專利名稱：片式氧化鈮固體電解電容器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及電子元器件領域，尤其涉及一種片式氧化鈮固體電解電容器 及其制造方法。
背景技術：
鉭電容器具有體積容量比高，溫度特性好，漏電流小的特點，但是，鉭電容器的缺點也非常明顯；抗浪涌能力是所有電容器中最差的，使用在存在 較高浪涌的開關電源電路，由于此類電路中存在較高的電壓和電流浪涌及較 高的紋波電流，因此必須大幅度降額才能夠保證安全使用。另外，鉭電容器 的失效模式非常危險； 一旦擊穿，產品會迅速燃燒或爆炸，甚至能夠引發連 續擊穿和火災，這是任何用戶都談之色變的嚴重故障。鈮與鉭一樣，其無定型的五氧化物[五氧化二鉭或五氧化二鈮]都具有阻 止直流電通過而容許交流電通過的特性。因此，它們都可以被用來生產電解 電容器，它們的基本材料都是超高純度的單質態鉭金屬和鈮金屬。由于它們 都屬于容易和氧發生氧化反應的金屬，因此，當出現擊穿時，缺陷部位通過 的大電流產生的熱量會導致介電層迅速被破壞，進而造成基材金屬在高溫下 與氧迅速反應，短時間內就能夠釋放出大量的熱能，最終導致產品燃燒或爆 炸。導致鉭電容器在漏電流較大時能夠迅速燃燒和爆炸的根本原因，是生產 鉭電容器的基材是物理和化學特性極不穩定的單質金屬。這是鉭電容器不可 避免的缺陷之一；在實際使用中為了避免此缺陷造成的問題，只有在實際使 用中大幅度的降低額定電壓，受限于體積限制，產品的耐壓受到嚴格限制， 因此，當鉭電容器的使用電壓較高時，鉭電容器對電壓過于敏感的缺點就暴露無遺。使用純鈮生產的鈮電容器具有與鉭電容器相同的缺陷，在溫度特性 上甚至更差。發明內容基于上述現有技術存在的問題，本發明實施方式提供一種片式氧化鈮固 體電解電容器及其制造方法，以一氧化鈮為電容器核心，制備耐壓高、安 全、溫度特性好的電容器。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明實施方式提供一種片式氧化鈮固體電解電容器，該電容器包括環氧樹脂封裝外殼內設置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負極引出片和 鎳基鍍錫陽極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內部為陽極，表面為陰極， 陽極內設有鉭絲陽極引出線，所述一氧化鈮電容器基體的陰極與所述鎳基鍍 錫負極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內的鉭絲陽極引出線焊接在 所述鎳基鍍錫陽極引出片上形成電連接；其中，所述一氧化鈮電容器基體的 陽極為以比容60000 ~ 120000UuF.V/g,氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉 末為原料，按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制的陽極坯塊。所述鉭絲陽極引出線是直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。本發明實施方式還提供一種片式氧化鈮固體電解電容器的制造方法，包括a. 制備陽極坯塊將比容為60000 ~ 120000uF.V/g,氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制成帶鉭絲陽極引出線 的坯塊，對所述坯塊進行真空燒結；b. 在60 85。C溫度下，將燒結后的所述坯塊方文入裝有磷酸或硝酸電解液 的形成槽內，使用直流電壓在所述坯塊上形成介質層；c. 將形成介質層的所述坯塊，采用反復浸漬使硝酸錳溶液滲透在所述坯 塊內部空隙和在坯塊表面沉積形成二氧化錳層作為陰極，在坯塊表面形成的陰極上涂敷石墨層和銀漿層作為陰極引出層；d.將所述坯塊的鉭絲陽極引出線和陰極引出層粘結到對應封裝用外殼的 金屬框架引線上作為引出電極，用環氧樹脂封裝，即得到片式氧化鈮固體電 解電容器。所述鉭絲陽極引出線是直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。 所述步驟a中真空燒結采用溫度為1300 ~ 1450°C， 0. 0005Pa的真空度燒結 10~ 30分鐘。所述步驟b中將燒結后的所述坯塊放入裝有磷酸或硝酸電解液的形成槽 內，使用直流電壓在所述坯塊上形成介質層具體包括將燒結后的所述坯塊 放入裝有濃度為0. 1~1%、電阻率為20 - 200歐姆.