CN103366968B - 方形高能钽混合电容器及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种方形高能钽混合电容器及其制造工艺，该方形高能钽混合电容器包括，一个方形钽外壳和方形绝缘钽子盖组成的电容器腔体；其内依次填充由高比容钽粉压制而成的阳极钽芯，涂有RuO2的阴极层，多个隔离层。本发明的目的是提供一种方形高能钽混合电容器及其制造工艺，提高钽电容器的容量，降低材料成本，方便加工制造。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，尤其涉及一种方形钽混合电容器，以及其制造工艺。
背景技术
钽的质地十分坚硬，钽富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小。钽有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。可用来制造蒸发器皿等，也可做电子管的电极、整流器、电解、电容。
钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜，用钽制成的电解电容器，具有容量大、体积小和可靠性好等优点，制造电容器是钽的最重要用途。
现有圆形全钽混合电容器及其加工工艺，在加工的过程中，所下的钽板料为圆形，在成型过程中需要裁减掉方形板料四个角的多余部分，这样多余的钽料就成了废料，得不到有效利用。在一样的材料成本投入的情况下，若采用方形结构，所生产的钽混合电容器，容量比圆形大，而且有效利用了钽板料，从而提高钽电容器的容量，降低材料成本。
通过专利检索，存在以下已知的现有技术方案：
专利1：
申请号 201120251913.2，申请日 2011-07-18，授权公告日
2012-05-23，一种方形固态电容器，其特征在于所述方形固态电容器包括一多孔状的钽烧结块，该钽烧结块包覆在一塑化的导电高分子材料层内，该导电高分子材料层外设置一碳胶和银胶层，一阴极连接碳胶和银胶层。该方形固态电容器设计合理，具有绝佳的低漏电处理能力及强化击穿电压，其具有更强的击穿电压(BDV)及改进的漏电流(LC)特性，老化后不会产生瞬间击穿现象。其制备方法简单，容易实现工业化规模生产。
专利2：
申请号：200610134467.0，申请日：2006-11-29，公开日2007-05-16，本发明属于大功率电子器件技术领域，涉及一种混合型超级电容器。其特征是用钽做电容器的阳极，用二氧化钌电极做电容器的阴极，充以电解液。钽阳极和电解液形成电解电容器，二氧化钌电极在电解液中形成电化学电容器，二者通过电解液等效串联，形成具有电解电容器和电化学电容器共同优点的超级电容器。这种电容器的钽阳极由钽粉压制而成，二氧化钌涂敷于基板集流体上形成阴极，电解液是硫酸溶液。本发明的效果和益处是提高超级电容器的工作电压，并保持高储能密度的特点。消除了常规超级电容器工作电压低、多级串联会降低储能密度和功率密度的不足，解决了一般超级电容器不能用于脉冲功率***的问题。本电容器结构简单，工业实现方便。
专利3：
申请号：200420035723.7，申请日：2004-04-28，公开日2005-06-01，一种以电化学电容器和钽电解电容器相结合的高能钽混合电容器，它包括一个或多个由高比容钽粉压制而成的阳极钽芯，一个或多个涂有无定形氧化物、和注入的电解质之间形成电化学电容器的阴极，多个隔离层；一个钽外壳，所述阴极、隔离层和阳极钽芯按照从上到下的顺序依次逐个叠放在该钽外壳内，一个由钽盖和玻璃体7构成的钽-玻璃绝缘子，所述正极引线穿过玻璃体引出；所述负极引线焊接在所述钽盖上；在钽盖上有一个在注入电解质后再密封的工艺小孔；一个缓冲垫；一个置于阳极钽芯周围的环形衬垫。其体积较小，能量密度高。
专利4：
申请号：201010147967.4，申请日：2010-04-16，授权公告日
