固体钽电解电容器基本知识以及制造工艺过程
钽电容基本结构和生产工艺
钽电容基本结构和生产工艺固体钽电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中赋能,形成多孔性非晶型Ta2O5介质膜,其工作电解质为硝酸锰溶液经高温分解形成MnO2,通过石墨层作为引出连接用钽电容性能优越，能够实现较大容量的同时可以使体积相对较小，易于加工成小型和片状元件，适宜目前电子器件装配自动化，小型化发展，得到了广泛的应用，钽电容的主要特点有寿命长，耐高温，准确度高，但耐电压和电流能力相对较弱，一般应用于电路大容量滤波部分。
2.1.基本结构二、固体钽电解电容生产工艺固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。
钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同，现在以片钽生产工艺为例介绍如下。
1、生产工艺流程图成型→烧结→试容检验→组架→赋能→涂四氟→被膜→石墨银浆→上片点胶固化→点焊→模压固化→切筋→喷砂→电镀→打标志→切边→漏电预测→老化→测试→检验→编带→入库2、主要生产工序说明2.1成型工序：该工序目的是将钽粉与钽丝模压在一起并具有一定的形状，在成型过程中要给钽粉中加入一定比例的粘接剂。
2.1.1什么要加粘接剂？为了改善钽粉的流动性和成型性，避免粉重误差太大，另外避免钽粉堵塞模腔。
低比容粉流动性好可适当多加点粘接剂，高比容粉流动性差可适当少加点粘接剂。
2.1.2加了太多或太少有什么影响？如果太多：脱樟时，樟脑大量挥发，易导致钽坯开裂、断裂，瘦小的钽坯易导致弯曲。
如果太少：起不到改善钽粉流动性的作用。
拌好后的钽粉如果使用时间较长，因为樟脑是易挥发物品，可适量再加入一点粘和剂。
樟脑的加入会导致钽粉中杂质含量增加，影响漏电。
每天使用完毕，需将钽粉装入聚四氟乙烯瓶或真空袋内密封保存，以防樟脑挥发、钽粉中混入杂质、钽粉中吸附空气中的气体。
2.1.3成型后不进行脱樟，可否直接放入烧结炉内进行烧结？不行，因为樟脑是低温挥发物，如果直接放入烧结炉内进行烧结，挥发物会冷凝在炉膛、机械泵、扩散泵等排出管道内。
式模压封装固体电解质钽电容器
主要内容nnnnn混粉去粘合剂试容点焊组架抽样浸石墨浸银浆汽相热处理喷砂切筋老炼标志测量外检二次老炼成品测量成品检验编带成品外检包装入库压制成型烧结形成被膜粘接模压端头处理注：图例符号说明：4.2.钽电容的技术摘要及其应用指南nnnnn2.1、钽电容器的生产技术设计nn2.2 钽电容器的术语解释nn2.3 钽电容器的特征与用途nn2.4 片式钽电容器特性曲线nnnnnnnnnn2.4.1 片式钽电容器特性曲线1 n2.4.2 片式钽电容器特性曲线2 n2.4.3 片式钽电容器特性曲线3 n2.4.4 片式钽电容器特性曲线4 n2.4.5 片式钽电容器特性曲线5 n2.4.6 片式钽电容器特性曲线6 n2.4.7 片式钽电容器特性曲线7 n2.4.8 片式钽电容器特性曲线8 n2.4.9 片式钽电容器特性曲线9 n2.4.8 片式钽电容器特性曲线8 n2.5 钽电容器的等效线路Z = R + jωL + 1/jωCSRF = fs= 1/2π(LC)1/2ESR = R = X C/ Q = X C Tanδ2.5.1﹑产品的ESR 的组成R 0R I ER N C R OE ESR =R 0R I E R OE R N C +++2.5.2 、产品的ESR的物理意义ESRδZ=ESR+j1/ωCX c=j1/ωCD F=t a nδ=ESR/X c=ESR*ωC3. 