導語：鉭電解電容器生產工藝和漏電流探析一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：鉭電解電容器在電子元器件中占據著非常重要的地位，鉭電容器是電容器中體積小而又能達到較大電容量的產品，最早在1956年由美國貝爾實驗室首先研制成功的，它的性能穩定，可靠性優異，在將盡一個世紀以來沒有哪種電容器通過完全替代鉭電解電容器，鉭電容器封裝形式多種多樣，體積尺寸設計多樣化，其所具備的穩定性高、容量大、小型方便、高性能以及較強的自愈能力等優勢使鉭電容器不僅廣泛在軍事通訊，航空航天等領域應用，而且還在向工業控制，影視設備、通訊儀表、手機、電腦、飛機、工業控制電子線路或者火箭雷達等領域擴展，覆蓋范圍非常廣，其地位和重要性在電子電路中可圈可點。文章主要針對鉭電解電容器關鍵生產工藝流程以及漏電流情況做了簡單闡述，希望能進一步提高鉭電解電容器的生產制造水平。

關鍵詞：鉭電解電容器；制造工藝；漏電流

1鉭電解電容器簡單闡述

鉭電解電容器顧名思義是以鉭為金屬材料制造的電容器，主要是其電介質層為鉭的氧化物------五氧化二鉭（Ta2O5）。五氧化二鉭是不能單獨生成的，作為電容器的電介質層，是在鉭粉顆粒表面通過電化學方法獲得。電解電容器結構的三個要素是正極、電介質、負極，圍繞這三個要素，生成了許多不同生產工藝及結構。不管封裝形式，鉭電解電容器的正極都是以有色金屬鉭粉為原料，將適合于制造電容器的鉭粉與鉭絲一起通過模具壓制成型鉭坯，同時將帶鉭絲的鉭坯在高溫（1300~2000℃）高真空條件下燒結成具有多孔狀蜂窩結構的鉭塊，通過控制鉭粉的選擇、燒結工藝的優化獲取最大比表面積和高質量的鉭塊，這種鉭塊就是用作鉭電容器的陽極芯子，鉭絲作為正極引出線。在鉭塊的多孔狀金屬鉭顆粒表面上通過電化學法生成電介質層五氧化二鉭膜，厚度非常薄，該層氧化膜介質與電容器陽極鉭塊融合在一起，兩者相互作用才能存儲電荷，由于鉭塊的蜂窩結構具有極大的表面積，同時五氧化二鉭電介質膜非常薄，所以鉭電容器的單位體積內具有很大的電容量。因此，鉭電解電容器有著較高的容量比，即可以大型化提高更大的容量，也可以小型化便于安裝集成化表帖化。電介質五氧化二鉭膜具有半導體單向導電特性，所以鉭電解電容器有正負極性之分，主要是因為五氧化二鉭在正向電壓條件下電阻非常大，具有絕緣層介質特性，而在反向電壓條件下電阻非常小，容易導通，所以鉭電解電容器必須按正向電壓使用，在錯誤的極性條件下，鉭電解電容器的鉭芯會快速發熱，氧化膜即可失效，造成不良的后果。鉭電解電容器在正常規定條件下使用可以說是一種性能優良，壽命長的電子元件。鉭電解電容器的失效率呈現出一種浴盆失效曲線，前期失效也可以通過老練過程有效剔除，因此鉭電解電容器只存在隨機失效性。而導致鉭電解電容器隨機失效的原因可能由制造工藝問題、使用過程不當等。

