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。

2.1.4丝埋入深度太浅会有什么影响？

钽丝易拔出，或者钽丝易松动，后道工序在钽丝受到引力后，易导致钽丝跟部漏电流大。所以强调钽丝起码要埋入三分之二的钽坯高度以上，在成型时经常要检查。

2.1.5粉重误差太大分有什么影响？

粉重误码差太大，导致容量严重分散，K（±10%）档的命中率会很低。成型时经常要称取粉重，误差要合格范围内（±3%）。如果有轻有重都是偏重或都是偏轻，可调整赋能电压或烧结温度。如果有轻有重，超过误差范围，要调整成型机，并将已压钽坯隔离，作好标识，单独放一个坩埚烧结。

2.1.6密要均匀不能有上松下紧，或下紧上松的现象。否则会导致松的地方耐压降低。钽坯高度要在允许差范围内。

2.1.7成型注意事项：

（1）粉重

（2）压密

（3）高度

（4）钽丝埋入深度

（5）换粉时一定要将原来的粉彻底从机器内清理干净。

（6）不能徒手接触钽粉、钽坯，谨防钽粉、钽坯受到污染。杜绝在可能有钽粉的部位加油。

（7）成型后的钽坯要放在干燥器皿内密封保存，并要尽快烧结，一般不超过24小时。

（8）每个坩埚要有伴同小卡，写明操作者、日期、规格、粉重等情况，此卡跟随工单一起流转，要在赋能后把数据记在工单上才能扔掉，以防在烧结、赋能、被膜出了质量问题可以倒追溯。

2.2烧结工序

1.烧结：在高温高真空条件下将钽坯烧成具有一定机械强度的高纯钽块。

2.目的：一是提纯，二是增加机械强度。

3.烧结温度对钽粉比容有什么影响？

随着烧结温度的提高,比容是越来越小,并不完全呈直线状。

因为随着温度的提高,钽粉颗粒之间收缩得越来越紧密,以至于有些孔径被烧死、堵塞，钽块是由多孔状的钽粉颗粒组成的，随着温度的提高，颗粒的比表面积越来越小，这样就导致钽粉的比容缩小。

4.

烧结温度对钽粉的击穿电压有什么影响？

烧结温度越高，杂质去除得越干净，所以击穿电压随着烧结温度的提高而提高，并不是完全呈直线状。

5.烧结温度太高太低，对电性能有什么影响？

烧结温度太低一方面钽块的强度不够，钽丝与钽块结合不牢，钽丝易拔出，或者在后道加工时，钽丝跟部受到引力作用，导致跟部氧化膜受到损伤，出现漏电流大。烧结温度太高，比容与设计的比容相差甚多，达不到预期的容量，温度高对漏电流有好处，温度太高会导致有效孔径缩小，被膜硝酸锰渗透不到细微孔径中，导致补膜不透，损耗增加。

6.如果烧结后，试容出来容量小了怎么办？

(1)算一下如果容量控制在-5%-----10%左右,计算出的赋能电压能否达到最低赋能电压。

(2)如不行,只能改规格,如16V10UF，可改16V6.8UF,只要提高赋能电压,但是要看提高后的赋能电压是否会达到它的闪火电压,如果接近的话,那就会很危险.也可以改25V6.8UF,但是计算出的赋能电压要达到所改规格的最低赋能电压。额定电压

6.3

101625354050最低赋能电压18

305080110140170

7.如果烧结后，试容出来容量大了怎么办？

算一下如果容量控制在+5%-----+10%,计算出的赋能电压是否接近闪火电压？如果接近就不能流入后道；

如接近闪火电压，可改规格，如16V10U，可改16V15U，10V15U，但是计算出的赋能电压不能低于最低赋能电压，不能往高电压改规格。实在不行只能返烧结，返烧结时要根据比容控制烧结温度。

8.高温时真空度不好，怎么处理？

高温时真空度如果突然不好，说明炉膛已漏气。应立即降温。因为氧气进入炉膛后，钽块、钽丝、坩埚隔热层、隔热罩都是钽制品，会跟氧发生氧化，出现发脆。

9.空烧正常烧结一个月，需进行一次空烧，空烧温度应高于正常烧结温度100度以上；如果一直是烧的低温，突然要烧高温，应先进行空烧。因为低温杂质吸附在炉膛和坩埚上，如果不空烧，突然烧高温，低温杂质会挥发到钽块上去，造成钽块漏电流大（有一批35V106335225估计就是因为空烧，装炉量太大，压制密度偏小所致）。