厘米的磷酸或硝酸電解液 的形成槽內，使用直流電壓在所述坯塊上形成介質層。所述使用直流電壓在所述坯塊上形成介質層具體包括使用電壓值為 12 60V的直流電壓，以50 - 200毫安/克的電流密度在所述坯塊上形成按設計要求厚度的介質層。所述步驟c中采用反復浸漬爿使硝酸錳溶液滲透在所述坯塊內部空隙和在坯 塊表面沉積形成二氧化錳層作為陰極具體包括將所述坯塊在比重為1. 30~ 1.90的硝酸錳溶液中反復浸漬7~12次，使硝酸錳溶液滲透在所述坯塊內部 的微孔空隙中，并在200 25(TC溫度下分解，使分解生成的電子電導型二氧 化錳沉積在所述坯塊的介質層表面形成陰極。用外殼的金屬框架引線上作為引出電極具體包括使用導電的高分子銀膏把引線框架上陽極引出片和陰極引出片上作為電容器的正、負電極。所述步驟d中用環氧樹脂封裝具體包括采用阻燃環氧樹脂在150~180°C 溫度使用精密的模塑壓力機和模具，將所述坯塊封裝成相應規格形狀和尺寸 的固體電容器。由上述本發明實施方式提供的技術方案可以看出，本發明實施方式中以比容為60000 ~ 120000UuF.V/g,氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末， 一氧 化鈮粉末為原料，在2. 8~3. 5克/CC壓制密度下壓制成坯塊，經真空燒結形 成陽極坯塊，再通過電介質層形成、陰極制備和封裝等處理制得片式氧化鈮 電解電容器。該氧化鈮電容器結構簡單、制作工藝方便，制得的氧化鈮電容 器可應用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開關電源電路等，當出現意 外的擊穿時，不會燃燒和爆炸，而且容量和損耗參數基本保持不變，通過的 大電流可以被限制通過。可有有效避免出現連續擊穿，相比鉭電容器或純鈮 電容器性能、安全性有大幅度4是高。
圖1為本發明實施例的氧化鈮電容內部封裝結構示意圖； 圖2為本發明實施例的制備氧化鈮電容器的工藝流程圖。 圖中1.環氧樹脂封裝外殼；2.鎳基鍍錫負極引出片；3. —氧化鈮電容器基體；4.側面環氧樹脂層；5.鉭絲陽極引出線；6.焊接點；7.鎳基鍍錫陽極引出片。
具體實施方式
本發明實施方式提供一種片式氧化鈮固體電解電容器及其制造方法，比 容為60000 ~ 120000UuF.V/g,氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮4分末為原 料，在2. 8~3. 5克/CC壓制密度下壓制成坯塊，通過真空燒結形成陽極坯 塊，再通過直流電壓電介質層形成、陰極制備和封裝等處理制備得到片式氧 化鈮電解電容器。該氧化鈮電解電容器相比鉭電容器或純鈮電容器性能、安 全性有大幅度提高，可應用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開關電源 電路等，當出現意外的擊穿時，不會燃燒和爆炸，而且容量和損耗參數基本 保持不變，通過的大電流可以被限制通過。可有效避免出現連續擊穿。為便于理解，下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。如圖1所示，本發明實施例提供一種片式氧化鈮固體電解電容器，該電容器的結構為在環氧樹脂封裝外殼1內設置一氧化鈮電容器基體3、鎳基鍍 錫負極引出片2和鎳基鍍錫陽極引出片7， 一氧化鈮電容器基體3是采用比容 為60000 - 120000UuF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末為原并+, 在2. 8~3. 5克/CC壓制密度下壓制成陽極坯塊，通過真空燒結形成陽極坯塊 后，再在陽極坯塊表面進行介質層形成，在陽極坯塊表面形成的介質層上形成 陰極后的電容器基體，該一氧化鈮電容器基體3內部為陽極，表面為負極， 陽極內設有鉭絲陽極引出線5，鉭絲陽極引出線5是直徑為0.2-0.4毫米的 鉭絲， 一氧化鈮電容器基體3的負極與鎳基鍍錫負極引出片2電連接， 一氧 化鈮電容器基體3內的鉭絲陽極引出線5通過焊接點6焊接在鎳基鍍錫陽極 引出片7上形成電連接。上述的氧化鈮固體電解電容器可應用在多種電路中，如大浪涌電壓和電 流的開關電源電路等，當出現意外的擊穿時，不會燃燒和爆炸，而且容量和 損耗參數基本保持不變，通過的大電流可以被限制通過。可有有效避免出現 連續擊穿。制備上述片式氧化鈮固體電解電容器時，具體按下述步驟進行a. 制備陽極坯塊將比容為60000 ~ 120000uF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5°/。