一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法

摘要

本发明公开了一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法。电容器包括：在封装外壳内设有钽电容颗粒，所述钽电容颗粒由带钽丝引出线的钽块阳极、介质层和高分子阴极层构成，钽块阳极外包覆介质层，介质层外包覆高分子阴极层，高分子阴极层的高频电导率为20S/cm，将所述钽块阳极的钽丝引出线与封装外壳的阳极引出线电连接，高分子阴极层与封装壳体的阴极引出线电连接。该钽电解电容器以3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极，使钽电解电容器的阴极阻抗可以相比二氧化锰阴极降低一个数量级，并使其工作频率也可以提高一到二个数量级，具有出色的高频性能，也有效提高安全性，当使用中出现意外的击穿时，不会像二氧化锰作阴极的产品那样起火燃烧或爆炸。

权利要求

1.一种高分子固体片式钽电解电容器的制造方法，其特征在于，包括：a.将以钽粉为原料压制的带钽丝引出线的坯块，经真空烧结后作为阳极坯块，在烧结后的阳极坯块上形成介质层；

所述步骤a具体包括：

将比容为8000-50000uF.V/g的钽粉按5.0-6.5的压制密度压制成带钽丝引出线的坯块，在温度1400～1800℃、真空度5×0.0004Pa条件下进行真空高温烧结后得到阳极坯块；

将烧结后的所述阳极坯块，在0.1-0.5％的硝酸电解溶液中，用电化学法采用12-60V的直流电压作为形成电压，在60-100毫安/克的电流密度下形成介质层；

b.将3，4乙烯单体正丁醇与对甲苯磺酸铁溶液按1∶4～6的质量比配制成混合溶液，将所述坯块浸入所配制的混合溶液中，在坯块表面聚合形成厚度为0.2～0.3毫米的

3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极；其中，所述3，4乙烯单体正丁醇是由单分子态的

3，4乙烯二氧噻吩与正丁醇按1∶1-5的质量比例混合形成的混合物；

c.将已聚合形成阴极的坯块表面浸渍石墨、银浆层作为阴极引出层，将所述坯块的钽丝引出线和阴极引出层分别粘结到封装壳体的金属框架的阳极引出线和阴极引出线上，塑封后即得到高分子固体片式钽电解电容器。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：b1.按照质量比1∶4～6的比例配制3，4乙烯单体正丁醇与对甲苯磺酸铁溶液的混合溶液；

b2.将步骤a中得到的所述坯块浸入步骤b1所配制的混合溶液中停留2～5分钟后取出；

b3.将取出后的所述坯块在室温下聚合10～60分钟，在50～150℃温度下聚合20分钟；

b4.将上述步骤b3中聚合后的坯块在20～30℃温度的去离子水中清洗30分钟后取出；

b5.在120～150℃温度下烘干10～30分钟；

b6.使用步骤a中在阳极坯块上形成介质层时的直流电压值的50～70％的直流电压作为形成电压，在质量比为2～3％的对甲苯磺酸溶液中补形成20分钟；

b7.在步骤b6补形成后，在120～150℃温度下烘干10～30分钟；

重复上述步骤b2～b7，直到所述阳极坯块外介质层表面形成0.2～0.3毫米厚的3，

4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：c1.在上述步骤b中已聚合形成阴极的坯块表面浸渍固体含量为2～10％的石墨后，在温度130～150℃下烘干10～30分钟；

c2.之后浸渍高分子导电银浆作为阴极引出层，在温度150～200℃下烘干10～30分钟；

c3.将浸渍高分子导电银浆后的坯块的钽丝引出线，粘结到封装壳体的金属框架的阳极引出线上形成电连接，将阴极引出层粘接到封装壳体的金属框架的阴极引出线上形成电连接，在150℃温度下烘干10～30分；

c4.使用与封装壳体对应的模塑设备对产品进行外壳压力封装，即得到高分子固体片式钽电解电容器。

说明书

一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元器件领域，尤其涉及一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法。

背景技术

[0002] 电容器的阻抗较高，特别是高频阻抗较高，会使电容器的感抗也较高，电容器的电感和阻抗会随频率的增加成为容抗，导致电容器的容量下降，导致这种电容器无法在较高的频率保持一定的容量。 这种电容器无法应用在高频电路中，若使用在频率较高的电路中时会出现电容器容量随频率的增高而下降的现象。

