1.1金屬鉭的性質(zhì)

1.1.1物理性質(zhì)

1802年，稀有金屬鉭(Ta)由AG Ekeberg發(fā)現，位于元素周期表VB 族中^[2]，原子序數73，原子量為108.195，屬于體心立方結構，晶格常數A：3.2959，熔點(diǎn)為2996 ℃，沸點(diǎn)5427 ℃， 僅次于鎢和錸，位居第三。室溫下的電阻率為13.58μΩ·cm，電離電位7.30±3V。

1.1.2化學(xué)性質(zhì)

鉭具有非常好的化學(xué)穩定性，不與空氣和水作用，無(wú)論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。除氫氯酸以外能抵抗包括“王水”在內的一切無(wú)機酸，也包括任何堿溶液的侵蝕。將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。實(shí)驗證明，鉭在常溫下，對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用，僅在氫氟和熱濃硫酸作用下有所反應，這樣的情況在金屬中是比較罕見(jiàn)的。它的另一個(gè)重要特性是可以吸收氣體，如氫、氮、氧等，并形成相應的固溶體或化合物。

1.1.3力學(xué)性能

金屬鉭具有高熔點(diǎn)、極強的抗腐蝕能力和良好的強度。鉭富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小，每升高一攝氏度只膨脹百分之六點(diǎn)六。除此之外，它的韌性很強，比銅還要優(yōu)異。但是，硬度偏低，抗劃傷能力和抗變形能力不足，使用壽命短，制約了金屬鉭的推廣應用，這樣，對其表面進(jìn)行強化處理就顯得非常重要。

鉭所具有的特性，使它的應用領(lǐng)域十分廣闊。在制取各種無(wú)機酸的設備中，鉭可用來(lái)替代石墨陰極，壽命可比石墨陰極提高幾十倍。此外，在化工、電子、電氣等工業(yè)中，鉭可以取代過(guò)去需要由貴重金屬鉑承擔的任務(wù)，使所需費用大大降低。

二.鉭電容簡(jiǎn)介和基本結構

固體鉭電容是將鉭粉壓制成型,在高溫爐中燒結成陽(yáng)極體,其電介質(zhì)是將陽(yáng)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(guò)石墨層作為引出連接用。

鉭電容性能優(yōu)越，能夠實(shí)現較大容量的同時(shí)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(dòng)化，小型化發(fā)展，得到了廣泛的應用，鉭電容的主要特點(diǎn)有壽命長(cháng)，耐高溫，準確度高，但耐電壓和電流能力相對較弱，一般應用于電路大容量濾波部分。

2.1.基本結構

下圖為MnO₂為負極的鉭電容

2.2.工藝流程

一、工藝制造流程

大致工藝流程如下（粗體為關(guān)鍵工序）：

原材料檢驗－成型工序－燒結工序－濕檢QC－焊接工序－賦能工序－被膜工序－石墨銀漿工序－浸銀QC－裝配工序－模塑工序－噴砂工序－打印工序－切邊工序－預測試工序－老練工序－測試工序－外觀(guān)工序－編帶工序－查盤(pán)工序－成品QC－入庫儲存－包裝－發(fā)貨QC

下面按照工藝流程路線(xiàn)作一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹：

a）原材料檢驗：

b) 成型：

粗細比例不同的顆粒鉭粉與溶解于溶劑中的粘合劑均勻混合好，待溶劑揮發(fā)后，再與鉭絲一起壓制成陽(yáng)極鉭塊；該工序自動(dòng)化程度較高，每隔一定時(shí)間，操作員將混好的鉭粉倒入進(jìn)料盤(pán)（防止鉭粉太多產(chǎn)生的自重，粘結在一起），設備自動(dòng)按照尺寸模腔壓制成型；

c) 脫臘和燒結：

脫臘又叫預燒，即將壓制成型的鉭塊內的粘結劑去除；燒結則是將已經(jīng)脫粘結劑的鉭塊燒結成為具有一定機械強度的微觀(guān)多孔體，燒結過(guò)程只是顆粒與顆粒間接觸的部分熔合在一起，但若燒結溫度過(guò)高，則會(huì )導致顆粒與顆粒之間的熔合部分過(guò)多，導致表面面積減少；脫臘和燒結對爐的真空度、起始溫度、升溫、保溫、降溫及出爐、轉爐時(shí)間等參數均有嚴格控制要求。