2012.05.02，一种全钽外壳钽电解电容器引出线的引出方式及电容器，为单体电容器，电容器的引出方式是：正负极引出均为镍片或镀镍铜片引出，分别为正极镍片或镀镍铜片引出片和负极镍片或镀镍铜片引出片，且为正极镍片或镀镍铜片引出片和负极镍片或镀镍铜片引出片的端头开有接线孔，正极镍片或镀镍铜片引出片和负极镍片或镀镍铜片引出片做成的引出片用导线与其它电子元件装置连接，且为正极镍片或镀镍铜片引出片和负极镍片或镀镍铜片引出片通过激光焊接分别作为电容器引出片焊接在电容器上，作为电容器容量的引出装置。
通过以上的检索发现，以上技术方案不能影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合不能破坏本发明的创造性。
发明内容
本发明的目的是提供一种方形高能钽混合电容器及其制造工艺，提高钽电容器的容量，降低材料成本，方便加工制造。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案。
根据本发明的一个方案，一种方形高能钽混合电容器，其特征在于它包括：
至少3个阳极钽芯（1），所述阳极钽芯（1）由钽粉压制成0.5mm厚方形薄片状，在其内部中间位置埋有一根Φ1mm的钽丝做成的阳极连接线（6），阳极连接线（6）从其边缘引出并向上汇聚在一起，各阳极钽芯（1）的阳极连接线（6）与正极引线（8）末端连接在一起；
至少4个阴极层（2），所述阴极层（2）为0.1-0.2mm厚的方形状钽片，钽片上涂有一层0.05mm的RuO2，在钽片边缘，阳极连接线（6）的另一侧，阴极层（2）汇聚在一起，并与方形钽外壳（12）相连；
至少7个保证阳极钽芯（1）和阴极层（2）完全分开的隔离层（3）；
一个方形钽外壳（12），其四周和底面封闭，只有一个朝上开口；所述的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放在所述方形钽外壳（12）内，在阳极钽芯（1）与阴极层（2）之间均有一层隔离层（3）；在最下层的是阴极层（2），与所述的方形钽外壳（12）直接相贴；所述的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放，最上面一层为隔离层（3）；
一个方形绝缘钽子盖（5）和绝缘子玻璃体（7）组成的绝缘子，其扣合在方形钽外壳（12）开口上方，且其边缘与方形钽外壳（12）在相配合的边缘位置焊接在一起；所述方形绝缘钽子盖（5）中心位置开有带凸台的中心孔（14），所述的玻璃体（7）固结在所述中心孔（14）中；玻璃体（7）中间固结有Φ1mm的钽丝做成的正极引线（8），所述正极引线（8）引出所有极连接线（6），并通过玻璃体（7）与方形绝缘钽子盖（5）绝缘；所述方形绝缘钽子盖（5）上焊接有Φ1mm的钽丝做成的负极引线（9），且其上开有用于注液后再密封的工艺小孔注液孔（10）；
一个放置在最上层隔离层（3）上的方形Teflon衬垫（11），和安置于其上的起缓冲作用的方形环状缓冲垫（4），且Teflon衬垫（11）中心位置留有配合孔；
一个置于阳极钽芯（1）周围用于防止各阳极钽芯（1）的阳极连接线（6）和方形钽外壳（12）短路连接的环形衬垫（13）。
根据本发明的另一个方案，一种用于制造方形高能钽混合电容器的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：
①形成方形钽外壳（12）的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；
②形成方形绝缘钽子盖（5）的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；利用手动冲床，上模装有两个冲针，一次冲压成型，形成中心孔和注液孔；
③打磨清洗工步，打磨精加工以上机加工工步形成的方形钽外壳（12）、方形绝缘钽子盖（5）；并用专用清洗剂清洗油渍，再用超声波纯净水清洗干净，烘干；
④玻璃绝缘体烧结工步，将工步③处理过的方形绝缘钽子盖（5）装入石墨模具上，放上玻璃粉，***Φ1mm的钽丝，用于制作正极引线（8）；再放入至氦气保护的真空烧结炉内进行玻璃体烧结，真空度10-5Pa后，充入氦气至0.02a，烧结温度1050℃，保温2小时，停止加热，氦气保护降温至50℃再出炉，清洗干净，再烘干；
