[发明专利]一种高压电解电容器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压电解电容器的制造方法，属于电解电容器制造技术领域。

背景技术

随着现代电子整机系统的快速发展，航空、航天、通讯以及微电子等领域对元器件的性能指标要求也越来越高。电解电容器是电子技术的重要元器件之一，特别是钽电解电容器由于具有体积效率和可靠性高、稳定性好等优点，在电容器行业占据重要的位置。如何生产出高质量的产品以满足现代电子整机装备发展的要求就是钽电容器制造业急需解决的问题之一。大量失效分析数据和DPA分析数据显示，钽电解电容器都是由于烧结的钽金属块表面的介质氧化膜抗压能力不够或自身缺陷造成产品漏电流大、击穿电压低。因此，为了提高固体电解电容器的小型化、可靠性和电性能，必须提高介质氧化膜的质量，改变介质氧化膜的形成方法。片式电解电容器制造商采取各种措施以提高电容器的内部空间利用率，如改进电容器引出用引出框架的结构（如底面电极）、使用高比容钽粉进行生产、适当降低温度或改变烧结曲线以提高钽粉应用比容等。这些措施的实施，尤其是高比容钽粉的应用使电容器静电容量的扩展效果显著提高，但高比容的钽粉的击穿电压较低，在制作高压产品时受到一定的限制，而且氧化膜的厚度一般较小。使得产品的可靠性收到一定的影响。

用常规的电化学氧化的方法制作阀金属表面的介质氧化膜，主要决定因素是形成时的电流密度和溶液的电导率。而电流密度受所施加的形成电压和阴、阳极板之间电场强度的制约；而溶液的电导率主要受电解液的温度、浓度、离子的大小以及其它一些不定因素的影响，如电极的光洁度等。在形成过程中普遍认为电流密度不宜过大，否则引起介质氧化膜的场致晶化。而且，成型烧结后的钽芯是一个多孔型蜂窝状结构，在形成过程中要求在多孔体内的金属颗粒表面形成均匀、致密的电化学氧化膜。所以在整个形成过程中电解液需要在多孔体内的孔隙中不停地流动。但在流动过程中很容易使得多孔体内的温度升高，而且，电化学氧化的过程是一个持续的过程，导致多孔体内的高温电解液很难流出。因而，形成过程中多空体内的电解液的温度就会持续上升。特别是大壳号的产品，这种现象非常明显，再加上形成的介质薄膜是热的不良导体，因此，多空体内的高温电解液使得介质薄膜表面温度分布不均匀，从而在介质表面形成所谓的“热区”，而这些热区容易导致介质氧化膜的热致晶化，或者在热区附近形成龟裂，划痕类等的缺陷。

为了提高介质氧化膜的性能，如专利U.S.Pat.No.5,716,511提出在80-90℃之间的水和乙二醇/聚乙二醇溶液中电化学形成介质氧化膜，其中乙二醇的体积比为50-60%，磷酸的体积比为0.5-2%；专利U.S.Pat.No.2,288,889将有机溶剂的体积比提高到80-20%，而无机酸和去离子水的体积比仅为20-80%，30℃时溶液的电阻率可以达到28ohm/cm，专利EP1591,564,A2提出用烷撑乙二醇作为一种有机溶剂，体积比为50-90%，去离子水与体积比为0.1-15%的磷酸混合，形成的电解液的电阻率在1000ohm/cm-3000ohm/cm，甚至在40℃时可以达到5000ohm/cm-20000ohm/cm，在低于60℃的电解液中，阀金属，如钽阳极块的形成电压可以达到300V，并且钽芯子阳极块表面不会发生“灰化”的现象，从而形成介质膜的击穿电压高，膜层质量好，漏电流小而且能够长期保留性能的稳定。Yanming Liu等描述电解液的电导率越高，就越适合高压产品的电化学形成，配制高电导率的电解液，能够有效改善介质氧化膜的质量，提高产品的可靠性，但提高溶液的电导率会使其闪火电压降低。专利EP0993,009,A2提出分段升压的方式，即先用较大的电流密度升到较低的电压（如75V），关闭电源3小时；减小电流密度继续升压（如115V），再关闭电源3小时，如此反复减小电流密度，提高电压，直到电压达到预设的值（如330V），开始恒压降流，从而能够有效避免介质氧化膜在高温环境形成瑕疵。

阀金属诸如钽、铝和铌等非常适合做高比表面积的固体电解电容器。电解电容器一般是在阀金属的表面通过电化学的方法形成一层介质氧化膜，该氧化膜对电容器的电性能和稳定性、可靠性方面具有决定性的作用。一般来讲，固体电解电容器结构包括由钽、铌、铝、钛等阀金属中的一种或几种的混合物或阀金属氧化物制成的多孔性阳极块，经过阳极化处理形成电介质膜层，在电介质膜层表面制备的半导体金属氧化物或导电性聚合物作为固体电解电容器的电解质，然后再被覆碳层、导电金属层，粘接正负极引线框架，最后通过封装或绝缘外套形成完整的电容器。