液體鉭電解電容器的生產工藝與結構特點分析

馬 坤

（中色〈寧夏〉東方集團有限公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

電容器作為三大無源元件之一，具有隔直流通交流的功能。而電解電容器是電容器種類中的一大類，以其體積小和電容量大，在耦合、旁路、濾波、能量轉換等電子線路中占有重要的地位。

1 液體鉭電解電容器的生產工藝

1.1 鉭塊的成型與燒結

鉭粉的成型過程包括稱料（量料）、裝膜、壓制（上、下壓）、脫膜。采用自動成型，模具的形狀決定了鉭塊的形狀，只要根據需要，裝好模具，再調整好壓制密度所需要的壓強，四步工作就可以連續進行。為了改善鉭粉的流動性，使壓制密度分布均勻，通常需要在鉭粉中添加適當的粘合劑。

1.2 無定形Ta2O5介質氧化膜的形成工藝

對于液體鉭電解電容器而言，無定形Ta2O5介質氧化膜的形成工藝（又稱賦能工藝）就是采用電化學方法在鉭芯表面形成一層厚度僅為幾十納米到幾百納米的Ta2O5介質膜作為電容器的介質層。這一步工藝是鉭電解電容器生產中的核心工藝，也是鉭電解電容器區別于其它電容器的顯著不同之處。

1.3 浸漬電解質和凝膠電解質的配制

液體鉭電解電容器的工作電解質包括浸漬電解質和凝膠電解質兩種，其中又以浸漬電解質為主，凝膠電解質配方的酸度要與浸漬電解質配方相對應。為了使產品具有符合要求的電性能，對浸漬電解質提出了一系列要求，例如:浸漬電解質要具有良好的浸潤性，在工作中能不斷提供修補介質氧化膜的電化學能力，其電導率和黏度在規定的溫度范圍內的變化要小而平穩，飽和蒸汽壓要低等等。為了滿足這一系列要求，我們需通過實驗優選出適當的配方。由于配置過程一般為放熱過程，故須將配好的電解質進行冷卻處理并攪拌均勻以獲得成分均一的電解質。

1.4 鉭芯的浸漬及凝膠電解質注入

鉭芯的浸漬是將鉭芯浸入浸漬電解質。鉭芯通過氧化膜多孔性吸附作用吸著浸漬電解質。需要注意的是在浸漬前必須烘干鉭芯中的水分，這種水分是指鉭芯吸附空氣中含有鹽分和塵埃等雜質的水。浸漬的方法分為手工浸漬、真空浸漬和加壓浸漬三種。

注入凝膠電解質前須用玻璃棒將冷卻的凝膠電解質進行攪拌至具有流動性，然后選用適當的注射針管抽取一定量的凝膠電解質注入到銀殼內部，最后將浸漬好的鉭芯裝入。這樣，鉭芯與銀外殼之間的空隙便由凝膠電解質填滿，從而在一定程度上起到密封和防止漏液的作用。

1.5 裝配與封裝

對于全密封結構的鉭電容器，是將陽極鉭塊上的鉭絲穿過聚四氟乙烯和橡皮熱圈，然后把鉭芯在聚四氟乙烯下墊片的固定下裝配到注有凝膠電解質的銀外殼之中。在銀外殼上與橡皮環等高的位置進行壓槽固定，并穿置玻璃粉絕緣子，之后依次進行卷邊、絕緣子與銀外殼間的邊焊、絕緣子上的鉭管與穿過其間鉭絲的高溫氬弧球焊和陽極引線對焊。

1.6 老練與檢測

裝配好的電容器需要進行在一定的溫度環境下對電容器施加某一大于額定電壓的電壓，經過一定時間的老練，可以修補前面工藝造成的氧化膜損傷，使電容器電性能趨于穩定。對老練后的產品檢測其電性能，剔除具有明顯外觀缺陷，漏電流過大、耐壓強度低的產品，以提高電容器的可靠性。

2 液體鉭電解電容器的結構特點

相對于其他類型的電容器，液體鉭電解電容器的結構有三個顯著特征:

