钽电容简介和基本结构

钽电容简介和基本结构 固体钽电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中赋能,形成多孔性非晶型Ta2O5介质膜,其工作电解质为硝酸锰溶液经高温分解形成MnO2 ,通过石墨层作为引出连接用。 钽电容性能优越，能够实现较大容量的同时可以使体积相对较小，易于加工成小型和片状元件，适宜目前电子器件装配自动化，小型化发展，得到了广泛的应用，钽电容的主要特点有寿命长，耐高温，准确度高，但耐电压和电流能力相对较弱，一般应用于电路大容量滤波部分。钽电容全称钽电解电容，是1956年美国贝尔实验室研发的电解电容器，采用金属钽作为阳极材料，利用其表面生成的五氧化二钽氧化膜作为介质层，搭配固态或液态电解质构成。具有体积小、电容量大、低电感效应等特点，支持表面贴装形式，适用于消费电子、医疗设备、航空航天及汽车电子等领域

钽电解电容是一种以金属钽为阳极介质、表面生成五氧化二钽薄膜的电解电容器，主要应用于军事通讯、航天、工业控制及通讯仪表等领域。该产品通过钽粉烧结成型工艺实现小型化设计，在同等体积下具备更大电容量，工作温度范围覆盖-50℃至100℃，并凭借低ESR特性适配高频电路环境 [2]。其核心技术优势包括自愈性氧化膜可修复局部缺陷提升可靠性，漏电流小且长期稳定性优异。按结构可分为烧结型固体、箔形卷绕固体和烧结型液体三类，其中树脂封装的烧结型固体占据主流，片式化产品配合SMT表面贴装技术成为发展趋势 [3]。

使用时需严格遵循极性接法并配合降额设计，主要承担电源滤波、能量存储及信号耦合等功能 [1]。固体钽电容器电性能优良，工作温度范围宽，而且形式多样，体积效率优异，具有其独特的特征：钽电解电容器的工作介质是在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜。此层氧化膜介质完全与组成电容器的一端极结合成一个整体，不能单独存在。因此单位体积内所具有的电容量特别大。即比容量非常高，因此特别适宜于小型化。在钽电解电容器工作过程中，具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点所在的性能，使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到连续的累积性破坏。这种独特自愈性能，保证了其长寿命和可靠性的优势。烧结型液体常见于高可靠型军用设备中，外壳由纯银构成。钽电解电容器具有非常高的工作电场强度，并较任何类型电容器都大，以此保证它的小型化。钽电解电容器可以非常方便地获得较大的电容量，在电源滤波、交流旁路等用途上少有竞争对手。

具有单向导电性，即所谓有“极性”，应用时应按电源的正、负方向接入电流，电容器的阳极(正极)接电源“+”极，阴极(负极)接电源的“-”极;如果接错不仅电容器发挥不了作用，而且漏电流很大，短时间内芯子就会发热，破坏氧化膜随即失效。工作电压有一定的上限平值，但这方面的缺点对配合晶体管或集成电路电源，是不重要的。

电解电容器一般认为是一种性能优良，使用寿命长的电子元件，它的失效率正常时可达七级。但它总还是符合电子元器件的失效普遍规律，即澡盆形失效曲线，前期失效可在老炼过程中剔除。因此只有随机失效的可能性。而这种无效即有制造工艺控制问题，还常常伴随产品在使用过程的不当或超载所致，综合说来大约有三种模式即电流型、电压型和发热型。钽电解电容器具有储藏电量、进行充放电等性能，主要应用于滤波、能量贮存与转换，记号旁路，耦合与退耦以及作时间常数元件等。在应用中要注意其性能特点，正确使用会有助于充分发挥其功能，其中诸如考虑产品工作环境及其发热温度，以及采取降额使用等措施，如果使用不当会影响产品的工作寿命。

钽电容的结构由钽金属片作为电极，钽氧化物作为电介质构成。钽金属片和钽氧化物薄膜之间有一个极细的介电层，这个介电层是通过对钽金属片进行阳极氧化生成的。整个结构被包裹在一个塑料或金属外壳中，以保护其免受环境的影响。

