一種中高頻非固體電解質(zhì)鉭電容器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非固體電解質(zhì)鉭電容器制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中高頻非固體電 解質(zhì)鉭電容器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容器作為常見的電子元件，廣泛應(yīng)用于通信、航天和軍工、海底電纜和高級(jí)電子 裝置、民用電器等多方面，在電子線路中起儲(chǔ)能、濾波、去耦、旁路、轉(zhuǎn)相等作用。非固體電 解質(zhì)鉭電容器采用金屬外殼封裝（如銀外殼，鉭外殼），這類電容器具有漏電流小、單位體 積的CV乘積大（貯存電荷能力強(qiáng)）等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電路的儲(chǔ)能，前端濾波等方面，但 傳統(tǒng)的非固體電解質(zhì)鉭電容器的使用頻率一般在300KHZ以內(nèi)（低頻段），在中高頻率段的 實(shí)用性很小，因此在中高頻率段電路設(shè)計(jì)者們往往選用中高頻特性強(qiáng)的固體鉭電容或MLCC 等電容器，但這些電容器單位體積的CV乘積較非固體電解質(zhì)鉭電容器的小很多，不能從質(zhì) 上改變整機(jī)小型化，輕型化和高頻化的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種中高頻非固體電解質(zhì)鉭電容器的制備方 法。
[0004] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。
[0005] 本發(fā)明提供的一種中高頻非固體電解質(zhì)鉭電容器的制備方法，包括以下步驟：
[0006] (1)選用比容為5000-15000 y F ? V/g的鉭粉作為陽極鉭芯設(shè)計(jì)用粉，陽極鉭芯直 徑為(p3D -
[0007] (2)將鉭粉壓制成陽極鉭塊，并放入高溫爐中煅燒；
[0008] (3)控制形成槽中陽極鉭塊的數(shù)量，在形成電解液中形成Ta20 5介質(zhì)膜；
[0009] (4)將陽極鉭塊放置于真空爐中進(jìn)行熱處理，爐內(nèi)的真空度保持在2x10 3T〇rr以 內(nèi)，熱處理?xiàng)l件為320~360°C并保持30 ±10分鐘；
[0010] (5)將陽極鉭塊再次放入形成電解液中形成Ta205介質(zhì)膜；
[0011] (6)將陽極鉭塊放入去離子水中煮洗，然后放入烘箱中烘干；
[0012] (7)在38%的H2S04水溶液中添加Si02、CuS04 ? 5H20,硅溶膠以及表面活性劑和 導(dǎo)電高分子材料配制成工作電解液；
[0013] (8)將陽極鉭塊、工作電解液放入到鍍釕鉭外殼中，并完成電容器裝配；
[0014] (9)將裝配完成的電容器置于恒溫烘箱進(jìn)行老煉。
[0015] 所述步驟⑵中的壓制密度為5. Og/cm3~7. 5g/cm 3,燒結(jié)溫度為1200 °C~ 1650 °C，燒結(jié)時(shí)間為20~40分鐘。
[0016] 所述步驟（3)之前采用離子型浸潤、電子型浸潤或離子型和電子型結(jié)合浸潤方式 對(duì)待形成產(chǎn)品進(jìn)行浸潤。
[0017] 所述步驟⑶施加的起始電壓為額定電壓的0.1~0.2倍，升壓電流密度為 0. 35mA/CV ;待電壓達(dá)到70V時(shí)，電流密度降至0. 22mA/CV。
[0018] 所述步驟（6)中去離子水的溫度為80±10°C，煮洗時(shí)間為100±20分鐘，烘箱的溫 度為120±10°C，烘干時(shí)間為1~2小時(shí)。
[0019] 所述步驟（5)中的形成電解液的溫度為80±10°C，施加電壓為產(chǎn)品額定電壓的 1. 5~2. 0倍，通電時(shí)間為3~5小時(shí)。
[0020] 所述步驟（9)的具體步驟如下：
[0021] A、室溫下升壓至額定電壓，且速率控制在3V/20min~5V/30min，再恒壓6h ;
[0022] B、緩慢升溫至85°C;
[0023] C、在125°C條件下，電壓為額定電壓的0. 6~0. 65倍，恒壓lh~2h;
[0024] D、在85°C條件下，電壓為額定電壓的1. 1~1. 2倍，老煉48h~96h。
[0025] 本發(fā)明的有益效果在于：工作電解液的好壞直接影響著產(chǎn)品的電性能參數(shù)的好壞 和特征性能，配制的工作電解液可以更好實(shí)現(xiàn)新型中高頻產(chǎn)品的中高頻效果，中高頻非固 體電解質(zhì)鉭電容器主要依托陽極鉭芯直徑極限設(shè)計(jì)、形成技術(shù)、高滲透性和高電導(dǎo)率工作 電解液技術(shù)以及階梯老練技術(shù)，中高頻非固體電解質(zhì)鉭電容器的ESR值隨頻率的諧振點(diǎn)在 600KHz~1. 5MHz范圍，大大提升了該類產(chǎn)品的使用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0027] 實(shí)施例一：
