一种无引线埋入式钽电解电容器及其制备方法与流程

1.本发明属于埋入式电子元器件技术领域，涉及一种无引线埋入式钽电解电容器及其制备方法。


背景技术：

2.一个典型的电子产品中无源器件占据了电路板空间的80％左右，其中60％为电容器件。电子设备高度集成化和小型化的实现需要较小尺寸的无源器件，电容器件的小型化设计将更有意义。电容按功能的不同可以分为三种：去耦、旁路、储能，电容在pcb的电磁兼容性(emc)设计中是使用最广泛的器件。电容在装配到pcb板上时，会引入寄生电感和引线电阻，另外在ic每个电源管脚地方都至少要放置一个去耦电容器，以减少寄生阻抗，但是表面贴装电容需要引线连接，这都会使电容实际工作效果变差。电容的esl(等效串联电感)与电容值一起决定了电容器的使用频范围，较小的esl将更有利于电容在较高频率范围的使用。在pcb板上面钽电容由于其较大的电容量、稳定的电学性能而被广泛应用，但是它的较大尺寸以及其内部含有钽丝引线等因素限制了其在小型化电子设备上的应用。


技术实现要素：

3.为了解决上述背景技术中所提出的技术问题，本发明的目的在于提供一种无引线埋入式钽电解电容器及其制备方法。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一方面，本发明提供了一种无引线埋入式钽电解电容器，包括钽片、钽芯子、银浆层、焊锡层；
5.所述钽片上设有开孔，所述开孔的内部设有钽芯子，所述钽芯子的表面依次设有五氧化二钽层、导电聚合物层、碳层；
6.所述焊锡层通过银浆层与碳层连接。
7.进一步地，所述钽片与钽芯子为一个整体。
8.进一步地，所述导电聚合物层为聚3,4-乙烯二氧噻吩层或聚吡咯层。
9.进一步地，所述钽片的长为2～10mm，宽为2～10mm，厚度为0.05～0.2mm。
10.进一步地，所述钽片上开孔的面积占钽片(1)总表面积的10％～80％。
11.进一步地，所述开孔上下相通。
12.进一步地，所述开孔的数量为1～16个。
13.进一步地，所述开孔为任意形状。
14.进一步地，所述钽芯子制备所用的钽粉粒径为0.4μm至5μm。
15.进一步地，所述银浆层厚度为钽芯子厚度的5％～10％，所述焊锡层厚度为钽芯子厚度的5％～10％。
16.进一步地，所述钽芯子的阳极引出端为钽片，所述钽电解电容器的阴极引出端为银浆层和焊锡层。
17.进一步地，所述钽芯子的大小与开孔相匹配，即钽芯子厚度与开孔深度相同，钽芯
子的几何形状与开孔的几何形状相同。
18.另一方面，本发明提供了一种上述任一所述的无引线埋入式钽电解电容器的制备方法，包括以下步骤：
19.1)将钽粉和有机小分子混合成钽浆料；
20.2)将钽片上加工出开孔；
21.3)将钽浆料均匀填充到钽片的开孔中，并进行烘干；烘干后进行预烧和烧结；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
22.4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽氧化层；
23.5)将烧结完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物溶液并烘干，反复多次使导电聚合物均匀附着在五氧化二钽氧化层表面；
24.6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并烘干；
25.7)采用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；银浆层和焊锡层的作用为引出阴极；
26.其中，1)和2)的步骤没有先后顺序。
27.进一步地，所述有机小分子选自低分子量聚乙烯醇、1，2-丙二醇、樟脑中的一种或者几种的组合；
28.优选地，所述钽浆料中钽粉的质量分数为70％～80％；
29.优选地，所述钽粉粒径大小为0.4μm～5μm；
30.优选地，所述钽片的长为2～10mm，宽为2～10mm，厚度为0.05～0.2mm；
31.优选地，所述钽片上开孔的面积占钽片总表面积的10％～80％；
32.优选地，所述开孔的数量为1～16个；
33.优选地，所述开孔为任意形状；
34.优选地，3)中所述烘干的温度为50～100℃；
35.优选地，所述预烧的温度为100～400℃，时间为0.5～1小时；
36.优选地，所述烧结的温度为1200-1600℃，时间为1～10分钟；
37.优选地，所述磷酸电解液的质量分数为0.05％～1％；
38.优选地，所述直流电压为5～90v；
39.优选地，所述导电聚合物溶液为聚3,4-乙烯二氧噻吩或聚吡咯；
40.优选地，5)中所述烘干的温度为80～120℃；
41.优选地，6)中所述烘干的温度为150℃，时间为1～2小时；
42.优选地，所述银浆层厚度为钽芯子厚度的5％～10％，所述焊锡层厚度为钽芯子厚度的5％～10％。
