改进的电解电容器阳极的制造方法技术

一种多孔电解电极的制造工艺，其中组合阀金属和延展性金属的交替层以 形成坯体，并且在蚀刻之前，通过挤压和拉伸使该坯体机械地缩小。其中在机 械地缩小之前，在该坯体上形成一个或更多个凹槽，并用该延展性金属填充。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电解材料的制造。本专利技术具体应用于用作电解电容器阳极的钽 基材料的制造并结合这些应用来进行说明，而其它应用也是可以考虑的。
技术介绍
在微电子技术中越来越多的采用了钽基电解电容器。由于其具有小的封装 尺寸、对工作温度的不敏感以及极高的可靠性的特点，使得它们比叠层陶瓷电 容器和铝箔基电容器更多的选择用于许多领域。随着微电子的技术状态的不断 发展，对于更小、更高效的钽电解电容器的需求正在增长。这种需求需要提高位于这些电容器中心的钽压坯(compact)的品质和性能。标准工业技术迄今为止，主要采用精细颗粒钽粉末制造电解钽电容器。将该粉末压制成 生坯(20到50密集百分比(percent dense))并在1500-2000。C于真空条件 下烧结15-30分钟，以形成多孔、机械坚固的实体，其中钜是电连续的。在一 些情况下，依靠该烧结过程将引线连接到该压坯上。在这些情况下，在烧结前 将该引线插入生坯。如果不以这种方式连接该引线，通常会在烧结压坯之后就 立即将它结合进去。该烧结过程的重要的额外好处是使钽颗粒表面清洁；移除 了杂质，例如氧。烧结之后，压坯被阳极化以在暴露的表面上形成电介质五氧化钽(Ta205)。 用导电性电解质浸渍该阳极化压坯的多孔区域。典型的，将二氧化锰(Mn02) 或硫酸作为电解质。在Mn02的情况下，先浸渍硝酸锰溶液然后使其加热分解 成Mn02。最后的电容器制造阶段是装配集电器(current collector)和封装 电容器。粉末制造现有技术中通过K2TaF 的钠还原工艺(sodium reduction process)制造4钽粉末。对于该工艺的改进已经产生了商业可获得的粉末，其能够产生超过23，000CV/g的比电容。对所供给的钽颗粒的尺寸、反应温度和其它变量的更好的控制已经使比电容提高了。关键的进步是引入了掺杂剂，其使得能制造具有非常高的比电容的粉末。掺杂剂用于在烧结期间防止表面损耗(surface loss)。典型的掺杂剂是在50-500ppm范围内的氮、氧、硫和磷的混合物，。虽 然选择惨杂剂是有利的，但是限制其它污染也是重要的，它能够使介电膜退化 或者妨碍形成连续的TaA层，这会导致介电膜早期击穿以及电容损失。通过球磨(ball milling)颗粒可以获得更高电容的钽颗粒。球磨使粗糙 的球形颗粒变成薄片。好处是薄片具有比粉末颗粒更高的表面积-体积比。当 它们形成阳极时，这为薄片转化成更大的容积率。经历过球磨和其它提高粉末 性能的工艺的钽颗粒，虽然有效果，但具有实际的缺陷，包括制造成本增加和 产量减少。目前，该最高电容的粉末具有比标准产品高2-3倍的成本 (premium)。目前市售的非常精细的钽粉末在阳极制造方面具有许多严重问题。 一个重 要的具体问题是在烧结期间对表面积损耗的敏感。理想的烧结条件是高温和短 时间。更高的温度用于纯化钽表面并提供机械强度高的压坯。如果采用更高的 烧结温度，就能够制造具有低等效串联电阻(ESR)和低等效串联电感(ESL) 的电容器。不幸的是，高电容粉末和薄片的精细颗粒在超过150(TC时会损耗 表面积。表面积的损耗导致了更低的电容，减少了采用该更高比电容粉末所带 来的好处。电容器制造者必须平衡烧结温度、机械特性、和ESR及ESL水平， 以最大化电容器性能。精细颗粒和薄片也对阳极化期间的成形电压(forming voltage)敏感。 阳极化工艺消耗了一些金属化钽以形成介电层。当成形电压增加时，会消耗更 多的钽，导致电容损失。粉末越精细，这个问题越严重。目前，高表面积粉末在低温(低于150(TC)烧结并在低于50伏的电压下 阳极化。大部分这些电容器限制在16伏以下的工作电压。精细粉末的其它缺点是曲折度(tortuousity)，这会导致低的电解质 填充系数。当颗粒尺寸减小时，电解质浸入压坯所必须的路径变得更窄并且更 加复杂或曲折。最后，如果可能的话，变得非常难以完全浸入该压坯。不完全 的浸入会导致更低的电容。采用高比电容钽粉末的最后难点是它们的流动性不好。在电容器制造工艺的现有技术中，将钽粉末定量放入(metered into)模具以压成生坯。非常重 要的是，定量工艺应该是精确的和可靠的，以使得每个电容器都包含等量的粉 末。薄片和高度地扁平化的(highly aspected)粉末不会均匀流动，这会导 致制造过程中很大的可变性。