钽电容知识汇总结构工艺参数选型.docx
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钽电容知识汇总结构工艺参数选型
钽电容知识汇总(结构、工艺、参数、选型)
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一、钽电容简介和基本结构
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
下图为MnO2为负极的钽电容
下图为聚合物(Polymer)为负极的钽电容
二、生产工艺
按照电解液的形态,钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分,液体钽电解用量已经很少,本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。
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。
一、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
二、主要生产工序说明
(一)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。
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、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。
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。
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。
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。
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,详细见工艺文件。
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。
(二)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?
Cg
T
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?
VB
T
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..
额定电压6.3101625354050
最低赋能电压18305080110140170
(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。
7、如果烧结后,试容出来容量大了怎么办?
(1)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;
(2)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。
(3)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估计就是因未空烧,装炉量太大,压制密度偏小所致)。
10、注意事项:
(1)不能徒手接触钽块;
(2)出炉后在伴同小卡上注明炉次、层次,以便出问题进行追溯。
(3)试容;
(4)剔除开裂、断裂的产品;
(5)检验钽丝脆性
(6)第一层取两个钽块拔一下钽丝,能否轻易拔出,如能轻易拔出,说明烧结温度太低。
就要查看是隔热罩密封不好,还是温度不均匀等情况;
(7)烧结时发现有问题的钽块要尽快隔离标识;
(8)每天要关心试容结果,特别要注意比容,如果比容偏差大了,要尽快调整炉温。
(9)炉子的加热棒经过重新安装和修理后,一定要重新调整炉温,试炉温时只能少放点产品,以免造成较大的损失。
(10)装炉量一般不要超过1KG(钽粉量)。
(三)组架
a)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脏。
b)注意要垂直。
c)注意直径小于Φ2.0,放60条,大于Φ2.5,放行30条
d)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、烧结的数据般到小卡上,并在小卡上标注试容后的电压。
随架子流传。
e)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
f)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。
(四)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/C2
C1------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=KCR
(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)
例如:
35V105,中间抽测容量为1.08、1.05、1.12、1.09、1.10,形成电压为95V,问需要提高几伏电压才能达到需求的容量?
先求出中间抽测容量的平均值C1=1.09,V1=95
V2=1.09X95/1.0=103.5(V),需提高9V
注意:
提高电压后,需恒压一小时,才可结束赋能。
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;
例如:
第一次恒压温度为75度,恒压电压为90V,如果形成液的温度提高到85度,问形成电压要降低几伏?
V2=90×(75+273)/(85+273)=87.5V,需降低3V。
该公式不常用。
但能指导为何温度低容量会变大。
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,详见工艺文件。
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,详见工艺文件。
原则:
结束电流要很小,基本上稳定不再下降为止,具体数值要看平时积累数据。
9、注意几点:
(1)容量、漏电一定要每坩埚都检,如果发现哪一架容量正公差超差,可提高电压,如果发现容量偏负一点点,也可流入后道,如果偏负很大,那只有改规格。
如果发现哪一架漏电慢或超差,可再恒压一小时。
(2)做的过程当中,要经常观察液面、温度。
(3)如果试容、赋能湿测有质量问题,在排除赋能的情况下
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