液体钽电解电容器的生产工艺与结构特点分析

马 坤

（中色〈宁夏〉东方集团有限公司 宁夏 银川 750011）

0 引言

电容器作为三大无源元件之一，具有隔直流通交流的功能。而电解电容器是电容器种类中的一大类，以其体积小和电容量大，在耦合、旁路、滤波、能量转换等电子线路中占有重要的地位。

1 液体钽电解电容器的生产工艺

1.1 钽块的成型与烧结

钽粉的成型过程包括称料（量料）、装膜、压制（上、下压）、脱膜。采用自动成型，模具的形状决定了钽块的形状，只要根据需要，装好模具，再调整好压制密度所需要的压强，四步工作就可以连续进行。为了改善钽粉的流动性，使压制密度分布均匀，通常需要在钽粉中添加适当的粘合剂。

1.2 无定形Ta2O5介质氧化膜的形成工艺

对于液体钽电解电容器而言，无定形Ta2O5介质氧化膜的形成工艺（又称赋能工艺）就是采用电化学方法在钽芯表面形成一层厚度仅为几十纳米到几百纳米的Ta2O5介质膜作为电容器的介质层。这一步工艺是钽电解电容器生产中的核心工艺，也是钽电解电容器区别于其它电容器的显著不同之处。

1.3 浸渍电解质和凝胶电解质的配制

液体钽电解电容器的工作电解质包括浸渍电解质和凝胶电解质两种，其中又以浸渍电解质为主，凝胶电解质配方的酸度要与浸渍电解质配方相对应。为了使产品具有符合要求的电性能，对浸渍电解质提出了一系列要求，例如:浸渍电解质要具有良好的浸润性，在工作中能不断提供修补介质氧化膜的电化学能力，其电导率和黏度在规定的温度范围内的变化要小而平稳，饱和蒸汽压要低等等。为了满足这一系列要求，我们需通过实验优选出适当的配方。由于配置过程一般为放热过程，故须将配好的电解质进行冷却处理并搅拌均匀以获得成分均一的电解质。

1.4 钽芯的浸渍及凝胶电解质注入

钽芯的浸渍是将钽芯浸入浸渍电解质。钽芯通过氧化膜多孔性吸附作用吸着浸渍电解质。需要注意的是在浸渍前必须烘干钽芯中的水分，这种水分是指钽芯吸附空气中含有盐分和尘埃等杂质的水。浸渍的方法分为手工浸渍、真空浸渍和加压浸渍三种。

注入凝胶电解质前须用玻璃棒将冷却的凝胶电解质进行搅拌至具有流动性，然后选用适当的注射针管抽取一定量的凝胶电解质注入到银壳内部，最后将浸渍好的钽芯装入。这样，钽芯与银外壳之间的空隙便由凝胶电解质填满，从而在一定程度上起到密封和防止漏液的作用。

1.5 装配与封装

对于全密封结构的钽电容器，是将阳极钽块上的钽丝穿过聚四氟乙烯和橡皮热圈，然后把钽芯在聚四氟乙烯下垫片的固定下装配到注有凝胶电解质的银外壳之中。在银外壳上与橡皮环等高的位置进行压槽固定，并穿置玻璃粉绝缘子，之后依次进行卷边、绝缘子与银外壳间的边焊、绝缘子上的钽管与穿过其间钽丝的高温氩弧球焊和阳极引线对焊。

1.6 老练与检测

装配好的电容器需要进行在一定的温度环境下对电容器施加某一大于额定电压的电压，经过一定时间的老练，可以修补前面工艺造成的氧化膜损伤，使电容器电性能趋于稳定。对老练后的产品检测其电性能，剔除具有明显外观缺陷，漏电流过大、耐压强度低的产品，以提高电容器的可靠性。

2 液体钽电解电容器的结构特点

相对于其他类型的电容器，液体钽电解电容器的结构有三个显著特征:

2.1 液体钽电解电容器的工作介质是在钽芯表面上所生成的一层极薄的Ta2O5膜，此层介质氧化膜和金属钽结合成一个整体，不能单独存在。

2.2 液体钽电解电容器的阳极是电容器中生成介质氧化膜的金属钽，使电容器接入电路中应用时的正极。

2.3 液体钽电解电容器的实际阴极是工作电解质，包括浸渍电解质（液体）和凝胶电解质（凝胶）。为了使阴极能够与外部相连接，又以另一金属外壳与电解质相接触，这是液体钽电解电容器接入电路时的负极，仅起引出阴极的作用。

3 液体钽电解电容器的结构

3.1 钽芯和介质氧化膜

钽芯是液体钽电容器的阳极，是由钽粉通过压制烧结等工艺制成的圆柱体。在此圆柱体的一端圆心处引出一根钽丝，用以接入电路的正极。烧结时的开孔率很大程度上影响着钽电容器的电容量及损耗。

钽芯表面上经过赋能形成厚度大约为几十到几百纳米的Ta2O5氧化膜层，该氧化膜层以无定型态存在，使得钽芯表面有大量的蜂窝状空隙。这层氧化膜是电解电容器的心脏部分，它的质量关系到电容器性能的优劣，特别是漏电流的大小。

3.2 银外壳

液体钽电解电容器通常采用高纯度银外壳作为电容器引出阴极，是电容器接入电路时的负极。未经处理的银外壳内表面积小，使得电容量不易被引出，因此要增大阴极表面积。解决这个问题可以通过化学或者电化学腐蚀的方法，如硫酸、硝酸等，但是这些腐蚀剂氧化性过强，腐蚀速度过快，效果难以控制，有可能使壳口被腐蚀，从而影响电容器的密封性。另一种方法是在银外壳内壁用电镀或电化学镀的方法沉积一层海绵状的铂黑层，但是铂黑层存在易脱落的问题。目前一般采用全钽全密封结构，并在银外壳内壁沉积一层具有多孔隙的碳来增加阴极有效面积。

3.3 工作电解质

工作电解质是钽电容器的实际阴极，它与阳极钽块表面的Ta2O5介质膜层及银外壳的内壁充分接触，其物理与化学性质对电容器的电性能有着重要的影响。液体钽电解电容器的工作电解质包括浸渍电解质和凝胶电解质两部分。一部分是浸渍电解质，用于浸渍钽芯，使电解质溶液可以渗入多孔隙的阳极钽块里，以引出最大的电容量。它需要具有良好的浸润性，在工作中能不断提供修补介质氧化膜的电化学能力，而且其电导率和黏度在规定的温度范围内的变化要小而平稳，沸点和冰点在工作温度范围之外，较高的闪火电压和较低的饱和蒸汽压。另一部分是凝胶电解质，冷却后为凝胶状，具有摇匀性，填充在钽芯与银外壳之间，起到两者之间的联系作用并可以防止电容器漏液。

4 结束语

液体钽电解电容器的性能优异，是在所有电解电容器中具有漏电流最小，单位体积的CV乘积最大的产品。虽然钽原料稀缺，但采用了高比容钽粉后成本降低，再加上生产工艺的改进，使液体钽电解电容器得到迅速发展，使用范围更加广泛。

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