新型片式钽电容器的发展趋势nnnnnn3.1、钽电容器实现片式化的优势n3.2、钽电容器大量取代于电解电容器nnn3.3、钽电容器取代于MLCC电容器n4. 钽电容的设计选型原则nnn n5. 钽电容器常见失效模式Thanks。
固体钽电容器生产工艺
固体钽电容器生产工艺电子技术的飞速发展要求芯片高频化和电路板高密度组装，推动了低Res、高容量、耐高纹波电流的电容器发展。由于MnO2电阻率较低(0.1Ω?cm)，所以传统的MnO2型钽电解电容器Res大于100mΩ，致使其高频性能较差。使用新型阴极材料降低电容器的Res是提高钽电容器高频性能的重要途径之一。PEDT导电聚合物热稳定性好、电阻率低，因此在电容器上的应用成为目前钽电解电容器研究领域的热点。
通常采用电化学法和化学法在介质氧化膜表面被覆导电聚合物。采用电化学方法进行聚合物的沉积需要高精度的电极和伺服设备，而化学聚合法制备聚合物阴极材料对设备要求较低，因此该方法成为电容器制造商的首选。使用化学聚合法在钽氧化物表面被覆聚合物的工艺又可细分为一步法和二步法。其中一步法是浸渍氧化剂和单体预混合溶液来完成聚合沉积的工艺过程，二步法是先浸渍氧化剂(或单体)后浸渍单体(或氧化剂)来完成聚合物沉积的工艺过程，两种工艺方法各有优劣。一步法可以严格按照理想的化学反应计量配制氧化剂和单体预混合液，这样可以形成较理想的聚合物链，但是氧化剂和单体混合后就开始进行聚合反应。随着混合液中单体和氧化剂含量的提高，聚合反应速率加快，尽管用冷却方法并加入适量的阻聚剂可以降低其聚合反应速度，延长混合液的使用时间，但混合液有使用时限，用此法生产成本较高。二步法在使用过程中由于材料在钽芯子上吸附量的差异，造成浸渍的氧化剂或单体无法达到理想的化学计量比[r(PEDT：Fe3+)为2.3～2.5]，其反应生成的聚合物链相对较差，由于氧化剂和单体没有混合，两生产成本。笔者重点讨论了在用二步法制备聚合物电解质的过程中氧化剂含量、聚合温度等工艺条件对聚合物钽电容器电容量C、介质损耗和Res等电参数的影响。
1实验试样采用6.3V／150μF规格的钽阳极体。选用CV值30k的钽粉，压制成尺寸
固体钽电解电容器的关键制造工艺研究
接触非 常紧密 ， 能单 独存在 。这也是 电解 电容器具有 高稳 不
作者简介 ： 高丽玲 （９ ３ ）女 ， １８ 一 ， 汉族 ， 宁夏银 川人 ， ０ 年毕 业于西安 电子科技 大学电子科 学与技 术专业 ， ２ ７ ０ 获工学学士学位 ， 助理工程师 现主要从事钽 电解 电容 器制造及研发 方面的工作。
断提 高时 ， 微孔效应 使得微孔 中的 电容将逐 渐损失 ， 外表 对 现电容器 的容量随着频率提高而降低 。
２ 成 型 与烧 结
成型是通 过成 型机将若 干细小的金属粉末制成 大小 、 形 状不 同的钽 阳极块。成型工艺 首先要注意钽粉的选择 和阳极 基体 的设 计 ，钽粉杂质含量不仅直接影响 电容器 的漏 电流 、
定 性 和 极 性 的原 因所 在 。 １ 为 了使 电解 电 容 器 的 阴极 与 外 电路 相 接 ， 常 采 用 石 墨 ． ３ 通
