鉭電容簡介和基本結(jié)構(gòu) 固體鉭電容是將鉭粉壓制成型,在高溫爐中燒結(jié)成陽極體,其電介質(zhì)是將陽極體放入酸中賦能,形成多孔性非晶型Ta2O5介質(zhì)膜,其工作電解質(zhì)為硝酸錳溶液經(jīng)高溫分解形成MnO2 ,通過石墨層作為引出連接用。 鉭電容性能優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)較大容量的同時可以使體積相對較小，易于加工成小型和片狀元件，適宜目前電子器件裝配自動化，小型化發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用，鉭電容的主要特點有壽命長，耐高溫，準(zhǔn)確度高，但耐電壓和電流能力相對較弱，一般應(yīng)用于電路大容量濾波部分。鉭電容全稱鉭電解電容，是1956年美國貝爾實驗室研發(fā)的電解電容器，采用金屬鉭作為陽極材料，利用其表面生成的五氧化二鉭氧化膜作為介質(zhì)層，搭配固態(tài)或液態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成。具有體積小、電容量大、低電感效應(yīng)等特點，支持表面貼裝形式，適用于消費電子、醫(yī)療設(shè)備、航空航天及汽車電子等領(lǐng)域

鉭電解電容是一種以金屬鉭為陽極介質(zhì)、表面生成五氧化二鉭薄膜的電解電容器，主要應(yīng)用于軍事通訊、航天、工業(yè)控制及通訊儀表等領(lǐng)域。該產(chǎn)品通過鉭粉燒結(jié)成型工藝實現(xiàn)小型化設(shè)計，在同等體積下具備更大電容量，工作溫度范圍覆蓋-50℃至100℃，并憑借低ESR特性適配高頻電路環(huán)境 [2]。其核心技術(shù)優(yōu)勢包括自愈性氧化膜可修復(fù)局部缺陷提升可靠性，漏電流小且長期穩(wěn)定性優(yōu)異。按結(jié)構(gòu)可分為燒結(jié)型固體、箔形卷繞固體和燒結(jié)型液體三類，其中樹脂封裝的燒結(jié)型固體占據(jù)主流，片式化產(chǎn)品配合SMT表面貼裝技術(shù)成為發(fā)展趨勢 [3]。

使用時需嚴(yán)格遵循極性接法并配合降額設(shè)計，主要承擔(dān)電源濾波、能量存儲及信號耦合等功能 [1]。固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨特的特征：鉭電解電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。此層氧化膜介質(zhì)完全與組成電容器的一端極結(jié)合成一個整體，不能單獨存在。因此單位體積內(nèi)所具有的電容量特別大。即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。在鉭電解電容器工作過程中，具有自動修補(bǔ)或隔絕氧化膜中的疵點所在的性能，使氧化膜介質(zhì)隨時得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。這種獨特自愈性能，保證了其長壽命和可靠性的優(yōu)勢。燒結(jié)型液體常見于高可靠型軍用設(shè)備中，外殼由純銀構(gòu)成。鉭電解電容器具有非常高的工作電場強(qiáng)度，并較任何類型電容器都大，以此保證它的小型化。鉭電解電容器可以非常方便地獲得較大的電容量，在電源濾波、交流旁路等用途上少有競爭對手。

具有單向?qū)щ娦?，即所謂有“極性”，應(yīng)用時應(yīng)按電源的正、負(fù)方向接入電流，電容器的陽極(正極)接電源“+”極，陰極(負(fù)極)接電源的“-”極;如果接錯不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時間內(nèi)芯子就會發(fā)熱，破壞氧化膜隨即失效。工作電壓有一定的上限平值，但這方面的缺點對配合晶體管或集成電路電源，是不重要的。

電解電容器一般認(rèn)為是一種性能優(yōu)良，使用壽命長的電子元件，它的失效率正常時可達(dá)七級。但它總還是符合電子元器件的失效普遍規(guī)律，即澡盆形失效曲線，前期失效可在老煉過程中剔除。因此只有隨機(jī)失效的可能性。而這種無效即有制造工藝控制問題，還常常伴隨產(chǎn)品在使用過程的不當(dāng)或超載所致，綜合說來大約有三種模式即電流型、電壓型和發(fā)熱型。鉭電解電容器具有儲藏電量、進(jìn)行充放電等性能，主要應(yīng)用于濾波、能量貯存與轉(zhuǎn)換，記號旁路，耦合與退耦以及作時間常數(shù)元件等。在應(yīng)用中要注意其性能特點，正確使用會有助于充分發(fā)揮其功能，其中諸如考慮產(chǎn)品工作環(huán)境及其發(fā)熱溫度，以及采取降額使用等措施，如果使用不當(dāng)會影響產(chǎn)品的工作壽命。

鉭電容的結(jié)構(gòu)由鉭金屬片作為電極，鉭氧化物作為電介質(zhì)構(gòu)成。鉭金屬片和鉭氧化物薄膜之間有一個極細(xì)的介電層，這個介電層是通過對鉭金屬片進(jìn)行陽極氧化生成的。整個結(jié)構(gòu)被包裹在一個塑料或金屬外殼中，以保護(hù)其免受環(huán)境的影響。