钽电容，一种固体电容器，其制作工艺涉及将钽粉经过压制成型后，在高温环境中烧结成阳极体。随后，通过将阳极体浸入酸中赋能，形成多孔性非晶型Ta2O5介质膜。其工作电解质则是由硝酸锰溶液经高温分解后形成的MnO2。此外，石墨层被用作引出连接，确保电容器的稳定工作。

钽电容凭借其出色的性能，在实现大容量存储的同时，还能保持相对较小的体积，非常适合加工成小型和片状元件，满足现代电子器件装配的自动化和小型化需求。它的主要特点包括长寿命、耐高温以及高精度，尽管其耐电压和电流能力相对较弱，但依然在电路大容量滤波方面得到了广泛应用。

二、钽电容的工作原理

钽电容的工作原理是基于电场的作用。当电压施加在钽电容上时，电场就会在钽氧化物薄膜中形成。这个电场会把电荷分离成正负两极，正负两极分别集中在钽金属片和钽氧化物薄膜的界面上。这样就形成了一个电容器，其中钽金属片是一个电极，钽氧化物薄膜是另一个电极，它们之间的极细介电层就是电容器的电介质。当电容器充电时，钽金属片上的电荷量会增加，钽氧化物薄膜上的电荷量会减少，这样就会产生一个电场，使得电容器中存储的电能增加。当电容器放电时，存储的电能就会释放出来，电场就会消失，钽金属片和钽氧化物薄膜上的电荷量也会回到初始状态。

三、钽电容的制造工艺

钽电容的制造工艺主要包括以下几个步骤：

1、钽金属片的制备

钽金属片是钽电容的电极，它需要以高纯度的钽金属为原料，通过多道工艺加工而成。首先将钽金属片加工成所需的形状和尺寸，然后对其进行表面处理，以提高其表面粗糙度和表面积，使其更易于与钽氧化物薄膜结合。

2、阳极氧化

阳极氧化是制备钽氧化物薄膜的关键步骤。首先要将钽金属片作为阳极，在电解液中施加电压，使其表面形成一层极细的钽氧化物薄膜。这个钽氧化物薄膜具有高密度、高稳定性和低漏电流等特点。

3、电容器的组装

将钽金属片和钽氧化物薄膜组装在一起，以形成一个电容器。这个过程需要将钽金属片和钽氧化物薄膜对齐，并在它们之间添加适量的导电胶，以保证它们之间的电性能。

4、封装

将电容器放入一个塑料或金属外壳中，以保护其免受外界环境的影响。这个过程需要使用专门的封装设备，以确保电容器的封装质量和可靠性。

四、钽电容的应用

由于钽电容具有高容量密度、低ESR、低漏电流、高温度稳定性和长寿命等优点，因此在电子产品中得到了广泛的应用。以下是钽电容的一些典型应用：

1、直流电源滤波电容

在直流电源中，钽电容通常用于滤波电路中，以消除直流电源中的杂波和噪声。

2、模拟电路耦合电容

在模拟电路中，钽电容通常用作耦合电容，以将信号从一个电路传输到另一个电路。

3、信号调理电路电容

在信号调理电路中，钽电容通常用于滤波、放大和耦合等方面，以提高信号质量和可靠性。

4、电源开关电容

在电源开关电路中，钽电容通常用于保护电源开关管，以减少电源开关管的损坏和寿命。

5、电源备份电容

在电源备份电路中，钽电容通常用于存储电能，以在主电源故障时提供备份电源。

五、钽电容和电解电容的区别

(1)原理与结构

钽电容是一种电解质电容器，由钽金属作为正极极板，以及氧化铝(Al2O3)作为绝缘层和负极极板组成。钽电容的电解质是一种高阻抗氧化铝薄膜，具有非常高的介电常数和极低的电容漏电流。其原理是利用氧化铝的高介电常数和良好的电容性能，将钽金属薄膜与氧化铝薄膜分别作为正负极板，形成一个电容器。

电解电容是一种电解质电容器，由铝箔或钨丝作为正极极板，以及氧化铝(Al2O3)作为绝缘层和负极极板组成。电解电容的电解质是一种低阻抗氧化铝薄膜，具有良好的电导性和低电容漏电流。其原理是利用氧化铝的高介电常数和良好的电容性能，将铝箔或钨丝薄膜与氧化铝薄膜分别作为正负极板，形成一个电容器。

