提高聚噻吩固體鉭電容器性能一致性的真空控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于聚噻吩固體鉭電容器的，特別涉及一種通過真空控制電路，能將聚噻吩導(dǎo)電材料在真空環(huán)境下快速與鉭芯表面接觸、實(shí)現(xiàn)固體鉭電容器的陰極引出、提高同批生產(chǎn)的產(chǎn)品電性能一致性的真空控制裝置及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體鉭電容器和液體鉭電容器一樣，具有大容量、長壽命、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，但固體鉭電容器由于采用固體導(dǎo)電材料作為引出陰極，因此可克服固體鉭電容器漏液的缺點(diǎn)。固體鉭電容器因無電解液，因此可片式化、小型化，能夠適應(yīng)表面貼裝技術(shù)(SMT)，在超薄小型化電子產(chǎn)品和便攜式電子設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。隨著集成電路性能不斷提高，對(duì)所需固體鉭電容器提出了更高的要求，尤其是高頻特性。當(dāng)前固體鉭電容器主要采用Μη02作為陰極引出材料，但Μη02電導(dǎo)率較低(約0.1S/cm)，使得固體鉭電容器等效串聯(lián)電阻(ESR)較大，不利于其高頻性能的提高。因此迫切要求使用高電導(dǎo)率材料取代Μη02作為固體鉭電容器的陰極引出材料。
[0003]導(dǎo)電聚合物聚_3，4乙烯二氧噻吩(PED0T)因其電導(dǎo)率較高(1?500S/cm)，合成方法簡(jiǎn)單，因此用PED0T替代Μη02作為固體鉭電容器的陰極材料是未來固體鉭電容器發(fā)展的趨勢(shì)。PED0T是一種難溶聚合物材料，不易再加工，限制了其應(yīng)用。為解決這一問題，研究人員在PED0T合成過程中引入聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)，制得聚噻吩的水溶性分散液PEDOT:PSS，以滿足各種應(yīng)用的工藝需求。鉭芯是通過鉭粉壓制、燒結(jié)、賦能后在顆粒表面形成Ta205介質(zhì)膜，其微觀形貌是一種由許多顆粒組成的多孔隙結(jié)構(gòu)，具有較大的表面積，這也是其具有較大容量的原因之一。使用PED0T:PSS水溶液制備固體鉭電容器的陰極材料，常用的方法是在常壓情況下，將鉭芯浸泡在PEDOT: PSS水溶液中，從而在鉭芯內(nèi)部以及外表面被覆PED0T:PSS薄膜材料。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，常壓情況下通過浸泡制得的鉭電容容量無法充分引出，且同一批次制作的聚噻吩固體鉭電容器電性能一致性差，當(dāng)浸泡時(shí)間較短時(shí)(?5min)，這一缺點(diǎn)就更突出。這主要因?yàn)樵诔合拢g芯內(nèi)部微孔中充滿吸附的空氣，阻礙了PEDOT: PSS水溶液充分滲入鉭芯內(nèi)部;此外，液體與鉭芯表面顆粒的表面張力作用，使得鉭芯微孔中的氣體不易排出，從而造成常壓條件下制備的同批次聚噻吩固體鉭電容器，性能差異較大。
[0004]基于聚噻吩固體鉭電容器陰極引出遇到的問題及原因分析，從而產(chǎn)生了本發(fā)明，為提高同批次聚噻吩固體鉭電容器性能的一致性提供了一種新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術(shù)的同一批次制作的聚噻吩固體鉭電容器電性能一致性差的缺陷，提供一種真空自動(dòng)控制裝置及其操作方法，該裝置先排除鉭芯內(nèi)部孔隙中的空氣，減小氣液表面張力，促進(jìn)PEDOT: PSS水溶液進(jìn)入鉭芯微孔中，使PEDOT: PSS導(dǎo)電材料能快速覆蓋在鉭芯表面，充分引出電容量，從而提高聚噻吩固體鉭電容器性能的一致性。
[0006]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種提高聚噻吩固體鉭電容器性能一致性的真空控制裝置，其特征在于，該真空控制裝置由真空腔體系統(tǒng)、真空栗系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)組成；
[0008]所述真空腔體系統(tǒng)，由耐壓密封的真空罩2及真空罩內(nèi)設(shè)置的鉭芯1、容器4和機(jī)械手3組成；容器4內(nèi)設(shè)置有PEDOT: PSS水溶液;機(jī)械手3在真空腔體內(nèi)自由移動(dòng)，承擔(dān)鉭芯1陰極引出的工藝操作；
