提高聚噻吩固体钽电容器性能一致性的真空控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于聚噻吩固体钽电容器的，特别涉及一种通过真空控制电路，能将聚噻吩导电材料在真空环境下快速与钽芯表面接触、实现固体钽电容器的阴极引出、提高同批生产的产品电性能一致性的真空控制装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]固体钽电容器和液体钽电容器一样，具有大容量、长寿命、稳定性高等特点，但固体钽电容器由于采用固体导电材料作为引出阴极，因此可克服固体钽电容器漏液的缺点。固体钽电容器因无电解液，因此可片式化、小型化，能够适应表面贴装技术(SMT)，在超薄小型化电子产品和便携式电子设备等方面得到广泛应用。随着集成电路性能不断提高，对所需固体钽电容器提出了更高的要求，尤其是高频特性。当前固体钽电容器主要采用Μη02作为阴极引出材料，但Μη02电导率较低(约0.1S/cm)，使得固体钽电容器等效串联电阻(ESR)较大，不利于其高频性能的提高。因此迫切要求使用高电导率材料取代Μη02作为固体钽电容器的阴极引出材料。
[0003]导电聚合物聚_3，4乙烯二氧噻吩(PED0T)因其电导率较高(1?500S/cm)，合成方法简单，因此用PED0T替代Μη02作为固体钽电容器的阴极材料是未来固体钽电容器发展的趋势。PED0T是一种难溶聚合物材料，不易再加工，限制了其应用。为解决这一问题，研究人员在PED0T合成过程中引入聚苯乙烯磺酸盐(PSS)，制得聚噻吩的水溶性分散液PEDOT:PSS，以满足各种应用的工艺需求。钽芯是通过钽粉压制、烧结、赋能后在颗粒表面形成Ta205介质膜，其微观形貌是一种由许多颗粒组成的多孔隙结构，具有较大的表面积，这也是其具有较大容量的原因之一。使用PED0T:PSS水溶液制备固体钽电容器的阴极材料，常用的方法是在常压情况下，将钽芯浸泡在PEDOT: PSS水溶液中，从而在钽芯内部以及外表面被覆PED0T:PSS薄膜材料。但实验发现，常压情况下通过浸泡制得的钽电容容量无法充分引出，且同一批次制作的聚噻吩固体钽电容器电性能一致性差，当浸泡时间较短时(?5min)，这一缺点就更突出。这主要因为在常压下，钽芯内部微孔中充满吸附的空气，阻碍了PEDOT: PSS水溶液充分渗入钽芯内部;此外，液体与钽芯表面颗粒的表面张力作用，使得钽芯微孔中的气体不易排出，从而造成常压条件下制备的同批次聚噻吩固体钽电容器，性能差异较大。
[0004]基于聚噻吩固体钽电容器阴极引出遇到的问题及原因分析，从而产生了本发明，为提高同批次聚噻吩固体钽电容器性能的一致性提供了一种新方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，在于克服现有技术的同一批次制作的聚噻吩固体钽电容器电性能一致性差的缺陷，提供一种真空自动控制装置及其操作方法，该装置先排除钽芯内部孔隙中的空气，减小气液表面张力，促进PEDOT: PSS水溶液进入钽芯微孔中，使PEDOT: PSS导电材料能快速覆盖在钽芯表面，充分引出电容量，从而提高聚噻吩固体钽电容器性能的一致性。
[0006]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0007]—种提高聚噻吩固体钽电容器性能一致性的真空控制装置，其特征在于，该真空控制装置由真空腔体系统、真空栗系统和数字控制系统组成；
[0008]所述真空腔体系统，由耐压密封的真空罩2及真空罩内设置的钽芯1、容器4和机械手3组成；容器4内设置有PEDOT: PSS水溶液;机械手3在真空腔体内自由移动，承担钽芯1阴极引出的工艺操作；
