本 科 毕 业 论 文片式钽电容的开发与应用贵州 ● 铜仁2016年6月院 别： 物理与电子工程学院 学科门类： 理学专 业：应用物理学 姓 名：廖昌俊 学 号： 2012051173应用物理学专业本科毕业论文贵州●铜仁2016年6月目录1摘要钽电容以独特优异的综合性广泛使用于各行业。

钽电容由钽丝和钽粉经过一系列工艺制作而成，具有小型化，贴片化，损耗角(tan)小，容量大，高温稳定性等一系列独特性能。

在远距离通讯，工业，电子制造业，航天军工，医疗及一些尖端科学领域发挥了较大的价值。

本文主要是对钽电容的基本概述，工艺，现状，应用，发展趋势和应用前景的综合论述。

关键词：钽电容; 广泛使用; 发展趋势ABSTRACTantalum capacitors are widely used in various industries for its unique and excellent comprehensive properties. Tantalum capacitors by tantalum and tantalum powder through a series of production process, has the advantages of miniaturization, SMD, loss angle tangent (tan), large capacity, high temperature stability, a series of unique properties.In the long distance communications, industry, electronics manufacturing, aerospace industry, medical and some cutting-edge science has played a greater value. This paper is mainly about the basic overview of tantalum capacitors, process, status, application, development trends and application prospects of a comprehensive exposition.Key words: Tantalum capacitors, Widely used, Development trends1钽电容的概述1.1 钽电容的简介及基本结构钽，英文名叫Tantalum，具有2900℃以上的熔点，过渡金属元素，主要存在于钽铁矿中，富有延展性，硬度适中，介电常数为27，有优越的化学性质。

对盐酸，浓硝酸及“王水”都不反应，抗腐蚀性极强，金属活动性在所有金属元素中排倒数第四。

钽电容，1956年贝尔实验室研制成功，由钽粉与钽丝压制而成，钽丝直径一般在2毫米10毫米之间，通过强大的机械外力保证了巨大的内部表面积即较大的容积比（每克电容电压的乘积），然后经过高温真空烧结（1200-1800℃）后作为电容器的阳极，通过电化学方法在其表面生成五氧化二钽（Ta2O5）氧化膜作为介质，通过加热硝酸锰分解得到阴极二氧化锰。

钽电容一般以贴片式和直插钽电容最为常见。

直插式钽电容结构图如图1.1所示。

钽丝与钽粉混合压制成钽块（阳极），通过电化学方法，在阳极表面生成Ta2O5氧化膜（介电层），通过加热使硝酸锰分解变成二氧化锰得到阴极，以石墨为缓冲层，避免银浆与二氧化锰接触被氧化而失去作用，以二根CP导线引出电容正负极，一般情况下，导线较长的为正极，短的一端是负极。

图1.1 直插式钽电容结构图贴片式钽电容结构如图1.2所示。

与直插式钽电容类似，贴片钽电容多为卧式结构，体积较小，外壳为塑料封装。

外壳标注黑色矩形的通常电容正极，另一端则为负极。

图1.2 贴片钽电容结构图在钽电解电容工作过程中，具有自动修补或隔绝氧化膜的独特性能，使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到连续的累积性破坏。

这种独特自愈性能，保证了其长寿命和可靠性[5]。

1.2 钽电容的生产工艺流程钽电容主要有引线式和贴片式二种安装，其制造工艺大体相同。

而钽电容的生产厂商主要是欧美日本等企业，其中主要竞争厂商有AVX,NEC,KEMET（基美)，VISHAY。

以下是生产厂商AVX生产的TAJ系列传统钽电容加工工艺流[6]程图1.3和简要说明。

图1.3 钽电容加工工艺流程图钽电容加工工艺简要说明：(1)原材料检验:目前主要钽电容企业原料均由东方钽业提供。

(2)成型:将粗细不等的颗粒钽粉与粘合剂均匀混合，再与钽丝一起压制得到钽电容阳极。

(3)烧结:烧结是指将钽块烧结成一定形状的微观多孔体。

此过程对温度和真空度均须严格控制。

(4)湿检:通过烧结后的钽块抽样赋能实验和点参数测试确定钽块烧结比容，对下道工序赋能的参数进行优化，同时，还将对钽丝，钽块的尺寸，强度等参数进行测试。

(5)焊接:在工艺架上焊接钽与四氟垫，得到整架产品，方便后面的工序操作。

(6)赋能:利用电化学的方法，在阳极表面生成绝缘的介质层五氧二钽氧化膜，再将成架的产品浸入形成液中（一般为稀硝酸）一定深度，硝酸溶液会渗透到钽块内部孔道中，再将钽块作为阳极通电，硝酸分解出氧，与硝酸接触的钽粒子表面生产五氧化二钽氧化膜。

