專利名稱：片式氧化鈮固體電解電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子元器件領(lǐng)域，尤其涉及一種片式氧化鈮固體電解電
合喬o
背景技術(shù)：
鉭電容器具有體積容量比高，溫度特性好，漏電流小的特點(diǎn)，但是，鉭
電容器的缺點(diǎn)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(kāi)關(guān)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(xiǎn)； 一旦擊穿，產(chǎn)品會(huì)迅速燃燒或爆炸，甚至能夠引發(fā)連 續(xù)擊穿和火災(zāi)，這是任何用戶都談之色變的嚴(yán)重故障。
鈮與鉭一樣，其無(wú)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(guò)而容許交流電通過(guò)的特性。因此，它們都可以被用來(lái)生產(chǎn)電解 電容器，它們的基本材料都是超高純度的單質(zhì)態(tài)鉭金屬和鈮金屬。由于它們 都屬于容易和氧發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬，因此，當(dāng)出現(xiàn)擊穿時(shí)，缺陷部位通過(guò) 的大電流產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致介電層迅速被破壞，進(jìn)而造成基材金屬在高溫下 與氧迅速反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)就能夠釋放出大量的熱能，最終導(dǎo)致產(chǎn)品燃燒或爆 炸。導(dǎo)致鉭電容器在漏電流較大時(shí)能夠迅速燃燒和爆炸的根本原因，是生產(chǎn) 鉭電容器的基材是物理和化學(xué)特性極不穩(wěn)定的單質(zhì)金屬。這是鉭電容器不可 避免的缺陷之一；在實(shí)際使用中為了避免此缺陷造成的問(wèn)題，只有在實(shí)際使 用中大幅度的降低額定電壓，受限于體積限制，產(chǎn)品的耐壓受到嚴(yán)格限制， 因此，當(dāng)鉭電容器的使用電壓較高時(shí)，鉭電容器對(duì)電壓過(guò)于敏感的缺點(diǎn)就暴露無(wú)遺。使用純鈮生產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施方式提供一種片式氧化 鈮固體電解電容器，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。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型實(shí)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(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼內(nèi)設(shè)置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負(fù)極引出片和 鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)部為陽(yáng)極，表面為陰極， 陽(yáng)極內(nèi)設(shè)有鉭絲陽(yáng)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(fù)極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)的鉭絲陽(yáng)極引出線焊接在 所述鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片上形成電連接。
所述鉭絲陽(yáng)極引出線是直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。
所述一氧化鈮電容器基體采用比容為60000 ~ 120000UuF.V/g,氧含量在 14. 5 ~ 15. 5°/。的一氧化鈮粉末，按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制的陽(yáng)極坯塊 作為陽(yáng)極。
所述環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼為阻燃環(huán)氧樹(shù)脂外殼。
由上述本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)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(jīng)真 空燒結(jié)形成陽(yáng)極坯塊，再通過(guò)電介質(zhì)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(jié)構(gòu)筒單、制作工藝方便，制得的氧 化鈮電容器可應(yīng)用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開(kāi)關(guān)電源電路等，當(dāng)出現(xiàn)意外的擊穿時(shí)，不會(huì)燃燒和爆炸，而且容量和損耗參數(shù)基本保持不 變，通過(guò)的大電流可以-陂限制通過(guò)?？捎杏行П苊獬霈F(xiàn)連續(xù)擊穿，相比鉭電 容器或純鈮電容器性能、安全性有大幅度提高。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的氧化鈮電容內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的制備氧化鈮電容器的工藝流程圖。 圖中1.環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼；2.鎳基鍍錫負(fù)極引出片；3. —氧化鈮電