[0009]所述真空栗系统，由连接导管7、三通阀门8、真空栗9和压力表10组成;真空腔体系统通过连接导管7、三通阀门8与真空栗9相连接，真空栗9上设置有压力表10;
[0010]所述数字控制系统，由数字控制电路5和电连接导线6组成;数字控制电路5通过电连接导线6与真空腔体系统内的机械手3相连接，以控制机械手3的工艺操作；
[0011 ]该控制装置的操作方法如下:
[0012](1)将钽芯1悬挂在机械手3上，将PEDOT:PSS水溶液置于容器4内，盖上真空罩2，构成真空腔体系统；
[0013](2)启动真空栗9，对步骤(1)的真空腔体系统真空化；
[0014](3)当步骤(1)中的真空度达到1?lOOPa时，启动数字控制电路5，将机械手3缓慢放下，使钽芯1完全浸入容器4的PEDOT: PSS水溶液中；
[0015](4)待步骤(3)的钽芯1浸泡0.5?5min后，关闭真空栗9，去除真空环境，取下钽芯1，将钽芯1烘干，冷却至室温；
[0016](5)重复上述步骤(1)?(4) 8次，获得被覆PED0T阴极材料的钽芯；
[0017](6)将步骤(5)中的钽芯1涂覆石墨，烘干，冷却至室温；
[0018](7)将步骤(6)钽芯1浸银浆，烘干，冷却至室温，完成钽电容器阴极材料制备；
[0019](8)封装、制备钽电容器，并测试钽电容器的性能。
[0020]所述数字控制电路5主控芯片为STC12C5616系列单片机。
[0021]所述钽芯1点焊在薄钢片的上面。
[0022]所述步骤(1)的PED0T:PSS水溶液固溶度为1.2%，电导率为100S/cm。
[0023]所述步骤(3)钽芯1在PEDOT: PSS水溶液中浸泡时间为0.5?5min。
[0024]所述步骤(4)烘干温度为120°C，时间为1 Omin。
[0025]所述步骤(6)烘干温度为150°C，时间为30min。
[0026]所述步骤(7)烘干温度为150°C，时间为30min。
[0027]本发明提供的真空自动控制装置，使钽芯每次在PEDOT:PSS水溶液中浸泡时间短，且能使聚噻吩固体钽电容器具有较好的电性能，提高了产品性能的一致性，适合有机固体钽电容器的批量生产。本发明真空自动控制系统结构简单，易于操作，成本低，可推广至铝、铌等有机固体电容的生产。
【附图说明】
[0028]图1是提高聚噻吩固体钽电容器性能一致性的真空控制装置示意图；
[0029]图2是10V/330yF聚噻吩钽电容器在常压和真空条件下性能一致性的对比图。
[0030]本发明附图标记如下:
[0031 ] 1---钽芯2---真空罩
[0032]3---机械手4---容器
[0033]5---字控制电路6---电连接线
[0034]7---连接导管8---三通阀门
[0035]9---真空栗10---压力表
【具体实施方式】
[0036]本发明的一种提高聚噻吩固体钽电容器性能一致性的真空控制装置，由真空腔体系统、真空栗系统和数字控制系统组成;采用常规制备方法进行制备。
[0037]参见图1，所述真空腔体系统，由耐压密封的真空罩2及真空罩内设置的钽芯1、容器4和机械手3组成；容器4内装有PED0T:PSS水溶液;机械手3在真空腔体内自由移动，承担钽芯1阴极引出的工艺操作。所述钽芯1点焊在薄钢片的上面，连接在机械手3上；所述PED0T:PSS水溶液的固溶度为1.2%，电导率为100S/cm。
[0038]所述真空栗系统，由连接导管7、三通阀门8、真空栗9和压力表10组成;真空腔体系统通过连接导管7、三通阀门8与真空栗9相连接，真空栗9上设置有压力表10;真空栗9为真空腔体系统提供所需的真空环境，若去除真空腔体系统的真空状态，可以打开三通阀门8，实现真空腔体与外界大气相通。