[0009]所述真空栗系統(tǒng)，由連接導(dǎo)管7、三通閥門8、真空栗9和壓力表10組成;真空腔體系統(tǒng)通過連接導(dǎo)管7、三通閥門8與真空栗9相連接，真空栗9上設(shè)置有壓力表10;
[0010]所述數(shù)字控制系統(tǒng)，由數(shù)字控制電路5和電連接導(dǎo)線6組成;數(shù)字控制電路5通過電連接導(dǎo)線6與真空腔體系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械手3相連接，以控制機(jī)械手3的工藝操作；
[0011 ]該控制裝置的操作方法如下:
[0012](1)將鉭芯1懸掛在機(jī)械手3上，將PEDOT:PSS水溶液置于容器4內(nèi)，蓋上真空罩2，構(gòu)成真空腔體系統(tǒng)；
[0013](2)啟動(dòng)真空栗9，對(duì)步驟(1)的真空腔體系統(tǒng)真空化；
[0014](3)當(dāng)步驟(1)中的真空度達(dá)到1?lOOPa時(shí)，啟動(dòng)數(shù)字控制電路5，將機(jī)械手3緩慢放下，使鉭芯1完全浸入容器4的PEDOT: PSS水溶液中；
[0015](4)待步驟(3)的鉭芯1浸泡0.5?5min后，關(guān)閉真空栗9，去除真空環(huán)境，取下鉭芯1，將鉭芯1烘干，冷卻至室溫；
[0016](5)重復(fù)上述步驟(1)?(4) 8次，獲得被覆PED0T陰極材料的鉭芯；
[0017](6)將步驟(5)中的鉭芯1涂覆石墨，烘干，冷卻至室溫；
[0018](7)將步驟(6)鉭芯1浸銀漿，烘干，冷卻至室溫，完成鉭電容器陰極材料制備；
[0019](8)封裝、制備鉭電容器，并測(cè)試鉭電容器的性能。
[0020]所述數(shù)字控制電路5主控芯片為STC12C5616系列單片機(jī)。
[0021]所述鉭芯1點(diǎn)焊在薄鋼片的上面。
[0022]所述步驟(1)的PED0T:PSS水溶液固溶度為1.2%，電導(dǎo)率為100S/cm。
[0023]所述步驟(3)鉭芯1在PEDOT: PSS水溶液中浸泡時(shí)間為0.5?5min。
[0024]所述步驟(4)烘干溫度為120°C，時(shí)間為1 Omin。
[0025]所述步驟(6)烘干溫度為150°C，時(shí)間為30min。
[0026]所述步驟(7)烘干溫度為150°C，時(shí)間為30min。
[0027]本發(fā)明提供的真空自動(dòng)控制裝置，使鉭芯每次在PEDOT:PSS水溶液中浸泡時(shí)間短，且能使聚噻吩固體鉭電容器具有較好的電性能，提高了產(chǎn)品性能的一致性，適合有機(jī)固體鉭電容器的批量生產(chǎn)。本發(fā)明真空自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，成本低，可推廣至鋁、鈮等有機(jī)固體電容的生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0028]圖1是提高聚噻吩固體鉭電容器性能一致性的真空控制裝置示意圖；
[0029]圖2是10V/330yF聚噻吩鉭電容器在常壓和真空條件下性能一致性的對(duì)比圖。
[0030]本發(fā)明附圖標(biāo)記如下:
[0031 ] 1---鉭芯2---真空罩
[0032]3---機(jī)械手4---容器
[0033]5---字控制電路6---電連接線
[0034]7---連接導(dǎo)管8---三通閥門
[0035]9---真空栗10---壓力表
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明的一種提高聚噻吩固體鉭電容器性能一致性的真空控制裝置，由真空腔體系統(tǒng)、真空栗系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)組成;采用常規(guī)制備方法進(jìn)行制備。
[0037]參見圖1，所述真空腔體系統(tǒng)，由耐壓密封的真空罩2及真空罩內(nèi)設(shè)置的鉭芯1、容器4和機(jī)械手3組成；容器4內(nèi)裝有PED0T:PSS水溶液;機(jī)械手3在真空腔體內(nèi)自由移動(dòng)，承擔(dān)鉭芯1陰極引出的工藝操作。所述鉭芯1點(diǎn)焊在薄鋼片的上面，連接在機(jī)械手3上；所述PED0T:PSS水溶液的固溶度為1.2%，電導(dǎo)率為100S/cm。
[0038]所述真空栗系統(tǒng)，由連接導(dǎo)管7、三通閥門8、真空栗9和壓力表10組成;真空腔體系統(tǒng)通過連接導(dǎo)管7、三通閥門8與真空栗9相連接，真空栗9上設(shè)置有壓力表10;真空栗9為真空腔體系統(tǒng)提供所需的真空環(huán)境，若去除真空腔體系統(tǒng)的真空狀態(tài)，可以打開三通閥門8，實(shí)現(xiàn)真空腔體與外界大氣相通。