⑤填料工步，在专用工作台上固定好工步①形成的方形钽外壳（12），将环形衬垫（13）贴附在方形钽外壳（12）内侧，然后将预先处理过的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放在所述方形钽外壳（12）内，在阳极钽芯（1）与阴极层（2）之间均有一层隔离层（3）；在最下层的是阴极层（2），与所述的方形钽外壳（12）直接相贴；所述的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放，最上面一层为隔离层（3）；然后再依次放上Teflon衬垫（11）和方形环状缓冲垫（4），并将所有的阳极连接线（6）从其边缘引出并向上汇聚在一起；
⑥密封与注液工步，将工步⑤形成的半成品移动到专用焊接台上，将工步④处理过的方形绝缘钽子盖（5）安放在方形钽外壳（12）的开口上，并在安放前先将所有阳极连接线（6）焊接在正极引线（8）的末端；用激光焊焊接方形绝缘钽子盖（5）和方形钽外壳（12）的连接处；在密封的环境中通过注液孔（10）向电容器内注入一定量的电解液，然后密封注液孔（10）。
本发明的有益效果：1、相同材料投入，所产生的电容器容量提高。
2、壳体原材料得到了有效利用，降低了成本，并方便加工制造。
附图说明
图1为本发明的俯视图。
图2为本发明的半剖视图。
图3为本发明玻璃绝缘体烧结工步④所形成绝缘子结构图。
图4为本发明填料工步⑤所形成钽电容器半成品结构图。
图中所述文字标注表示为：1、阳极钽芯；2、阴极层；3、隔离层；4、方形环状缓冲垫；5、方形绝缘钽子盖；6、阳极连接线；7、绝缘子玻璃体；8、正极引线；9、负极引线；10、注液孔；11、Teflon衬垫；12、方形钽外壳；13、环形衬垫；14、中心孔。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-图2，本发明的结构特征为：方形高能钽混合电容器，它包括，3个阳极钽芯1，所述阳极钽芯1由钽粉压制成0.5mm厚方形薄片状，在其内部中间位置埋有一根Φ1mm的钽丝做成的阳极连接线6，阳极连接线6从其边缘引出并向上汇聚在一起，各阳极钽芯1的阳极连接线6与正极引线8末端连接在一起；
4个厚度为0.1-0.2mm的方形状钽片组成的阴极层2，其上上涂有一层0.05mm的RuO2 ，在钽片边缘，阳极连接线6的另一侧，阴极层2汇聚在一起，并与方形钽外壳12相连；
7个保证阳极钽芯1和阴极层2完全分开的隔离层3；
一个方形钽外壳12，其四周和底面封闭，只有一个朝上开口；所述的阴极层2、隔离层3和阳极钽芯1按照从下到上的顺序依次叠放在所述方形钽外壳12内，在阳极钽芯1与阴极层2之间均有一层隔离层3；在最下层的是阴极层2，与所述的方形钽外壳12直接相贴；所述的阴极层2、隔离层3和阳极钽芯1按照从下到上的顺序依次叠放，最上面一层为隔离层3；
一个方形绝缘钽子盖5和绝缘子玻璃体7组成的绝缘子，其扣合在方形钽外壳12开口上方，且其边缘与方形钽外壳12在相配合的边缘位置焊接在一起；所述方形绝缘钽子盖5中心位置开有带凸台的中心孔14，所述的玻璃体7固结在所述中心孔14中；玻璃体7中间固结有Φ1mm的钽丝做成的正极引线8，所述正极引线8引出所有极连接线6，并通过玻璃体7与方形绝缘钽子盖5绝缘；所述方形绝缘钽子盖5上焊接有Φ1mm的钽丝做成的负极引线9，且其上开有用于注液后再密封的工艺小孔注液孔10；
一个放置在最上层隔离层3上的方形Teflon衬垫11，和安置于其上的起缓冲作用的方形环状缓冲垫4，且Teflon衬垫11中心位置留有配合孔；
一个置于阳极钽芯1周围用于防止各阳极钽芯1的阳极连接线6和方形钽外壳12短路连接的环形衬垫13。
相对于圆形钽混合电容器，本方形高能钽混合电容器的容量更高。比如尺寸为Ø35*16高的圆形钽电容器，与尺寸为35*35*16高的本方形高能钽混合电容器，方型体积是圆形体积的1.27倍，同高同底方型提高容量27%，电容器容量增大。同时由于在制造的过程中，本方形高能钽混合电容器的废料更少，原材料利用率更高，更加节省材料。
如图3-图4，为加工本方形高能钽混合电容器过程中的半成品结构图。图3为本发明玻璃绝缘体烧结工步④所形成绝缘子结构图。图4为本发明填料工步⑤所形成钽电容器半成品结构图。
加工本方形高能钽混合电容器的制造工艺包括如下步骤：