(2)电容值

钽电容的电容值比电解电容要小，一般在几微法到几百微法之间。而电解电容的电容值比较大，一般在几毫法到几百毫法之间。

(3)工作电压

钽电容的工作电压比电解电容要高，一般在数十伏到数百伏之间。而电解电容的工作电压比较低，一般在几伏到几十伏之间。

(4)尺寸

钽电容相对于电解电容来说体积较小，因为钽电容的电容值比较小，而电解电容的电容值比较大，所以相同电容值的钽电容尺寸要小于电解电容。

(5)价格

钽电容的价格相对较高，一般是电解电容的几倍甚至更多。这是因为钽金属是一种稀有金属，价格较高，同时钽电容的制造工艺也比较复杂。而电解电容的价格相对较低，因为铝箔或钨丝的价格相对较低，制造工艺也相对简单。

总之，钽电容是一种重要的电子元件，它在电子产品中扮演着不可或缺的角色。随着电子产品的发展和应用需求的不断增加，钽电容的市场前景也将越来越广阔。

钽电解电容，根据电解液的形态，可分为液体和固体两种。目前，液体钽电解的使用量已逐渐减少，而固体钽电解则成为主流，因此本文将重点介绍固体钽电解的生产工艺。

固体钽电解电容的介质材料是五氧化二钽，其阳极由烧结金属钽块构成，并通过钽丝引出。传统的负极材料是固态MnO2，然而，最新的技术已采用聚合物作为负极材料，其性能相较于MnO2更为出色。

在制造过程中，钽电解电容有引线式和贴片式两种安装方式，其基本工艺流程相似。接下来，我们将以片钽生产工艺为例，详细介绍其生产流程。此工序旨在将钽粉与钽丝通过模压工艺结合，赋予其特定的形状。在成型过程中，需向钽粉中加入适量粘接剂，以确保产品的稳定性和一致性。

1、为何要加入粘接剂?

粘接剂的加入旨在改善钽粉的流动性和成型性，从而减少粉重误差，并有效预防钽粉堵塞模腔的情况。对于流动性良好的低比容粉，可以适当增加粘接剂的用量，而对于流动性较差的高比容粉，则可适量减少粘接剂的添加。

2、粘接剂用量不当会产生何种影响?

若粘接剂加入过多，脱樟时樟脑大量挥发，可能导致钽坯开裂或断裂，同时瘦小的钽坯易出现弯曲现象。而若粘接剂加入过少，则无法有效改善钽粉的流动性。此外，拌好的钽粉若放置时间较长，因樟脑易挥发，可适量再添加一些粘接剂。需注意，樟脑的加入会略微增加钽粉中的杂质含量，从而影响其漏电性能。为确保钽粉的质量，每天使用完毕后，应将其装入聚四氟乙烯瓶或真空袋内进行密封保存，以防止樟脑挥发、钽粉混入杂质或吸附空气中的气体。

3、在成型后，是否可以跳过脱樟步骤，直接将钽坯放入烧结炉中进行烧结?

不行，因为樟脑是一种在低温下挥发的物质。如果直接将钽坯放入烧结炉进行烧结，樟脑在挥发过程中可能会在炉膛、机械泵、扩散泵等排出管道内冷凝。

4、若钽丝埋入深度过浅，会带来哪些不良影响?

钽丝若埋入深度不足，即埋入三分之二钽坯高度以下，可能会面临拔出或松动的风险。在后道工序中，一旦钽丝受到引力作用，其根部便可能因漏电流过大而影响产品性能。因此，在成型过程中应当时刻关注并检查钽丝的埋入深度，确保其至少达到三分之二以上的高度。

5、粉重误差过大会产生何种影响?

若粉重误差过大，将导致产品容量显著分散，进而降低K〔±10%〕档的命中率。在成型过程中，频繁需要称取粉重，且误差必须控制在合格范围内〔±3%〕。若出现粉重不一的情况，可通过调整赋能电压或烧结温度进行校正。若误差超出规定范围，则需对成型机进行调整，并将已压制的钽坯单独隔离，以坩埚为单位进行单独烧结，并做好相应标识。