[发明专利]钽电容器浸渍方法

说明书

本发明是关于采用气氛掺杂在钽电容器阳极上形成致密的、导电二氧化锰(MnO₂)的硝酸锰热解方法。该方法使用热解气氛掺杂一种或多种比二氧化氮(NO₂)氧化性强的非卤化物质，例如硝酸、过氧化氢、臭氧以及它们的混合物。

自从50年代初期钽电容器问世以来，人们作出大量的努力试图研制出一种有效的方法，用以给钽固体电容器的阳极涂覆导电的二氧化锰。“固体”钽电容器阳极是多孔的，通常是采用粉末冶金方法(例如烧结)制成，然后进行阳极氧化处理。随后，从内部(孔隙内)和外部对这些多孔的阳极涂覆导电性的二氧化锰。二氧化锰涂层起到阴极即电容器负极板的作用，通过与裂纹部位接触的二氧化锰热还原成为低价的导电性较差的氧化物而有利于裂纹的焊合和钽固体电解电容器的绝缘特性。

二氧化锰涂层通常是按照下述方法形成的，即将经过阳极氧化处理的钽阳极在硝酸锰水溶液中浸渍，然后将经过硝酸锰浸渍的阳极放入一个温度一般在200-400℃的炉子中保持足够的时间，使硝酸锰热解形成二氧化锰。在实际生产中，通常采用多次浸渍和热解循环，这些循环中使用各种不同浓度的硝酸锰溶液。

致密、坚固和高导电性的二氧化锰涂层是与优良的器件性能、特别是与低的器件ESR(有效串联电阻)联系在一起的。为了获得所希望的性能，电容器制造厂商采取了改变浸渍/热解循环次数、硝酸锰浓度、炉温以及炉子气氛组成等方法。但是，这些方法中没有哪一种能完全成功地获得性能良好的二氧化锰涂层，特别是大规模地生产钽电容器时更是如此。

另外，人们还发现，与不加入水蒸汽的情况下形成的涂层相比，导入水蒸汽可以形成更为致密并且导电性更好的二氧化锰涂层。例如，美国专利3337429中描述了向炉内喷射水蒸汽的作法。除了由硝酸锰溶液中的水份蒸发而产生的水蒸汽之外，喷入的蒸汽还提供了额外的水蒸汽。

现以证实，在钽阳极上形成均匀的二氧化锰热解涂层的方法是十分复杂的，并且不是总能获得所希望的结果(即致密的导电涂层)。此外，在试验室规模证明是有效的方法很难扩大到工业生产规模。例如，这样的方法很难适应阳极尺寸或炉子装料—即一次热解的器件数目的变化。

Kemet Electronics公司的Peter H·Klose首先对硝酸锰溶液的热解和反应中产生的二氧化锰进行了详细的研究。它的研究结果发表在Journal of The Electrochemical Society，Vol·117，No·7，July1970，Pages854-858，其中指出，在各种不同条件下硝酸锰热解产生不同的比重(2.5-4.7g/cm³)和电阻率(0.1-0.0028Ω·cm)的二氧化锰。他的最重要的发现可以认为是，致密度最高、导电性最好的二氧化锰是在这样一种条件下产生，即分解气体被限制在非常靠近热解的硝酸锰，特别是在稍高于大气压的压力下。

Nishino等人发展了Klose的工作(见US4038159和US4042420)，他使用一些小的、正压的炉子在钽电容器阳极上形成致密的高导电性二氧化锰涂层。根据Nishino等人的描述，这些炉子的作用是将分解气体(即H₂O、NO₂和NH₃，如果向硝酸锰中加入氨的话)限制在阳极附近的比较小的空间内，形成致密、平滑、均匀的二氧化锰覆层。该方法还可参见“Electrical and PhysicalProperties of MnO2 Layer for the High Performance TantalumSolid Electrolytic Capacitor(second Manganese DioxideSymposium，Tokyo，1980，Proceedings publised1981 by theElectrochemical Society)

Aronson等人又前进了一步(见US4164455)，他不仅使用体积较小的热解炉，而且还向炉室内喷入二氧化氮(NO₂)和水蒸汽。具体地说，是在170-250℃的温度下向热解炉内喷入与水蒸汽和/或隋性气体混合在一起的至少10％体积的二氧化氮。隋性气体包括空气和氮气。

因此，人们希望有一种可以在一个炉子内处理硝酸锰涂层的方法，该方法可以产生在一个炉内所有的阳极都具有较低的ESR值的二氧化锰涂覆的钽阳极。

本发明的目的是，提供一种可以形成具有高导电率的二氧化锰涂层的钽电容器浸渍方法。