[0003] 应用在多种电路中性能优异的钽电解电容器就存在上述的缺点，钽电解电容器的容量和测试或使用频率存在如图1所示的关系：即当测试或使用频率增加到一定值时，钽电解电容器的容量会随频率的增加而降低，当频率增加到与钽电解电容器的谐振频率一样时，钽电解电容器的容量将丧失，而成为一个电感。

[0004] 造成钽电解电容器这种现象的原因是：普通的片式钽电解电容器阴极采用电子电导型的半导体材料二氧化锰，使片式钽电解电容器的阴极阻抗较大，进而使钽电解电容器电感和阻抗会随频率的增加成为容抗，导致钽电解电容器的容量下降，而现有技术无法再通过工艺技术处理使钽电解电容器的高频阻抗更低，使性能优异的片式钽电解电容器因高频阻抗[ESR]较高，使用频率受到严格限制，几乎无法使用在工作频率达到MHZ级以上的电路中。但由于微电子技术的发展非常快，现有微电子电路中普通的处理器的主工作频率均有可能达到MHZ以上，在进行逻辑运算较复杂的数字电路，工作频率更高，因此使用二氧化锰作阴极的片式钽电解电容器基本不能用在此类电路中作为滤波元件使用。 钽电解电容器的这个缺点，极大的限制了片式钽电解电容器的应用范围。

发明内容

[0005] 基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法，以高频阻抗低材料作为钽电解电容器阴极材料，使钽电解电容器避免了因频率高而导致容量变小，可应用在多种频率较高的电路中。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 本发明实施方式提供一种高分子固体片式钽电解电容器，包括：

[0008] 在封装外壳内设有钽电容颗粒，所述钽电容颗粒由带钽丝引出线的钽块阳极、介质层和高分子阴极层构成，钽块阳极外包覆介质层，介质层外包覆高分子阴极层，高分子阴极层的高频电导率为20S/cm，将所述钽块阳极的钽丝引出线与封装外壳的阳极引出线电连接，高分子阴极层与封装壳体的阴极引出线电连接。

[0009] 所述高分子阴极层为3，4乙烯二氧噻吩PEDT材料形成的包覆结构层。

[0010] 所述3，4乙烯二氧噻吩PEDT材料形成的包覆结构层的厚度为0.2～0.3毫米。

[0011] 本发明实施方式提供一种高分子固体片式钽电解电容器的制造方法，包括：

[0012] a.将以钽粉为原料压制的带钽丝引出线的坯块，经真空烧结后作为阳极坯块，在烧结后的阳极坯块上形成介质层；

[0013] b.将3，4乙烯单体正丁醇与对甲苯磺酸铁溶液按1：4～6的质量比配制成混合溶液，将所述坯块浸入所配制的混合溶液中，在坯块表面聚合形成厚度为0.2～0.3毫米的3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极；

[0014] c.将已聚合形成阴极的坯块表面浸渍石墨、银浆层作为阴极引出层，将所述坯块的钽丝引出线和阴极引出层分别粘结到封装壳体的金属框架的阳极引出线和阴极引出线上，塑封后即得到高分子固体片式钽电解电容器。

[0015] 所述步骤a具体包括：

[0016] 将比容为8000-50000uF.V/g的钽粉按5.0-6.5的压制密度压制成带钽丝引出线的坯块，在温度1400～1800℃、真空度5×0.0004Pa条件下进行真空高温烧结后得到阳极坯块；

[0017] 将烧结后的所述阳极坯块，在0.1-0.5％的硝酸电解溶液中，用电化学法采用12-60V的直流电压作为形成电压，在60-100毫安/克的电流密度下形成介质层。

[0018] 所述步骤b具体包括：

[0019] b1.按照质量比1：4～6的比例配制3，4乙烯单体正丁醇与对甲苯磺酸铁溶液的混合溶液；

[0020] b2.将步骤a中得到的所述坯块浸入步骤b1所配制的混合溶液中停留2～5分钟后取出；

[0021] b3.将取出后的所述坯块在室温下聚合10～60分钟，在50～150℃温度下聚合20分钟；

[0022] b4.将上述步骤b3中聚合后的坯块在20～30℃温度的去离子水中清洗30分钟后取出；

[0023] b5.在120～150℃温度下烘干10～30分钟；

[0024] b6.使用步骤a中在阳极坯块上形成介质层时的直流电压值的50～70％的直流电压作为形成电压，在质量比为2～3％的对甲苯磺酸溶液中补形成20分钟；

[0025] b7.在步骤b6补形成后，在120～150℃温度下烘干10～30分钟；

[0026] 重复上述步骤b2～b7，直到所述阳极坯块外介质层表面形成0.2～0.3毫米厚的3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极。

