺旋端或类螺旋端的直径相对过大，则可活动空间太小，减少摩擦的效果较差，如果螺旋端或类螺旋端的直径相对过小，则或者螺旋端或类螺旋端的直径绝对值过小，那么在振动时其底端与钽芯相连接处更容易产生摩擦，或者钽芯中凹槽底面直径的绝对值过大，那么阳极材料即金属钽的含量过低，电容器的电容量会变小。
优选地，钽丝的长度为22-30mm。上述长度典型但非限制性的为22、23、24、25、26、27、28、29或30mm。钽丝的作用主要是作为阳极引线引出，长度不宜过短，以上长度范围较为合适，适合实际应用需求。
在一种优选的实施方式中，所述阳极钽块还包括定位钽丝，定位钽丝的一端设置于钽芯内，定位钽丝的另一端设置于凹槽内且与螺旋端或类螺旋端相连。定位钽丝的作用是为钽丝在凹槽内的连接位置提供准确的定位，便于该阳极钽块的生产制造，从而使各阳极钽块的生产工艺和产品一致性更高。
应当理解的是，“定位钽丝的一端设置于钽芯内”是指定位钽丝的一端设置于钽芯中非凹槽的部分之中。
优选地，定位钽丝位于凹槽内的长度为0.5-1mm。上述长度典型但非限制性的为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1mm。定位钽丝位于凹槽内的长度不宜过短或过长，过短则定位效果差，连接钽丝时不方便，过长则不但没有必要，还会占用过多凹槽内的空间。
上述钽丝中非螺旋端或类螺旋端部分的直径和定位钽丝的直径选用本领域常用的即可，例如0.2-1mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述阳极钽块的制备方法，包括：(a)提供钽芯：钽芯表面设置有凹槽；(b)提供钽丝：钽丝包括螺旋端或类螺旋端；(c)将钽丝的螺旋端或类螺旋端固定连接到凹槽内，得到所述阳极钽块。
上述方法工艺科学、适合工业化生产，所得阳极钽块在振动时，钽芯和坦丝不易发生摩擦而导致钽芯氧化膜的损伤，发生漏电流的情况大大减少，电容器振动后的失效率较低、合格率较高、产品的可靠性较高。
在一种优选的实施方式中，钽芯的制备方法包括：将钽粉和任选的定位钽丝放入模具中成型，然后烧结，得到所述钽芯。
优选地，依次将定位钽丝和钽粉放入模具中，然后经成型和烧结，得到钽芯和定位钽丝的结合体，定位钽丝的一端设置于钽芯内，另一端设置于凹槽内。
应当理解的是，模具设置有凸台，凸台的形状尺寸与钽芯的凹槽相匹配，例如可以为长方体、梯形体、圆柱体或圆台；当需要与定位钽丝共同成型时，模具的凸台中还设置有贯穿或非贯穿的孔，以便将定位钽丝穿入其中后，再加入钽粉，二者共同成型，形成钽芯和定位钽丝相结合的成型体，定位钽丝的一端位于钽芯内，另一端位于凹槽内。
可选地，定位钽丝的原始长度可稍长，待烧结后，对其位于凹槽内的部分进行裁切，以使其位于凹槽内的长度为0.5-1mm。
可选地，钽粉的比容为1000～100000μF·V/g。
优选地，钽丝的制备方法包括：将钽丝原料的一端绕成螺旋状或类螺旋状，得到所述钽丝。
优选地，固定连接的方式包括焊接。本发明对焊接的方式不做特别限制，例如，焊接可选激光焊接，进一步可选冷激光焊接。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述阳极钽块在非固体钽电解电容器中的应用。将上述阳极钽块应用于非固体钽电解电容器中，能够提高电容器在振动后的合格率，提高其可靠性。
本发明的重点在于将阳极钽块应用于非固体钽电解电容器中，对其具体的应用方式，例如与其余组件或部件的连接方式不做特别限制，采用本领域常用的即可。
根据本发明的另一方面，提供了一种非固体钽电解电容器，包括上述阳极钽块。该非固体钽电解电容器包括上述阳极钽块，因而具有振动失效率低、合格率高和可靠性好的优点。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子产品，包括上述非固体钽电解电容器。上述电子产品包括上述非固体钽电解电容器，因此至少具有与上述非固体钽电解电容器相同的优势，具有振动效率低、合格率高和可靠性好的优点。
上述“电子产品”是指所有能够用到电容器的电子产品，例如电视机、电脑、手机、车用电器或雷达等。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种阳极钽块，如图1所示，包括钽芯1和与钽芯1固定连接的钽丝2，钽芯表面设置有凹槽3，钽丝包括螺旋端4，螺旋端4设置于凹槽3内；
