.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發現，位于元素周期表VB 族中^[2]，原子序數73，原子量為108.195，屬于體心立方結構，晶格常數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。

鉭電容性能優越，能夠實現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測試確定鉭塊的燒結比容，為下道賦能工藝的參數進行優化（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。同時，還會對鉭塊、鉭絲的外觀尺寸、強度等參數進行測試。

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，形成整架產品，以便后道工序進行整架產品的操作。

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，采用PC與測試設備構成的數據采集系統。

j) 裝配：

將被銀后的產品定距切斷，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：

噴除模塑后產品框架上的多余溢料和毛刺，并對產品進行固化加強產品的模塑強度。噴砂的介質已經改用為水，這樣對可焊性的影響更小。

m) 打印：

打印產品的標稱容量、額定電壓和陽極標識，以進行產品標識識別。

n) 切邊：

將框架條產品的陽極邊切除，方便后續的電性能測試和老煉篩選。

o) 預測試：

只是測試產品的漏電流，并剔除漏電流大的產品。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品會進行電性能四參數的測試，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：

利用編帶機將產品引線成型，并自動編帶成為一整卷盤產品。

t) 查盤：

對編帶后產品的外觀進行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、可焊、耐焊的檢驗。產品抽樣進行回流焊試驗，確定產品的電性能參數不會有太大的變化率。

三.鉭電容的主要特性參數

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，批量生產出的產品的性能盡管都符合標準規定，但實際上不同生產廠家生產的產品的性能存在明顯的質量差異。即使是同一生產批，不同只產品實際上也存在質量差異。造成此現象的深層次原因是鉭電容器復雜的生產工藝過程使產品參數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；產品性能參數與電路使用條件不匹配。二；由用戶提供的產品存在質量問題。

鉭電容器的各電性能參數對使用時可靠性的影響
鉭電容器的實際參數如下； 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，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。