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全钽全密封液体钽电解电容器的结构与性能特点

2020-03-05

随着电子电路功能提高和速度加快,对液体钽电容器提出了更高的要求。在这种情况下为满足军事和航空航天领域中的需求,全钽密封液体钽电解电容器应运而生,它不但坚持了液体钽电解电容器的优点,并且还克服了其缺点,具有性能稳定、接受纹波电流能力强,可靠性高等优点,被业界称为“永不失效”的电容器。


结构与性能特点

1. 钽引出阴极

全钽液体钽电解电容器结构与普通银外壳液体钽电解电容器基本相同(见图1),主要由烧结钽芯及其外表的Ta2O5介质氧化膜、电解质和金属外壳三局部构成,所差别的是全钽液体钽电解电容器用的是钽外壳作为电容器的引出阴极,而普通液体钽电解电容器用银外壳作为阴极。钽外壳的全钽全密封电解电容器,能够避免银离子迁移,漏电流小,提高了可靠性。

液体钽电容器结构图

2.特殊的钽阴极有效外表积增大工艺

制造大容量钽电解电容器的关键是增大阴极的有效外表积。全钽全密封电解电容器,其阴极由钽金属制成,钽在空气中易被氧化,因此,用处理银阴极的办法来增大钽阴极的有效外表积是行欠亨的。钽阴极外表处理工艺通常如下:首先用少量的氢氟酸溶液(或二价锡盐、有机还原剂)处理钽阴极外表,除去阴极外表己形成的氧化物,提高其外表附着力,以便在其外表形成牢固的铂族金属膜,然后用化学沉积办法或溅射办法,在已除去氧化膜的钽阴极外表沉积BET9会员登录线路层不连续的呈岛状结构的铂族金属膜。此后在惰性气体或真空环境中,对沉积的BET9会员登录线路层金属膜进行热处理,使铂族金属与钽金属形成一层合金,以阻止钽金属在空气中被氧化。最后在BET9会员登录线路层合金膜上用电镀或其它办法继续沉积第二层多孔状铂族金属膜,这层膜与BET9会员登录线路层膜可以不是同一种金属。当然,也可以通过溅射的办法在钽金属外表直接形成铂族金属膜,这样可以省去用氢氟酸除去钽氧化膜的办法,然后通过热处理仍能使钽金属外表与铂族金属合金化。另外,还可以用辉光放电的办法除去钽金属外表的氧化膜,然后同样用溅射的办法形成铂族金属膜。由于在溅射过程中钽金属外表与铂族金属已经爆发了合金化,所以省去了热处理办法。


3.全密封结构

液钽电解电容器尽管具有容量大等优点,但关于半密封结构产品,在工作过程中,曾因漏液失效而限制了其使用。液体钽电解电容器的密封结构可以分为半密封液体钽电解电容器(CA30)全密封液体钽电解电容器(CAK38,CAK39,CAK39H,CAK39HE),如图2 (a)、(b)所示。

液体钽电容器密封结构图


现在,液体钽电解电容器采用全密封结构,解决了漏液问题。经高真空条件下的冷浸和热浸试验,很少发明漏液现象。关于全密封结构钽电解电容器,是将阳极钽块上的钽丝穿过套有橡皮环的聚四氟乙烯上垫片,然后把钽芯用聚四氟乙烯下垫片固定,装配到注有凝胶电解质的银外壳之中。在银外壳上与橡皮环等高的位置进行压槽固定,并穿置玻璃粉绝缘子,之后依次进行卷边、绝缘子与银或钽外壳间的边焊、绝缘子上的钽管与穿过其间钽丝的高温氩弧球焊和阳极引线对焊。这样就彻底解决了半密封结构的漏液问题。由于边焊放热严重,会引起电解质汽化,冷却后壳内外爆发气压差。根据实际生产经验,一般采用先边焊后球焊的工序。


4.较强耐振动挫折性能

液体钽电解电容器爆发瞬时开路失效的原因在于:电容器壳内的液体不可将钽块固定,另一端的钽丝被绝缘子固定住,钽块与钽丝成为一个悬臂,因此振动时,离心力使电解液在电容器壳内作相应运动,当钽块短或电解液数量缺乏时,离心力可能使钽块与工作电解液瞬时脱离,造成电容器开路。因此钽块长度设计适当,坚持充分的工作电解液,或改用凝胶工作电解质,都可减少瞬时开路的可能性。为避免钽块振动,目前设计了防振垫圈固定住钽块,有效克服了瞬时开路。全密封钽电解电容器在密封性能、抗挫折振动性能和长期使用可靠性等方面都要优于半密封液体钽电解电容器。


5.电参数性能坚持

液体钽电解电容器在长期使用时,常呈现电容量急剧下降和损耗角正切值显著增大的失效现象。这是一种渐变失效,是因电容器中工作电解液时时消耗而引起。当密封性能不佳时,在贮存条件下电解液中的水分通过密封橡胶垫向外扩散,在工作条件下水分爆发电化学离解,均可使水分逐渐减少,电解液逐渐变稠,黏度逐渐增大,电解液等效串联电阻增加,与阳极氧化膜的接触性能变差,从而使电容量下降,损耗增大。

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