(7)被膜:首先清洗钽电容表面的杂质并干燥，放入硝酸锰溶液中加热，得到电容的阴极二氧化锰，该工序应多次重复，确保电容电量不会有较大损失。

(8)石墨银浆:石墨主要起缓冲作用，降低了电容的ESR，还阻止了银浆的氧化，一般使用机器自动操作。

银浆主要收集电流，也方便后面工序引出引线，此道工序操作繁琐，多以手工为主。

(9)浸银:对钽电容阴极二氧化锰进行一系列的性能测试。

(10)装配:该工序主要是切割产品，切割前应该清除已经在钽丝上的氧化膜，然后将阳极与整个框架焊在一起，而阴极则使用银膏。

(11)模塑:将上面得到的框架条产品模塑封装，使其成为有几何尺寸和外观的形体。

(12)喷砂:喷除产品框架上多余毛刺，再固化加强产品的模塑强度，常用水作为喷砂，因为其对焊性影响较小。

(13)打印:打印产品相关信息，一般包括容量，额定电压，阳极标识。

(14)切边:将框架条的产品阳极边切除。

(15)预测试:自动化测试产品漏电流，剔除漏电流大的产品。

(16)老化筛选:这是整个工序比较重要的一步，因为其电容的可靠性取决此工序的方法是否得到完整实施。

一般在老化炉内进行三步，一次老炼，浪涌测试，二次老炼。

(17)编带:利用编带机将产品引线成型，自动编带成为一整卷盘产品。

(18)查盘:对已经成型的的钽电容外观再次检验，留下外观合格品，去除多余载带，调整卷盘缠绕方向并打好包装。

目前电子产品不仅小型化，其功耗却不断增加，传统以二氧化锰为负极的钽电容缺点越来明显，损耗角正切较大，高频特性差，低ESR很难再减小，且在被膜时失效率高，加之本身二氧化锰氧含量很高，温度很高时，可能会自燃，燃烧电路，损坏其他电子元件。

对此工艺改进，主要有以下二种方法。

(1)对传统制造工艺的改造。

传统重要的几道工序决定了电容的性能，因此对钽粉比容量，烧结，被膜，赋能，烧结等重要几道工序进行细节的改进，尤其是赋能和被膜工序，得到的阴极和电介质无氧化二钽是整个电容性能的关键，其主要目前主要技术难点有二个，一是氧化膜质量，二是阴极二氧化锰的被覆质量[16]。

（2）对阴极材料的替换。

使用高导电聚合物来替换传统方法的阴极二氧化锰，目前主要有四种（聚乙炔，聚苯胺，聚吡咯，聚乙烯二氧噻吩PEDT）[4]是目前研究最多，最深入的导电高聚合物，其不仅能弥补二氧化锰作为阴极带来的缺点，且还能提高钽电容在高频率工作时的低ESR,提高纹波电压和稳定性，提高钽电容的自修复能力和阻燃性。

四种高导电聚合物都同时存在一个问题，如何在被被膜时实现高导电聚合物在多微孔的阳极表面均匀致密的沉积[14]。

但是聚苯胺，聚吡咯大量使用时，会产生污染物质，对环境有一定的危害。

此外，PEDT聚合反应快，反应难以控制，电容量引出率低，等问题仍是难题。

目前由拜尔公司使用PEDT研制的钽电容是当前可靠性最高的钽电容导电聚合物，此外，KEMET成功研制出了T52X,T53X二个系列的军工导电聚合物钽电容[4]。

1.3 钽电容的分类与使用钽电容主要按二种方式分类，按安装方式可以分为；引线式和贴片式。

按电解质的可分为；固体和体态钽电容[8]。

由于钽电容本身的一些属性，使用钽电容前应该注意以下一些问题；(1)钽电容为极性电容，勿施加反向电压。

(2)应当在电容器规定的纹波电压内使用。

(3)环境温度一般为-55-125℃，额定电压2.5-50V，频率小于10KHZ。

(4)注意安装方式，不要受到过大的机械冲击和热冲击。

(5)注意保养，点检和清洗方式，发生故障应先切断电源，再逐一排查。

2钽电容的现状2.1钽电容的国内外生产状况随着科技的发展，钽电容的性能得到更好的放大，厂家遍布国内外，尤其是欧美日本。

1997年世界贴片钽电容年产量达到145亿只，2000年超过了250亿只，片式化率超过80%。

日本生产钽电容始于八十年代中期，最初的厂品是树脂模型SK系列，从3.3uf的K1到静电量为33uf的超小型大电容K6。

日本电气公司成为了世界上最大的片式钽电容厂商，目前已被美国凯美特公司取代[8]。

二十世纪八十年代，我国开始自主研发的片式钽电容，九十世纪，又研制了模塑封装型片式钽电容器；中国振华集团(主要趋向于军工领域)在1995年首次引入钽电容生产线，之后又连续引进了6条钽电容生产线，使我国的钽电容得到了迅速的发展。

2001年国内生产钽电解电容11.78亿只，同比增长42.4%，其中片式钽电容9.96亿只[4]，片式化率达到88.5%，目前已超过90%，是我国钽电容产品最多，配套规格最多的专业制造企业之一，星日钽电容（宁夏星日电子有限公司）是国内最大的钽电容生产基地，主要对口华为等电子企业，2012年突破钽电容年产量15亿只。

图2.1为全球钽电容生产总量走势图。

图2.1 全球钽电容生产总量走势图从钽电容的生产总量走势图上可以看出，其生产总量有二个高峰期，一个是2000年，超过了250亿只，另一个是2012年，接近350亿只。

二十世纪九十年代，随着电子设备的逐渐普及化，通讯，网络的发展带动着个人微机，传呼机普遍使用，加之军工武器对钽电容的青睐，使得钽电容的需求有较大上升，到2000年达到最大，之后逐渐出现市场饱和，有小幅度下降。

其原因有二个，一是以美国为首的欧美发达国家的制造业出现低迷，计算机，移动电话销量持续降低；二是2000年电子市场出现亢奋状态，对钽电容市场的销量预计过高，尤其是计算机和移动电话方面，导致许多销售商重复定货，出现了大面积的钽电容库存积压。