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All-Tantal-Nasselektrolytkondensator mit All-Sealing-Struktur

2019-07-22

All-Tantal-Nasselektrolytkondensator mit All-Sealing-Struktur

All-Tantal-Nasselektrolytkondensatoren mit sämtlicher Dichtungsstruktur können viele Mängel überwinden, die bei herkömmlichen Nasselektrolytkondensatoren mit Silberkruste vorhanden sind, wie z. B. Elektrolytleckage, augenblicklicher offener Stromkreis, Verschlechterung der elektrischen Parameter, Silberionenwanderung und so weiter. Daher weisen All-Tantal-Nasselektrolytkondensatoren mit einer All-Sealing-Struktur eine hohe Zuverlässigkeit, eine konstante Leistung und eine starke Beständigkeit gegen Welligkeit des elektrischen Stroms auf und gelten als „nie deaktivierter Kondensator“.


Die elektrochemische Leistung eines nassen elektrolytischen Tantalkondensators ist gut. Von allen Elektrolytkondensatoren haben nasse Tantalkondensatoren den geringsten Leckstrom und ein maximales Cu-Produkt pro Einheit (Produkt aus Kapazität und Nennspannung), das mehr als das Fünffache anderer Kondensatoren beträgt. Daher ist es weit verbreitet in Computer-, Radar-, Raketen-, Überschallflugzeugen, automatischen Steuergeräten und anderen elektronischen Schaltkreisen. Nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren versagen jedoch auch aufgrund von Leckage, augenblicklicher Unterbrechung, Verschlechterung der elektrischen Parameter und Silberionenmigration.

Mit der Verbesserung der Funktion und der Geschwindigkeit der elektronischen Schaltung wird ein höherer Anspruch an einen nassen Tantalkondensator gestellt. Um den Anforderungen des Militärs und der Luft- und Raumfahrt gerecht zu werden, wurde ein All-Tantal-Nasselektrolytkondensator mit All-Sealing-Struktur entwickelt. es behält nicht nur die Vorteile eines nassen Tantal-Elektrolytkondensators bei, sondern dient auch seinen Nachteilen. Es hat die Vorteile einer stabilen Leistung, einer starken Spannungsfestigkeit und einer hohen Zuverlässigkeit, die als "nie deaktivierter Kondensator" bezeichnet wird.

Struktur- und Leistungsmerkmale


1. Tantal-Extraktionskathode
Der Aufbau eines All-Tantal-Nasselektrolytkondensators ist im Wesentlichen der gleiche wie der eines herkömmlichen silbernen Nass-Tantal-Elektrolytkondensators (siehe Abb. 1). Es besteht hauptsächlich aus einem gesinterten Tantalkern, einer Oberfläche aus einem dielektrischen ta2o5-Oxidfilm, einem Elektrolyten und einer Metallhülle. Der Unterschied besteht darin, dass ein Tantal-Nasselektrolytkondensator eine Tantalkruste als Ausleitungskathode verwendet, während ein gewöhnlicher Tantal-Nasselektrolytkondensator eine Silberkruste als Kathode verwendet.


Derzeit verwenden sowohl Nass-Tantal-Elektrolytkondensatoren der Serie ca30 als auch cak35 eine hochreine Silberkruste als Bleikathode, die der negative Pol ist, wenn Kondensatoren an den Stromkreis angeschlossen werden. Silberionenwanderung entsteht jedoch, wenn dem Kondensator eine Sperrspannung oder ein asymmetrischer Welligkeitsstrom hinzugefügt wird. Wenn die Sperrspannung an den Tantal-Elektrolytkondensator angelegt wird oder der Welligkeitsstrom asymmetrisch ist, wandern die Silberionen, mit denen die Silberhülle unter Einwirkung einer sauren Lösung herrlich in Berührung kommt, allmählich und lagern sich auf der Oberfläche des Anodenmediums ab, das ein leitfähiges Medium bildet Kanal am Defekt des dielektrischen Films. Dies führt zu einem Kurzschluss und einem starken Anstieg des Ableitstroms und führt zu einem Produktverlust. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Vereinigten Staaten 1976 nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren. Einige Hersteller in China haben auch solche Produkte entwickelt. All-Tantal-Nasselektrolytkondensatoren können die Migration von Silberionen vermeiden, den Leckstrom verringern und die Zuverlässigkeit verbessern.


