卢云蒋美莲杨邦朝电子科技大学微电子与固体电子学院，四川成都610054：铌电解电容器具有比铝电解电容器优越的性能，而价格比钽电解电容器便宜，在电解电容器领域颜有发展前途。本文综述了近年来国内外电容器用高比容铌粉和铌电解电容器比较新研究发展动态，性能、制造方法及市场前景。

　　前言目前，在电解电容器行业主要以铝电解电容器和钽电解电容器为主，通常认为湄电解电容器在可靠性，高频性能等方面较钽电解电容器差，因此，湄电解电容器一般用于可靠性耍求不高的场合，而钽电解电容器则多用于军工，航天等领域。但是由于电容器级钽粉的价格很篼造成钽电解电容器成本高，使其在民用及高科技领域的应用受到一定的限制。在钽电解电荇器的制造成本中钽阳极的成本占总成本的80%以上，近年来，由于钽原料价格飞涨，各大电荇器和粉末制造商开始积极开发新型电容器基材，而与钽物理化学性质非常相似的铌，其粉末价格大约只有钽的1/20，因此银电解电容器的成本应比钽电解电容器低得多，从目前的研究来看，铌电解电容器的性能可以达到或接近钽电解电容器，铌电解电容器与钽铝电容器一样，随着新型导电高分子材料的开发应用，其使用频率还可大幅度提高。

　　的储量42319t，铌（Nb25）的储量为1630914t，是钽的38倍多。铌资源比钽资源丰富得多。早在20世纪50、60年代就有一些国家对铌电解电容器进行过研究，我国在20世纪70、80年代也开展过这方面的研究工作。由于当时高纯度的铌粉难以获得，铌电解电容器漏电流大，为其致命弱点，而且在当时钽电解电容器的研究己较为成熟，在可靠性等方面比电解电容器好，主要用于军工、航天等重要部门，这些领域并不计较成本，所以铌电解电容器的研究应用受到了一定的限制。近年来由于民用电子工业及高科技行业的迅猛发展，对电解电容器的需求大幅度的增加，同时对其可靠性和高频特性也提出了更高的要求，普通的铝电解电容器己不能完全满足这方面的要求，因此作为价格比钽电解电容器低，性能比铝电解电容器好的铌电解电容器的研究引起了世界电容器行业的广泛关注，并逐渐成为电容器领域的研究热点。

　　1铌的基本性质铌、钽作为同族稀有金属，具有相似的电子结构和相近的物理化学性质，在自然界中总是共生，铌钽铁矿是铌和钽的主耍矿石，其基本性质如下表：元*钽铌铝原子序数原子量晶体结构熔点（*）介电常数氧化膜厚度（A*）电阻率（un/cm）表1中数据表明，铌也是制作电容器的良好材料，而铌的熔点高密度比钽小以倍，对制作高容量的电容器就更为有利。

　　2电容器级铌粉的研制状况早期的电容器级铌粉是采用氢或碳还原的方法制取，所制得的铌粉比表面积小、杂质含量高，其电容器容量低，漏电流大，无法满足电容器性能的要求，近年来随着钽资源的缺乏，国际上一批钽粉生产的大公司，相继对电容器级铌粉展开研究，采用新型粉末加工技术，取得了实质性进展己具工业化前景：曰本Showa公司对电容器用铌粉的生产工艺及铌电容器的制造技术开展了大量的研究并申请了多项专利：（1）铌粉及电容器阳极的制造。此专利可制得平均粒径为50*150nm的铌粉，将铌的卤化物或氧化物与氢气一起从等离子设备的第二或第三个喷嘴喷入，采用化学气相沉积（CVD）工艺制造铌粉，可规模生产相同粒度分布的电容器铌粉末及用该粉末烧结制成的电容器阳极。（2）电容器铌粉中的Fe.NMSi.NaXMg总含量<100X10'杂质总含量<350X10"6：制成的烧结阳极中含有NbO和Nb2N晶体，由烧结阳极制成的电容器具有很大的比容、优良的漏电流特性和高温性能。（3）铌电容器的制造方法《用此方法制成的电容器包括两个电极及电极间的绝缘层，绝缘层内又具有两层结构。，低压层主要成份是NbOx（x=2.5），第二层为NbOx（x=2.5）和NbOx（x=2.0）的混合物，两层中的NbOx占90%以上。第二层中NbOx（x=2.5）与NbOx（x=2.0）的摩尔比为1：44：1，在双层结构中的第一层的体积分数为0.01 %10%，电极中还含有部分NbN，它是由铌烧结物氮化制成。（4）铌粉的烧结。在铌粉烧结成的阳极上被覆一层电解产生的氧化膜，其漏电流<0.075uA/uFV，烧结阳极比容> 40000uF*V/g，该阳极是通过氮化铌、碳化铌、硼化铌烧结制成，用其制成的铌电解电容器具有比容量大、漏电流低、耐压高的特点。

　　曰本NEC公司开发了铌固体电解电容器及其制造方法并申请了专利。制作工艺由一个铌阳极体、铌氧化物层及氧化物层上形成的固体电解质层所组成或由多个氧化层与固体电解质层所组成并除去氧化物层和电解质层之间的水份。