和银浆作为电解 电容器 的阴极引 出。最终由烘干后的银与外 部粘接载带相连 ， 实现阴极与外 部电路 的连接 。 这些特殊结构使 电解 电容器具有独特之处 ：
Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｖｉ ｏ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ｓ ｎ ｉ
机械 与 电子
科 技 视 界
２ １ 年 ０ 月第 ０ 期 ０２ ２ ４
固体钽 电解电容器的关键制造工艺研究
高 丽玲
（ 中色 ＜ 宁夏 ） 方集 团有 限公 司 宁夏 东
【 摘
银 川 ７ ０ １ ） ５ ０ １
１ ． 由于 阳极块 中具有很多微孑 结 构 ， ．１ ３ Ｌ 使得其 比容量非常
高， 即单位体积 内所具有的电容 量特别大 。 １ ． 具有单 向导 电性 ， ，２ ３ 即具 有整流 作用 ， 以接入外 电路 所
固体钽电解电容器基本知识以及制造工艺过程
固体钽电解电容器基本知识以及制造工艺过程目录1. 内容描述 (2)1.1 固体钽电解电容器概述 (3)1.2 固体钽电解电容器的应用 (4)2. 固体钽电解电容器的基本知识 (5)2.1 材料的性质 (6)2.2 电容器的组成 (7)2.3 电容器的工作原理 (8)3. 固体钽电解电容器的制造工艺 (9)3.1 钽电解质膜的制备 (10)3.2 电极片的制备 (11)3.3 薄膜封装 (12)3.4 电容器组装 (13)3.5 电容器测试与封装 (14)4. 电容器性能评估 (15)4.1 容量和电容量稳定性 (17)4.2 电压循环和耐热性 (18)4.3 频率响应和损耗因数 (19)5. 应用实例 (20)5.1 消费电子 (21)5.2 通信设备 (22)5.3 电源系统 (23)6. 发展趋势 (25)6.1 小型化与高密度 (26)6.2 高可靠性和低成本 (27)6.3 新材料的应用 (28)1. 内容描述固体钽电容是一种通过在钽元素中植入氧化钽层来存储电荷的电容器类型。
它们的显著特征包括体积小、电性能优异、可靠性高以及寿命长等。
这些电容器的内部结构通常由下列几部分组成：氧化钽层：作为电介质的薄膜，位于钽芯柱表面，是一层极薄的固态电解质材料。
固体钽电容通常用于电源电压波动、电路滤波、耦合以及脉冲电流应用程序中。
此步骤通常要求非常严格的环境控制与精确的温度和时间管理，以确保薄膜的均匀性与稳定性。
封装：将制备好的钽芯柱置于密封容器中，并用密封物质充满容器以防止介质泄漏。
测试与老化：经过初始包装后，电容器须进行一系列测试，包括电气性能测试以及可靠性测试，这些测试完成后，电容器会进行一定时间的老化动作，确保产品性能的长期稳定性和一致性。
质量控制与包装：最终产品接受质量检验，包装成不同的规格尺寸，并给予恰当的包装层面，如可变电阻、防水或防潮封装选项，针对不同应用需求提供定制服务。
固体钽电容器的研发和生产要求高技术、精细工艺管理和严格的质量控制体系，这都反映在最终的性能特性与外观包装上。
钽电容器的制备原理及应用
钽电容器的制备原理及应用钽电容器是一种高性能的电容器，广泛应用于电子器件、通信设备、航空航天、医疗设备等领域。
钽电容器的制备原理主要包括原材料制备、电极制备、电介质制备和装配封装四个步骤。
下面将详细介绍钽电容器的制备原理及应用。