①形成方形钽外壳12的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；
②形成方形绝缘钽子盖5的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；利用手动冲床，上模装有两个冲针，一次冲压成型，形成中心孔和注液孔；
③打磨清洗工步，打磨精加工以上机加工工步形成的方形钽外壳12、方形绝缘钽子盖5；并用专用清洗剂清洗油渍，再用超声波纯净水清洗干净，烘干；
④玻璃绝缘体烧结工步，将工步③处理过的方形绝缘钽子盖5装入石墨模具上，放上玻璃粉，***Φ1mm的钽丝，用于制作正极引线8；再放入至氦气保护的真空烧结炉内进行玻璃体烧结，真空度10-5Pa后，充入氦气至0.02a，烧结温度1050℃，保温2小时，停止加热，氦气保护降温至50℃再出炉，清洗干净，再烘干；
⑤填料工步，在专用工作台上固定好工步①形成的方形钽外壳12，将环形衬垫13贴附在方形钽外壳12内侧，然后将预先处理过的阴极层2、隔离层3和阳极钽芯1按照从下到上的顺序依次叠放在所述方形钽外壳12内，在阳极钽芯1与阴极层2之间均有一层隔离层3；在最下层的是阴极层2，与所述的方形钽外壳12直接相贴；所述的阴极层2、隔离层3和阳极钽芯1按照从下到上的顺序依次叠放，最上面一层为隔离层3；然后再依次放上Teflon衬垫11和方形环状缓冲垫4，并将所有的阳极连接线6从其边缘引出并向上汇聚在一起；
⑥密封与注液工步，将工步⑤形成的半成品移动到专用焊接台上，将工步④处理过的方形绝缘钽子盖5安放在方形钽外壳12的开口上，并在安放前先将所有阳极连接线6焊接在正极引线8的末端；用激光焊焊接方形绝缘钽子盖5和方形钽外壳12的连接处；在密封的环境中通过注液孔10向电容器内注入一定量的电解液，然后密封注液孔10。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种方形高能钽混合电容器的制造工艺，其特征在于包括如下步骤：
①形成方形钽外壳（12）的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；
②形成方形绝缘钽子盖（5）的机加工工步，利用45吨冲床，设置主轴转速为25r/min，把钽片放置在方形上凸模与方形下凹模之间一次冲压成型；利用手动冲床，上模装有两个冲针，一次冲压成型，形成中心孔和注液孔；
③打磨清洗工步，打磨精加工以上机加工工步形成的方形钽外壳（12）、方形绝缘钽子盖（5）；并用专用清洗剂清洗油渍，再用超声波纯净水清洗干净，烘干；
④玻璃绝缘体烧结工步，将工步③处理过的方形绝缘钽子盖（5）装入石墨模具上，放上玻璃粉，***Φ1mm的钽丝，用于制作正极引线（8）；再放入至氦气保护的真空烧结炉内进行玻璃体烧结，真空度10-5Pa后，充入氦气至0.02a，烧结温度1050℃，保温2小时，停止加热，氦气保护降温至50℃再出炉，清洗干净，再烘干；
⑤填料工步，在专用工作台上固定好工步①形成的方形钽外壳（12），将环形衬垫（13）贴附在方形钽外壳（12）内侧，然后将预先处理过的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放在所述方形钽外壳（12）内，在阳极钽芯（1）与阴极层（2）之间均有一层隔离层（3）；在最下层的是阴极层（2），与所述的方形钽外壳（12）直接相贴；所述的阴极层（2）、隔离层（3）和阳极钽芯（1）按照从下到上的顺序依次叠放，最上面一层为隔离层（3）；然后再依次放上Teflon衬垫（11）和方形环状缓冲垫（4），并将所有的阳极连接线（6）从其边缘引出并向上汇聚在一起；
⑥密封与注液工步，将工步⑤形成的半成品移动到专用焊接台上，将工步④处理过的方形绝缘钽子盖（5）安放在方形钽外壳（12）的开口上，并在安放前先将所有阳极连接线（6）焊接在正极引线（8）的末端；用激光焊焊接方形绝缘钽子盖（5）和方形钽外壳（12）的连接处；在密封的环境中通过注液孔（10）向电容器内注入一定量的电解液，然后密封注液孔（10）。
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