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(xiàn)，位于元素周期表VB 族中^[2]，原子序數(shù)73，原子量為108.195，屬于體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)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(wěn)定性，不與空氣和水作用，無(wú)論是在冷和熱的條件下，對(duì)鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應(yīng)。除氫氯酸以外能抵抗包括“王水”在內(nèi)的一切無(wú)機(jī)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(yàn)證明，鉭在常溫下，對(duì)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(yīng)，這樣的情況在金屬中是比較罕見的。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(yīng)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(qiáng)的抗腐蝕能力和良好的強(qiáng)度。鉭富有延展性，可以拉成細(xì)絲式制薄箔。其熱膨脹系數(shù)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(qiáng)，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(yīng)用，這樣，對(duì)其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理就顯得非常重要。

鉭所具有的特性，使它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。在制取各種無(wú)機(jī)酸的設(shè)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(dān)的任務(wù)，使所需費(fèi)用大大降低。

二.鉭電容簡(jiǎn)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(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?qū)崿F(xiàn)較大容量的同時(shí)可以使體積相對(duì)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(yīng)用，鉭電容的主要特點(diǎn)有壽命長(zhǎng)，耐高溫，準(zhǔn)確度高，但耐電壓和電流能力相對(duì)較弱，一般應(yīng)用于電路大容量濾波部分。

2.1.基本結(jié)構(gòu)

下圖為MnO₂為負(fù)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(yàn)－成型工序－燒結(jié)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(yù)測(cè)試工序－老練工序－測(cè)試工序－外觀工序－編帶工序－查盤工序－成品QC－入庫(kù)儲(chǔ)存－包裝－發(fā)貨QC

下面按照工藝流程路線作一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹：

a）原材料檢驗(yàn)：

b) 成型：

粗細(xì)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（防止鉭粉太多產(chǎn)生的自重，粘結(jié)在一起），設(shè)備自動(dòng)按照尺寸模腔壓制成型；

c) 脫臘和燒結(jié)：

脫臘又叫預(yù)燒，即將壓制成型的鉭塊內(nèi)的粘結(jié)劑去除；燒結(jié)則是將已經(jīng)脫粘結(jié)劑的鉭塊燒結(jié)成為具有一定機(jī)械強(qiáng)度的微觀多孔體，燒結(jié)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(jié)溫度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致顆粒與顆粒之間的熔合部分過(guò)多，導(dǎo)致表面面積減少；脫臘和燒結(jié)對(duì)爐的真空度、起始溫度、升溫、保溫、降溫及出爐、轉(zhuǎn)爐時(shí)間等參數(shù)均有嚴(yán)格控制要求。

d) 濕檢QC：

濕檢是通過(guò)對(duì)燒結(jié)后的鉭塊抽樣進(jìn)行賦能試驗(yàn)及電參數(shù)測(cè)試確定鉭塊的燒結(jié)比容，為下道賦能工藝的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化（電流密度、形成電壓等），同時(shí)反饋調(diào)整上道燒結(jié)工序的溫控曲線等參數(shù)。同時(shí)，還會(huì)對(duì)鉭塊、鉭絲的外觀尺寸、強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(nèi)部的孔道內(nèi)，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(nèi)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(fù)多次直到內(nèi)部間隙都充滿二氧化錳，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(dǎo)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(duì)銀漿槽攪伴，以確保銀漿的粘度，該工序的手工操作較多，感覺不是太好。

i) 浸銀QC：

浸銀QC是對(duì)前面陰極生成工序后的電性能和外觀尺寸的抽檢，電性能測(cè)試包括：容量、損耗、漏電流及ESR四參數(shù)，采用PC與測(cè)試設(shè)備構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

j) 裝配：

將被銀后的產(chǎn)品定距切斷，在切斷前先對(duì)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(jié)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行固化加強(qiáng)產(chǎn)品的模塑強(qiáng)度。噴砂的介質(zhì)已經(jīng)改用為水，這樣對(duì)可焊性的影響更小。

m) 打印：

打印產(chǎn)品的標(biāo)稱容量、額定電壓和陽(yáng)極標(biāo)識(shí)，以進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)識(shí)識(shí)別。

n) 切邊：

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

o) 預(yù)測(cè)試：

只是測(cè)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)線一般有兩套老化爐，一套同時(shí)具備浪涌測(cè)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(cè)試、二次老煉。

q) 測(cè)試：

老煉浪涌測(cè)試完的產(chǎn)品會(huì)進(jìn)行電性能四參數(shù)的測(cè)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) 外觀分選：

對(duì)產(chǎn)品的外觀進(jìn)行全檢，并剔除外觀廢品。

s) 編帶：

利用編帶機(jī)將產(chǎn)品引線成型，并自動(dòng)編帶成為一整卷盤產(chǎn)品。

t) 查盤：

對(duì)編帶后產(chǎn)品的外觀進(jìn)行100％的檢驗(yàn)，剔除外觀不合格品，將合格品重新熱封，去除多余載帶，調(diào)整卷盤纏繞方向并打好包裝。

u) 成品QC：

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

三.鉭電容的主要特性參數(shù)

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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但實(shí)際上不同生產(chǎn)廠家生產(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(xiàn)象的深層次原因是鉭電容器復(fù)雜的生產(chǎn)工藝過(guò)程使產(chǎn)品參數(shù)不可能保持絕對(duì)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)廠家的重要目標(biāo)。而對(duì)于用戶而言，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(shù)與電路使用條件不匹配。二；由用戶提供的產(chǎn)品存在質(zhì)量問(wèn)題。

鉭電容器的各電性能參數(shù)對(duì)使用時(shí)可靠性的影響
鉭電容器的實(shí)際參數(shù)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(duì)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(hào)響應(yīng)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(hào)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(duì)可靠性造成任何影響。

容值一般的測(cè)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?yàn)楣腆w鉭電容采用固體MnO₂電解質(zhì)，容量變化相對(duì)穩(wěn)定，在濾波應(yīng)用時(shí)，容量變化基本可忽略。

容值VS頻率變化曲線：

容值VS溫度變化曲線：

3.2.額定工作電壓&浪涌電壓

一般規(guī)格書上標(biāo)示的工作電壓為在一定溫度范圍內(nèi)最大直流電壓（低于85度），當(dāng)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：

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別電壓的1.3倍，超過(guò)浪涌電壓很容易導(dǎo)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。