的一氧化鈮粉末，按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制成帶直徑0. 2 ~ 0. 4 毫米鉭絲陽;f及引出線的坯塊，對坯塊在1300 ~ 1450。C溫度，0. 0005Pa的真空 度下進行10 ~ 30分鐘的真空燒結，即得到一氧化鈮陽極坯塊；b. 在60 85。C溫度下，將燒結后的坯塊放入裝有濃度為0. 1~1%、電阻 率為20 - 200歐姆.厘米的磷酸或硝酸電解液的形成槽內，使用12 60V的直 流電壓，以50 ~ 200毫安/克的電流密度在所述坯塊上形成介質層，使形成電 介質層的厚度為BBB;c. 將形成介質層的坯塊，采用反復浸漬使硝酸錳溶液滲透在坯塊內部空隙和在坯塊表面沉積形成二氧化錳層作為陰極，具體是將坯塊在比重為1. 30~ 1. 90的高純度硝酸錳溶液中反復浸漬7 ~ 12次，使硝酸錳溶液滲透在 坯塊內部的微孔空隙中，并在200 250。C溫度下分解，使分解生成的電子電 導型二氧化錳沉積在所述坯塊的介質層表面形成陰極；之后在坯塊表面形成 的陰極上涂敷石墨層和銀漿層作為陰極引出層；d.將所述坯塊的鉭絲陽極引出線和陰極引出層使用導電的高分子銀膏分 別粘結到封裝殼體的金屬引線框架上陽極引出片和陰極引出片上作為電容器 的正、負電極，釆用阻燃環氧樹脂通過精密的模塑壓力機和模具將所述坯塊 封裝成相應規格形狀和尺寸的固體電容器，即得到片式氧化鈮固體電解電容 器。基于五氧化二鈮介質層的電化學形成理論，本發明實施例中釆用 一氧化 鈮來生產氧化鈮電容器，與純鉭或純鈮電容器相比，可以起到與純鈮基材作 陽極時類似的電化學原理，因為通過上述方法制備過程中，在一氧化鈮表面 形成一層可以控制的無定形五氧化二鈮介質層作為電容器的介電層。再經過 二氧化錳陰極的制備，就可以得到一氧化鈮粉末生產出的固體片式氧化鈮電谷奮。實際中，制備上述的固體片式氧化鈮固體電解電容器，可按下述步驟進行，包括(1) 使用一氧化鈮粉末按照一定密度和尺寸進行陽極成型，形成陽極坯塊；(2) 在1300 ~ 1450。C的溫度下對形成的陽極坯塊進行高溫真空燒結；(3) 按照一點精度要求把陽極坯塊焊接到不銹鋼條上；(4) 按照設計的形成電壓，使用溫度在60 ~ 85度，電阻率在20 ~ 200歐姆. 厘米的硝酸或磷酸溶液，按照50 - 200毫安/克的電流密度，使用電壓能夠自 動升高的直流電源進行電介質層的電化學形成，電壓的可調范圍為12-60V, 使生成的介質層的厚度達到設計耐壓的要求；(5) 二氧化錳陰極制備；使用反復浸漬的方法把比重為1.30 - 1.90的高純 度的硝S交錳溶液滲透進已經形成介質層的陽極坯塊內部，在蒸汽濃度20~70% 的范圍，溫度為20 240。C的范圍內進^f亍熱分解，使硝酸錳分解后生成的二氧 化錳沉積到陽極坯塊的介質層上，所述的過程需要7~12次，直至陰極厚度 達到設計的厚度時；(6) 待二氧化錳的厚度達到規定的厚度時，在產品的表面涂敷陰極過渡層 石墨和銀漿，形成陰極引出層；(7) 把涂敷過銀漿的坯塊從不銹鋼條上切割下來后，使用導電高分子銀膏 粘結到封裝外殼的金屬框架上，鉭絲陽極引出線和金屬框架正極焊接到一起 作為產品的正極，將坯塊的陰極引出層與金屬框架的負極電連接作為立器的 負極；(8) 使用阻燃的環氧樹脂在150 18(TC溫度下，在精密的模具內把產品塑 封成外形尺寸符合標準規定的尺寸，即得到氧化鈮電解電容器產品。為使制得的電容器產品更完善，還可以對上述制得的產品進行后續處 理，具體如下① 使用激光打印規格和正極標記；② 切除陽才及邊；③ 在85 ~ 125度的烘箱內對產品施加額定電壓的老化2 ~ 40小時；④ 按照標準規定對老化后的產品進行自動測試并同時剔除廢品；⑤ 對產品的正負極進行標準規定的引線成型和編帶；⑥ 檢驗后入庫或投入使用。上述制造方法中采用將比容為60000 - 120000uF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末為原料，按2. 8~3. 5克/CC的壓制密度壓制成帶直徑 0.2-0.4毫米鉭絲陽極引出線的坯塊，對坯塊在1300 ~ 1450。C溫度， 0. 0005Pa的真空度下進行10~30分鐘的真空燒結得到一氧化鈮陽極坯塊，使 制得電容器的陽極材料采用富含氧的一氧化鈮，這種陽極化學和物理性質都非常穩定，在高溫時幾乎不出現明顯的繼續氧化現象，并且該方法可以保證 在一氧化鈮陽極的基礎上形成介電性能優良的五氧化二鈮介質層，并且使形 成的五氧化二鈮介質層內部的主要成分是已經富含氧的一氧化鈮，因此，當介質層上通過的漏電流較大時，例如擊穿時的狀態；內層的一氧化鈮并不會 因為溫度的升高而繼續象鉭一樣快速氧化，因此，它的漏電流可以保持穩定 狀態，產品內部的溫度也不會升高到導致產品燃燒的程度。