[0027] 所述步骤c具体包括：

[0028] c1.在上述步骤b中已聚合形成阴极的坯块表面浸渍固体含量为2～10％的石墨后，在温度130～150℃下烘干10～30分钟；

[0029] c2.之后浸渍高分子导电银浆作为阴极引出层，在温度150～200℃下烘干10～30分钟；

[0030] c3.将浸渍高分子导电银浆后的坯块的钽丝引出线，粘结到封装壳体的金属框架的阳极引出线上形成电连接，将阴极引出层粘接到封装壳体的金属框架的阴极引出线上形成电连接，在150℃温度下烘干10～30分；

[0031] c4.使用与封装壳体对应的模塑设备对产品进行外壳压力封装，即得到高分子固体片式钽电解电容器。

[0032] 所述3，4乙烯单体正丁醇是由单分子态的3，4乙烯二氧噻吩与正丁醇按1:1-5的质量比例混合形成的混合物。

[0033] 由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式以3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为钽电解电容器的阴极，使钽电解电容器的阴极阻抗尤其是高频阻抗，可以相比二氧化锰阴极的钽电解电容器降低一个数量级，使该钽电解电容器的工作频率也可以提高一到二个数量级，具有出色的高频性能，可以应用在MHz以上的电路中，并且也有效提高了钽电解电容器的安全性，当该具有高分子阴极的钽电解电容器使用中出现意外的击穿时，不会像二氧化锰作阴极的产品那样起火燃烧或爆炸。

附图说明

[0034] 图1为现有二氧化锰为阴极的钽电解电容器的频率容量变化示意图；

[0035] 图2为本发明实施例中的阴极3，4乙烯二氧噻吩材料的分子式结构图；

[0036] 图3为本发明实施例的钽电解电容器内部封装结构示意图；

[0037] 图4为本发明实施例的钽电解电容器内的钽电容颗粒剖面结构示意图；

[0038] 图5为本发明实施例的钽电解电容器制造流程示意图；

[0039] 图中：1.封装壳体；2.阴极引出线；3.钽电容颗粒；4.阳极引出线；5.钽丝引出线；6.焊接点；21.钽块阳极；22.介质层；23.高分子阴极层。

具体实施方式

[0040] 本发明实施方式提供一种高分子固体片式钽电解电容器及其制造方法，是以钽块为阳极，在钽块阳极的介质层上聚合形成3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为高分子阴极，封装后形成具有高分子阴极的固体片式钽电解电容器。 由于3，4乙烯二氧噻吩PEDT材料的优异高频低阻抗特性，使得该钽电解电容器的高频阻抗与以二氧化锰阴极的钽电解电容器相比可以提高一至二个数量级，可以用在频率更高的电路中，不会因所在电路频率的提高，导致钽电解电容器容量的降低。 并且在该钽电解电容器意外击穿时，不会起火燃烧或爆炸，安全性较高。

[0041] 为便于对本发明实施例的理解，下面结合附图作进一步说明。

[0042] 实施例一

[0043] 本实施例提供一种高分子固体片式钽电解电容器，该钽电解电容器以高分子导电材料为阴极，有效降低了钽电解电容器的高频阻抗，如图3、图4所示，该钽电解电容器具体包括：

[0044] 在环氧树脂的封装壳体1内设有钽电容颗粒3，该钽电容颗粒3由带钽丝引出线5的钽块阳极21、介质层22和高分子阴极层23构成，钽块阳极21外包覆介质层22，介质层22外包覆高分子阴极层23，高分子阴极层23是由聚噻吩材料(3，4乙烯二氧噻吩，英文简称PEDT，具体结构式参见图2)在钽块阳极21外介质层22上聚合形成的结构层，该结构层的厚度一般为0.2～0.3毫米，形成的聚噻吩材料高分子阴极层的高频电导率为
20S/cm，钽电容颗粒3的钽块阳极21的钽丝引出线5与环氧树脂封装壳体1的阳极引出线7电连接(一般通过焊接点6将钽丝引出线5焊接在阳极引出线7上)，高分子阴极层
23与环氧树脂封装壳体1的阴极引出线2电连接，这样便形成具有高分子导电阴极的固体片式钽电解电容器。