钽芯高度为18mm，钽芯顶面面积为250mm2，凹槽呈圆柱体，凹槽的深度为3mm，凹槽顶面面积为50mm2，钽丝的长度为30mm，螺旋端的圈数为2圈，螺旋端的直径为2mm。
上述阳极钽块的制备方法包括：(a)将钽粉放入模具中成型，然后烧结，得到钽芯；(b)将钽丝原料的一端绕成螺旋状，得到钽丝；(c)将钽丝的螺旋端冷光焊接到凹槽内，得到所述阳极钽块。
实施例2
一种阳极钽块，如图2-图3所示，包括钽芯1和与钽芯1固定连接的钽丝2，钽芯1表面设置有凹槽3，钽丝2包括螺旋端4，螺旋端4设置于凹槽3内，阳极钽块还包括定位钽丝5，定位钽丝5的一端设置于钽芯1内，另一端设置于凹槽3内，定位钽丝5的另一端与螺旋端4相连，定位钽丝5位于凹槽内的长度为0.8mm，其余均与实施例1相同。
上述阳极钽块的制备方法包括：(a)依次将定位钽丝和钽粉放入模具中，然后经成型和烧结，得到钽芯和定位钽丝的结合体，定位钽丝的一端设置于钽芯内，另一端设置于凹槽内；(b)将钽丝原料的一端绕成螺旋状，得到钽丝；(c)将钽丝的螺旋端冷光焊接到凹槽内，得到所述阳极钽块。
对比例1
一种阳极钽块，如图4所示，包括钽芯1和钽丝2，钽丝2的一端设置于钽芯1内，另一端设置于钽芯1外。
上述阳极钽块的制备方法包括：将钽粉和钽丝放入模具中成型，然后烧结，得到所述阳极钽块。
需要说明的是，以上实施例和对比例中钽丝或定位钽丝的直线部分的直径均为0.5mm。
分别将以上各实施例和对比例中的阳极钽块(各实施例和对比例各取10个试样)组装成非固体钽电解电容器，然后在200m/s2和2000Hz的条件下进行高频振动实验，在与钽芯顶面平行和垂直的两个方向上进行，时间各10min，振动实验前后的漏电流值(μA)如表1所示。
表1
由表1可知，采用实施例1和2中阳极钽块所制成的非固体钽电解电容器，其在振动实验前后，漏电流并无明显升高，且均在标准值以下，说明其振动合格率高；而对比例1中阳极钽块所制成的非固体钽电解电容器，其在振动实验前后，漏电流升高明显，大多数漏电流超出了标准值，振动后失效率较高。由此可见，本发明提供的特定结构的阳极钽块在振动时的漏电率低，可有效降低电容器振动后的失效率，提高电容器振动后的合格率，进而提高产品的可靠性。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (9)
1.一种阳极钽块，其特征在于，包括钽芯和与所述钽芯固定连接的钽丝，钽芯表面设置有凹槽，钽丝包括螺旋端或类螺旋端，螺旋端或类螺旋端设置于凹槽内；
凹槽呈长方体、倒梯形体、圆柱体或倒圆台；
凹槽深度为钽芯高度的1/10-1/3；
凹槽顶面面积为钽芯顶面面积的1/5-3/5；
钽丝的长度为22-30mm；
螺旋端或类螺旋端的圈数为1-5圈；
凹槽呈圆柱体或倒圆台，螺旋端或类螺旋端的直径为凹槽底面直径的1/3-2/3；
所述阳极钽块还包括定位钽丝，定位钽丝的一端设置于钽芯内，定位钽丝的另一端设置于凹槽内且与螺旋端或类螺旋端相连；
定位钽丝位于凹槽内的长度为0.5-1mm。
2.权利要求1所述的阳极钽块的制备方法，其特征在于，包括：(a)提供钽芯：钽芯表面设置有凹槽；(b)提供钽丝：钽丝包括螺旋端或类螺旋端；(c)将钽丝的螺旋端或类螺旋端固定连接到凹槽内，得到所述阳极钽块。
3.权利要求2所述的阳极钽块的制备方法，其特征在于，钽芯的制备方法包括：将钽粉放入模具中成型，然后烧结，得到所述钽芯。
4.权利要求3所述的阳极钽块的制备方法，其特征在于，依次将定位钽丝和钽粉放入模具中，然后经成型和烧结，得到钽芯和定位钽丝的结合体，定位钽丝的一端设置于钽芯内，另一端设置于凹槽内。
5.权利要求2所述的阳极钽块的制备方法，其特征在于，钽丝的制备方法包括：将钽丝原料的一端绕成螺旋状或类螺旋状，得到所述钽丝。
6.权利要求2所述的阳极钽块的制备方法，其特征在于，固定连接的方式包括焊接。
7.权利要求1所述的阳极钽块或采用权利要求2-6任一项所述的制备方法得到的阳极钽块在非固体钽电解电容器中的应用。
8.一种非固体钽电解电容器，其特征在于，包括权利要求1所述的阳极钽块或采用权利要求2-6任一项所述的制备方法得到的阳极钽块。
9.一种电子产品，其特征在于，包括权利要求8所述的非固体钽电解电容器。
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| CN111261410A (zh) | 2020-06-09 |
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