容器基體；4.側(cè)面環(huán)氧樹(shù)脂層；5.鉭絲陽(yáng)極引出線；6.焊接點(diǎn)；7.鎳基
鍍錫陽(yáng)極引出片。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施方式提供一種片式氧化鈮固體電解電容器，比容為 60000 ~ 120000UuF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5%的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，通過(guò)真空燒結(jié)形成陽(yáng)極坯塊，再通過(guò) 直流電壓電介質(zhì)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(yīng)用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開(kāi)關(guān)電源電路等，當(dāng) 出現(xiàn)意外的擊穿時(shí)，不會(huì)燃燒和爆炸，而且容量和損耗參數(shù)基本保持不變， 通過(guò)的大電流可以被限制通過(guò)?？捎行П苊獬霈F(xiàn)連續(xù)擊穿。
為便于理解，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種片式氧化鈮固體電解電容器， 該電容器的結(jié)構(gòu)為在環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼1內(nèi)設(shè)置一氧化鈮電容器基體3、鎳 基鍍錫負(fù)極引出片2和鎳基鍍錫陽(yáng)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 料，按2. 8~3. 5克/CC的壓制密度壓制成坯塊作為陽(yáng)極，再通過(guò)真空燒結(jié)，
5及在燒結(jié)后的陽(yáng)極坯塊表面通過(guò)電化學(xué)方法形成介質(zhì)層、及在形成的介質(zhì)層
上形成后陰極后形成的電容器基體，該一氧化鈮電容器基體3的表面為負(fù) 極， 一氧化鈮電容器基體3內(nèi)設(shè)有鉭絲陽(yáng)極引出線5，鉭絲陽(yáng)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(fù)極與鎳基鍍錫負(fù)極引 出片2電連接， 一氧化鈮電容器基體3內(nèi)的鉭絲陽(yáng)極引出線5通過(guò)焊接點(diǎn)6 焊接在鎳基鍍錫陽(yáng)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(yīng)用在多種電^各中，如大浪涌電壓和電 流的開(kāi)關(guān)電源電路等，當(dāng)出現(xiàn)意外的擊穿時(shí)，不會(huì)燃燒和爆炸，而且容量和 損耗參數(shù)基本保持不變，通過(guò)的大電流可以被限制通過(guò)?？捎杏行П苊獬霈F(xiàn) 連續(xù)擊穿。
制備上述片式氧化鈮固體電解電容器時(shí)，具體按下述步驟進(jìn)行
a. 制備陽(yáng)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(yáng)極引出線的坯塊，對(duì)坯塊在1300 ~ 1450。C溫度，0. 0005Pa的真空 度下進(jìn)行10 ~ 30分鐘的真空燒結(jié)，即得到一氧化鈮陽(yáng)極坯塊；
b. 在60 85。C溫度下，將燒結(jié)后的坯塊;^文入裝有濃度為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(nèi)，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(zhì)層，形成電介 質(zhì)層的厚度要達(dá)到準(zhǔn)備制造的電容器的耐壓規(guī)定的介質(zhì)層厚度；
c. 將已形成介質(zhì)層的坯塊，采用反復(fù)浸漬使硝酸錳溶液滲透在坯塊內(nèi)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(fù)浸漬7~12次，使硝酸錳溶液滲透在 坯塊內(nèi)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(dǎo)型二氧化錳沉積在所述坯塊的介質(zhì)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(yáng)極引出線和陰極引出層使用導(dǎo)電的高分子銀膏分別粘結(jié)到封裝殼體的金屬引線框架上陽(yáng)極引出片和陰極引出片上作為電容器 的正、負(fù)電極，釆用阻燃環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)精密的模塑壓力機(jī)和模具將所述坯塊 封裝成相應(yīng)規(guī)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(zhì)層的電化學(xué)形成理論，本實(shí)用新型實(shí)施例中采用一 氧化鈮來(lái)生產(chǎn)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(yáng)極時(shí)類似的電化學(xué)原理，因?yàn)橥ㄟ^(guò)上述方法制備過(guò)程中，在一氧化鈮 表面形成一層可以控制的無(wú)定形五氧化二鈮介質(zhì)層作為電容器的介電層。再 經(jīng)過(guò)二氧化錳陰極的制備，就可以得到一氧化鈮粉末生產(chǎn)出的固體片式氧化 鈮電容器。