2.1 液體鉭電解電容器的工作介質是在鉭芯表面上所生成的一層極薄的Ta2O5膜，此層介質氧化膜和金屬鉭結合成一個整體，不能單獨存在。

2.2 液體鉭電解電容器的陽極是電容器中生成介質氧化膜的金屬鉭，使電容器接入電路中應用時的正極。

2.3 液體鉭電解電容器的實際陰極是工作電解質，包括浸漬電解質（液體）和凝膠電解質（凝膠）。為了使陰極能夠與外部相連接，又以另一金屬外殼與電解質相接觸，這是液體鉭電解電容器接入電路時的負極，僅起引出陰極的作用。

3 液體鉭電解電容器的結構

3.1 鉭芯和介質氧化膜

鉭芯是液體鉭電容器的陽極，是由鉭粉通過壓制燒結等工藝制成的圓柱體。在此圓柱體的一端圓心處引出一根鉭絲，用以接入電路的正極。燒結時的開孔率很大程度上影響著鉭電容器的電容量及損耗。

鉭芯表面上經過賦能形成厚度大約為幾十到幾百納米的Ta2O5氧化膜層，該氧化膜層以無定型態存在，使得鉭芯表面有大量的蜂窩狀空隙。這層氧化膜是電解電容器的心臟部分，它的質量關系到電容器性能的優劣，特別是漏電流的大小。

3.2 銀外殼

液體鉭電解電容器通常采用高純度銀外殼作為電容器引出陰極，是電容器接入電路時的負極。未經處理的銀外殼內表面積小，使得電容量不易被引出，因此要增大陰極表面積。解決這個問題可以通過化學或者電化學腐蝕的方法，如硫酸、硝酸等，但是這些腐蝕劑氧化性過強，腐蝕速度過快，效果難以控制，有可能使殼口被腐蝕，從而影響電容器的密封性。另一種方法是在銀外殼內壁用電鍍或電化學鍍的方法沉積一層海綿狀的鉑黑層，但是鉑黑層存在易脫落的問題。目前一般采用全鉭全密封結構，并在銀外殼內壁沉積一層具有多孔隙的碳來增加陰極有效面積。

3.3 工作電解質

工作電解質是鉭電容器的實際陰極，它與陽極鉭塊表面的Ta2O5介質膜層及銀外殼的內壁充分接觸，其物理與化學性質對電容器的電性能有著重要的影響。液體鉭電解電容器的工作電解質包括浸漬電解質和凝膠電解質兩部分。一部分是浸漬電解質，用于浸漬鉭芯，使電解質溶液可以滲入多孔隙的陽極鉭塊里，以引出最大的電容量。它需要具有良好的浸潤性，在工作中能不斷提供修補介質氧化膜的電化學能力，而且其電導率和黏度在規定的溫度范圍內的變化要小而平穩，沸點和冰點在工作溫度范圍之外，較高的閃火電壓和較低的飽和蒸汽壓。另一部分是凝膠電解質，冷卻后為凝膠狀，具有搖勻性，填充在鉭芯與銀外殼之間，起到兩者之間的聯系作用并可以防止電容器漏液。

4 結束語

液體鉭電解電容器的性能優異，是在所有電解電容器中具有漏電流最小，單位體積的CV乘積最大的產品。雖然鉭原料稀缺，但采用了高比容鉭粉后成本降低，再加上生產工藝的改進，使液體鉭電解電容器得到迅速發展，使用范圍更加廣泛。

［1］陳國光.電解電容器[M].西安:西安交通大學出版社,1993.

［2］王訓國.高比容鉭粉的賦能工藝研究[J].稀有金屬,1991(6):410-415.

［3］林學清,洪雪寶.鋁電解電容器工程技術[M].廈門:廈門大學出版社,2002.

［4］薛仁經,彭寶霞.如何提高固體鉭電容器和液體鉭電容器的使用可靠性[J].電子產品可靠性與環境試驗,1990(5):31-34.

［5］付賢民.新型全密封液體鉭電容器[J].電子元件與材料,1997,16(5):31-35.