.1金屬鉭的性質

1.1.1物理性質

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，屬于體心立方結構，晶格常數(shù)A：3.2959，熔點為2996 ℃，沸點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化學性質

鉭具有非常好的化學穩(wěn)定性，不與空氣和水作用，無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。除氫氯酸以外能抵抗包括“王水”在內的一切無機酸，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。實驗證明，鉭在常溫下，對堿溶液、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，這樣的情況在金屬中是比較罕見的。它的另一個重要特性是可以吸收氣體，如氫、氮、氧等，并形成相應的固溶體或化合物。

1.1.3力學性能

金屬鉭具有高熔點、極強的抗腐蝕能力和良好的強度。鉭富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數(shù)很小，每升高一攝氏度只膨脹百分之六點六。除此之外，它的韌性很強，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用，這樣，對其表面進行強化處理就顯得非常重要。

鉭所具有的特性，使它的應用領域十分廣闊。在制取各種無機酸的設備中，鉭可用來替代石墨陰極，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，鉭可以取代過去需要由貴重金屬鉑承擔的任務，使所需費用大大降低。

二.鉭電容簡介和基本結構

固體鉭電容是將鉭粉壓制成型,在高溫爐中燒結成陽極體,其電介質是將陽極體放入酸中賦能,形成多孔性非晶型Ta₂O₅ 介質膜,其工作電解質為硝酸錳溶液經(jīng)高溫分解形成MnO₂ ,通過石墨層作為引出連接用。

鉭電容性能優(yōu)越，能夠實現(xiàn)較大容量的同時可以使體積相對較小，易于加工成小型和片狀元件，適宜目前電子器件裝配自動化，小型化發(fā)展，得到了廣泛的應用，鉭電容的主要特點有壽命長，耐高溫，準確度高，但耐電壓和電流能力相對較弱，一般應用于電路大容量濾波部分。

2.1.基本結構

下圖為MnO₂為負極的鉭電容

2.2.工藝流程

一、工藝制造流程

大致工藝流程如下（粗體為關鍵工序）：

原材料檢驗－成型工序－燒結工序－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－預測試工序－老練工序－測試工序－外觀工序－編帶工序－查盤工序－成品QC－入庫儲存－包裝－發(fā)貨QC

下面按照工藝流程路線作一個簡要的介紹：

a）原材料檢驗：

b) 成型：

粗細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極鉭塊；該工序自動化程度較高，每隔一定時間，操作員將混好的鉭粉倒入進料盤（防止鉭粉太多產(chǎn)生的自重，粘結在一起），設備自動按照尺寸模腔壓制成型；

c) 脫臘和燒結：

脫臘又叫預燒，即將壓制成型的鉭塊內的粘結劑去除；燒結則是將已經(jīng)脫粘結劑的鉭塊燒結成為具有一定機械強度的微觀多孔體，燒結過程只是顆粒與顆粒間接觸的部分熔合在一起，但若燒結溫度過高，則會導致顆粒與顆粒之間的熔合部分過多，導致表面面積減少；脫臘和燒結對爐的真空度、起始溫度、升溫、保溫、降溫及出爐、轉爐時間等參數(shù)均有嚴格控制要求。

d) 濕檢QC：

濕檢是通過對燒結后的鉭塊抽樣進行賦能試驗及電參數(shù)測試確定鉭塊的燒結比容，為下道賦能工藝的參數(shù)進行優(yōu)化（電流密度、形成電壓等），同時反饋調整上道燒結工序的溫控曲線等參數(shù)。同時，還會對鉭塊、鉭絲的外觀尺寸、強度等參數(shù)進行測試。

e) 焊接：

該工序自動將單支鉭陽極塊穿上四氟墊，焊接在工藝條上并收集在工藝架上，形成整架產(chǎn)品，以便后道工序進行整架產(chǎn)品的操作。

f) 賦能：

賦能工序是很關鍵的一道工序，它利用電化學的方法，在陽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層。過程為成架的產(chǎn)品浸入形成液中（通常為稀硝酸液）一定深度，硝酸溶液會滲透到鉭塊內部的孔道內，再將鉭塊作為陽極通以電流，硝酸分解出氧，就會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。此工序須重復多次直到內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電流，它也易于和引線框架連接。石墨的浸漬采用儀器自動控制，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行固化(150℃ 30～40mins)；而銀漿的浸漬則采用手工按工藝條來操作(固化溫度160℃ 50～60mins)，每隔一定時間就重新對銀漿槽攪伴，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，電性能測試包括：容量、損耗、漏電流及ESR四參數(shù)，采用PC與測試設備構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

j) 裝配：

將被銀后的產(chǎn)品定距切斷，在切斷前先對鉭絲表面的氧化膜刮除，防止虛焊，再將陽極焊接在框架上，陰極通過銀膏固化與框架托片結合在一起。

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，并對產(chǎn)品進行固化加強產(chǎn)品的模塑強度。噴砂的介質已經(jīng)改用為水，這樣對可焊性的影響更小。

m) 打印：

打印產(chǎn)品的標稱容量、額定電壓和陽極標識，以進行產(chǎn)品標識識別。

n) 切邊：

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

o) 預測試：

只是測試產(chǎn)品的漏電流，并剔除漏電流大的產(chǎn)品。該工序自動化程度較高。

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施程度，因此老化篩選是重點工藝。生產(chǎn)線一般有兩套老化爐，一套同時具備浪涌測試及老煉功能；另一套只具有高溫老煉功能。其工序分為三段：一次老煉、浪涌測試、二次老煉。

q) 測試：

老煉浪涌測試完的產(chǎn)品會進行電性能四參數(shù)的測試，容量、損耗、漏電流及ESR，不合格品會自動剔除到收集盒。

r) 外觀分選：

對產(chǎn)品的外觀進行全檢，并剔除外觀廢品。

s) 編帶：

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

t) 查盤：

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

u) 成品QC：

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

三.鉭電容的主要特性參數(shù)

鉭電容器在實際制造過程中，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準規(guī)定，但實際上不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品的性能存在明顯的質量差異。即使是同一生產(chǎn)批，不同只產(chǎn)品實際上也存在質量差異。造成此現(xiàn)象的深層次原因是鉭電容器復雜的生產(chǎn)工藝過程使產(chǎn)品參數(shù)不可能保持絕對的完全一致，因此,追求質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。而對于用戶而言，造成使用時失效的原因主要有兩點；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)品存在質量問題。

鉭電容器的各電性能參數(shù)對使用時可靠性的影響
鉭電容器的實際參數(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

容量精度對使用影響及可靠性影響簡單說明；在實際工作狀態(tài)，容量大小可以決定濾波后的信號響應速度和波幅大小，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較弱時，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影響使用效果，更不會影響可靠性。因此，在實際使用中容量的偏差幅度大小不會對可靠性造成任何影響。

容值一般的測試條件：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。一般來講，容值隨頻率增加而降低，隨溫度增加容量也會略有增加，因為固體鉭電容采用固體MnO₂電解質，容量變化相對穩(wěn)定，在濾波應用時，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)格書上標示的工作電壓為在一定溫度范圍內最大直流電壓（低于85度），當溫度高于85度，額定電壓會降低，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，超過浪涌電壓很容易導致Ta₂O₅介質的擊穿，下表出示了一般固體鉭電容在25℃&85度℃，125℃浪涌電壓值。