2. spezielle Technologie der Tantalkathode zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche
Der Schlüssel zur Herstellung von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit großer Kapazität ist die Vergrößerung der effektiven Oberfläche der Kathode. Der nasse Tantal-Elektrolytkondensator mit der Kathode der Silberkruste wird durch Inkontaktbringen der Silberhülle mit dem Elektrolyten erhalten. Bei der Herstellung von nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren gibt es Doppelschichtstrukturen auf der Elektrolytlösung und der Kathodenoberfläche. daher ist die Kathodenkapazität an der Auslaufkathode vorhanden. Durch Erhöhen der Kathodenkapazität kann die Gesamtkapazität des Kondensators erhöht werden. Im Allgemeinen wird chemische oder elektrochemische Korrosion verwendet, um eine Schicht aus Edelmetallen wie Platinschwarz und Palladiumschwarz auf der Innenwand der Silberschale abzuscheiden, um die wirksame Oberfläche der Kathode zu vergrößern und den Zweck der Erhöhung der Kathode zu erreichen Kapazität. Palladium ist das beste Element der Platingruppe zur Filmbildung, da es die maximale Kapazität erzeugen kann, um Kondensatoren mit hohem Wirkungsgrad und großer Kapazität bereitzustellen.

Bei All-Tantlaum-Nasselektrolytkondensatoren mit allen Dichtungsstrukturen besteht die Kathode aus Tantal, und Tantal oxidiert leicht an der Luft. Daher ist es nicht möglich, die effektive Oberfläche der Tantalkathode durch das Verfahren der Behandlung der Silberkathode zu erhöhen. Tantalkathodenoberflächenbehandlungsverfahren ist normalerweise wie folgt: Erstens wird eine kleine Menge an Flusssäurelösung (oder zweiwertiges Zinnsalz, organisches Reduktionsmittel) verwendet, um die Oberfläche der Tantalkathode zu behandeln, das auf der Oberfläche der Kathode gebildete Oxid zu entfernen, zu verbessern seine Oberflächenhaftung, um einen festen Platingruppenmetallfilm auf seiner Oberfläche zu bilden, und dann ein chemisches Abscheidungsverfahren oder eine Sputterseite werden verwendet. Der erste diskontinuierliche Platingruppenmetallfilm mit Inselstruktur wurde auf der Oberfläche der ta-Kathode abgeschieden, die den Oxidfilm entfernt hatte. Danach wurde in einer Inertgas- oder Vakuumumgebung der erste abgeschiedene Metallfilm wärmebehandelt, um eine Legierung zwischen Platingruppenmetallen und Tantalmetallen zu bilden, um die Oxidation von Tantalmetallen in Luft zu verhindern. Schließlich wird der zweite poröse Platingruppenmetallfilm auf der ersten Legierungsfilmschicht durch Elektroplattieren oder andere Verfahren abgeschieden, bei denen es sich möglicherweise nicht um dasselbe Metall wie die erste Schicht handelt. Selbstverständlich können Platingruppenmetallfilme auch direkt auf der Tantalmetalloberfläche durch Sputtern gebildet werden, wodurch die Schritte des Entfernens von Tantaloxidfilmen mit Flusssäure eingespart werden können, und dann kann die Oberfläche des Tantalmetalls durch Wärmebehandlung mit Platingruppenmetallen legiert werden . Zusätzlich kann der Oxidfilm auf der Tantalmetalloberfläche durch Glimmentladung entfernt werden, und dann kann der Platingruppenmetallfilm durch Sputtern gebildet werden. Da die Tantalmetalloberfläche und die Metalle der Platingruppe im Sputterprozess legiert wurden, entfallen die Wärmebehandlungsschritte.

