? 鋁電解電容器是電子和電氣線路中極為重要的基礎電子元件之一。它在電子線路中除了作為濾波、旁路、耦合和退耦作用外, 還在特殊電路如圖像校正電路、分頻電路、移相電路、脈沖電路、定時電路和儲能等電路中起特殊作用。因此, 它在通訊設備、移動辦公、視聽系統、家用電器、娛樂電子、工業電子、醫用電子、電子儀器儀表、汽車電子、電子對抗以及航空航天等領域得到極其廣泛的應用。
廠家價格：
| 價格 | ￥ 0.08~35元 |
| 起批量 | ≥1?PCS |
| 品牌 | RUBYCON | 型號 | 400V4.7uf | 介質材料 | 鋁電解 |
| 應用范圍 | 濾波 | 外形 | 圓柱形 | 功率特性 | 中功率 |
| 頻率特性 | 高頻 | 調節方式 | 固定 | 引線類型 | 同向引出線 |
| 允許偏差 | ±0.5（%） | 耐壓值 | 35（V） | 額定電壓 | 400（V） |
| 溫度系數 | 105 | 標稱容量 | 400v | 貨號 | 400V4.7uf |
| 是否跨境貨源 | 否 |
日本紅寶石（?Rubycon）：日本最高品質專業鋁質電解電容器制造廠之一，擁有50年專業制造經驗。RUBYCON鋁質電解電容品種繁多，用途廣泛。其涉及行業：醫療器械、閃光燈、電子節能燈、電子整流器、電能表、通訊產品、開關電源、家用電器等諸多行業。它與日本的同類名牌產品相比，具有低阻抗、高紋波、長壽命等特點，特別適用于可靠性、穩定性方面都要求較高的電子線路中。
1 技術背景
傳統液體電解質型鋁電解電容器技術相對成熟、制造簡單、制造設備和原材料配套方便, 因此價格便宜、生產量和需求量大。但由于其液體電解質屬于弱電解質型離子導電, 電導率較低[約為 (10–4~10–1S/cm], 導致電容器串聯等效電阻較大、損耗較大。另外液體電解質還存在隨溫度變化電阻率變化大, 漏液等固有缺陷, 液體電解電容器在高頻低阻抗、高可靠性等應用場合難以勝任。
隨著人們生活水平不斷提高, 對各類電子設備提出了特殊要求, 比如:手機需要加強娛樂、影像和移動辦公等功能, 筆記本電腦需要更長的待機和工作時間等等, 家用汽車需要增加導航、娛樂和安全等功能。這些需求導致電子技術呈現以下特征:
(1) 移動電子線路供電電源電壓低壓化;由于電子設備便攜式的要求, 電池供電是唯一選擇, 鋰離子電池工作電壓一般為3.6 V左右 (筆記本電腦用三電池或四電池串聯, 工作電壓10.8~14.4 V) , 堿性電池工作電壓一般為1.5 V左右。
(2) 電子設備多功能化;電子設備的功能增加, 導致在不同功能下工作時電子線路中負荷不均勻。
(3) CPU運行速度更高速、功耗加大;CPU的工作頻率已經由MHz發展到GHz, 存儲器的容量也由MBt發展到GBt, 導致集成電路的特征尺寸越來越小, 工作電壓越來越低, 1.8 V工作電壓越來越普遍, 同時功耗在增加。
另一方面, 工業電子、醫用電子、電子對抗等部分電路卻朝向高工作電壓方向發展。比如, 高能量脈沖電路、工業變頻器電路等, 為了減小電路內阻, 避免使用電容器串聯, 要求單電容器工作電壓高。
由此可見, 為了適應電子技術各方面的高速發展需要, 鋁電解電容器的相關技術也必須有所突破。
2 技術對策