2.3组架

1.尺寸

钽块上端面到钢钢条边缘的距离5.0±0.2mm，如果偏差太大，会导致钽块上端面涂上硅胶或钽丝。

2.注意要垂直。

3.注意直径小于Φ2.0，放60条，大于Φ2.5，放行30条。

4.在拌同小卡上作好记录，每个架子都应该附有小卡，将成型、将成型、烧结的数据搬到小卡上，并在小卡上标注试容后的电压。随架子流传。

5.烧结不同层次的，虽然电压一样，最好不要放在一个钢架上，以防容量整条整条分散。

6.钢架钢片一定要使用清洗后的，不要让钢架钢片受到太大的力，以防变形弯曲。

2.4赋能工序

1.赋能：通过电化学反应，制得五氧化二钽氧化膜，作为钽电容器的介质。

2.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

3.氧化膜的颜色：不同的形成电压干涉出的氧化膜的颜色也不同，随着电压的升高，颜色呈周期性化。

4.形成电压：经验公式（该公式只能在小范围内提高电压，如果电压提高的幅度很大，就不是很准确，要加保险系数）。

C1.V1=C2.V2

V2=C1.V1/C2C1------第一次容量平均值;

V1------第一次形成电压(恒压电压);

C2------要示的容量C2=K CR

(K根据后道的容量收缩情况而定,可适时修改，一般情况下，容量小，后道容量损失较小，容量大，后道容量损失就大，低比容粉，容量损失较小，比容越高，后道容量损失就越大。通常，CR≤1UF，K=1.0；CR>1UF,K=1.04)

5.形成液温度：

T1.V1=T2.V2

T1：第一次恒压温度；

V1：第一次恒压电压；

T2：第二次恒压温度；

V2：第二次恒压温度；

V2：T1.V1/T2

注意公式中的温度K是绝对温度，需将摄氏温度加上273；

形成温度越高，氧化膜质量越好。但是温度太高，水分挥发厉害，就要不停地加水，并且易导致形成液电导率不稳定。一般磷酸稀水溶液的恒压温度控制在70-90℃之间，经过大量的实践证明，如果恒压温度低于70℃，导致氧化膜质量严重不稳定，湿测漏电超差，如果形成液选用乙二醇系列，恒压温度可适当提高。

6.电流密度：

低比容粉由于它的比表面积小，需要的升压电流密度就小，比容越高，比表面积就越大，需要的升压电流密度就大，一般C级粉，升压电流密度为10毫安/克，B级粉，升压电流密度为20毫安/克，高比容粉35-60毫安/克，视比容高低而定。

7.形成液：电导率高，氧化效果好，但是形成液的闪火电压低；电导率低，氧化效果差，但是形成液的闪火电压高，阳极块不容易晶化、击穿。目前的磷酸稀水溶液只能适合形成电压200V以下，如果要形成200V以上的产品，应改用乙二醇稀水溶液，该溶液闪火电压高，抑制晶化能力强，但是乙二醇不容易煮洗干净，被膜损耗要微增加。一般情况下，CA42形成电压不会超过200V，只要用磷酸稀水溶液就可以了。

8.恒压时间：钽块越小，恒压时间越短，钽块越大，恒压时间越长。

2.5、被膜

1.被膜：通过多次浸渍硝酸锰，分解制得二氧化锰的过程。

2.目的：通过高温热分解硝酸锰制得一层致密的二氧化锰层，作为钽电容器的阴极。

3.分解温度：分解温度要适中，一般取200-270℃（指实际的分解温度），在这个温度下制得的二氧化锰的晶形结构是β型的，它的电导率最大。如果分解温度过高（大于300℃）或过低生成的是a型的二氧化锰或三氧化锰，它们的电阻率很大，导电性能没有β型的好，电阻率大，就是接触电阻大，在电性能上就反映损耗大。

4.分解时间：产品刚进入分解炉时，能看到有一股浓烟冒出，那是硝酸锰剧烈反应生成的二氧化氮气体，过了2-3分钟，基本上看不到有烟雾冒出，说明反应已基本结束。分解时间过过短，反应还没有完全结束，补形成时会有锰离子溶出，这时补形成电流会很大，遇到这种情况，应立即关闭电源，重新分解一次，并将补形成液换掉；如果分解时间过长，会对氧化膜造成破坏，同样也会造成漏电流大。分解时间要灵活掌握，小产品时间短，大产品时间长，如果分解温度很高，要适当缩短分解时间，如果分解温度很低，要适当延长分解时间。

5.硝酸锰浓度：

被膜时先做稀液，目的是稀硝酸锰容易渗透至钽粉颗粒的细微孔隙中，让里面被透，如果被不透，阴极面积缩小，被膜容量和赋能容量就会相差很多，这种情况也会反映在损耗上，损耗大。要求在做浓液之前，可解剖一个钽芯观察里面有无被透，如果没有被透，要增加一次稀液，低比容粉颗粒大，硝酸锰容易渗入，高比容粉颗粒小，不太容易渗入，小钽芯稀液次数少，大钽芯稀液次数要适当增加。

做浓液、强化液是为了增加二氧化锰膜层厚度，如果膜层没有一定的厚度，加电压时，在上下端面轮廓处等到地方容易产生类端放电，该处的氧化膜造成击穿，所以做强化液的时候，尽量要避免上小下大，或上大下小，膜层厚度要均匀。稀酸锰的酸度很重要，它会直接影响到硝酸锰的渗透性和分解质量，一般每做时要用试纸测试，达不到工艺要求，要加硝酸调配。滴入硝酸后要搅拌均匀。稀硝酸锰一个星期换一次，浓硝酸锰一个月换一次。

