高电压片式导电聚合物固体电解质钽电容器的制造方法_2

文档序号:10140831阅读:来源:国知局
23] 按6. 0~8. 0克/CC的压制密度将比容为6000~lOOOOUuF.v/g、击穿电压达到 250V或300V的片式钽粉末原料压制成带钽丝引出线的钽芯坯块,在1600~1800°C温度, 真空度达到5X0. 0004Pa的条件下对所述坯块进行真空烧结,对烧结后的坯块进行钝化处 理;
[0024] 在60~85°C温度下,将烧结后的所述坯块放入装有磷酸乙二醇电解液的形成槽 内进行介质层的电化学形成,采用不低于4X50V或4X63V的直流电压作为形成电压、以 20~50毫安/克的电流密度在所述坯块表面形成厚度不小于3000纳米或3500纳米的介 质层;
[0025] 将生成介质层的所述坯块,采用反复浸渍法将纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶 液渗透到所述坯块内部空隙和在坯块表面介质层上沉积形成纳米聚3,4乙烯二氧噻吩颗 粒沉积层作为阴极,在坯块表面介质层上形成的阴极上涂敷石墨层和银浆层作为阴极引出 层;
[0026] 将所述坯块的钽丝引出线焊接到对应壳号的外壳金属框架引线上,用环氧树脂封 装,即制得高电压片式导电聚合物固体电解质钽电容器。
[0027] 上述方法中,对烧结后的坯块进行钝化处理包括:
[0028] 对烧结后的坯块在出炉时,分四次逐渐降低真空度,每次真空度降低幅度不大于 0. 25Ma,经过钝化使所述坯块不会过度增氧,使烧结后坯块上钽丝的折丝次数不小于4次。
[0029] 上述制造方法中,将烧结后的所述坯块放入装有磷酸乙二醇电解液的形成槽内进 行介质层的电化学形成,是将烧结后的所述坯块焊接到不锈钢条上,再放入装有磷酸乙二 醇电解液的形成槽内进行介质层的电化学形成。
[0030] 上述方法中,磷酸乙二醇电解液中磷酸的浓度按体积比为0. 2~0. 5%,乙二醇的 浓度按体积比为20~50%。
[0031] 上述方法中,采用反复浸渍法将纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液渗透到所述 坯块内部空隙和在坯块表面介质层上沉积形成高分子聚合物层作为阴极包括:
[0032] 采用反复浸渍法将粒径为20~50纳米固含量为0. 8%~3. 0%的纳米级聚3,4 乙烯二氧噻吩颗粒溶液渗透进已经生成介质层的所述坯块内部空隙和介质层中,在温度为 120~150°C条件下进行烘干处理,使烘干后的纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒在所述介质 层上沉积形成纳米聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒沉积层作为阴极。
[0033] 上述制造方法进一步包括:将粒径为20~50纳米固含量为0.8%~3.0%的聚3, 4乙烯二氧噻吩颗粒溶液渗透进已经生成介质层的所述坯块内部空隙和介质层中,在温度 为120~150°C条件下进行烘干处理的操作,重复进行16~26次。
[0034] 上述方法中,用环氧树脂封装包括:使用阻燃的环氧树脂在150~180°C温度下, 通过模塑压力机在精密模具内把所述坯块塑封成外形符合标准规定的尺寸。
[0035] 上述方法还包括:对制得的所述高电压片式导电聚合物固体电解质钽电容器进行 打印标记、引线成型、老化后检测的处理,处理后即得到最终的高电压片式导电聚合物固体 电解质钽电容器。
[0036] 上述方法中,采用特定方式进行阳极的设计、介质层的形成和阴极聚合物的被覆, 其中,阳极的设计包括钽粉的选择、压制密度的设计和烧结收缩率的控制。钽粉选用超低杂 质含量的电子轰击粉或片式粉,比容为6000~lOOOOuF.v/g,50V钽电容选用钽粉击穿电 压需要超过250V,63V钽电容击穿电压需要超过300V,在6. 0~8. 0克/CC的压制密度下 按照标准壳号电容外壳容许的尺寸进行阳极坯块成型,然后将坯块在1600~1800°C温度, 真空度达到5X0. 0004Pa条件下进行高温真空烧结,收缩率达到10~14%。介质层形成 在磷酸乙二醇电解液内按4X50V(额定电压在50V的钽电容)或4X63V(额定电压在63V 的钽电容)以上的直流电压作为形成电压,并保证电流密度为20~50毫安/克,对坯块进 行介质层的电化学形成,在坯块表面形成厚度不小于3000纳米或3500纳米的介质层。阴 极聚合物的被覆需要采用不同粒径的纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液进而形成内、外层的双层结构,内层先用粒径小的聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液形成将容量引出的容量引 出层,外层使用粒径大的聚3,4乙烯二氧噻吩形成增加外层厚度的厚度增加层,以保护阳 极芯子和降低电容阻抗。纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒为20~50纳米颗粒,可采用广 泛用于防静电等领域的纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒。阴极聚合物的被覆中,由于使用 已经聚合好的纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒,其杂质含量低,内部不含有铁离子,稳定性 好,击穿电压能达到120V~150V,完全可以作为额定电压为50V和63V的钽电容的阴极材 料。