2鉭電解電容器生產工藝過程

2.1電解電容器結構分析。電解電容器的各類突出優勢正是它特殊的結構所決定的，按照正極形態分為燒結型鉭電容器和卷繞型鉭電容器，目前市場上主要是燒結型鉭電容器；按照負極引出材料形態分為固體電解質鉭電容器和非固體電解質鉭電容器；按照封裝形式分為金屬外殼封裝鉭電容器和樹脂封裝鉭電容器等。尤其是固體鉭電解電容器，其所具備的高穩定性、高可靠性、體積小以及利于片式化優勢，使得固體鉭電解電容器在整個電子元件市場中占據著非常重要的地位。2.2成型與燒結。鉭電解電容器的成型工藝主要利用成型機，將一定量的鉭金屬粉末壓制成規定形狀和尺寸的鉭陽極坯。在實施成型工藝時，需要合理選擇鉭粉，規范設計陽極基體，保障鉭粉無雜質。若鉭粉存在雜質，不僅會影響電容器漏電流，損耗電容量以及角正切值，還會影響閃火電壓高低。鉭電容器陽極鉭芯是由鉭粉制造，其物理特征影響壓制工藝，也對產品漏電流有影響，鉭粉的化學雜質元素是影響后期電容器介質膜質量的關鍵，直接關系到成品漏電流和使用壽命的性能。因此鉭粉質量與電容器性能息息相關。表征鉭粉質量的因素諸多，但最主要的應為純度、粒度和粒形等。因此對鉭粉化學成份、物理性能和電氣性能的考核指標提出了高要求。鉭粉的主要雜質元素有O、C、P、H、N、Si、Fe、Ni、Cr、W、Mo、Al、Mn、Ti、K、Na等。鉭電解電容器介質氧化膜的質量好壞，主要取決于鉭中雜質的多少。雜質的含量直接影響漏電流的大小、閃火電壓的高低及產品的可靠性和壽命的長短。電流集中流過雜質存在的部位時，伴有發熱，促使它周圍的五氧化二鉭膜晶化，介質出現裂縫，致使漏電流進一步上升，耐壓下降，鉭塊陽極性能惡化。鉭粉中的雜質含量是影響其電性能的重要因素，究竟其含量應以多少為宜，應根據使用需要和生產可能性來確定。一般來說，對于高壓高可靠性鉭粉其純度要求高些，而對于低壓超高比容鉭粉其純度可以低些，甚至可以添加某些摻雜元素。目前國內外為提高比容，改善鉭粉的電性能，采用了在鉭粉中進行摻雜的嘗試，并已收到了較明顯的效果。金屬鉭是一種對O,N和C非常活性的元素,隨著鉭粉比表面積的增大,鉭粉的活性也隨之增加,所以鉭粉的O,N含量相應的比較高。對于鉭粉中適當的N含量，可以使鉭粉具有較好的(對于氧)穩定性，少吸收氧，在燒結時減少收縮率，有較大的孔隙率，提高比容，降低漏電流；但是如果N含量過高，使得成型性變差，壓塊強度不夠，燒結性差，燒結塊與鉭絲的結合不好，因而增大漏電流，影響電容器的可靠性。燒結的功能是使鉭粉原子之間以及鉭粉與鉭絲之間牢固結合并使雜質蒸發、飛濺。鉭粉粒子之間及鉭粉與鉭絲之間的結合在處于接觸狀態的金屬相互擴散后會熔成一體，并增加強度陽極塊強度，陽極塊強度隨溫度升高而增大。同時，雜質的飛濺也隨溫度升高而增多。但是溫度升高的話，熔敷加快，陽極塊空孔率降低，隨著燒結溫度的提高和顆粒結合力的發展，自然要導致體積收縮、氣孔率減小、密度和機械強度增加等物理狀態的變更，CV值也變小。因此，燒結溫度必須根據鉭粉種類、電容器的品種、規格來選擇最佳值。燒結工藝過程要注意的事項：―選擇合適的燒結溫度，保證燒結比容達到最佳狀態；―選擇合適的總坩堝高度，減小溫度不均勻性造成同爐產品比容的差異；―注意出爐溫度，減少由于吸氧影響產品的性能，尤其是對于高比容鉭粉。―合理安排每堝的裝入量，減小在高溫過程中造成的鉭絲彎曲、鉭塊粘連，鉭塊變形等問題的出現；―避免燒結后產品與硬物接觸造成表面的劃傷；―控制產品的收縮率，保證鉭塊性能的均一性。2.3賦能形成。賦能形成簡稱賦能，主要指使用電化學的方法，使其在燒結鉭塊顆粒表層形成一層五氧化二鉭（Ta2O5)薄膜。其反應機理為：陽極：2Ta→2Ta5++10e2Ta5++10OH-→Ta2O5+5H2O陰極：10H2O+10e→5H2↑+10OH-以賦能槽接電源負極，帶鉭絲的燒結鉭塊接電源正極，在賦能槽中選擇以0.01%.~0.1%H3P04的水溶液為電解液，進行電化學處理，這樣就會在陽極鉭塊表面生成一層五氧化二鉭（Ta2O5)薄膜。形成工藝的三個基本參數包括溫度、形成電壓、形成電流密度。（1）形成溫度。采取較高溫度形成，能獲得相對均勻致密的氧化膜，其溫度一般控制在85±5℃范圍內；（2）形成電流密度。氧化膜生成速度與陽極化電流密度息息相關。因此，為了提高鉭電解電容器生產效率，通常需要加大電流密度，但也需要合理控制。若電流密度過大，就會增加陽極反應產生的熱能量，從而導致晶化發生。一般采取15-30mA/g的電流密度最佳，不僅可以使氧化膜快速形成，還能有效保障其質量；（3）形成電壓。形成電壓可以說直接影響著氧化膜厚度，氧化膜厚度又與鉭電解電容器的設計容量息息相關。一般來說，固體鉭電解電容器的形成電壓為額定電壓的3.5~5倍之間。2.4被膜工序被覆固體電解質在工業領域被稱為被膜，主要是在被膜槽中，將形成完成的鉭芯放置到高錳酸鉀溶液中，放置一段時間后，在高溫狀態下分解并形成二氧化錳，以此作為鉭電解電容器陰極，是一種非常重要的工序流程。在開展被摸工藝時，需要注意一下幾點問題：（1）被膜固體電解質要保持牢固、穩定的附著力，結構密實，具備良好的導電性，同時注意與氧化膜的接觸效果。（2）二氧化錳是在高溫分解下生成的，因此需要重視起高溫使介質膜損傷，而影響漏電流與合格率問題。二氧化錳層作為一種電容電解質，其有著較多的優勢性能。例如，二氧化錳的應用，對保障生成牢固、致密以及良好導電性能的膜層起著非常重要的作用。對于硝酸錳溶液的要求：保證溫度不低于規定的值，溶液濃度不能有太大的偏離，溶液清澈無混濁現象，溶液的PH值保持平穩，無太大變化。添加劑的作用是減低表面張力改善浸潤效果，添加比例必須嚴格控制到位。脫水操作是改善溶液浸潤性的一個重要環節，浸漬溶液后的被膜塊放入脫水爐內，溶液的溫度相應得到提高，熱力學效應會加速溶液向微孔和MnO2的低密度區域浸潤和擴散，改善了溶液的浸潤效果，對產品的容量引出和損耗等參數作用明顯，具體操作過程中必須要保證工藝溫度和時間受控。