這樣，使用一氧 化鈮生產的氧化鈮電容器就排除了擊穿時的燃燒和爆炸現象。由于擊穿時的 熱量集中只是導致五氧化二鈮介質層的晶體狀態由無定形小部分轉為定形 態，通過的漏電流偏大，而組成電容器基體的一氧化鈮的物理性能并不會因 為溫度的有限升高而發生變化，所以，擊穿后的氧化鈮電容器仍然能夠保持 電容器的基本特性，而且容量和損耗不會出現變化。因此，擊穿后的氧化鈮 電容器仍然能夠保持電容器的基本性能不發生質的變化。當電路施加到產品 上的電壓和電流遠遠超過該產品的額定電壓水平時，被徹底擊穿的氧化鈮電 容器由于基材仍然保持氧化物的電學狀態，因此，電容器產品呈現出電阻狀 態。這樣，可能瞬間通過的大電流被抑制，直接防止了連續擊穿。本發明實施例的氧化鈮電解電容器在多數應用電路中可替代現有的抗浪 涌能力較差的片式鉭電解電容器，，當存在較高浪涌的開關電源電路濾波使 用片式鉭電解電容器時，必須大幅度降額使用，例如工作電壓為8V的開關 電源電路若使用片式鉭電解電容器是，必須使用額定電壓為25V的立品才可以 保證安全，而如果使用本發明實施例中的固體片式氧化鈮電解電容器，使用 額定電壓為IOV的產品就完全可以滿足使用要求，幾乎不需要降額。當出現意 外的擊穿時，固體片式氧化鈮電解電容器不會燃燒和爆炸，而且容量和損耗 參數基本保持不變，通過的大電流可以被限制通過。這樣，就能夠避免出現 連續擊穿。綜上所述，本發明實施例中由于釆用比容為60000 ~ 120000uF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末為原料，按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制 成帶直徑0.2-0.4毫米鉭絲陽極引出線的坯塊，對坯塊在1300 145(TC溫 度，0. 0005Pa的真空度下進行10~30分鐘的真空燒結得到一氧化鈮陽極坯塊 作為電容器的陽極，使制備的氧化鈮電容器的 一氧化鈮陽極可達到最佳性 能，制得的片式氧化鈮固體電解電容器即具有與鉭電容器相同的優點、體積 容量比高、高溫特性好、又具有類似于陶覺電容器的對浪涌電壓和紋波電流 不敏感的特點。達到既具有鉭電容器和陶瓷電容器的優點，又有效地避免了 它們的缺點的效果。當使用在存在大的浪涌電壓和電流的開關電源電路時， 本發明實施制備的片式氧化鈮固體電解電容器不需要象鉭電容器一樣的大幅 度的降額，它只需要小幅度的降額就可以保證使用在此類電路的安全要求。 使用在有電阻保護的電路中，則不需要降額就可以達到很高的可靠性要求。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可 輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明 的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1、一種片式氧化鈮固體電解電容器，其特征在于，該電容器包括環氧樹脂封裝外殼內設置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負極引出片和鎳基鍍錫陽極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內部為陽極，表面為陰極，陽極與陰極之間設有介質層，陽極內設有鉭絲陽極引出線，所述一氧化鈮電容器基體的陰極與所述鎳基鍍錫負極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內的鉭絲陽極引出線焊接在所述鎳基鍍錫陽極引出片上形成電連接；其中，所述一氧化鈮電容器基體的陽極為以比容60000～120000UuF.V/g，氧含量在14.5～15.5％的一氧化鈮粉末為原料，按2.8～3.5克/CC的壓制密度壓制的陽極坯塊。
2、 根據權利要求1所述的片式氧化鈮固體電解電容器，其特征在于，所 述鉭絲陽極引出線是直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。
