聚合物阴极钽电解电容器被膜技术研究.pdf

杨文耀等:聚合物阴极钽电解电容器被膜拔术研究
聚合物阴极钽电解电容器被膜技术研究
杨文耀',马腾双2,李璐,徐建华,杨亚杰,蒋亚东1,毛云武2
(1.成都电子科技大学光电信息学院,四川成都610054;
中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司,贵州贵阳550018)
摘要:研究了以导电聚合物 PEDOI作为阴极材2.1.1采用的仪器、设备
料的高频低ESR有机片式固体钽电解电容器的被膜
精密直流稳压稳流开关电源(扬州格尔仕电力电
技术,重点讨论不同的聚合温度、掺杂浓度和驱溶温度子设备有限责任公司,DWW-K型);电热鼓风干燥箱
对降低片式固体钽电解电容器ESR的影响。研究结(重庆四达实验设备有限公司,DGF202型);漏电流测
果表明当聚合温度为0~10℃、掺杂浓度为3%(W)、试仪(常州同惠电子有限公司,TH2689型);电容测试
驱溶温度80℃时,将得到致密的主链掺杂有效的PE-仪(常州同惠电子有限公司,TH2619型);温控聚合实
DOT膜层,从而得到较低的FESR,并表现出比MnO2验设各(自制);补形成实验设备(自制)
片式钽电容器具有更好的频率特性。
2.1.2试剂
关键词: PEDOT;ESR;聚合温度;掺杂剂浓度;驱
4-乙烯二氧噻吩EDT单体、甲基磺酸铁氧化
溶温度;频率特性
剂、磷酸、冰醋酸、正丁醇、无水乙醇、石墨、银浆等。
中图分类号:TM535.1
文献标识码:A2.2实验过程
文章编号:1001-9731(2011)03-0479-04
(1)将D壳号10V100pF的烧结钽芯子赋能,形
引言
成Ta2O)。介质层后,放入鼓风干燥烘箱中备用
(2)控制不同聚合温度(0~30℃)进行被膜得到
近年来,由于手机、电脑等电子设备的高速发展,样品,并在100kIlz率下测量其FSR值,分析得出
对基础元件之一的钽电解电容器提出了更高的要求,最佳聚合温度A
即小型化、低ESR化。而降低钽电容器FSR主要有
(3)控制不同的掺杂剂浓度(0~5%),在同一聚
两方面的影响:(1)低ESR可直接减少由电容器内部合温度下(A)被膜得到样品,并在100kHz频率下测量
寄生电阻造成的噪音;(2)可使电容器在更高的频率条其ESR值,分析得出最佳掺杂剂浓度B。
件下具有较大的容量,适用于高频电路。而ESR即等
(4)控制驱溶温度(40~150C),同一聚合温度
效串联电阻,表示钮电解电容器在电路中所体现出来(A)同一掺杂浓度下(B)被膜得到样品,并在100kH
的等效电阻值,与钊电容器所用材料、内部结构以及各频率下测量其ESR值,分析得出最佳掺杂剂浓度C。
部分之间的结合情况紧密相关。传统钽电解电容器采
(5)控制聚合温度为A,掺杂浓度为B,驱溶温
用MnO2层作为阴极层,但MnO2的电导率为0.1S/度为C条件下被膜得到样品,并与同样规格下的
cm,而 PEDOT的电导率为10~100S/cm,二者之间相MnO2作为阴极材料的电容器对比
差1~2个数量级,所以以 PEDOT作为阴极材料的钽
电容器比MnO)2钽电容器具有更低的ESR值。如今
结果与分析
国内外都致力于采用 PEDOT层作为钼电容器阴极层3.1聚合温度对钽电解电容器ESR值的影响
的研究,有机高频低ESR片式固体钽电解电容器已成
以固定的有机溶液配比,不掺杂的前提和其它工
为钽电容器发展的一个重要方向。本文主要研究艺条件不变的情况下,改变聚合温度得到图1所示的
了被膜但电解电容器 PEODT阴极层的具体技术,重聚合温度与钽电容器的ESR关系。
点讨论了不同的聚合温度、掺杂剂浓度、驱溶温度等对
从图1可以看出,温度控制在10℃以下,ESR的
也容器ESR的影响,并对其进行了初步分析。
值将比较小,但温度高于10C后,FSR值将比较大,且
实验
随着温度升高,ESR值増加较快。
对于以 PEDOT作为阴极材料的钽电容器,ESR
仪器和试剂
主要部分来自于阴极材料的电阻,即 PEDOT的阻值。
实验采用的钽电解电容器芯子规格为D売号然而较低的温度有利于成膜,形成致密均匀的PF
10V100rF。
DOT薄膜。对于有机导电高分子聚合物来说,均匀致
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60771041)
收到初稿日期:2010-07-05
收到修改稿日期:2010-08-24
通讯作者:徐建华
作者简介:杨文耀(1982-),男,四川隆昌人,在读硕士,师承徐建华教授,从事有机高分子材料及器件研究。
201年第3期(42)卷
密的膜层将有利于形成更大的共轭体系,有利于载流以得到图2所示掺杂剂浓度与钽电容器ESR的关系
子在膜间和膜层之间的传输,从而降低电阻。当温度从图2可以看出,掺杂效果十分明显。当聚合温度为
过高时,EDOT单体聚合速度加快,形成很多自聚合短10℃,使用掺杂剂且在掺杂浓度不超过3%时,钽电容
链,或者在主链上形成支链,对于降低ESR值都是不器的ESR值迅速从140m2左右降到100m以下,
利的
ESR值随掺杂浓度的升高而降低
由于工艺条件限制0C不易达到,且0~10℃钽电
聚合温度10℃
容器ESR值相差不大,故将聚合温度控制在10C,即
140
有利于形成致密均匀的 PEDOT膜层,又可提高效率。
?藤
8
?醇
掺杂剂质量分数%
?吧16o
图210C下不同掺杂浓度对钽电容器ESR的影响
Fig 2 Influence of doping agent co
n ESR
015202530
聚合温度/℃
of tantalum capacitors at 10 C
图1聚合温度对钽电容器ESR的影响
因为作为掺尔剂的磷酸,其主要作用就是对有机
Fig1 In fluence of polymerized temperature on ESR of聚合物进行掺杂,与之形成更多的极化子,增加有机聚
tantalum capacitors
合物的共轭程度,使π电子的移动范围更大,从而达到
掺杂浓度对钽电解电容器ESR值的影响
增加阴极材料电导率的结果,具体掺杂过程如图3所
在10℃的聚合温度下,采用不同的掺杂剂浓度可
* (Fe)OTS"Im
+(Fe)"osim
23
2 otse
Fe)3+Ots'-im
( Fe)"OTSM
N
N?20
OTSO-
图3 PEDOT层掺杂过程
Fig 3 Doping process of PEDOT layer
掺杂剂磷酸从填满电子的π键上拉出一个电子
但是由图2也可见,并不是掺杂剂浓度越高,钽电
留下的一个正空穴和一个未成键的电子组合成为正极容器的ESR值就越低。当掺杂剂浓度超过3%时,
化子。由于移去电子,同时产生正电荷,使得π键体系ESR值随掺杂剂浓度的升高而逐渐升高。因为当掺
产生畸变,即未成对的电子结合成键,从而形成了正孤杂剂浓度过高时,可能发生亲电子加成等不可逆反应
子,而这些孤子具有离域性。随着掺杂剂浓度的增加,引起过掺杂现象,导致有机聚合物的共轭程度变小,x
共轭链上的孤子数量也增加,他们开始相互作用形成电子在分子长链上的