為了應對上述電子技術的發展需求, 鋁電解電容器的性能特征除了傳統的小型化、薄型化、高頻低阻抗、寬溫長壽命、固體化、片式化和高可靠外, 還呈現出工作電壓向高低兩方向延伸等特點。
為了實現鋁電解電容器的上述性能特征, 從技術角度要求:
(1) 陽極鋁箔比容必須增加;
(2) 陰極鋁箔比容必須大幅度增加;
(3) 電解質的電導率必須提高;
(4) 陽極鋁箔的工作電壓應該向高低兩方向延伸。
3 技術瓶頸
陽極、陰極鋁箔的比容決定于腐蝕技術。近年來, 在技術人員的不斷努力下, 陽極、陰極鋁箔的比容得到了較大的提高, 然而, 提高的幅度都非常有限, 一般在百分之幾到百分之十幾。如果需要百分之幾十的比容提高, 在現有技術基礎上難于獲得突破, 必須引入新技術。
同樣, 傳統的電解液, 在新型抗水合劑的幫助下, 電解液的含水量不斷提高, 電解液的電導率相應地提高。但是過高的含水量不僅影響電容器的工作溫度, 也影響可靠性, 況且最高的電導率也難于超過0.1S/cm。
4 技術出路
針對上述技術瓶頸, 可能的技術出路有以下方案:
(1) 復合介質 眾所周知傳統的鋁電解電容器的電介質是三氧化二鋁, 它的εr一般約為8~10。傳統陽極和陰極鋁箔比容提高的唯一手段就是依賴腐蝕來提高鋁箔比表面積, 從而達到提高陽極和陰極鋁箔比容的目的。另外, 許多金屬氧化物的εr可以達到幾百、幾千甚至幾萬。如果將具有高介電常數的金屬氧化物薄膜引入腐蝕鋁箔表面, 形成復合介質, 有可能將陽極鋁箔的比容提高百分之幾十, 甚至比容翻番。
(2) 蒸發鍍膜 傳統陰極鋁箔的比容主要是利用腐蝕形成的高比表面積的表面與電解液形成的雙電層容量。腐蝕形成的表面粗糙度難與真空蒸發形成的表面相媲美, 由于真空蒸發形成的表面大多屬于蒸發形成的金屬原子疊加而成, 這種方式對提高比表面積非常有利, 但是如果金屬容易氧化或水合, 那么這種鋁箔的抗水合或氧化的能力將較差, 換句話說, 就是無法使用。所以, 金屬種類的選擇是很重要的。
(3) 固體電解質 傳統的電解液的電導率較低, 約為 (10–4~10–1) S/cm, 主要原因是由于弱酸性電解液屬于離子導電, 一方面弱酸性電解液的電離度較低, 可移動的離子較少, 另一方面, 離子的遷移率非常低。如果采用電子導電物質替代離子導電物質, 由于電子遷移率遠遠大于離子遷移率, 有可能大幅度提高電導率。目前主要是采用具有較高電導率的導電高分子材料, 比如, 聚吡咯或聚3, 4二氧乙烯噻吩, 它們的電導率約為102 S/cm, 比傳統電解液高3個數量級。
(4) 特殊化成技術 為了實現超高電壓 (化成電壓高于800 V) 或超低電壓 (化成電壓低于10 V) , 需要開發特殊化成技術。
5 技術難點
5.1 復合介質
為了使高介電常數的氧化物薄膜復合到腐蝕鋁箔表面, 并具有高的介電常數, 要解決的第一個難題是氧化物薄膜的結晶溫度。由于鋁箔的熔點只有660℃, 而一般高介電常數氧化物的結晶溫度通常高于700℃, 因此需要通過金屬離子絡合劑的選擇來降低氧化物的結晶溫度。第二個難題是腐蝕鋁箔表面具有復雜的孔洞結構, 為了使氧化物先體溶液均勻地涂敷到孔洞表面, 需要合理地控制先體溶液的黏度。
5.2 蒸發鍍膜