纤维制造在申请人之前申请的美国专利号5， 034， 857的专利中，公开了一种用于电 容器的非常精细的阀金属丝(valve metal filament)的制造方法，优选钽。 精细丝相对于精细粉末的优点是具有更高的纯度、更低的成本、剖面均匀、以 及电介质浸渍容易，同时仍旧保持着用于阳极化的高表面积。相比于精细粉末 压坯，剖面均匀使得电容器具有高比电容、更低的ESR和ESL、以及对于形成 电压和烧结温度的更低的敏感度。如前述美国专利'857所述，阀金属丝，优选钽，通过与具有延展性金属 结合来制造，以形成坯体(billet)。该第二种、延展性金属不同于形成该丝 的金属。这些丝充分地平行，并且通过该第二种、延展性金属彼此分隔且与坯 体表面分隔。通过常规方法例如挤压和线性拉伸使该坯体縮小到丝直径在 0.2-5.0微米范围内。在这种情况下，优选通过在无机酸中浸渍来移除该第二 种、延展性金属，保持阀金属丝不动。这些丝适用于钽电容器制造。本专利技术拓 展了前述美国专利'857所述的该项技术。包含阀金属丝和纤维、它们的制造方法的其它专利或文章包括 US3， 277， 564(webber)、 3， 379， 000(webber)、 3, 394， 213(Roberts)、 3， 567， 407 (Yoblin)、 3, 698， 863 (Roberts)、 3， 742， 369 (Douglass)、 4, 502， 884 (Fife)、 5， 217， 526(Fife)、 5， 306, 462(Fife)、 5， 284， 531 (Fife)和5， 245， 514(Fife)。之前对现有技术的讨论部分源自申请人的早期专利US5， 869， 196，其中说 明了用作电解电容器制造中的多孔金属压坯的精细阀金属丝的制造方法。根据 申请人:的美国专利申请'196，金属坯体包括阀金属的多个丝，阀金属优选钽， 该坯体被包含在内部并由延展性金属分隔，该延展性金属优选铜。通过常规方 法例如挤压和线性拉伸，縮小该坯体，最终的复合产品按长度切断，并且通过 浸渍在酸中来移除分隔该阀金属部件的延展性金属。已经提出的相似的压实 (compaction)技术来制造复合材料，该技术是通过在薄巻(jellyroll)中提供叠置在 -起的钽片和铜片的多个连续层。然后通过延展和拉伸使该薄巻(jellyroll)减小到小的直径尺寸。采用钽片和铜片要优于采用多个丝。然 而，在减小的尺寸的情况下，由于存在连续的钽层，铜不容易浸出。
技术实现思路
本专利技术提供了对于前述现有技术的改进，具体的为本申请人的美国申请 '196的工艺改进，通过在起始的坯体阶段建立一个或更多个凹槽(slot)并 且在挤压和拉伸之前用延展性金属填充该凹槽。在挤压和拉伸到小的尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
多孔电解电极的制造方法，其中，组合阀金属和延展性金属的交替层以形成坯体，并且在蚀刻之前，通过挤压和拉伸使该坯体机械地缩小，其中在机械地缩小之前，在该坯体上形成一个或更多个凹槽，以及用该延展性金属填充该一个或更多个凹槽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.26 US 60/827,0361.多孔电解电极的制造方法，其中，组合阀金属和延展性金属的交替层以形成坯体，并且在蚀刻之前，通过挤压和拉伸使该坯体机械地缩小，其中在机械地缩小之前，在该坯体上形成一个或更多个凹槽，以及用该延展性金属填充该一个或更多个凹槽。2. 权利要求1所述的方法，其中所述阀金属包括钽并且延展性金属包括铜。3. 权利要求l所述的方法，其中围绕该坯体的外周等间隔设置多个凹槽。4. 权利要求3所述的方法，其中该坯体具有圆形截面，并且向坯体的外 周放射状地形成该凹槽。5. 权利要求1所述的方法，其中围绕该坯体以约90。间隔形成四个凹槽。6. 权利要求l所述的方法，其中该交替的片围绕中心金属形成为薄巻。7. 权利要求6所述的方法，其中该交替的片是连续的。8. 权利要求l所述的方法，其中该交替的片形成为堆叠层。9. 权利要求6所述的方法，其中该中心包括与延展性金属相同的金属。10. 权利要求9所述的方法，其中该延展性材料和该中心材料包括铜。11. 权利要求l所述的方法，其中钽片和铜片围绕铜芯巻绕成薄巻形以形 成所述坯体。12. 具有一段对开管形状的钽坯体。13. 根据权利要求12的该钽坯体，具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·王，
申请(专利权)人：复合材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US