鉭電容，一種固體電容器，其制作工藝涉及將鉭粉經(jīng)過壓制成型后，在高溫環(huán)境中燒結(jié)成陽極體。隨后，通過將陽極體浸入酸中賦能，形成多孔性非晶型Ta2O5介質(zhì)膜。其工作電解質(zhì)則是由硝酸錳溶液經(jīng)高溫分解后形成的MnO2。此外，石墨層被用作引出連接，確保電容器的穩(wěn)定工作。

鉭電容憑借其出色的性能，在實現(xiàn)大容量存儲的同時，還能保持相對較小的體積，非常適合加工成小型和片狀元件，滿足現(xiàn)代電子器件裝配的自動化和小型化需求。它的主要特點包括長壽命、耐高溫以及高精度，盡管其耐電壓和電流能力相對較弱，但依然在電路大容量濾波方面得到了廣泛應(yīng)用。

二、鉭電容的工作原理

鉭電容的工作原理是基于電場的作用。當(dāng)電壓施加在鉭電容上時，電場就會在鉭氧化物薄膜中形成。這個電場會把電荷分離成正負(fù)兩極，正負(fù)兩極分別集中在鉭金屬片和鉭氧化物薄膜的界面上。這樣就形成了一個電容器，其中鉭金屬片是一個電極，鉭氧化物薄膜是另一個電極，它們之間的極細(xì)介電層就是電容器的電介質(zhì)。當(dāng)電容器充電時，鉭金屬片上的電荷量會增加，鉭氧化物薄膜上的電荷量會減少，這樣就會產(chǎn)生一個電場，使得電容器中存儲的電能增加。當(dāng)電容器放電時，存儲的電能就會釋放出來，電場就會消失，鉭金屬片和鉭氧化物薄膜上的電荷量也會回到初始狀態(tài)。

三、鉭電容的制造工藝

鉭電容的制造工藝主要包括以下幾個步驟：

1、鉭金屬片的制備

鉭金屬片是鉭電容的電極，它需要以高純度的鉭金屬為原料，通過多道工藝加工而成。首先將鉭金屬片加工成所需的形狀和尺寸，然后對其進(jìn)行表面處理，以提高其表面粗糙度和表面積，使其更易于與鉭氧化物薄膜結(jié)合。

2、陽極氧化

陽極氧化是制備鉭氧化物薄膜的關(guān)鍵步驟。首先要將鉭金屬片作為陽極，在電解液中施加電壓，使其表面形成一層極細(xì)的鉭氧化物薄膜。這個鉭氧化物薄膜具有高密度、高穩(wěn)定性和低漏電流等特點。

3、電容器的組裝

將鉭金屬片和鉭氧化物薄膜組裝在一起，以形成一個電容器。這個過程需要將鉭金屬片和鉭氧化物薄膜對齊，并在它們之間添加適量的導(dǎo)電膠，以保證它們之間的電性能。

4、封裝

將電容器放入一個塑料或金屬外殼中，以保護(hù)其免受外界環(huán)境的影響。這個過程需要使用專門的封裝設(shè)備，以確保電容器的封裝質(zhì)量和可靠性。

四、鉭電容的應(yīng)用

由于鉭電容具有高容量密度、低ESR、低漏電流、高溫度穩(wěn)定性和長壽命等優(yōu)點，因此在電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。以下是鉭電容的一些典型應(yīng)用：

1、直流電源濾波電容

在直流電源中，鉭電容通常用于濾波電路中，以消除直流電源中的雜波和噪聲。

2、模擬電路耦合電容

在模擬電路中，鉭電容通常用作耦合電容，以將信號從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路。

3、信號調(diào)理電路電容

在信號調(diào)理電路中，鉭電容通常用于濾波、放大和耦合等方面，以提高信號質(zhì)量和可靠性。

4、電源開關(guān)電容

在電源開關(guān)電路中，鉭電容通常用于保護(hù)電源開關(guān)管，以減少電源開關(guān)管的損壞和壽命。

5、電源備份電容

在電源備份電路中，鉭電容通常用于存儲電能，以在主電源故障時提供備份電源。

五、鉭電容和電解電容的區(qū)別

(1)原理與結(jié)構(gòu)

鉭電容是一種電解質(zhì)電容器，由鉭金屬作為正極極板，以及氧化鋁(Al2O3)作為絕緣層和負(fù)極極板組成。鉭電容的電解質(zhì)是一種高阻抗氧化鋁薄膜，具有非常高的介電常數(shù)和極低的電容漏電流。其原理是利用氧化鋁的高介電常數(shù)和良好的電容性能，將鉭金屬薄膜與氧化鋁薄膜分別作為正負(fù)極板，形成一個電容器。

電解電容是一種電解質(zhì)電容器，由鋁箔或鎢絲作為正極極板，以及氧化鋁(Al2O3)作為絕緣層和負(fù)極極板組成。電解電容的電解質(zhì)是一種低阻抗氧化鋁薄膜，具有良好的電導(dǎo)性和低電容漏電流。其原理是利用氧化鋁的高介電常數(shù)和良好的電容性能，將鋁箔或鎢絲薄膜與氧化鋁薄膜分別作為正負(fù)極板，形成一個電容器。