43.本发明的有益效果是：本发明通过将钽粉和钽片共同烧结成较薄的钽芯子来制作钽电解电容器，该方法做出的电容很薄，其厚度为0.05～0.2mm，使其能够埋入到pcb板里面；拥有可观的电容密度，8v氧化电压条件下，电容密度为50nf/mm2～1200nf/mm2；自身具有较小的电感，小于3.2nh。
附图说明
44.图1为本发明所述无引线埋入式钽电解电容器的结构示意图；
45.其中，1.钽片，2.钽芯子，3.银浆层，4.焊锡层。
具体实施方式
46.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
47.实施例1
48.本实施例中展示4个相同条件下制作出的无引线埋入式钽电解电容器的性能。
49.无引线埋入式钽电解电容器的制备方法如下：
50.1)将粒径为0.4～1微米的钽粉与1，2-丙二醇按质量比4：1配成钽浆料待用；
51.2)将钽片上加工出开孔，所述开孔上下相通；其中钽片边长为10*10毫米，厚度为50微米，钽片表面开孔面积占比为28％，开孔为圆形，直径为3毫米，开孔数量为4个；
52.3)将钽片模具放在材质为三氧化二铝的陶瓷基板上面，并将钽浆料均匀的涂覆在圆形开孔中，然后在100℃下进行烘干，烘干后进行300℃预烧30分钟，然后放进高温炉里面进行1300℃烧结2分钟；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
53.4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加8v直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽介质层；然后进行清洗和烘干处理；
54.5)将赋能完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩的水溶液并于120℃下烘干，反复多次使钽芯子表面附着足够多的导电聚合物；
55.6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并于150℃下烘干1小时。
56.7)使用银浆和焊锡将阴极引出，即使用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；其中银浆层厚度为5微米，焊锡层厚度为5微米。然后在100hz下测试电容与电感值。测试结果如下：
[0057][0058]
实施例2
[0059]
本实施例中展示4个相同条件下制作出的无引线埋入式钽电解电容器的性能。
[0060]
无引线埋入式钽电解电容器的制备方法如下：
[0061]
1)将粒径为1～3微米的钽粉与1，2-丙二醇按质量比4：1配成钽浆料待用；
[0062]
2)将钽片上加工出开孔，所述开孔上下相通；其中钽片边长为10*10毫米，厚度为50微米，钽片表面开孔面积占比为28％，开孔为圆形，直径为3毫米，开孔数量为4个；
[0063]
3)将钽片模具放在材质为三氧化二铝的陶瓷基板上面，并将钽浆料均匀的涂覆在圆形开孔中，然后在100℃下进行烘干，烘干后进行300℃预烧30分钟，然后放进高温炉里面进行1300℃烧结2分钟；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
[0064]
4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加8v直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽介质层；然后进行清洗和烘干处理；
[0065]
5)将赋能完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物聚3,4-乙烯二
氧噻吩的水溶液并于120℃下烘干，反复多次使钽芯子表面附着足够多的导电聚合物；
[0066]
6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并于150℃下烘干1小时。
[0067]
7)使用银浆和焊锡将阴极引出，即使用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；其中银浆层厚度为5微米，焊锡层厚度为5微米。然后在100hz下测试电容与电感值。测试结果如下：
[0068][0069][0070]
实施例3
[0071]
本实施例中展示4个相同条件下制作出的无引线埋入式钽电解电容器的性能。
[0072]
无引线埋入式钽电解电容器的制备方法如下：
[0073]
1)将粒径为3～5微米的钽粉与1，2-丙二醇按质量比4：1配成钽浆料待用；
[0074]
2)将钽片上加工出开孔，所述开孔上下相通；其中钽片边长为10*10毫米，厚度为50微米，钽片表面开孔面积占比为28％，开孔为圆形，直径为3毫米，开孔数量为4个；
[0075]
3)将钽片模具放在材质为三氧化二铝的陶瓷基板上面，并将钽浆料均匀的涂覆在圆形开孔中，然后在100℃下进行烘干，烘干后进行300℃预烧30分钟，然后放进高温炉里面进行1300℃烧结2分钟；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
