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[摘 要]随着电子技术向自动化和小型化发展，也要求钽电解电容器朝着小型化、片式化、高性能的方向发展。本文主要对钽电解电容器工艺现状和发展方向进行了详细的探讨。
[关键词] 钽电解电容器 工艺现状 发展方向
中图分类号：TM 535.1 文献标识码：A 文章编号：
引言：钽电容器由于具有大容量、低漏电流、低损耗、低等效串联电阻（ESR）、长寿命、高可靠性和良好的温度特性，存放性能以及对恶劣环境的适应性等诸多优良性能，在通讯设备、数字化音视频产品、计算机、汽车电子和国防工业都有着广泛的应用。经过近几年的技术进步与应用，我国钽电容器片式化率也有了长足进步，已达到85%左右。
1. 钽电解电容器工艺现状
1.1钽电解电容生产工艺简介
按照电解液的形态，钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分，本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同。
1.2生产工艺流程图
成型→烧结→试容→组架→赋能→涂胶→被膜→石墨银浆→点胶装片→点焊→模压→切筋→喷砂→切筋→打标→漏电预测→老化→测试→检验→编带→入库
1.3电解电容器的特殊结构
电解电容器拥有高稳定性、高可靠性、整流效应和自愈作用，正是因为其具有特殊的结构。其中固体钽电解电容器是其中一个重要的分支。因为其具有体积小、利于片式化、高稳定性和可靠性，所以在电解电容器市场中占有重要的地位。固体钽电容器外形多样，按生产方式分，主要有：烧结型固体、箔式卷绕固体、烧结型液体和箔式卷绕液体四种。
成型是通过成型机将金属粉末制成大小、形状不同的钽阳极块。成型工艺首先要注意钽粉的选择和阳极基体的设计，钽粉杂质含量不仅直接影响电容器的漏电流、损耗角正切值、电容量和可靠性，还影响闪火电压的高低，制造电容器用的钽粉纯度应为99.92%～99.94%。此外对于钽粉比容的选择也很重要，一般对于高压产品选择比容较低的钽粉，而对于低压大容量的产品，一般采用比容较高的钽粉。阳极基体尺寸的设计应考虑下列因素：①钽粉的成型能力，粉粒的大小和配比情况；②现有的模具条件；③确定成型压力和压制密度。 烧结的作用有两个，一是纯化压块，二是增加压块强度，并且成为具有合适孔隙的多孔体。
而烧结温度和保温时间是确定烧结工艺的两个主要问题。烧结能够改变阳极块的孔体结构和含杂量。如果烧结温度低且时间短，则基体的收缩率小，烧结密度低，多孔率高，开口孔数也较多，因此阳极块的比容较大。但由于烧结温度低、时间短，阳极体的含杂量高，所以漏电流大，击穿电压低。因而对于高压、高工作温度及高可靠性的电容器，其阳极块就必须要求烧结温度和保温时间相应提高和延长一些。
赋能是指利用电化学反应在烧结钽块颗粒的表面上生长一层氧化钽薄膜的工艺。對于固体钽电容器，形成电解液选用0.01%～0.1%H3PO4的水溶液。此外，形成温度、形成电流密度和形成电压是形成工艺的三个基本参数。
⑴ 形成温度
由于采用较高的温度形成时，可以得到较为致密均匀的氧化膜，形成一般在85±5℃下完成。
⑵ 形成电流密度
氧化膜的生长速度，取决于阳极化时的电流密度。为了提高生产效率，就需要增加电流密度。但是电流密度过大，会使阳极反应产生的热量增加，促使晶化发生。低压形成，一般采用较大的电流密度，如50～100mA/g，形成速度快，氧化膜的质量也较好。
⑶ 形成电压
形成电压直接决定了介质氧化膜的厚度，也即是电容器的设计容量。一般固体钽电解电容器的形成电压为额定电压的3.5～5倍。这样可以使得氧化膜有一个较高的承受电压，同时又避免接近形成液的闪火电压，使得形成过程良好的进行。
固体钽电容被膜，是指将形成之后的芯子浸入硝酸锰溶液中，再进行高温水汽分解形成二氧化锰作为电容器阴极的过程。二氧化锰层结构致密、牢固而又具有良好导电性能。由于二氧化锰也是电容器的阴极，它还必须与介质氧化膜有良好的接触。被覆MnO2电解质层以后，还要浸渍7～8%的胶体石墨溶液，在130～220℃下烘干20～30分钟，反复3～5次，即在二氧化锰层外得到与其接触良好的导电石墨层。最后，在石墨外被覆银浆层作阴极引出。
2. 钽电解电容器未来发展方向
进入90年代以来，电子工业和汽车工业等用的钽电容器产量在世界范围内飞速增长。钽电容器向小型化、高容量化、薄型化和阻燃型发展的趋势明显