3鉭電解電容器漏電流分析

鉭電解電容器的漏電流反映了介質膜薄五氧化二鉭的絕緣質量，完美的電容器介質應是無損無缺的薄膜，這種薄膜的絕緣電阻可高達幾百兆或以上。實際上，五氧化二鉭自身存在著一定的微小缺陷，例如表面疵點，縫隙等，漏電流則是這些缺陷雜質離子電流以及電子電流共同構成的。所以五氧化二鉭介質膜的質量對整個鉭電容器質量起著決定性作用，若本身介質膜電流較大，那么在高應力下，電應力越集中，電流密度就越大，從而導致疵點周圍的氧化膜出現晶化，進一步增大了疵點，惡化介質質量，導致絕緣電阻下降。并且產品介質膜漏電流與環境溫度及施加的電壓都有著必然的關聯，若鉭電解電容器的漏電流超過一定值時，就會導致電容器失效。因此，要想考核一個產品是否可靠，應在具體使用過程中關注產品漏電流變化率，分析產品漏電流在不同溫度下的變化率關系以及浪涌電壓條件下的漏電流變化，尤其在低阻抗無開關電源電路中，該產品有著決定性特點，因此對電路可靠性影響非常大。

4固體鉭電解電容器使用的幾點建議

4.1避免超溫應用。固體鉭電解電容器在超溫狀態下，其材料的本質與性能就會發生改變。這是由于固體鉭電解電容器使用的材料熱膨脹系數均不同，若產生內部應力，就會導致電容器失效。同時還需要注意的是，固體鉭電解電容器在高溫條件下長期儲存，也可能會發生失效問題。因此，針對以上情況，應規范固體鉭電解電容器的使用，避免超溫應用，避免在高溫狀態下長時間使用以及避免在電裝過程中的過溫焊接。4.2禁止頻繁充電、放電的開關行為。這是因為如果電源與負載電阻變小，電流就會瞬間增大電流值，從而使得固體鉭電解電容器氧化膜破損。且固體電解電容器不耐大的沖擊電流很容易在氧化膜薄弱區域發熱，從而使得氧化膜晶化發生，降低其耐壓能力。因此，規范使用固體鉭電解電容器非常重要。

5總結

固體鉭電解電容器經過幾十年的發展與優化，其性能得到了一定的提升，并增加了能量密度和可靠性。在未來，希望相關生產單位可以積極應用先進生產工藝與制造技術，使用新型材料，采取科學的檢測手段，以此更好的確保固體鉭電解電容器使用質量，延長器使用壽命。

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作者:劉建清 單位:株洲宏明日望電子科技股份有限公司