蒸發鍍膜方式一般情況下主要用于蒸鍍表面均勻致密的薄膜, 而作為電容器陰極使用的鋁箔由于高比容的要求, 必須使蒸鍍的薄膜具有較高的粗糙度, 然而, 粗糙度越高, 薄膜的附著力越差。因此, 要解決的第一個難題是保證足夠的附著力的情況下, 具有高的粗糙度。要解決的第二個難題是在較高的粗糙度情況下, 金屬原子之間的連接很容易受到氧化或水合的作用。一般選用的蒸鍍材料是鈦或者碳。
5.3 固體電解質
由于固體電解質是作為電容器的陰極, 因此, 固體電解質必須與陽極表面緊密接觸, 而陽極表面具有復雜的孔洞結構, 在這種特殊表面上原位生長導電高分子材料具有較高的難度。比較方便的方法是采用化學聚合法, 然而, 一般情況下, 化學聚合方法制備的導電高分子材料的電導率較低。為了解決這個問題通常選用具有高電導率的導電高分子材料, 比如, 聚3, 4二氧乙烯噻吩。同時需要解決復雜的孔洞結構表面導電高分子材料的均勻覆蓋問題。
另一種方法是采用電化學方法聚合。由于電化學方法聚合比化學聚合方法制備的導電高分子材料具有更規整的結構和更高的電導率。這樣導電高分子材料的單體可以選擇較為廉價的材料, 比如, 吡咯單體。但是電化學方法需要使用輔助電極和電源設備。
5.4 特殊化成技術
特殊化成主要指超高電壓化成和超低電壓化成。有人可能認為超低電壓化成沒有什么難度, 其實不然。化成電壓太低時, 往往化成箔的穩定性和耐水合性難于解決。由于這類化成箔比容非常高, 處理不好會使比容大幅度下降。
相比之下, 超高電壓化成難度更大些。首先要解決的是閃火問題。解決閃火問題需要采用非水化成液。另外要解決的是化成箔發脆問題。因為, 化成電壓高, 形成的氧化膜厚度大, 氧化膜的結構控制顯得非常重要。
6 技術指標
6.1 復合介質
低壓復合介質化成箔實驗室比容增幅約為50%以上, 上線實驗比容增幅約為30%;采用復合介質化成箔制作的電容器通過了105℃2 500 h壽命試驗。高壓箔實驗室比容增幅約為10%以上, 目前尚未上線實驗。
6.2 蒸發鍍膜
蒸鍍材料采用鈦時實驗室結果陰極比容達到4×10–9 F/cm2以上, 上線實驗比容達到1.5×10–9 F/cm2以上。采用蒸鍍陰極箔制作的電容器通過了105℃1 500 h壽命試驗。
6.3 固體電解質
采用聚吡咯作為固體電解質的疊層片式電容器主要指標:電壓為2~16 V, 容量為10~330μF, tanδ約為1%, 100 k Hz Res可達5 m?。
與薄膜電容器、鉭電容器、陶瓷電容器等其他電容器相比，鋁電解電容器具有容量大、耐電壓高、性價比高的優點，成為不可替代的被動電子元器件。到2018 年全球鋁電解電容器的市場需求量將達到48.93 億元。
鋁電解電容器是由經過腐蝕和形成氧化膜的陽極鋁箔、經過腐蝕的陰極鋁箔、中間隔著電解質卷繞后，再浸漬工作電解液，然后密封在鋁殼中而制成的。陽極鋁箔和陰極鋁箔可以通過腐蝕使其表面增加幾倍到幾百倍，因而，電解電容器的單位體積電容量比其他電容器大幾倍到幾十倍。因此，高壓電解容器的電容量從μF 級到萬μF 級；低壓電解電容器最大可以做到F 級。
鋁電解電容器基本結構
鋁電解電容器基本結構