一、原材料制备：钽电容器的主要原材料是钽，需经过钽矿石提取和精炼过程得到纯度较高的钽金属。
除了钽金属外，还需要制备导电粉末和电介质粉末。
1. 钽金属的提取：通常采用焙烧、还原和电解等工艺，从钽矿石中提取出纯度较高的钽金属。
2. 导电粉末的制备：导电粉末是电极的重要原材料，常用的是以银为基础制备的银粉末，通过猛烈的还原反应将银盐转化为导电银粉。
3. 电介质粉末的制备：电介质是钽电容器中的重要材料，常用的电介质有氧化铷（RuO2）和氮化硅（Si3N4）等。
制备方法主要有溶胶-凝胶法、热分解法和气相沉积法等。
二、电极制备：钽电容器采用的是钽金属作为电极材料，由于钽的特殊性能（如低等效串联电阻、高稳定性等），能够提供更好的电容性能。
电极制备主要包括以下步骤：1. 钽箔的制备：将纯度较高的钽金属通过热轧或冷轧工艺制备成细薄的钽箔。
2. 钽箔蚀刻：通过化学腐蚀法，在钽箔表面制备出微孔结构，以增加电极的表面积和电容量。
3. 钽箔的固定和封装：将处理好的钽箔固定在基底材料上，并进行封装，以保护电极材料免受外界环境的影响。
三、电介质制备：电介质是钽电容器的重要组成部分，主要起到隔离和储存电荷的作用。
电介质制备包括以下步骤：1. 电介质粉末的获得：将制备好的电介质材料通过粉碎和筛分等工艺，得到适合用于制备电容器的粉末。
2. 电介质涂敷：将电介质粉末以适当的粘结剂调配成浆料，在电极上均匀涂敷，形成一层薄膜。
3. 电介质固化：将涂敷好的电介质进行烘干和烧结等处理，使得薄膜具备良好的电学性能。
四、装配封装：将制备好的电极和电介质组装封装成电容器，在密封的环境下填充电解液或进行固态封装，以确保电容器的稳定性和长寿命。
固态钽电容
固态钽电容【原创版】目录1.固态钽电容的定义和特点2.固态钽电容的结构和工作原理3.固态钽电容的优势和应用领域4.固态钽电容的发展前景正文1.固态钽电容的定义和特点固态钽电容，又称为固态电容或钽电容，是一种以钽为阳极材料的电容器。
相较于传统的液态钽电容，固态钽电容具有更高的稳定性、更低的漏电流和更长的寿命。
固态钽电容的主要特点是体积小、电性能稳定、可靠性高，广泛应用于各类电子产品中。
2.固态钽电容的结构和工作原理固态钽电容的结构主要包括阳极钽层、阴极层和绝缘层。
阳极钽层作为电容器的正极，通常采用钽箔或钽丝制成；阴极层为银层，作为负极；绝缘层一般采用钽氧化物或铌氧化物等高介电常数的材料。
固态钽电容的工作原理是利用钽和银之间的电势差产生电场，从而实现电能的储存和释放。
在充放电过程中，固态钽电容的电场不会引起液态电解质的分解和挥发，因此具有更稳定的电性能和更长的寿命。
3.固态钽电容的优势和应用领域固态钽电容具有以下优势：（1）稳定性高：固态钽电容采用固态绝缘层，避免了液态电解质在高温、高湿等环境下的分解和挥发，从而提高了电容器的稳定性。
（2）漏电流低：固态钽电容的漏电流仅为几纳安培，远低于液态钽电容，有利于降低电子产品的功耗和提高系统可靠性。
（3）长寿命：固态钽电容的使用寿命一般可达数十万小时，是液态钽电容的几倍甚至几十倍。
（4）体积小：固态钽电容的体积较液态钽电容更小，有利于实现电子产品的小型化和轻便化。
固态钽电容广泛应用于各类电子产品，如通信设备、计算机、家电、工业控制等领域。
4.固态钽电容的发展前景随着科技的不断发展，电子产品对于电容器的性能要求越来越高。