3、 一種片式氧化鈮固體電解電容器的制造方法，其特征在于，包括a. 制備陽極坯塊將比容為60000 ~ 120000uF.V/g,氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的一氧化鈮粉末按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制成帶鉭絲陽極引出線 的坯塊，對所述坯塊進行真空燒結；b. 在60 85。C溫度下，將燒結后的所述坯塊放入裝有磷酸或硝酸電解液 的形成槽內，使用直流電壓在所述坯塊上形成介質層；c. 將形成介質層的所述坯塊，采用反復浸漬使硝酸錳溶液滲透在所述坯 塊內部空隙和在坯塊表面沉積形成二氧化錳層作為陰極，在坯塊表面形成的 陰極上涂敷石墨層和銀漿層作為陰極引出層；d. 將所述坯塊的鉭絲陽極引出線和陰極引出層粘結到對應封裝用外殼的 金屬框架引線上作為引出電極，用環氧樹脂封裝，即得到片式氧化鈮固體電 解電容器。
4、 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述鉭絲陽極引出線是直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。
5、 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步驟a中真空燒 結采用溫度為1300 ~ 1450°C, 0. 0005Pa的真空度燒結10~ 30分鐘。
6、 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步驟b中將燒結 后的所述坯塊放入裝有磷酸或硝酸電解液的形成槽內，使用直流電壓在所述 坯塊上形成介質層具體包括將燒結后的所述坯塊放入裝有濃度為Q. 1~1%、 電阻率為20 - 200歐姆.厘米的磷酸或硝酸電解液的形成槽內，使用直流電壓 在所述坯塊上形成介質層。
7、 根據權利要求3或6所述的制造方法，其特征在于，所述使用直流電 壓在所述坯塊上形成介質層具體包括使用電壓值為12 60V的直流電壓，以 50 ~ 200毫安/克的電流密度在所述坯塊上形成按設計要求厚度的介質層。
8、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟c中采用反復浸 漬使硝酸錳溶液滲透在所述坯塊內部空隙和在坯塊表面沉積形成二氧化錳層 作為陰極具體包括將所述坯塊在比重為1. 30-1.9Q的硝酸錳溶液中反復浸 漬7~12次，使硝酸錳溶液滲透在所述坯塊內部的^l孔空隙中，并在200 ~ 25(TC溫度下分解，使分解生成的電子電導型二氧化錳沉積在所述坯塊的介質 層表面形成陰極。
9、 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步驟d中將所述 坯塊的鉭絲陽極引出線和陰極引出層粘結到對應封裝用外殼的金屬框架引線 上作為引出電極具體包括使用導電的高分子銀膏把所述坯塊的鉭絲陽極引 線和陰極引出層與作為的分別粘結到封裝殼體的金屬引線框架上陽極引出片 和陰極引出片上作為電容器的正、負電極。
10、 根據權利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步驟d中用環氧 樹脂封裝具體包括采用阻燃環氧樹脂在150 180。C溫度使用精密的模塑壓 力機和沖莫具，將所述坯塊封裝成相應規j各形狀和尺寸的固體電容器。
全文摘要
本發明公開了一種片式氧化鈮固體電解電容器及其制造方法。該電容器包括環氧樹脂封裝外殼內設置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負極引出片和鎳基鍍錫陽極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內部為陽極，表面為陰極，陽極內設有鉭絲陽極引出線，所述一氧化鈮電容器基體的陰極與所述鎳基鍍錫負極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內的鉭絲陽極引出線焊接在所述鎳基鍍錫陽極引出片上形成電連接。該氧化鈮電容器結構簡單、制作工藝方便，制得的氧化鈮電容器可應用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開關電源電路等，當出現意外的擊穿時，不會燃燒和爆炸，且可有效避免出現連續擊穿，相比鉭電容器或純鈮電容器，可靠性，安全性有大幅度提高。
文檔編號H01G9/08GK101404212SQ20081022610
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者祁懷榮 申請人:北京七一八友益電子有限責任公司