實(shí)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(jìn)
行，包括
(1) 使用一氧化鈮粉末按照一定密度和尺寸進(jìn)行陽(yáng)極成型，形成陽(yáng)極坯
塊；
(2) 在1300 ~ 1450°C的溫度下對(duì)形成的陽(yáng)極坯塊進(jìn)行高溫真空燒結(jié)；
(3) 按照 一點(diǎn)精度要求把陽(yáng)極坯塊焊接到不銹鋼條上；
(4) 按照設(shè)計(jì)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(dòng)升高的直流電源進(jìn)行電介質(zhì)層的電化學(xué)形成，電壓的可調(diào)范圍為12-60V, 使生成的介質(zhì)層的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)耐壓的要求；
(5) 二氧化錳陰極制備；使用反復(fù)浸漬的方法把比重為1.30~1. 90的高純 度的硝酸錳溶液滲透進(jìn)已經(jīng)形成介質(zhì)層的陽(yáng)極坯塊內(nèi)部，在蒸汽濃度20~70% 的范圍，溫度為20 - 24(TC的范圍內(nèi)進(jìn)行熱分解，使硝酸錳分解后生成的二氧 化錳沉積到陽(yáng)極坯塊的介質(zhì)層上，所述的過(guò)程需要7~12次，直至陰極厚度 達(dá)到設(shè)計(jì)的厚度時(shí)；
(6) 待二氧化錳的厚度達(dá)到規(guī)定的厚度時(shí)，在產(chǎn)品的表面涂敷陰極過(guò)渡層石墨和銀漿，形成陰極引出層；
(7) 把涂敷過(guò)銀漿的坯塊從不銹鋼條上切割下來(lái)后，使用導(dǎo)電高分子銀膏 粘結(jié)到封裝外殼的金屬框架上，鉭絲陽(yáng)極引出線和金屬框架正極焊接到一起 作為產(chǎn)品的正極，將坯塊的陰極引出層與金屬框架的負(fù)極電連接作為立器的 負(fù)極；
(8) 使用阻燃的環(huán)氧樹(shù)脂在150-18(TC溫度下，在精密的模具內(nèi)把產(chǎn)品塑 封成外形尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸，即得到氧化鈮電解電容器產(chǎn)品。
為使制得的電容器產(chǎn)品更完善，還可以對(duì)上述制得的產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處 理，具體如下
① 使用激光打印規(guī)格和正極標(biāo)記；
② 切除陽(yáng)極邊；
③ 在85 ~ 125度的烘箱內(nèi)對(duì)產(chǎn)品施加額定電壓的老化2 ~ 40小時(shí)；
④ 按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)老化后的產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試并同時(shí)剔除廢品； 對(duì)產(chǎn)品的正負(fù)極進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的引線成型和編帶； ⑥檢驗(yàn)后入庫(kù)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(yáng)極引出線的坯塊，對(duì)坯塊在1300 ~ 1450。C溫度， 0. 0005Pa的真空度下進(jìn)行10~30分鐘的真空燒結(jié)得到一氧化鈮陽(yáng)極坯塊，使 制得電容器的陽(yáng)極材料采用富含氧的一氧化鈮，這種陽(yáng)極化學(xué)和物理性質(zhì)都 非常穩(wěn)定，在高溫時(shí)幾乎不出現(xiàn)明顯的繼續(xù)氧化現(xiàn)象，并且該方法可以保證 在一氧化鈮陽(yáng)極的基礎(chǔ)上形成介電性能優(yōu)良的五氧化二鈮介質(zhì)層，并且使形 成的五氧化二鈮介質(zhì)層內(nèi)部的主要成分是已經(jīng)富含氧的一氧化鈮，因此，當(dāng) 介質(zhì)層上通過(guò)的漏電流較大時(shí)，例如擊穿時(shí)的狀態(tài)；內(nèi)層的一氧化鈮并不會(huì) 因?yàn)闇囟鹊纳叨^續(xù)象鉭一樣快速氧化，因此，它的漏電流可以保持穩(wěn)定 狀態(tài)，產(chǎn)品內(nèi)部的溫度也不會(huì)升高到導(dǎo)致產(chǎn)品燃燒的程度。這樣，使用一氧
8除了擊穿時(shí)的燃燒和爆炸現(xiàn)象。由于擊穿時(shí)的 熱量集中只是導(dǎo)致五氧化二鈮介質(zhì)層的晶體狀態(tài)由無(wú)定形小部分轉(zhuǎn)為定形 態(tài)，通過(guò)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(huì)因 為溫度的有限升高而發(fā)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(huì)出現(xiàn)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(fā)生質(zhì)的變化。當(dāng)電路施加到產(chǎn)品 上的電壓和電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)該產(chǎn)品的額定電壓水平時(shí)，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(xué)狀態(tài)，因此，電容器產(chǎn)品呈現(xiàn)出電阻狀 態(tài)。這樣，可能瞬間通過(guò)的大電流被抑制，直接防止了連續(xù)擊穿。
本實(shí)用新型實(shí)施例的氧化鈮電解電容器在多數(shù)應(yīng)用電路中可替代現(xiàn)有的 抗浪涌能力較差的片式鉭電解電容器，，當(dāng)存在較高浪涌的開(kāi)關(guān)電源電路濾