3. Alle versiegelte Struktur

Obwohl nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren die Vorteile einer großen Kapazität aufweisen, war ihre Verwendung aufgrund eines Leckversagens im Arbeitsprozess einer halbversiegelten Struktur begrenzt. Leckageversagen ist eine Art von Versagenserscheinung, die durch eine schlechte Abdichtung der Kondensatoren verursacht wird, wenn der Gasdruck innerhalb der Kondensatoren unter den Bedingungen thermischer und elektrischer Beanspruchung auf einen bestimmten Wert ansteigt und einige Arbeitselektrolyte aus dem Spalt austreten. Bevor das Leckproblem gut gelöst werden konnte, wurde in der Vergangenheit irgendwann festgelegt, dass elektronische Geräte auf Satelliten keine nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren verwenden. Dies liegt daran, dass die saure Flüssigkeit im nassen Tantal-Elektrolytkondensator leitend und korrosiv sein kann. es wird unter Hochvakuum und Schwerelosigkeit am Himmel auslaufen. Sobald es zur Leiterplatte fließt, wird der Stromkreis kurzgeschlossen und der Satellit weist schwerwiegende Fehler auf, die enorme wirtschaftliche Verluste und nachteilige Auswirkungen verursachen. Die Versiegelungsstruktur von nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren kann in halbversiegelte nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren (ca. 30) und vollständig versiegelte nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren (ca. 35) unterteilt werden, wie in den Abbildungen gezeigt. 2 (a), (b).


Frühe nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren verwendeten eine halbversiegelte Struktur, aufgrund der strukturellen Defekte kann es zu einem Austreten von Elektrolyt, einem Austrocknen der Verdampfung und anderen Problemen kommen. Es gibt viele Gründe für ein Auslaufen, zum Beispiel sind die Ausdehnungskoeffizienten von Silberschale und Gummistopfen sehr unterschiedlich. Wenn sich Kondensatoren in Wärmeausdehnung und Kältekontraktion befinden, kann der Gummistopfen keine ideale Dichtwirkung erzielen. Während der Verarbeitung bilden sich auf der Oberfläche des Tantaldrahtes und der Innenwand der Silberschale viele Kapillarrillen und Dehnungen, die die Oberflächengüte verschlechtern. der Leckagekanal des Elektrolyten ist vergrößert; Darüber hinaus beeinflussen der Innendruck des Kondensators und die in den Kondensator getropfte Elektrolytmenge die Dichtleistung. Gegenwärtig nimmt der nasse Tantal-Elektrolytkondensator eine vollständig abgedichtete Struktur an, die das Leckageproblem löst. Leckagen treten bei Kalt- und Heißtauchtests unter Hochvakuumbedingungen selten auf. Bei vollständig abgedichteten Tantal-Elektrolytkondensatoren werden Tantaldrähte an den Anoden-Tantalblöcken mit Gummiringen durch die Polytetrafluorethylen-Dichtungen geführt. Anschließend werden die Tantalkerne mit Polytetrafluorethylen-Dichtungen befestigt und zu mit Gelelektrolyten gefüllten Silberschalen zusammengefügt. befestigte die Nut auf der gleichen Höhe wie der Gummiring auf der silbernen Schale und durchbohrte den Isolator aus Glaspulver. dann Walzkante, Kantenschweißen zwischen Isolator und Silber- oder Tantalschale, Tantalrohr auf Isolator und Hochtemperatur-Argon-Lichtbogenschweißen und Anodenleitungsschweißen durch Tantaldraht. Auf diese Weise wird das Leckageproblem der halbversiegelten Struktur vollständig gelöst. Aufgrund der starken Wärmeabgabe beim Seitenschweißen tritt eine Elektrolytverdampfung auf, die nach dem Abkühlen zu Druckunterschieden innerhalb und außerhalb des Gehäuses führt. Entsprechend der tatsächlichen Produktionserfahrung wird im Allgemeinen das Verfahren des Erstseitenschweißens und dann des Kugelschweißens angewendet.


4. starke Vibrations- und Stoßfestigkeit

Der Grund für ein augenblickliches Versagen des offenen Stromkreises eines nassen Tantal-Elektrolytkondensators ist, dass die Flüssigkeit in der Kondensatorhülle den Tantalblock nicht fixieren kann, der Tantaldraht am anderen Ende durch den Isolator fixiert wird und der Tantalblock und der Tantaldraht zu einem Ausleger. Daher bewirkt die Zentrifugalkraft, dass sich der Elektrolyt in der Kondensatorhülle bewegt, wenn der Tantalblock kurz oder die Elektrolytmenge groß ist. Wenn dies nicht ausreicht, kann die Zentrifugalkraft dazu führen, dass der Tantalblock sofort vom Arbeitselektrolyten getrennt wird und sich der Kondensator öffnet. Daher kann die richtige Länge des Tantalblocks, ausreichend Elektrolyt zur Verwendung oder die Verwendung eines gelbildenden Elektrolyts die Möglichkeit eines augenblicklichen offenen Kreislaufs verringern. Um die Vibration des Tantalblocks zu verhindern, wurde eine Schwingungsdämpfungsscheibe entwickelt, um den Tantalblock zu fixieren, die die augenblickliche Öffnung effektiv überwindet. Vollständig versiegelte Tantal-Elektrolytkondensatoren sind halbversiegelten nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren in Bezug auf Versiegelungsleistung, Stoß- und Vibrationsfestigkeit und Langzeitzuverlässigkeit überlegen.