6.中间形成液：

纯水修补的效果要差一点，它的导电离子很少，但是它的电阻大，对产品起到保护作用，钽芯不容易被击穿、烧焦，并且用它做补形成液，形成后没有残留物，不会造成损耗大。冰乙酸稀水溶液（0.04%）,形成效果较好,形成后没有残留物,不会造成损耗大,但是它的闪火电压低,只适合做6.3V10V16V的产品,冰乙酸很容易挥发,造成电导率不太稳定,所以用的话,要经常测电导率。磷酸稀水溶液(0.01%),形成效果好,闪为电压较高,可适合做25V35V的产品，但是形成后有磷酸根离子残留在钽芯内，造成损耗要增加0.5左右.乙二醇溶液,形成效果不是很好,闪火电压很高，形成后不会造成损耗大，适合做40V50V的大规格产品，该形成液成本很高，并且有毒，不宜多用，用后的形成液不要倒掉，可重复使用，但是用前要测试电导率在合格范围内，一般CA42用不到该形成液。

7.发现问题的应急措施：

（1）如果浸了强化液烘干后，还没有做最后的稀液、浓液，出来发现外观不符合要求，此时的强化层是很轻松的，只要将其浸泡在去离子水中，强化层会自动脱落。取出分解补形成后，可继续往下做。

（2）如果强化后，已经做了稀液或浓液，发现漏电大，非要处理不可，可采用10毫升冰乙酸+30毫升双氧水+1000毫升去离子水浸泡12小时以上，此种处理方法对氧化膜的损伤较小，取出冲洗干净，再煮洗，赋能恒压2

小时，顺序流人后道各工序。

8.被膜最难掌握的是被膜炉的分解气氛（温度、风速、氧含量、蒸汽大小），另外进气孔、出气孔、回流孔及下面的分流板的调整也非常关键。现在只能通过试验来确认调整到较合适的位置。要保证有好的损耗更要保证有好的漏电流。一般氧含量控制在9——12%。

2.6石墨银浆切割

石墨银浆也叫辅助阴极，起到二氧化锰与焊锡连接的桥梁作用。原瓶石墨浓度在10%左右，实际使用时调制到4.5%左右为宜,如果太稀的话,因为石墨的渗透性很好，很容易往上爬，爬到上端面如果与钽丝接触,就会造成短路、漏电流大等情况，这种情况在当时还检测不出来，在点焊后钽丝跟部受力，点焊检测漏电流时合格率就相当低，老化时击穿非常严重。如果石墨太浓，石墨层和二氧化锰在做猛石墨时易分层，在后道包封、固化受到热引力作用，石墨层和二氧化锰层之间产生层间剥离，造成损耗增加，

要注意石墨的PH值必须大于9。

银浆也是同样的道理，太稀的话，浸渍的时候很好浸，但是在浸焊的时候，银层很容易被焊锡吞蚀掉，如果过浓，银层和石墨的接触不是太好，易造成接触电阻大，并且浸渍时产生拉丝。有采用浸两次银浆的厂家银浆和石墨使用前一定要按工艺要求滚匀。

切割的质量往往被人们忽略。刀口的锋利程度、间隙、冲下来时的速度都会对漏电有影响。我们有因为切割质量不好导致10%的漏电大的试验结果。

2.7点焊

焊点离根部越远越好，这样对根部氧化膜的破坏就越小。点焊位置、手势要正确，点焊浸焊的位置决定与包封后的外观关系很大。

点焊后抽测漏电流合格率的信息很重要，作为工艺技术员一定要去经常关心检测信息，如果发现不正，一定要追查原因，不然后面的质量无法控制，虽然该批产品已无法挽回了，但是，被膜流过的一段时间内会出现同样的问题。

2.8浸焊

温度控制在210℃（+10/-5℃）为宜：温度低，粘锡厚，底部有锡尖；温度高，粘锡少，温度太高，银层易被焊锡吞噬掉，时间控制在2秒左右，时间太长，银层易剥离。最好一次浸焊能成功，如果反复浸的话，银层、石墨都有可能剥离。负极脚紧靠钽芯，不能短路或开路。负极起码达到钽芯的1/2以上，但不能伸出钽芯底部，不然包封后易外观废品。

控制助焊剂浓度，浓度太稀，上锡太慢，浓度浓，上锡快，但粘锡厚，容易导致石墨和二氧化锰层之间脱离。

2.9老化

老化的目的是修补氧化膜和剔除早期失效产品。老化电源串联电阻的大小与老化的效果关系很大。如过大，达不到剔除早期失效产品的目的。如过小修补氧化膜的效果达不到，因产品上稍有次点就被击穿。老化后产品要放电24小时后再测量，否则会导致漏电测试不准。

2.10电容器的三参数及测试方法

容量：注意频率是100HZ.

损耗：注意频率是100HZ。

漏电流：IL判定标准为0.02CU（C为标称容量,U为测试电压）