　　美国Cabot公司申请了氮化铌粉末和具有低漏电流的铌电解电容器专利，采用湿法热球磨工艺，在有水溶液（乙二醇和氟盐水溶液）存在的情况下将铌碎片用湿法热球磨（300420 *C）58h制备电容器铌粉，铌粉比表面达到4.97.7mVg，然后在丨丨50C烧结，制成的电容德国Starck公司用熔融的碱土金属或稀土金属还原Nb（Ta）205制备铌（钽）粉，还原在750 950*0分两阶段进行，第一阶段用氢气还原，获得混合物（Mb，Ta）Ox，在第二阶段用还原性金属如Ca、Mg、金属氢化物或氢气在有催化剂存在的情况下还原，获得的铌粉粒度为0.5 2.13um.粉末在115013001烧结1030min，40v下成型制成电容器阳极，比容量为80000 Arinkin等人研究了固体铌屯解电容器生产中用碳净化铌粉的规律，碳对烧结和电化学氧化法制成的大孔隙电容器的化学组成和电参数有影响，烧结过程强化了孔隙形成使比容增大，同时氧化使许多微孔封闭或微孔减小，微孔的封闭从本质上减小了阳极漏电流。

　　为了提高铌电容器的性能，可采用铌的合金粉作电容器的阳极。如用Nb205和Ta205混合物同时进行铝热还原制备Nb-Ta-A丨预合金粉，再粉碎钢模挤压成型，然后真空13001600*C下烧结15，40，60min，烧结过程中其电性能发生了很大变化，制成的Nb-Ta-AI电解电容器具有很大的比容1431027807uF*V/g.该铌粉成本低、松装密度小、比表面积大、比容高。

　　我国宁夏905集团作为中国比较大的钽铌研发基地，开发了FNK和FNG两种系列的电容器级铌粉。宁夏东方特种材料科技开发有限公司己经研制出80000uFV/g的铌粉，并己能小批量生产。

　　3铌电解电容器的制备早在20世纪60?70年代以美国和苏联为首的国家就开始了对铌电容器的研究工作但在工艺过程中由于热和电学应力使五氧化二铌介质膜遭到严重破坏，导致电容器漏电流大、产品失效率高。我国70年代也开展过这方面的研究，1970年3月还专门召开了研制发展铌电解电容器专题会议，在718厂成立了铌电容器实验室，但生产出的铌电容器存在许多质量问题，漏电流大、储存性能差，尤其是被膜工序反复经过230*260的高温热分解硝酸锰溶液的工艺，电容量增加30%以上，产品性能及不稳定，“以铌代钽”不断降温，75年后逐渐淡出历史舞台。

　　90年代以来，随着粉末生产技术的不断提高，铌粉的电性能有了很大的提高，为铌电容器的研制奠定了基础。新型铌电解电容器性能优良，价格便宜为其显著特点，目前己被世界各国的电容器行业所广泛关注。铌电容器的制备必须：（丨）避免铌阳极含氧过饱和。即必须防止次氧化物的生成；（2）抑制氧通过Nb205膜和Nb/Nb205界面迁移；（3）保证介质层的热稳定。英国AVX公司己有铌电容器样品供应市场，电容量范围为100470uF，工作温度高达105，世界钽电容器龙头企业美国Kemet和日本NEC公司也在积极开发铌电容器，电容器铌粉主要由美国Cabot公司和德国Starck公司供应，并己形成产品系列，电容器漏电流和篼频阻抗值与钽电容器不相上下，还可采用多种形式封装。Kathiramanathan等人以聚苯胺和聚吡咯导电聚合物为阴极研制成功一种用于高频的铌电解电容器，其工作频率达800kHz，而以/1112为阴极的电容器只有丨00kHz.俄罗斯在前苏联的研究基础上，不断研究，也具有相当高的水平。

　　4铌电解电容器性能铌和钽铝一样，其表面可以形成介电氧化膜，铌电容器的比较大问题是热和电应力对介电氧化膜的破坏，造成漏电流增大，电容器失效。铌电容器的恶化机理与钽电容器类似，是由无定形的介电氧化膜的晶化作用和阳极介电质表面脱氧反应造成，而Nb205膜向金属铌扩散氧的速率远高于Ta205膜，试验表明，在360，30min退火，Nb205膜溶解近50%，但Ta205膜几乎没有任何影响。另外在铌电容器阳极氧化膜中存在的氧相，低价铌氧化物NbO和Nb02是导体和半导体，造成潜在的漏电流途径。只有通过改善铌粉的电性能和使用特殊的铌电容器加工工艺，介质氧化膜才能稳定，从而制造出具有稳定电性能的电容器。

　　铌在固体电解电容器中可有效代替钽，因为铌轻、便宜，尽管两种金属在晶体结构和物理化学性质上很相似，但钽、铌电解电容器的电性能是不同的：（丨）铌电容器在寿命测试时其漏电流有增加的倾向，比较终导致其参数失效；（2）钽电容器的漏电流长时间内没有明显的变化，但个别也有急剧增大偶尔发生一些灾难性的失效。（3）铌电容器的频率特性和温度特性与钽电容器非常相似，都优于铝电解电容器。

　　铌电容器的一个重要特征是在寿命试验时着火情况少，典型的情况是漏电流变大，通常不会被击穿，相反钽电容器的失效是击穿和短路，严重时会造成电容器着火和燃烧。

　　5结束语近年来电解电容器需求量急剧上升，而且有向高端市场偏移的倾向。适时地研究开发出性能比铝电解电容器优良，价格比钽电解电容器便宜的铌电解电容器，势必可在电解电容器领域获得巨大成功。在电容器铌粉的生产工艺及铌电容器的制造方面，许多国家都非常重视，并积极进行研究开发。目前美国、日本、德国、英国处于领先水平，有些公司的技术已接近工业化。

　　俄罗斯在前苏联的研究基础上，不断深入，己具有相当篼的水平。使用导电聚合物材料作铌电容器的实际阴极，能避免温度过高对五氧化二铌介质膜造成的损伤而改善产品的性能，发展导电聚合物铌电容器是将来的必然趋势，建议尽快开展这方面的研究工作，填补该领域的空白，为中国将来在铌电解电容器市场占有一席之地奠定良好的基础。