波使用片式鉭電解電容器時(shí)，必須大幅度降額使用，例如工作電壓為8V的 開(kāi)關(guān)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，而如果使用本實(shí)用新型實(shí)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(chǎn)品就完全可以滿足使用要求，幾乎不需要降額。 當(dāng)出現(xiàn)意外的擊穿時(shí)，固體片式氧化鈮電解電容器不會(huì)燃燒和爆炸，而且容 量和損耗參數(shù)基本保持不變，通過(guò)的大電流可以被限制通過(guò)。這樣，就能夠
避免出現(xiàn)連續(xù)擊穿。
綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例中由于采用比容為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(yáng)極引出線的坯塊，對(duì)坯塊在1300 ~ 1450°C 溫度，0. 0005Pa的真空度下進(jìn)行10~30分鐘的真空燒結(jié)得到一氧化鈮陽(yáng)極坯 塊作為電容器的陽(yáng)極，使制備的氧化鈮電容器的 一氧化鈮陽(yáng)極可達(dá)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(yōu)點(diǎn)、體積 容量比高、高溫特性好、又具有類似于陶瓷電容器的對(duì)浪涌電壓和紋波電流不敏感的特點(diǎn)。達(dá)到既具有鉭電容器和陶資電容器的優(yōu)點(diǎn)，又有效地避免了 它們的缺點(diǎn)的效果。當(dāng)使用在存在大的浪涌電壓和電流的開(kāi)關(guān)電源電路時(shí)， 本實(shí)用新型實(shí)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(hù)的電路中，則不需要降額就可以達(dá)到很高的可靠性要 求。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技 術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)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(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼內(nèi)設(shè)置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負(fù)極引出片和鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)部為陽(yáng)極，表面為陰極，陽(yáng)極內(nèi)設(shè)有鉭絲陽(yáng)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(fù)極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)的鉭絲陽(yáng)極引出線焊接在所述鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片上形成電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其特征在于，所述鉭絲陽(yáng)極引出線是 直徑為0. 2 ~ 0. 4毫米的鉭絲。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其特征在于，所述一氧化鈮電容器基 體采用比容為60000 - 120000UuF.V/g，氧含量在14. 5 ~ 15. 5°/。的一氧化鈮粉 末，按2. 8 ~ 3. 5克/CC的壓制密度壓制的陽(yáng)極坯塊作為陽(yáng)極。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器，其特征在于，所述環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼 為阻燃環(huán)氧樹(shù)脂外殼。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種片式氧化鈮固體電解電容器。該電容器包括環(huán)氧樹(shù)脂封裝外殼內(nèi)設(shè)置一氧化鈮電容器基體、鎳基鍍錫負(fù)極引出片和鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)部為陽(yáng)極，表面為陰極，陽(yáng)極內(nèi)設(shè)有鉭絲陽(yáng)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(fù)極引出片電連接，所述一氧化鈮電容器基體內(nèi)的鉭絲陽(yáng)極引出線焊接在所述鎳基鍍錫陽(yáng)極引出片上形成電連接。該氧化鈮電容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝方便，制得的氧化鈮電容器可應(yīng)用在多種電路中，如大浪涌電壓和電流的開(kāi)關(guān)電源電路等，當(dāng)出現(xiàn)意外的擊穿時(shí)，不會(huì)燃燒和爆炸，且可有效避免出現(xiàn)連續(xù)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(hào)H01G9/15GK201323135SQ200820123590
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者祁懷榮 申請(qǐng)人:北京七一八友益電子有限責(zé)任公司