片式化，提高电容量，减小体积，以及改进性能特别是降低ESR仍将是今后钽电容器研究的发展方向。随着100000～150000μF·V/g超高比容钽粉的成功研究和应用，进一步使钽电容器在相同容量下减小体积，从而更好地满足整机小型化、轻型化和薄型化的需要。这种超细钽粉在使用过程中将带来一系列技术问题，因此，相应的新工艺研究将具有相当的难度。表面贴装技术的不断发展，以及人们对短、小、轻、薄型电子整机的需求，对电子元器件的小型化和高可靠性提出了更高的要求，片式钽电容器在外形尺寸上的进一步缩小，不仅适应了电子产品小型化的趋势，也可节省昂贵的钽粉原料，以降低成本。
大容量化：片式钽同体积下容量更大。近几年发展比较快的高能钽混合电容器容量超大，单支电容容量最大可达300000μF。
高压化：片式钽电容器额定电压由原来的50V，现在已经发展到了63V，75V和100V，高能钽混合电容器额定电压由100V，发展到125V和150V。
片式钽发展出高分子导电聚合物阴极材料，使片式钽电容器可以使用到较高的频率的场合，导电高分子钽电解电容器的研究目前用于钽电解电容器的导电高分子有聚吡咯、聚乙基二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺等。虽然在通常条件下它们都可以达到较高的电导率，但聚合条件与聚合环境对电导率有显著的影响。由于钽阳极体结构复杂，表面还有一层介质氧化膜，因此如何在其表面形成完整、均匀的高导电、高稳定的聚合物膜层，且又能尽量减少对介质氧化膜的破坏，是制造导电高分子钽电解电容器的关键所在，导电高分子可以在室温的条件下合成，不需要热分解，减少了对氧化膜的破坏，这可以减少中间形成次数。由于导电高分子的电导率（1～100 S/cm）远高于二氧化锰电导率（0.1 S/cm），因此与二氧化锰钽电解电容器相比，导电高分子钽电解电容器具有极低的ESR和阻抗，在高频区域具有较高的电容量和较小的损耗角正切，大大减小高频时的噪声，而且容许更大的纹波电流。
3.结束语
总之，随着电子设备和仪器整体小型化的发展趋势，对电容器提出进一步缩小体积的要求。对于电子设备和仪器，大量地使用集成芯片，从而使整机的体积大大降低。然而电容作为电路中大量使用的电子元件，一直以来是集成的难点。特别是对于大容量的电容基本靠外接技术。所以对于电解电容器自身的体积要求也越来越高，要求其不断缩小体积。
参考文献
[1]钟景明，李春光，高勇.片式钽电容器的研究现状与发展趋势[J].稀有金属快报，2003，11（7）：56-58.
[2]徐建华.导电聚合物电极材料研究及其固体钽电解电容器技术 [D].
[关键词] 钽电解电容器 工艺现状 发展方向
中图分类号：TM 535.1 文献标识码：A 文章编号：
引言：钽电容器由于具有大容量、低漏电流、低损耗、低等效串联电阻（ESR）、长寿命、高可靠性和良好的温度特性，存放性能以及对恶劣环境的适应性等诸多优良性能，在通讯设备、数字化音视频产品、计算机、汽车电子和国防工业都有着广泛的应用。经过近几年的技术进步与应用，我国钽电容器片式化率也有了长足进步，已达到85%左右。
1. 钽电解电容器工艺现状
1.1钽电解电容生产工艺简介
按照电解液的形态，钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分，本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同。
1.2生产工艺流程图
成型→烧结→试容→组架→赋能→涂胶→被膜→石墨银浆→点胶装片→点焊→模压→切筋→喷砂→切筋→打标→漏电预测→老化→测试→检验→编带→入库
1.3电解电容器的特殊结构
电解电容器拥有高稳定性、高可靠性、整流效应和自愈作用，正是因为其具有特殊的结构。其中固体钽电解电容器是其中一个重要的分支。因为其具有体积小、利于片式化、高稳定性和可靠性，所以在电解电容器市场中占有重要的地位。固体钽电容器外形多样，按生产方式分，主要有：烧结型固体、箔式卷绕固体、烧结型液体和箔式卷绕液体四种。
成型是通过成型机将金属粉末制成大小、形状不同的钽阳极块。成型工艺首先要注意钽粉的选择和阳极基体的设计，钽粉杂质含量不仅直接影响电容器的漏电流、损耗角正切值、电容量和可靠性，还影响闪火电压的高低，制造电容器用的钽粉纯度应为99.92%～99.94%。此外对于钽粉比容的选择也很重要，一般对于高压产品选择比容较低的钽粉，而对于低压大容量的产品，一般采用比容较高的钽粉。阳极基体尺寸的设计应考虑下列因素：①钽粉的成型能力，粉粒的大小和配比情况；②现有的模具条件；③确定成型压力和压制密度。 烧结的作用有两个，一是纯化压块，二是增加压块强度，并且成为具有合适孔隙的多孔体。