鋁電解電容器的陽極箔和陰極箔以及載有電解質糊體的紙張的界面展開示意圖和其等效電路圖。陽極箔表面有一層致密無孔的氧化鋁薄膜，是由電子鋁箔經過腐燭過程和化成工藝生成的。這層氧化鋁薄膜在電容器中作為電介質，起著耐電壓的作用，它的性質決定了鋁電解電容器的電容和壽命。陰極鋁箔只是經過了腐蝕過程，沒有經過化成工藝，因此其表面只有天然氧化層。陽極鋁箔和陰極鋁箔之間夾著載有電解質糊體的襯墊紙。在整個鋁電解電容器中，襯墊紙載有的電解質糊體滲透到陽極鋁箔和陰極鋁箔的腐蝕孔中，形成陽極箔/陽極氧化膜/電解液糊體、陰極箔/陰極氧化膜/電解液糊體兩個分電容體系，分別相當于圖中等效電路所示的Ca 與Cc。
電極箔是生產鋁電解電容器的關鍵性基礎材料，用于承載電荷，占鋁電解電容器生產成本的 30%-60%。電極箔是鋁電解電容器的專用材料，其產業發展高度依賴于鋁電解電容器行業。電極箔的性能在很大程度上決定著鋁電解電容器的容 量、漏電流、損耗、壽命、可靠性、體積大小等多項關鍵技術指標，亦是鋁電解電容器產業鏈中最具價值及最需要技術含量的部分之一。鋁電解電容器未來的發展趨勢直接影響電極箔產業的發展和分布。電極箔與鋁電解電容器的關系如下：
鋁電解電容器基本結構
近年電子元器件集成化與高速處理化技術高速發展，通信產品高頻化技術及移動產品小型化、高性能化技術的不斷革新，全球市場對電容產品技術性能提出更高要求。特別是對應用于電子節能燈、電子電源電路、和運載工具等領域的鋁電解電容器提出了苛刻的要求。“小尺寸、大容量、長壽命、耐高溫、低阻抗”是鋁電解電容器的發展趨勢。
工作電解液是電容器工作過程中的實際陰極，對電容器的使用溫度范圍、工作壽命、可靠性、漏電流、損耗、容量變化等起著決定作用，成為高性能高壓、超高壓鋁電解電容器研制的關鍵技術之一。
鋁電解電容器的化發展趨勢
電容器根據電介質的不同主要分為鋁電解電容器、鉭電解電容器、陶瓷電容器和薄膜電容器四大類，其中鋁電解電容器具有單位體積 CV 值高和性價比高等顯著優點，占據了34%以上的電容器市場份額，并且隨著新能源及新能源汽車、變頻技術等新型產業的發展，其所占比例有上升的趨勢。
各類電容器主要性能及主要應用領域對比情況
作為三大基礎被動電子元器件（電阻、電容及電感器）之一的電容器在電子元器件產業中占有重要的地位，是電子線路中必不可少的元器件之一，約占全球被動電子元器件市場的 56% 。電容器是一種由兩片接近并相互絕緣的導體制成的儲存電荷的元器件，在電路中主要用于調諧、濾波、耦合、旁路和能量轉換等。
集成電路等半導體器件是電子信息產業的基礎，大量需要交流-直流 （AC-DC）、直流-直流（DC-DC）電路提供穩定的直流電壓，鋁電解電容器在此電路中扮演著重要角色。作為驅動電源前級濾波、輸出濾波有著明顯優勢的鋁電解電容器，是不可替代的元器件。同時，與薄膜電容器、鉭電容器、陶瓷電容器等其他電容器相比，鋁電解電容器具有容量大、耐電壓高、性價比高的優點。電子類產品發展迅速，使小型化、片式化和中高壓大容量鋁電解電容器的應用領域不斷拓寬，鋁電解電容器將具有更強的生命力和更廣闊的發展空間，特別是高壓、大容量鋁電解電容器有著無法替代的地位。
7 結論
隨著電子技術的不斷發展, 對鋁電解電容器提出了新的要求。為了適應形勢的發展, 鋁電解電容器的技術也在不斷取得進步。尤其是高介復合氧化膜技術、真空蒸發鍍膜陰極技術和固體片式電解電容器技術方面均取得了實質性進步, 已經開始或即將開始大批量生產應用。這些新技術的普及, 必將對鋁電解電容器的技術發展產生革命性的影響。