[0028] 以XX型75V1200 y F產(chǎn)品為例，其制備方法包括以下步驟：
[0029] (1)選用比容為15000 y F *V/g的鉭粉作為陽極鉭芯設(shè)計(jì)用粉，根據(jù)對(duì)此類鉭粉的 數(shù)據(jù)積累和該規(guī)格外形尺寸的綜合考慮設(shè)計(jì)其極限陽極鉭芯直徑為<p8.6;根據(jù)各種鉭粉 在特定壓制密度，特定燒結(jié)溫度下的燒結(jié)收縮率和規(guī)格產(chǎn)品具體尺寸設(shè)計(jì)陽極鉭芯極限直 徑，確定直徑后，根據(jù)規(guī)格要求設(shè)計(jì)陽極鉭芯尺寸；采用高比容片狀顆粒的鉭粉，燒結(jié)后的 基體中不會(huì)像粒狀鉭粉那樣有許多截面積細(xì)小的燒結(jié)頸，有利于降低漏電流和等效串聯(lián) 電阻、確保容量的引出、減少尖端放電隱患，擊穿電壓較高，具有耐燒結(jié)性和耐電壓的特征。
[0030] (2)采用現(xiàn)有加工技術(shù)將鉭粉壓制成陽極鉭塊，并放入高溫爐中煅燒。壓制密度 為6. Og/cm3,燒結(jié)溫度為1570°C，恒溫時(shí)間25分鐘；使燒結(jié)后的陽極塊應(yīng)有合理的孔隙度 及其分布，綜合考慮燒結(jié)后鉭陽極的比容與漏電流系數(shù)。采用熱混粉工藝，在75°C~90°C 環(huán)境下使鉭粉與粘合劑（如硬脂酸鈉）混合均勻；增大陽極鉭塊的壓制密度可提高生坯強(qiáng) 度。
[0031] (3)采用離子型浸潤、電子型浸潤或離子型和電子型結(jié)合浸潤方式對(duì)待形成產(chǎn)品 進(jìn)行浸潤。由于鉭粉屬高比容鉭粉，燒結(jié)后，鉭芯內(nèi)部空隙小，浸潤難度大，因此采用離子 型或電子型結(jié)合的浸潤方式對(duì)準(zhǔn)形成產(chǎn)品進(jìn)行浸潤，提高產(chǎn)品在形成過程中的產(chǎn)品浸潤效 果，有利于減少產(chǎn)品因浸潤不完全導(dǎo)致的產(chǎn)品失效問題。
[0032] 控制形成槽中陽極鉭塊的數(shù)量，將陽極鉭塊按照現(xiàn)有工藝方法在形成電解液中形 成Ta205介質(zhì)膜；施加的起始電壓小于0. 2倍額定電壓，升壓電流密度為0. 35mA/CV;待電 壓達(dá)到70V時(shí)，電流密度降至0. 22mA/CV ;Ta205介質(zhì)膜狀態(tài)直接決定電容器耐壓、電容量、 漏電流及ESR等技術(shù)參數(shù)的好壞。適當(dāng)提高形成電壓，增加Ta205介質(zhì)膜層厚度，提高介質(zhì) 氧化膜層可靠性?？刂菩纬刹壑嘘枠O鉭塊整體數(shù)量。
[0033] 形成時(shí)，如果形成槽中陽極鉭塊的數(shù)量鉭塊數(shù)量過多，升壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)形成不均勻 的現(xiàn)象，同時(shí)不利于及時(shí)耗散掉氧化反應(yīng)過程產(chǎn)生的熱量，極易造成鉭塊內(nèi)部熱致晶化。形 成電解液選用低濃度的無機(jī)酸（主要是閃火電壓高的磷酸）與乙二醇的混合液體系，并配 以體積濃度為5%的專用有機(jī)添加劑，確保形成液具有較高的閃火電壓，同時(shí)能有效抑制氧 化膜晶化。
[0034] 高比容鉭粉壓制的陽極鉭塊，內(nèi)部孔徑較小，該處的形成電解液電阻相對(duì)變大，溫 升和局部過熱更為明顯，因此必須少許降低電流密度。在保證形成效率的前提下，根據(jù)不 同電壓段分級(jí)遞減升壓電流密度，使Ta205介質(zhì)膜形成過程中盡可能減少膜層瑕疵。
[0035] (4)將陽極鉭塊放置于真空爐中進(jìn)行熱處理，爐內(nèi)的真空度保持在2xl0-3T 〇rr以 內(nèi)，熱處理?xiàng)l件為360°C并保持30分鐘；通過加熱，可破壞掉形成過程中靠近基體表面的有 明顯缺陷的氧化膜，使得鉭基體從鉭氧化物中吸取氧，鉭金屬一氧化物界面會(huì)向氧化物轉(zhuǎn) 化，從而減小電介質(zhì)的有效厚度，去掉基體表面的毛刺，獲得均勻平整的介質(zhì)層，并帶來漏 電流減小的好處。
[0036] (5)將陽極鉭塊再次放入形成電解液中形成Ta205介質(zhì)膜；將陽極鉭塊放入溫度 為85°C、磷酸濃度為0. 5% (體積比）的磷酸溶液中，施加電壓為產(chǎn)品額定電壓的1. 5倍， 通電時(shí)間為3小時(shí)；選擇沸點(diǎn)高、閃火電壓高、氧化速率快的有機(jī)添加劑配制成專用形成電 解液，在特定溫度和電壓下，采用低升流密度對(duì)經(jīng)熱處理后的陽極塊再進(jìn)行數(shù)小時(shí)的二次 形成。該工藝可以使常規(guī)形成后仍無法避免的缺陷介質(zhì)膜層得以修復(fù)，在原介質(zhì)膜層表面 生成一層致密性和均勻性更好、更厚的Ta 205介質(zhì)膜，顯著提升介質(zhì)膜層強(qiáng)度和整流性能。
[0037] (6)將陽極鉭塊放入80°C的去離子水中煮洗100分鐘，然后放入溫度為120