5. Aufrechterhaltung der Leistung der elektrischen Parameter

Wenn nasse Tantal-Elektrolytkondensatoren für eine lange Zeit verwendet werden, nimmt die Kapazität stark ab und der Tangenswert des Verlustwinkels nimmt signifikant zu. Dies ist ein allmähliches Versagen, das durch den kontinuierlichen Verbrauch von Arbeitselektrolyt in Kondensatoren verursacht wird. Wenn die Dichtungsleistung nicht gut ist, diffundiert das Wasser im Elektrolyten unter den Lagerungsbedingungen durch das abgedichtete Gummikissen nach außen, und es tritt eine elektrochemische Dissoziation des Wassers unter den Arbeitsbedingungen auf, wodurch sich das Wasser allmählich verringert und der Elektrolyt allmählich verdickt. Die Viskosität steigt allmählich an, der äquivalente Serienwiderstand des Elektrolyten steigt an und die Kontaktleistung mit dem anodischen Oxidfilm wird schlecht, was zu einer Verringerung der Kapazität und einer Erhöhung des Verlusts führt.


Darüber hinaus hat die Leistung des Arbeitselektrolyten einen wichtigen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der elektrischen Parameter von nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren. Arbeitselektrolyt ist die eigentliche Kathode des Tantal-Elektrolytkondensators. es kontaktiert vollständig den dielektrischen ta2o5-Oxidfilm auf der Oberfläche der Anodenbasis und der Innenwand der Silber- oder Tantalschale. es kann Kapazität im Arbeitsprozeß des Kondensators ziehen und es kann den defekten anodischen Oxidfilm im Prozeß des Alterns und des Verwendens des Kondensators reparieren. Der durch den Formungsprozess gebildete dielektrische Oxidfilm ist ein Isoliermaterial mit hohem elektrischen Feldwiderstand, aber er ist nicht perfekt. Es gibt verschiedene sehr kleine Defekte und Löcher auf seiner Oberfläche, so dass der Kondensator durch einen hoch entwickelten dielektrischen Film repariert werden muss. Während des Alterungsprozesses ist die Stromdichte am Defekt hoch und der Leckstrom ist zu Beginn hoch. Unter der Einwirkung der Elektrochemie reagiert der Arbeitselektrolyt jedoch mit Tantalmetall unter Bildung von ta2o5, das den Defekt repariert und den dielektrischen Film kontinuierlicher und gleichmäßiger macht. Der Leckstrom nimmt mit zunehmender Alterungszeit allmählich ab. In ähnlicher Weise repariert der Arbeitselektrolyt mit starker Oxidationsfähigkeit den beschädigten dielektrischen Film jederzeit, wenn an beide Enden des Kondensators Spannung angelegt wird. Es ist ersichtlich, dass die Leistung des Arbeitselektrolyten die Zuverlässigkeit des Tantal-Elektrolytkondensators und seine Kapazität, Verluste, Leckströme und elektrischen Eigenschaften wie z. Im Allgemeinen sollte der Arbeitselektrolyt von nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren die Eigenschaften eines hohen Siedepunkts, eines niedrigen gesättigten Dampfdrucks, einer hohen Leitfähigkeit und einer niedrigen Auflösung aufweisen. Die bei hoher Spannung verwendeten nassen Tantal-Elektrolytkondensatoren sollten auch eine hohe Überschlagsspannung aufweisen (die sich auf die Nennbetriebsspannung von Tantal-Elektrolytkondensatoren auswirkt). Daher sollte der Hochleistungselektrolyt auf Elektrizität angewendet werden. Es ist von großer Bedeutung, die Zuverlässigkeit der Leistungsparameter aufrechtzuerhalten und zu verbessern. Derzeit wurden große Fortschritte bei der Erforschung von Hochleistungselektrolyten für Tantal-Elektrolytkondensatoren erzielt und in der Produktion angewendet.


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