贴片铝电解液电容的制造过程包括九个步骤,我们就按顺序逐一为大家讲解:
第一步:铝箔的腐蚀。
假如拆开一个铝电解液电容的外壳,你会看到里面是若干层铝箔和若干层电解纸,铝箔和电解纸贴附在一起,卷绕成筒状的结构,这样每两层铝箔中间就是一层吸附了电解液的电解纸了。
因此首先我们谈谈铝箔的制造方法。为了增大铝箔和电解质的接触面积,电容中的铝箔的表面并不是光滑的,而是经过电化腐蚀法,使其表面形成凹凸不平的形状,这样能够增大7~8倍的表面积。普通铝箔一平方米的价格在10元人民币左右,而经过这道工艺之后,它的价格将升到40~50元/平米。电化腐蚀的工艺是比较复杂的,其中涉及到腐蚀液的种类、浓度、铝箔的表面状态、腐蚀的速度、电压的动态平衡等等。我们国家目前在这方面的制造工艺还不够成熟,因此用于制造电容的经过电化腐蚀的铝箔目前还主要依赖进口。
第二步:氧化膜形成工艺。
铝箔经过电化腐蚀后,就要使用化学办法,将其表面氧化成三氧化二铝——也就是铝电解电容的介质。在氧化之后,要仔细检查三氧化二铝的表面,看是否有斑点或者龟裂,将不合格的排除在外。
第三步:铝箔的切割。
这个步骤很容易理解。就是把一整块铝箔,切割成若干小块,使其适合电容制造的需要。
第四步:引线的铆接。
电容外部的引脚并不是直接连到电容内部,而是通过内引线与电容内部连接的。因此,在这一步当中我们就需要将阳极和阴极的内引线,与电容的外引线通过超声波键合法连接在一起。外引线通常采用镀铜的铁线或者氧化铜线以减少电阻,而内引线则直接采用铝线与铝箔直接相连。大家注意这些小小的步骤无一不对精密加工要求很高。
第五步:电解纸的卷绕。
电容中的电解液并非直接灌进电容,呈液态浸泡住铝箔,而是通过吸附了电解液的电解纸与铝箔层层贴合。这当中,选用的电解纸与普通纸张的配方有些不同,是呈微孔状的,纸的表面不能有杂质,否则将影响电解液的成分与性能。而这一步,就是将没有吸附电解液的电解纸,和铝箔贴在一块,然后卷进电容外壳,使铝箔和电解纸形成类似“101010”的间隔状态。
第六步:电解液的浸渍。
当电解纸卷绕完毕之后,就将电解液灌进去,使电解液浸渍到电解纸上。随着电解液配方的改进以及电解纸制造技术的提升,如今铝电解液电容的ESR值也逐渐得以提升,变成以前的若干分之一。
第七步:装配。
这一步就是将电容外面的铝壳装配上,同时连接外引线,电容到这时已经基本成型了。
第八步:卷边。
如果是那种带皮的电容,就需要经过这一步,将电容外面包覆的PVC膜套在电容铝壳外面。不过如今使用PVC膜的电容已经越来越少,主要原因在于这种材料并不符合环保的趋势,而和性能表现没有太大关系。
第九步:组合装配。
这是贴片铝电解电容制造的最后一步。这一步就是将SMT贴片封装工艺所需要的黑色塑料底板元件装在电容底部。对元件的要求,首先是密封效果要好;第二是耐热性能要好;第三还要具备耐化学性,不能和电容内部的电解液一类物质产生化学反应。这块小塑料板叫做“端子板”,其制造精度要求是非常高,因为一旦大小不合适,要么影响电容的密封性(过小),或者阻挡PCB上电容附近其它元件的装配(过大)。
钽二氧化锰电容的制造过程
万鹏:显卡上除了常见的贴片铝电解液电容外,偶尔还会出现比其更加高档的钽二氧化锰电容,也就是我们熟悉的钽电容。钽二氧化锰电容的外观呈立方体,体积较小,与体积相对偏大,且外观为圆筒状的铝电解液电容截然不同。不仅是外观,钽二氧化锰电容的内部结构也和铝电解液电容不一样。那么,这种电容又是如何制造出来的呢?
钽电容是“高档的象征”
可以说将二氧化锰作为阴极的钽二氧化锰电容的制造过程,比将固体聚合物作为阴极的电容还要复杂。因为PPY和PEDT这类固体聚合物,只需要直接放置入电容内部,而钽二氧化锰电容内部的二氧化锰,由于溶解性较差,熔点较高,无法预先紧密贴合,所以只能用硝酸锰热分解生成。
制造钽电容首先需要高纯度的钽粉。其纯度至少应该在99.9%以上,目前这方面能达到的最高工艺是99.9999%。首先,将钽粉和有机溶剂掺杂在一起,按照一定的形状加压成形,同时埋入钽引线。
然后,在2000度以上的真空高温环境下,将掺杂有机溶剂的钽粉在真空中进行烧结变成类似于海绵的状态,同时和引线真正地融合在一起。(一定要保证真空环境,杜绝氧气,因为钽的熔点非常高,低于2000度无法熔化,而在2000度时,钽会和氧气发生剧烈反应,也就是爆炸 所以一定不能有氧气混入)
接下来就要把烧结以后的海绵状的钽进行氧化而得到介质——五氧化二钽。这一步是将海绵状的钽,泡在磷酸溶液里面电解,氧化后表面即生成五氧化二钽。五氧化二钽的介电常数非常高,在27左右,性能高于铝电解电容的三氧化二铝介质(介电常数7左右)。
然后就是阴极材质——二氧化锰的生成。这一环节,是将液态的硝酸锰加入钽块,然后将其在水蒸汽(催化剂)环境中进行热分解,分别成二氧化锰与二氧化氮。为了使氧化膜能够真正完全黏附在二氧化锰上,这道工序要进行好几次(掺入,分解,再掺入……)。硝酸锰吸附性好,生成的二氧化锰可以完全吸附在海面状钽块内部的无数个小孔当中。假如这里直接使用固体的二氧化锰,就无法达到这种效果,这就是为什么二氧化锰只能在制造过程中得到的原因。假如使用PPY/PEDT等固体聚合物,因其溶点很低,就可以直接将其熔解然后放进去。
最后要将银粉和石墨涂在二氧化锰的表面上,减少它的ESR,增强它的导电性。这一步骤看似简单,但实际也非常重要。尤其是涂层的厚薄要均匀,密度要大,否则对降低ESR帮助不大。另外使用PPY/PEDT做阴极的时候,也同样要施行这一道工序。此过程也要反复进行好多遍才可以