固态钽电容凭借其优越的性能，逐渐成为液态钽电容的替代品。
在未来的发展中，固态钽电容将在更多领域得到应用，如新能源汽车、5G 通信、物联网等。
钽电容是怎么造出来的
钽电容是怎么造出来的钽（tan），英⽂名是Tantalum ，化学式是Ta，⾦属元素，原⼦序数是73，主要存在于钽铁矿中，同铌共⽣。
钽有⾮常出⾊的化学性质，具有极⾼的抗腐蚀性。
虽然钽的抗腐蚀性很强，但是其抗腐蚀性是由于表⾯⽣成稳定的五氧化⼆钽（Ta2O5）保护膜。
简单的说，固体钽电容是将钽粉压制成型,在⾼温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放⼊酸中赋能,形成多孔性⾮晶型Ta2O5介质膜,其⼯作电解质为硝酸锰溶液经⾼温分解形成MnO2 ,通过⽯墨层作为引出连接⽤。
钽电容和铝电解电容⼀样，如果需要形成⾜够⼤的电容值，是需要两个⾜够⼤的平⾯⾯积，和⾜够⼩且可控的平⾯间距。
1、压制成形该⼯序⽬的是将钽粉与钽丝模压在⼀起并具有⼀定的形状。
在成型过程中要给钽粉中加⼊⼀定⽐例的粘接剂。
钽粉作为⾦属与钽丝充分接触导电，形成了阳极。
因为是颗粒状的所以其⾯积也是可以⾜够的⼤。
2、烧结在⾼温⾼真空条件下将刚刚压制成形的钽坯烧成具有⼀定机械强度的钽块。
3、赋能赋能⼯序是很关键的⼀道⼯序，它利⽤电化学的⽅法，在阳极表⾯⽣成⼀层致密的绝缘Ta2O5（五氧化⼆钽）氧化膜，以作为钽电解电容器的介质层。
过程为成架的产品浸⼊形成液中（通常为稀硝酸液）⼀定深度，硝酸溶液会渗透到钽块内部的孔道内，再将钽块作为阳极通以电流，硝酸分解出氧，就会在与硝酸接触的钽粒⼦表⾯⽣成Ta2O5（五氧化⼆钽）氧化膜。
氧化膜厚度：电压越⾼，氧化膜的厚度越厚，所以提⾼赋能电压，氧化膜的厚度增加，容量就下降。
耐压和容量⾃然是⽭盾的，间距越⼤，按照电容公式其实现的电容值就越⼩，但是能够实现的耐压值就会越⼤，因为击穿所需要的电压变⼤了。
4、被膜被膜：通过多次浸渍硝酸锰，分解制得⼆氧化锰的过程。
被膜是将已经赋能好的钽电容进⾏清洗⼲燥后，浸在硝酸锰溶液中，硝酸锰溶液⼀直深⼊到钽块内部孔洞，硝酸锰加热分解变成⼆氧化锰形成电容的阴极。
此⼯序须重复多次直到内部间隙都充满⼆氧化锰，这样保证⼆氧化锰的覆盖率使电容的容量⾜够的⼤。
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钽粉烧结块 SEM (×10000）
2.赋 能
钽块烧结成型后，用电化学方法在钽阳极表面生成 一层氧化膜作为电容器的介质，即五氧化二钽 （Ta2O5）。 2Ta+5 + 5O2- = Ta2O5 氧在电解液中是以水或羟基离子（OH-）出现 2Ta + 5H2O = Ta2O5 + 10H+ + 10e或 2Ta + 10OH- = Ta2O5 + 5H2O + 10e其中OH-是由水电解而得， H2O = H+ + OH2OH- = 2OH + 2e- = H2O +（O）+ 2e
1.MnO2作为钽电容阴极的缺点：
a. 电导率小，约为0.1~1S/cm，使得等效串联电阻（ESR）过大，限制了钽电容 的高频特性。
b. MnO2与介质层的材料热膨胀系数差异所产生的应力高温被膜过程会破坏介质层. c. MnO2材料含氧量较高，容易在工作时发生自燃现象。
2.新型导电高分子聚合物阴极材料：
