铝电解电容的结构和主要加工环节有哪些(铝电解电容的结构和主要加工环节是)

导语：铝电解电容的结构和主要加工环节

除了少数的固体铝电解电容外，通常所说的铝电容是在高纯铝箔经过电化学扩面刻蚀和阳极氧化形成电介质绝缘层后制成的液体电解质电容器，其绝缘介质厚度为几百埃到几千埃，是目前大量应用电容中容量和工作电压做得最高的极性电容器。一般认为铝电容的可靠性不高，如低温性能不好、ESR较大、不适合于中高频场合、容易干涸造成使用寿命有限、难以片状化、插装引脚积累灰尘带静电并造成短路等等，但随着工艺水平的提高，在某些特定应用场合下，使用铝电解电容在性能上可以满足要求，而且成本和可靠性方面上还要优于其它电容，如在承受大的上电冲击电流的低阻抗电路中，铝电容比钽电容要可靠。

下面我们来介绍下铝电解电容的结构：

通常所指的铝电容都是指由一个铝箔卷绕结构的芯子，浸渍了液态电解质（注意区分电介质和电解质），引出两个端极并包封在密封金属外壳里。从外观上看，芯子与纸介电容器的芯子类似，但其结构不同，它由一个阳极箔，浸透电解质的分隔纸和阴极箔层叠卷成，箔通常是高纯度的铝箔，为了增加与电解质接触的表面积，在光滑的铝箔表面上用腐蚀方法刻蚀了许多微小的条状沟道。表面看来容量似乎是由两个箔极之间决定的，实际上容量是由阳极箔与电解质之间来决定的，正极平面层是阳极箔；电介质是阳极箔表面上绝缘的铝氧化膜；真正的负极平面应是导电的液态电解质，而阴极箔仅仅是起到连接电解质和端头引线的作用。图1-1为一个铝电容的典型结构图：

图1-1：铝电容的典型结构图

下面简单介绍一下铝电容生产的主要加工环节：

a）刻蚀

阳极和阴极箔通常为高纯度的薄铝箔（0.02～0.1mm厚），为了增加容量，需要增大箔的有效表面积，利用腐蚀的办法对与电解质接触的铝箔表面进行刻蚀（成千上万微小条状）。对于低压电容，表面面积可以通过刻蚀增大100倍，对高压则一般为20～25倍，即高压电容比低压电容的腐蚀系数要小，这是由于高压的氧化膜较厚，部分掩盖了腐蚀后的微观起伏，降低了有效表面积的缘故。

b）形成

阳极箔表面附着电容的电介质，这个电介质是一层薄薄的铝氧化物（Al2O3），它是通过电化学方法在阳极箔表面通过“形成Forming”的工艺过程生成。氧化铝的厚度与形成电压有关（1.4～1.5nm/V），通常形成电压与工作电压有一个比例系数，铝电容的比例系数较小，为1.2～2（固体钽电容为3～5），因此，如果有一个450V额定电压的铝电容，若比例系数为1.4，则形成电压为450×1.4＝600V，这样其氧化膜的厚度大概为1.5nm×600 = 900nm，这个厚度不到人头发直径的百分之一。形成工艺减小了箔的有效表面积。因为微带状沟道会被氧化物覆盖，沟道刻蚀类型可以通过选择箔和刻蚀过程来调整。这样，低压阳极有精细的沟道类型和薄的氧化物，而高压阳极有粗糙的沟道类型和厚的氧化膜，阴极箔不用进行形成，所以它还保持大的表面面积和深度刻蚀样貌。c）切片铝箔以一卷成40～50cm宽的条状，在经过刻蚀和形成工艺后，再根据最终电容高度规格要求切成所需的宽度。

d）芯包卷绕

铝箔切片后，在卷绕机上按一层隔离纸、阳极箔、另一层隔离纸、阴极箔合成并卷绕成柱状芯子结构，并在外面在卷上一个带状的压敏条来防止芯子散开。分隔纸作为阳极箔和阴极箔之间的衬垫层，既可以用以防止两电极箔接触而短路，同时作为吸附和蓄存液态工作电解质的载体。在芯包卷绕前或卷绕过程中，铝垫引出片铆接到两个电极箔上，以方便后面引出到电容的端极。最好的铆接方法是采用微处理器控制定位的冷压焊接，以保证这过程中芯子的寄生电感小于2nH，较古老的铆接方法是通过穿透铝箔，折叠起来的方式，冷压焊接降低了短路失效的可能性，而且在高纹波电流应用下有较好的特性，而旧的铆接方式在充放电应用场合下常会使个别连接点断裂失效。

e）连接引出端

铝垫引出片的扩展就是电容的引出端极。对于轴向引线结构的电容，阴极垫在密封前与金属外壳焊接在一起。

f）注入液态电解质

在芯子里注满了工作电解液让分隔纸充分吸收并渗透至毛细的刻蚀管道中。注入过程是将芯子浸渍在电解液中并进行加热（或不加热）的真空－强压循环处理，对于小容量电容，仅仅只是浸渍吸收就可以。电解液由不同化学成分混合而成，根据不同的电压和应用环境温度范围，其组成成分也不同。水在电解液成分中占据一个主要角色，它增加了电解液可导性从而减小了电容的ESR，但同时降低了沸点影响了在高温下的性能，降低了贮藏时间。当漏电流流过，水分子分解成氢气和氧气，氧气在漏电流处与阳极箔金属生成新的氧化膜（自愈），氢气则通过电容的橡胶塞逸出。因此为了维持氧化膜的自愈特性，是需要有一定比例成分的水。

g）密封

电容芯子密封在金属外壳罐里，大多数金属外壳为铝。为了释放产生的氢气，并不是绝对的密封，当内外压力差超过某一值时，氢气可单向透过橡胶逸出，消除爆破的危险。总的来说，封得太密，会导致过强的压力，太松，则会使电解液挥发干涸失效。

h）老化

老化是电容生产的最后一步，在这个过程中，会施加一个大于额定电压但小于形成电压的直流电压，一般会在电容的额定温度下进行（也可能在其它温度甚至室温下），这个过程可以修复氧化膜的缺陷，老化是筛选早期失效的电容的一个很好手段，低的初始漏电流是有效老化的一个标志。

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