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鉭電容是怎么造出來的

2021/01/24

鉭(tan),英文名是Tantalum 

主要存在于鉭鐵礦中,同鈮共生。鉭有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性。

雖然鉭的抗腐蝕性很強,但是其抗腐蝕性是由于表面生成穩定的五氧化二鉭(Ta2O5)保護膜。

簡單的說,固體鉭電容是將鉭粉壓制成型,在高溫爐中燒結成陽極體,其電介質是將陽極體放入酸中賦能,形成多孔性非晶型Ta2O5介質膜,其工作電解質為硝酸錳溶液經高溫分解形成MnO2 ,通過石墨層作為引出連接用。

鉭電容和鋁電解電容一樣,如果需要形成足夠大的電容值,是需要兩個足夠大的平面面積,和足夠小且可控的平面間距。


1

壓 制 成 形

該工序目的是將鉭粉與鉭絲模壓在一起并具有一定的形狀。在成型過程中要給鉭粉中加入一定比例的粘接劑。


鉭粉作為金屬與鉭絲充分接觸導電,形成了陽極。因為是顆粒狀的所以其面積也是可以足夠的大。


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2
燒 結

在高溫高真空條件下將剛剛壓制成形的鉭坯燒成具有一定機械強度的鉭塊。


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3
賦 能

賦能工序是很關鍵的一道工序,它利用電化學的方法,在陽極表面生成一層致密的絕緣Ta2O5(五氧化二鉭)氧化膜,以作為鉭電解電容器的介質層。


過程為架的產品浸入形成液中(通常為稀硝酸液)一定深度,硝酸溶液會滲透到鉭塊內部的孔道內,再將鉭塊作為陽極通以電流,硝酸分解出氧,就會在與硝酸接觸的鉭粒子表面生成Ta2O5(五氧化二鉭)氧化膜。


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氧化膜厚度:電壓越高,氧化膜的厚度越厚,所以提高賦能電壓,氧化膜的厚度增加,容量就下降。


耐壓和容量自然是矛盾的,間距越大,按照電容公式其實現的電容值就越小,但是能夠實現的耐壓值就會越大,因為擊穿所需要的電壓變大了。


4
被 膜

被膜:通過多次浸漬硝酸錳,分解制得二氧化錳的過程。


被膜是將已經賦能好的鉭電容進行清洗干燥后,浸在硝酸錳溶液中,硝酸錳溶液一直深入到鉭塊內部孔洞,硝酸錳加熱分解變成二氧化錳形成電容的陰極。此工序須重復多次直到內部間隙都充滿二氧化錳,這樣保證二氧化錳的覆蓋率使電容的容量足夠的大。


這里二氧化錳是電容的陰極,緊貼介質層,這樣可以有足夠的面積S。


同時我們期望電極的電阻率比較小,這樣可以有足夠小的ESR。


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通過上面的描述和動畫,我們可以看到陽極是鉭金屬、介質層是五氧化二鉭、陰極是二氧化錳。因為鉭粉是顆粒狀壓制的,所以表面積足夠大、五氧化二鉭是通過化學反應實現的,所以是包裹在鉭粉表面,同時通過多次處理讓二氧化錳也是包裹在五氧化二鉭的表面。


在Ta2O5膜上被一層MnO2,作為電容器的陰極。這就是我們在此前電解電容器的結構特點中闡述的其陰極為非金屬材料----“電解質”。


除了電解質為MnO2的鉭電容,還有Polymer(高分子聚合物)為電解質的鉭電容。Polymer鉭電容僅陰極材料從MnO2換成了Polymer,其余工藝基本是一樣的,但改變了很多特性:


1)顯著提高電容器高頻特性,拓展了電解電容器適用的頻率范圍。導電Polymer材料導電率是MnO2的 10~1000倍,有效降低電容器的ESR。


2)Polymer材料柔軟有彈性,被膜過程最高溫度+120℃,Polymer鉭電容的失效率比MnO2鉭電容的失效率更低。


3)Polymer的另一個優勢是氧含量低,鉭塊與結合導致燃燒的機率大大減少。


Polymer翻譯成中文就是高分子聚合物。至于高分子聚合物是什么?(下次給大家在詳細介紹)


5
被 石 墨 銀 漿


石墨層作為緩沖層,主要目的是減小了ESR,同時可以防止銀漿與二氧化錳接觸導致銀氧化。


銀漿層的目的是與石墨層接觸,提供一種等電位表面。

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6
切 斷、裝 配


將被銀后的產品定距切斷,在切斷前先對鉭絲表面的氧化膜刮除,防止虛焊,再將陽極焊接在框架上,陰極通過銀膏固化與框架托片結合在一起。


7
模 塑

將裝配后的框架條產品模塑包封。


8
噴 砂子


9
打 印

打印產品的標稱電容容量、電容額定電壓和陽極標識以及廠家信息。


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10
切 邊


11
老 化 篩 選


12
測 試 

老煉浪涌測試完的產品會進行電性能四參數的測試,容量、損耗、漏電流及ESR,不合格品會自動剔除到收集盒。


容量:測試頻率是100Hz


損耗:測試頻率是100Hz


漏電流:IL判定標準為不大于0.02CU(C為標稱容量,U為測試電壓)。


13
編 帶

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免責聲明:文章轉載硬件十萬個為什么,文中動畫節選自AVX鉭電容生產介紹視頻。

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