[0045] 上述高分子固体片式钽电解电容器具体制造时，参见图5，按下述步骤进行，具体包括：

[0046] a.将以钽粉为原料压制的带钽丝引出线的坯块，经真空烧结后作为阳极坯块，在烧结后的阳极坯块上形成电介质层；

[0047] 实际中，上述步骤a具体包括：将比容为8000-50000uF.V/g的钽粉按5.0～6.5的压制密度压制成带钽丝引出线的坯块，在温度1400～1800℃，真空度5×0.0004Pa条件下进行真空高温烧结后得到阳极坯块；

[0048] 将烧结后的所述阳极坯块，在0.1-0.5％的硝酸溶液中，采用12-60V的直流电压、60～100毫安/克的电流密度在阳极坯块的表面进行电介质层形成；

[0049] b.将3，4乙烯单体正丁醇与对甲苯磺酸铁溶液按1：4～6的质量比配混合制成混合溶液，将步骤a中形成介质层的坯块浸入到制成的混合溶液中，在坯块表面聚合形成3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为高分子阴极；其中，3，4乙烯单体正丁醇是由单分子态的3，4乙烯二氧噻吩与正丁醇按的1：1-5质量比例混合形成的混合物。

[0050] 实际中，上述步骤b具体按下述步骤进行：

[0051] b1.按照质量比1：4～6的比例配制3，4乙烯单体正丁醇和对甲苯磺酸铁溶液的混合溶液；

[0052] b2.将步骤a中得到的形成介质层的坯块浸入到步骤b1配制的混合溶液中停留2～5分钟后取出；

[0053] b3.将取出后的坯块在室温下聚合10～60分钟，在50～150℃温度下聚合20分钟；

[0054] b4.将上述步骤b3中聚合后的坯块在20～30℃温度的去离子水中清洗30分钟后取出；

[0055] b5.在120～150℃温度下烘干10～30分钟；

[0056] b6.使用步骤a中在阳极坯块表面形成介质层时使用的12-60V的直流形成电压的50～70％的直流电压作为形成电压，在质量比为2～3％的对甲苯磺酸溶液中补形成20分钟；补形成处理可使形成的钽电解电容器显著减少漏电电流；

[0057] b7.在步骤b6的补形成后，在120～150℃温度下再次烘干10～30分钟；

[0058] 重复上述步骤b2～b7，直到形成介质层的坯块表面形成0.2～0.3毫米厚的3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为高分子阴极；实际中，重复4～6次上述步骤b2～b7，即可使3，4乙烯二氧噻吩PEDT层阴极达到0.2～0.3毫米的厚度；

[0059] c.将已聚合形成高分子阴极的坯块表面浸渍石墨、银浆层作为阴极引出层，将所述坯块的钽丝引出线和阴极引出层分别粘结到封装壳体的金属框架的阳极引出线和阴极引出线上，塑封后即得到具有高分子阴极的固体片式钽电解电容器；

[0060] 实际中，步骤c具体包括：

[0061] c1.在上述步骤b中已聚合形成高分子阴极的坯块表面浸渍固体含量为2～10％的石墨后，在温度130～150℃下烘干10～30分钟；

[0062] c2.之后浸渍高分子导电银浆，在温度150～200℃下烘干10～30分钟；

[0063] c3.将浸渍高分子导电银浆后的坯块的钽丝引出线，粘结到封装壳体的的金属框架的阳极引出线上，在150℃温度下烘干10～30分；

[0064] c4.使用相应壳号的模塑设备对产品进行外壳压力封装，即得到钽电解电容器。

[0065] 实施例二

[0066] 本实施例提供一种高分子固体片式钽电解电容器的制造方法，具体如下：

[0067] (1)阳极形成：将比容为7000uF.v/g的钽粉按压制密度6毫克/CC压制成钽丝引出线的坯块，在1700℃的温度，及真空度为5×0.0004Pa条件下进行真空高温烧结后得到阳极坯块；