[0037] 实施例一
[0038] 本实施例提供一种高电压片式导电聚合物固体电解质钽电容器,是一种额定耐压 可达到50v的片式导电聚合物固体电解质钽电容器,该电容器的结构如图2所示,具体包 括:
[0039] 模塑外壳1内设置电容器钽芯基体3、黄铜基镀锡负极2和黄铜基镀锡正极8,各 部分由环氧树脂封装,电容器钽芯基体3内部为作为阳极的钽芯,阳极表面为阴极,阳极与 阴极之间设有厚度不小于3500纳米的介质层,阳极内设有钽丝引出线6,阴极表面依次涂 覆有石墨层32和银浆层作为阴极银出层33,电容器钽芯基体3的阴极与黄铜基镀锡负极2 使用银膏4粘接形成电连接,电容器钽芯基体3内的钽丝引出线6焊接在黄铜基镀锡正极 8上形成电连接;其中,所述钽颗粒电容器基体的阳极是以比容为lOOOOUuF.v/g、击穿电压 达到250V以上的片式钽粉末为原料,按7. 0克/CC的压制密度压制的钽芯坯块;阴极是纳 米聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒沉积层31,可在钽丝引出线6与阴极和阴极引出层接触处设置 起绝缘作用的垫圈5。
[0040] 作为阴极的纳米聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒沉积层为:将粒径为20~50纳米固含 量为0. 8%~3. 0%的纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液渗透进已经生成介质层的所述 阳极内部空隙和介质层中,在温度为120~150°C条件下进行烘干处理的操作,重复进行 16~26次形成的纳米聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒沉积层。阴极的纳米聚3,4乙烯二氧噻吩 颗粒沉积层可以为两层,内层是用粒径为20~30nm的聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液被覆 形成的容量引出层,外层是用粒径为30~50nm的聚3,4乙烯二氧噻吩被覆的厚度增加 层,这种结构的阴极可以保护阳极芯子和降低电容阻抗。电容器的模塑外壳1外面正极处 可以设置标识正极的极性条9。
[0041] 上述固体片式钽电解电容器的制造方法可参见图3所示的流程图,通过该方法可 制备最高耐压达到50V的高压有机高分子固体片式钽电解电容器,示例规格为50V15uF, 具体步骤如下:
[0042] (1)使用比容为lOOOOUuF.v/g、击穿电压达到250V以上的片式钽粉末为 原料,按照7.0克/CC的压制密度压制成带有钽丝引出线的阳极坯块,按照尺寸为 5. 0X3. 30X3. 30mm(对应的电容外壳型号为E壳)进行阳极坯块的压制成型,将压制成型 的阳极坯块在1600°C的温度、真空度达到5X0. 0004Pa的条件下进行高温真空烧结,并在 烧结后出炉时使用钝化工艺钝化,出炉时分四次逐渐降低真空度,每次保证真空度降低幅 度不大于0. 25Ma,经过钝化保证钽坯块不会过度增氧,从而保证烧结后坯块上钽丝的折丝 次数不小于4次。以保证钽块和钽丝的氧化在可以接受的程度内(钽丝的折丝次数多表明 氧化程度低,钽丝的折丝次数少表明氧化程度高,氧化程度高可以直接导致产品的漏电流 无法降低到50V产品需要的等级);
[0043] (2)将上述烧结并钝化处理后的阳极坯块按照一定精度要求焊接到不锈钢条上, 将其放入装有温度为80度,电阻率在800~850欧姆.厘米的磷酸乙二醇电解液(电解 液中的磷酸浓度按体积比为〇. 2 %,乙二醇浓度按体积比为50 % )的形成槽内,使用电压能 够自动升高的直流电源,按照形成电压235V(-般为制造产品耐压值4倍以上的电压作为 形成电压),并按40毫安/克的电流密度,进行阳极坯块的介质层的电化学形成,使生成的 介质层的厚度达到3760纳米以上,这个介质层厚度即可达到50V额定电压的设计要求,介 质层形成后芯子容量达到15uF;
[0044] (3)高分子阴极制造:使用反复浸渍法将纳米级聚3,4乙烯二氧噻吩颗粒溶液渗 透在所述坯块内部空隙和在坯块表面沉积形成高分子聚合物层作为阴极包括:使用反复浸 渍法把粒径为
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