而烧结温度和保温时间是确定烧结工艺的两个主要问题。烧结能够改变阳极块的孔体结构和含杂量。如果烧结温度低且时间短，则基体的收缩率小，烧结密度低，多孔率高，开口孔数也较多，因此阳极块的比容较大。但由于烧结温度低、时间短，阳极体的含杂量高，所以漏电流大，击穿电压低。因而对于高压、高工作温度及高可靠性的电容器，其阳极块就必须要求烧结温度和保温时间相应提高和延长一些。
赋能是指利用电化学反应在烧结钽块颗粒的表面上生长一层氧化钽薄膜的工艺。對于固体钽电容器，形成电解液选用0.01%～0.1%H3PO4的水溶液。此外，形成温度、形成电流密度和形成电压是形成工艺的三个基本参数。
⑴ 形成温度
由于采用较高的温度形成时，可以得到较为致密均匀的氧化膜，形成一般在85±5℃下完成。
⑵ 形成电流密度
氧化膜的生长速度，取决于阳极化时的电流密度。为了提高生产效率，就需要增加电流密度。但是电流密度过大，会使阳极反应产生的热量增加，促使晶化发生。低压形成，一般采用较大的电流密度，如50～100mA/g，形成速度快，氧化膜的质量也较好。
⑶ 形成电压
形成电压直接决定了介质氧化膜的厚度，也即是电容器的设计容量。一般固体钽电解电容器的形成电压为额定电压的3.5～5倍。这样可以使得氧化膜有一个较高的承受电压，同时又避免接近形成液的闪火电压，使得形成过程良好的进行。
固体钽电容被膜，是指将形成之后的芯子浸入硝酸锰溶液中，再进行高温水汽分解形成二氧化锰作为电容器阴极的过程。二氧化锰层结构致密、牢固而又具有良好导电性能。由于二氧化锰也是电容器的阴极，它还必须与介质氧化膜有良好的接触。被覆MnO2电解质层以后，还要浸渍7～8%的胶体石墨溶液，在130～220℃下烘干20～30分钟，反复3～5次，即在二氧化锰层外得到与其接触良好的导电石墨层。最后，在石墨外被覆银浆层作阴极引出。
2. 钽电解电容器未来发展方向
进入90年代以来，电子工业和汽车工业等用的钽电容器产量在世界范围内飞速增长。钽电容器向小型化、高容量化、薄型化和阻燃型发展的趋势明显
片式化，提高电容量，减小体积，以及改进性能特别是降低ESR仍将是今后钽电容器研究的发展方向。随着100000～150000μF·V/g超高比容钽粉的成功研究和应用，进一步使钽电容器在相同容量下减小体积，从而更好地满足整机小型化、轻型化和薄型化的需要。这种超细钽粉在使用过程中将带来一系列技术问题，因此，相应的新工艺研究将具有相当的难度。表面贴装技术的不断发展，以及人们对短、小、轻、薄型电子整机的需求，对电子元器件的小型化和高可靠性提出了更高的要求，片式钽电容器在外形尺寸上的进一步缩小，不仅适应了电子产品小型化的趋势，也可节省昂贵的钽粉原料，以降低成本。
大容量化：片式钽同体积下容量更大。近几年发展比较快的高能钽混合电容器容量超大，单支电容容量最大可达300000μF。
高压化：片式钽电容器额定电压由原来的50V，现在已经发展到了63V，75V和100V，高能钽混合电容器额定电压由100V，发展到125V和150V。
片式钽发展出高分子导电聚合物阴极材料，使片式钽电容器可以使用到较高的频率的场合，导电高分子钽电解电容器的研究目前用于钽电解电容器的导电高分子有聚吡咯、聚乙基二氧噻吩（PEDOT）和聚苯胺等。虽然在通常条件下它们都可以达到较高的电导率，但聚合条件与聚合环境对电导率有显著的影响。由于钽阳极体结构复杂，表面还有一层介质氧化膜，因此如何在其表面形成完整、均匀的高导电、高稳定的聚合物膜层，且又能尽量减少对介质氧化膜的破坏，是制造导电高分子钽电解电容器的关键所在，导电高分子可以在室温的条件下合成，不需要热分解，减少了对氧化膜的破坏，这可以减少中间形成次数。由于导电高分子的电导率（1～100 S/cm）远高于二氧化锰电导率（0.1 S/cm），因此与二氧化锰钽电解电容器相比，导电高分子钽电解电容器具有极低的ESR和阻抗，在高频区域具有较高的电容量和较小的损耗角正切，大大减小高频时的噪声，而且容许更大的纹波电流。
3.结束语
总之，随着电子设备和仪器整体小型化的发展趋势，对电容器提出进一步缩小体积的要求。对于电子设备和仪器，大量地使用集成芯片，从而使整机的体积大大降低。然而电容作为电路中大量使用的电子元件，一直以来是集成的难点。特别是对于大容量的电容基本靠外接技术。所以对于电解电容器自身的体积要求也越来越高，要求其不断缩小体积。
参考文献
[1]钟景明，李春光，高勇.片式钽电容器的研究现状与发展趋势[J].稀有金属快报，2003，11（7）：56-58.
[2]徐建华.导电聚合物电极材料研究及其固体钽电解电容器技术 [D].