[0076]
4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加8v直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽介质层；然后进行清洗和烘干处理；
[0077]
5)将赋能完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩的水溶液并于120℃下烘干，反复多次使钽芯子表面附着足够多的导电聚合物；
[0078]
6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并于150℃下烘干1小时。
[0079]
7)使用银浆和焊锡将阴极引出，即使用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；其中银浆层厚度为5微米，焊锡层厚度为5微米。然后在100hz下测试电容与电感值。测试结果如下：
[0080][0081]
实施例4
[0082]
本实施例中展示4个相同条件下制作出的无引线埋入式钽电解电容器的性能。
[0083]
无引线埋入式钽电解电容器的制备方法如下：
[0084]
1)将粒径为3～5微米的钽粉与1，2-丙二醇按质量比4：1配成钽浆料待用；
[0085]
2)将钽片上加工出开孔，所述开孔上下相通；其中钽片边长为10*10毫米，厚度为50微米，钽片表面开孔面积占比为28％，开孔为圆形，直径为1.5毫米，开孔数量为16个；
[0086]
3)将钽片模具放在材质为三氧化二铝的陶瓷基板上面，并将钽浆料均匀的涂覆在圆形开孔中，然后在100℃下进行烘干，烘干后进行300℃预烧30分钟，然后放进高温炉里面进行1300℃烧结2分钟；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
[0087]
4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加8v直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽介质层；然后进行清洗和烘干处理；
[0088]
5)将赋能完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩的水溶液并于120℃下烘干，反复多次使钽芯子表面附着足够多的导电聚合物；
[0089]
6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并于150℃下烘干1小时。
[0090]
7)使用银浆和焊锡将阴极引出，即使用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；其中银浆层厚度为5微米，焊锡层厚度为5微米。然后在100hz下测试电容与电感值。测试结果如下：
[0091][0092]
实施例5
[0093]
本实施例中展示4个相同条件下制作出的无引线埋入式钽电解电容器的性能。
[0094]
无引线埋入式钽电解电容器的制备方法如下：
[0095]
1)将粒径为0.4～1微米的钽粉与1，2-丙二醇按质量比4：1配成钽浆料待用；
[0096]
2)将钽片上加工出开孔，所述开孔上下相通；其中钽片边长为10*10毫米，厚度为200微米，钽片表面开孔面积占比为28％，开孔为圆形，直径为3毫米，开孔数量为4个；
[0097]
3)将钽片模具放在材质为三氧化二铝的陶瓷基板上面，并将钽浆料均匀的涂覆在圆形开孔中，然后在100℃下进行烘干，烘干后进行300℃预烧30分钟，然后放进高温炉里面进行1250℃烧结5分钟；所述钽片与钽浆料一起高温烧结成一个整体；
[0098]
4)将烧结完成的钽芯子进行赋能工艺，即将钽芯子置于磷酸电解液中，并施加8v直流电压，使钽芯子表面生成一层五氧化二钽介质层；然后进行清洗和烘干处理；
[0099]
5)将赋能完成的钽芯子进行被膜工艺，即将钽芯子浸沾导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩的水溶液并于120℃下烘干，反复多次使钽芯子表面附着足够多的导电聚合物；
[0100]
6)将被膜完成的钽芯子浸沾碳浆并于150℃下烘干1小时。
[0101]
7)使用银浆和焊锡将阴极引出，即使用银浆层将焊锡层粘在碳层表面；其中银浆层厚度为5微米，焊锡层厚度为5微米。然后在100hz下测试电容与电感值。测试结果如下：
[0102][0103]
以上所述仅为本发明的具体实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人
员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。