(2)電容值

鉭電容的電容值比電解電容要小，一般在幾微法到幾百微法之間。而電解電容的電容值比較大，一般在幾毫法到幾百毫法之間。

(3)工作電壓

鉭電容的工作電壓比電解電容要高，一般在數(shù)十伏到數(shù)百伏之間。而電解電容的工作電壓比較低，一般在幾伏到幾十伏之間。

(4)尺寸

鉭電容相對于電解電容來說體積較小，因為鉭電容的電容值比較小，而電解電容的電容值比較大，所以相同電容值的鉭電容尺寸要小于電解電容。

(5)價格

鉭電容的價格相對較高，一般是電解電容的幾倍甚至更多。這是因為鉭金屬是一種稀有金屬，價格較高，同時鉭電容的制造工藝也比較復(fù)雜。而電解電容的價格相對較低，因為鋁箔或鎢絲的價格相對較低，制造工藝也相對簡單。

總之，鉭電容是一種重要的電子元件，它在電子產(chǎn)品中扮演著不可或缺的角色。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷增加，鉭電容的市場前景也將越來越廣闊。

鉭電解電容，根據(jù)電解液的形態(tài)，可分為液體和固體兩種。目前，液體鉭電解的使用量已逐漸減少，而固體鉭電解則成為主流，因此本文將重點介紹固體鉭電解的生產(chǎn)工藝。

固體鉭電解電容的介質(zhì)材料是五氧化二鉭，其陽極由燒結(jié)金屬鉭塊構(gòu)成，并通過鉭絲引出。傳統(tǒng)的負(fù)極材料是固態(tài)MnO2，然而，最新的技術(shù)已采用聚合物作為負(fù)極材料，其性能相較于MnO2更為出色。

在制造過程中，鉭電解電容有引線式和貼片式兩種安裝方式，其基本工藝流程相似。接下來，我們將以片鉭生產(chǎn)工藝為例，詳細(xì)介紹其生產(chǎn)流程。此工序旨在將鉭粉與鉭絲通過模壓工藝結(jié)合，賦予其特定的形狀。在成型過程中，需向鉭粉中加入適量粘接劑，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

1、為何要加入粘接劑?

粘接劑的加入旨在改善鉭粉的流動性和成型性，從而減少粉重誤差，并有效預(yù)防鉭粉堵塞模腔的情況。對于流動性良好的低比容粉，可以適當(dāng)增加粘接劑的用量，而對于流動性較差的高比容粉，則可適量減少粘接劑的添加。

2、粘接劑用量不當(dāng)會產(chǎn)生何種影響?

若粘接劑加入過多，脫樟?xí)r樟腦大量揮發(fā)，可能導(dǎo)致鉭坯開裂或斷裂，同時瘦小的鉭坯易出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。而若粘接劑加入過少，則無法有效改善鉭粉的流動性。此外，拌好的鉭粉若放置時間較長，因樟腦易揮發(fā)，可適量再添加一些粘接劑。需注意，樟腦的加入會略微增加鉭粉中的雜質(zhì)含量，從而影響其漏電性能。為確保鉭粉的質(zhì)量，每天使用完畢后，應(yīng)將其裝入聚四氟乙烯瓶或真空袋內(nèi)進(jìn)行密封保存，以防止樟腦揮發(fā)、鉭粉混入雜質(zhì)或吸附空氣中的氣體。

3、在成型后，是否可以跳過脫樟步驟，直接將鉭坯放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)?

不行，因為樟腦是一種在低溫下?lián)]發(fā)的物質(zhì)。如果直接將鉭坯放入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，樟腦在揮發(fā)過程中可能會在爐膛、機(jī)械泵、擴(kuò)散泵等排出管道內(nèi)冷凝。

4、若鉭絲埋入深度過淺，會帶來哪些不良影響?

鉭絲若埋入深度不足，即埋入三分之二鉭坯高度以下，可能會面臨拔出或松動的風(fēng)險。在后道工序中，一旦鉭絲受到引力作用，其根部便可能因漏電流過大而影響產(chǎn)品性能。因此，在成型過程中應(yīng)當(dāng)時刻關(guān)注并檢查鉭絲的埋入深度，確保其至少達(dá)到三分之二以上的高度。

5、粉重誤差過大會產(chǎn)生何種影響?

若粉重誤差過大，將導(dǎo)致產(chǎn)品容量顯著分散，進(jìn)而降低K〔±10%〕檔的命中率。在成型過程中，頻繁需要稱取粉重，且誤差必須控制在合格范圍內(nèi)〔±3%〕。若出現(xiàn)粉重不一的情況，可通過調(diào)整賦能電壓或燒結(jié)溫度進(jìn)行校正。若誤差超出規(guī)定范圍，則需對成型機(jī)進(jìn)行調(diào)整，并將已壓制的鉭坯單獨隔離，以坩堝為單位進(jìn)行單獨燒結(jié)，并做好相應(yīng)標(biāo)識。