[0068] (2)介质层形成：在0.4％的硝酸溶液中，采用60V的直流电压作为形成电压、80毫安/克的电流密度在步骤(1)中烧结得到的阳极坯块的表面用电化学方法形成介质层，可以根据准备制得的电容器设定的耐压控制介质层的厚度，若厚一些，可以控制电化学形成的时间长一些，短一些，则控制时间短一些即可；

[0069] (3)阴极形成：按照质量比1：5的比例配制3，4乙烯单体正丁醇和对甲苯磺酸铁溶液的混合溶液，其中，3，4乙烯单体正丁醇是由单分子态的3，4乙烯二氧噻吩与正丁醇按的1：3的质量比例混合形成的混合物；

[0070] (31)将所述坯块浸入所述混合溶液中停留3分钟后取出；

[0071] (32)在室温下聚合35分钟，在35℃温度下聚合20分钟；

[0072] (33)将步骤(32)中聚合后的坯块在25℃温度的去离子水中清洗30分钟后取出；

[0073] (34)在135℃温度下烘干20分钟；

[0074] (35)使用前述形成介质层的直流电压60V的60％的直流电压作为形成电压(即60V×60％＝36V)，在质量比为2.5％的对甲苯磺酸溶液中补形成20分钟；

[0075] (36)在135℃温度下烘干20分钟；

[0076] 重复步骤(3)～(36)，一般重复4～6次，直到所述阳极坯块表面形成0.2～0.3毫米厚的3，4乙烯二氧噻吩PEDT作为阴极；

[0077] 在已聚合形成阴极的坯块表面浸渍固体含量为6％的石墨后，在150℃温度下烘干20分钟；

[0078] 之后浸渍高分子导电银浆，在180℃温度下烘干20分钟；

[0079] 把浸渍银浆后的坯块切短阳极钽丝，粘结到封装壳体的金属框架上在150℃温度下烘干20分钟；

[0080] 使用与封装壳体的壳号相对应的模塑设备对产品进行外壳压力封装，即得到高分子阴极的钽电解电容器。

[0081] 在上述制得的高分子阴极钽电解电容器的基础上，还可以进行后续处理后，来得到最终的高分子阴极固体片式钽电解电容器产品，具体包括：(1)使用激光打印机打印产品规格和正极标识；(2)使用切筋机和切边机切掉产品框架连接部分和阳极边；(3)使用专用的老化设备对产品施加额定电压下的足够时间的老化；(4)使用自动测试机，按照相应的测试标准对产品进行100％性能测试并同时自动剔除废品；(5)对产品引线进行合乎标准的自动成型及编带，即得到可检验后入库或直接使用的成品钽电解电容器。

[0082] 上述生产具有高分子阴极的固体片式钽电解电容器中，通过采用高分子材料EDT单体(单分子态的3，4乙烯二氧噻吩与正丁醇的混合物)和带导电铁离子的对甲苯磺酸铁配制成的混合溶液，使形成介质层的钽阳极坯块上聚合形成高分子涂层作为高分子阴极，该高分子阴极的高频电导率为20S/cm，是一种电导率较高的高分子涂层，作为高子阴极的材料，它不仅要具有较低的电阻率，而且还要具有理想的交连分子结构及厚度才可以达到要求，如在聚合时的溶液的化学当量浓度比，聚合温度和速度与PEDT膜的电阻率及产品的漏电流之间关系非常大，决定了是否能最后制得合格的具有高分子阴极的固体片式钽电解电容器，因此采用本发明实施例中的化学聚合方法，即可达到有效控制在阳极坯块外介质层上聚合形成PEDT层的聚合质量的目的，进而可以制得出漏电流达到要求的具有高频低阻抗高分子阴极的固体片式钽电解电容器。

[0083] 综上所述，本发明实施例中以钽块作为阳极，在钽块阳极上聚合形成3，4乙烯二氧噻吩PEDT层作为阴极，封装后形成具有高分子阴极的固体片式钽电解电容器。 由于3，4乙烯二氧噻吩PEDT层阴极具有优异高频低阻抗特性，使得该钽电解电容器的高频阻抗与以二氧化锰为阴极的钽电解电容器相比可以提高一至二个数量级，可以用在频率更高的电路中，不会因所在电路频率的提高，导致钽电解电容器容量的降低。 并且在该钽电解电容器意外击穿时，不会起火燃烧或爆炸，安全性较高。

[0084] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。