钽氧化膜本无色， 但由于干涉的原因， 钽阳极表面所产生的 干涉色。
膜厚几十至几百 纳米。电容器的耐压 主要取决于氧化膜的 厚度，氧化膜越厚， 其耐压也越高。
3.被膜 在Ta2O5膜上被一层MnO2,作为电容器的阴极。 这就是我们在此前电解电容器的结构特点中阐述 的其阴极为非金属材料----“电解质”。 电解质有固体和非固体(液体或凝胶)之分，因 此有固钽和液钽之别。 非固体电解质钽电容器（液钽）不经被膜。 MnO2系固体电解质，由硝酸锰溶液高温分解 而得
三、电容器的功能
广泛用于隔直流、耦合、旁路、滤波、谐振回 路调谐、能量转换、控制电路中的时间常数等 方面。
四、钽电容器
1.钽电容的简介：
固体钽电容器是1956年由美国贝乐试验室首先研制成功 的，它的性能优异，是电容器中体积小而又能达到较大电容 量的产品。钽电容器外形多种多样，并制成适于表面贴装的 小型和片型元件。适应了目前电子技术自动化和小型化发展 的。虽然钽原料稀缺，钽电容器价格较昂贵，但大量采用高 比容钽粉（30KuF.g-100KuF.V/g)，加上对电容器制造工艺 的改进和完善，钽电容器还是得到了迅速的发展，钽电容的 应用范围日益。钽电容器不仅在军事通讯，航天等领域应用 ，而且钽电容的应用范围还在向工业控制，影视设备、通讯 仪表等产品中大量使用
a.聚苯胺（PAn）:电导率可达10S/cm一125S/cm, 但聚苯胺在形成有机导电聚合过程中会产生联苯胺，这是一种有毒 物质，因为没能很好解决这一问题，聚苯胺作为钽电解电容器阴 极材料的受到了一定的限制。 b.聚吡咯（PPY）:聚吡咯的稳定性很好，其电导率通常可达100 S/cm 左右，但是在高温、高湿环境下，PEDOT 的稳定性要好 于聚吡咯。
固体钽电解电容器用新型聚合物电极材料
一、什么是电容器？
从功能上讲：电容器就是储 存电荷的容器。 从结构上讲：即中间夹有介 质的两块金属板构成的元件。
二、电容器的分类
按电容器的介质材料分：
1）有机介质电容器 如纸介电容器、薄膜电 容器、漆膜电容器； 2）无机介质电容器 如瓷介电容器（独石电 容器）、云母电容器、玻璃釉电容器； 3）电解电容器 如铝电解电容器、钽电解电 容器、铌电解电容器； 4）电化学电容器 （双电层电容器）。
2.固体钽电解电容器优点：
a. 钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。 b. 体积效率优异,比容量大。 c. 寿命长、耐高温、准确度高、滤高频谐波性能极好。
五、固体钽电容器制作工艺流程
1.成型与烧结：
选择纯度为约为 99.92％～99.94％的钽粉，在钽粉中添加 适量的粘合剂之后，在模具中压块烧结成型（插入钽粉图片 ）
c.聚（ 3，4-聚乙烯二氧噻吩）（PEDOT）:PEDOT具有热稳定性、 高电导率 （300S/cm）、加工工艺简单等特点，这些优势都超 出了同类型材料，因此PEDOT被研究的最多，成为主流。
钽电解电容器示意图解
插图
谢谢
Mn(NO3)2· 6H2O = MnO2 + 2NO2 + 6H2O
至此，固体钽电容器的基本构成已建立。
阳极----钽 介质----Ta2O5氧化膜 阴极----MnO2 在 MnO2 层表面涂覆导电 石墨和银浆仅起阴极引出 作用。
钽丝 钽粉 Ta 2O 5
MnO 2 石墨 银浆
六、新型导电高Βιβλιοθήκη 子聚合物电极材料