d) 濕檢QC：

濕檢是通過(guò)對燒結后的鉭塊抽樣進(jìn)行賦能試驗及電參數測試確定鉭塊的燒結比容，為下道賦能工藝的參數進(jìn)行優(yōu)化（電流密度、形成電壓等），同時(shí)反饋調整上道燒結工序的溫控曲線(xiàn)等參數。同時(shí)，還會(huì )對鉭塊、鉭絲的外觀(guān)尺寸、強度等參數進(jìn)行測試。

e) 焊接：

該工序自動(dòng)將單支鉭陽(yáng)極塊穿上四氟墊，焊接在工藝條上并收集在工藝架上，形成整架產(chǎn)品，以便后道工序進(jìn)行整架產(chǎn)品的操作。

f) 賦能：

賦能工序是很關(guān)鍵的一道工序，它利用電化學(xué)的方法，在陽(yáng)極表面生成一層致密的絕緣Ta₂O₅氧化膜，以作為鉭電解電容器的介質(zhì)層。過(guò)程為成架的產(chǎn)品浸入形成液中（通常為稀硝酸液）一定深度，硝酸溶液會(huì )滲透到鉭塊內部的孔道內，再將鉭塊作為陽(yáng)極通以電流，硝酸分解出氧，就會(huì )在與硝酸接觸的鉭粒子表面生成Ta₂O₅氧化膜。

g) 被膜：

被膜是將已經(jīng)賦能好的鉭電容進(jìn)行清洗干燥后，浸在硝酸錳溶液中，硝酸錳溶液一直深入到鉭塊內部孔洞，硝酸錳加熱分解變成二氧化錳形成電容的陰極。此工序須重復多次直到內部間隙都充滿(mǎn)二氧化錳，這樣保證二氧化錳的覆蓋率使電容的容量不會(huì )有損失。

h) 被石墨銀漿：

石墨層作為緩沖層，既減小了ESR又可以防止銀漿與二氧化錳接觸導致銀漿的氧化；銀漿層的目的是提供一種等電位表面，收集電容器充放電的移動(dòng)電流，它也易于和引線(xiàn)框架連接。石墨的浸漬采用儀器自動(dòng)控制，一般是一到二次（S、A、B殼為二次；其余為一次），浸漬石墨層后需要進(jìn)行固化(150℃ 30～40mins)；而銀漿的浸漬則采用手工按工藝條來(lái)操作(固化溫度160℃ 50～60mins)，每隔一定時(shí)間就重新對銀漿槽攪伴，以確保銀漿的粘度，該工序的手工操作較多，感覺(jué)不是太好。

i) 浸銀QC：

浸銀QC是對前面陰極生成工序后的電性能和外觀(guān)尺寸的抽檢，電性能測試包括：容量、損耗、漏電流及ESR四參數，采用PC與測試設備構成的數據采集系統。

j) 裝配：

將被銀后的產(chǎn)品定距切斷，在切斷前先對鉭絲表面的氧化膜刮除，防止虛焊，再將陽(yáng)極焊接在框架上，陰極通過(guò)銀膏固化與框架托片結合在一起。

k) 模塑：

將裝配后的框架條產(chǎn)品模塑包封，使其成為具有一定幾何尺寸和外觀(guān)質(zhì)量的形體。

l) 噴砂：

噴除模塑后產(chǎn)品框架上的多余溢料和毛刺，并對產(chǎn)品進(jìn)行固化加強產(chǎn)品的模塑強度。噴砂的介質(zhì)已經(jīng)改用為水，這樣對可焊性的影響更小。

m) 打?。?/span>

打印產(chǎn)品的標稱(chēng)容量、額定電壓和陽(yáng)極標識，以進(jìn)行產(chǎn)品標識識別。

n) 切邊：

將框架條產(chǎn)品的陽(yáng)極邊切除，方便后續的電性能測試和老煉篩選。

o) 預測試：

只是測試產(chǎn)品的漏電流，并剔除漏電流大的產(chǎn)品。該工序自動(dòng)化程度較高。

p) 老化篩選：

鉭電容的可靠性程度取決于篩選工序的方法和實(shí)施程度，因此老化篩選是重點(diǎn)工藝。生產(chǎn)線(xiàn)一般有兩套老化爐，一套同時(shí)具備浪涌測試及老煉功能；另一套只具有高溫老煉功能。其工序分為三段：一次老煉、浪涌測試、二次老煉。

q) 測試：

老煉浪涌測試完的產(chǎn)品會(huì )進(jìn)行電性能四參數的測試，容量、損耗、漏電流及ESR，不合格品會(huì )自動(dòng)剔除到收集盒。

r) 外觀(guān)分選：

對產(chǎn)品的外觀(guān)進(jìn)行全檢，并剔除外觀(guān)廢品。

s) 編帶：

利用編帶機將產(chǎn)品引線(xiàn)成型，并自動(dòng)編帶成為一整卷盤(pán)產(chǎn)品。

t) 查盤(pán)：

對編帶后產(chǎn)品的外觀(guān)進(jìn)行100％的檢驗，剔除外觀(guān)不合格品，將合格品重新熱封，去除多余載帶，調整卷盤(pán)纏繞方向并打好包裝。

u) 成品QC：

成品QC進(jìn)行外觀(guān)、電性四參數、可焊、耐焊的檢驗。產(chǎn)品抽樣進(jìn)行回流焊試驗，確定產(chǎn)品的電性能參數不會(huì )有太大的變化率。

三.鉭電容的主要特性參數

鉭電容器在實(shí)際制造過(guò)程中，由于使用的原材料性能差異和工藝水平不同以及裝備性能的不同，批量生產(chǎn)出的產(chǎn)品的性能盡管都符合標準規定，但實(shí)際上不同生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的產(chǎn)品的性能存在明顯的質(zhì)量差異。即使是同一生產(chǎn)批，不同只產(chǎn)品實(shí)際上也存在質(zhì)量差異。造成此現象的深層次原因是鉭電容器復雜的生產(chǎn)工藝過(guò)程使產(chǎn)品參數不可能保持絕對的完全一致，因此,追求質(zhì)量一致性和追求高性能就成為所有生產(chǎn)廠(chǎng)家的重要目標。而對于用戶(hù)而言，造成使用時(shí)失效的原因主要有兩點(diǎn)；一；產(chǎn)品性能參數與電路使用條件不匹配。二；由用戶(hù)提供的產(chǎn)品存在質(zhì)量問(wèn)題。

鉭電容器的各電性能參數對使用時(shí)可靠性的影響
鉭電容器的實(shí)際參數如下； 1． CR；額定容量[uF] ；2． DF；損耗[%] ；3． DCL;直流漏電流[uA] ；4． ESR;等效串聯(lián)電阻。[Ω]

3.1.容值

容量精度對使用影響及可靠性影響簡(jiǎn)單說(shuō)明；在實(shí)際工作狀態(tài)，容量大小可以決定濾波后的信號響應速度和波幅大小，在脈沖充放電電路中可以決定輸出電流波形是否合乎要求。但是，除非在工作頻率非常高的電路需要濾波的信號較弱時(shí)，必須需要高的容量精度，一般的DC-DC電路中的濾波和脈沖充放電，容量的微小偏差根本不會(huì )影響使用效果，更不會(huì )影響可靠性。因此，在實(shí)際使用中容量的偏差幅度大小不會(huì )對可靠性造成任何影響。

容值一般的測試條件：環(huán)境溫度：25度室溫下，頻率：120H_Z，電壓：交流有效值最大1V或最大直流2.5V。一般來(lái)講，容值隨頻率增加而降低，隨溫度增加容量也會(huì )略有增加，因為固體鉭電容采用固體MnO₂電解質(zhì)，容量變化相對穩定，在濾波應用時(shí)，容量變化基本可忽略。

容值VS頻率變化曲線(xiàn)：

容值VS溫度變化曲線(xiàn)：

3.2.額定工作電壓&浪涌電壓

一般規格書(shū)上標示的工作電壓為在一定溫度范圍內最大直流電壓（低于85度），當溫度高于85度，額定電壓會(huì )降低，一般在125度，額定電壓降為原額定電壓的2/3。

工作電壓VS溫度變化曲線(xiàn)：

3.2.1.浪涌電壓

一般鉭電容能承受的浪涌電壓大約為額定電壓或類(lèi)別電壓的1.3倍，超過(guò)浪涌電壓很容易導致Ta₂O₅介質(zhì)的擊穿，下表出示了一般固體鉭電容在25℃&85度℃，125℃浪涌電壓值。