鋁電解電容器技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

金長名

摘要 本文中，筆者對鋁電解電容器的結構進行簡單介紹，對鋁電解電容器技術現(xiàn)狀進行了分析及介紹，并根據(jù)現(xiàn)狀對其未來的發(fā)展趨勢進行了探討。

【關鍵詞】鋁電解電容器技術 現(xiàn)狀分析 發(fā)展趨勢預測

電容器顧名思義就是存儲電荷的容器，其主要被運用到電路中，起到濾波、耦合、轉換能量、控制回路等的作用。經過多年的不懈努力，研究者們發(fā)現(xiàn)鋁電解電容器有著適用范圍廣、性能穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點。因此，就鋁電解電容器的技術現(xiàn)狀進行分析并就其發(fā)展趨勢進行探討，這對評估我國電子技術現(xiàn)階段的發(fā)展情況及預測其未來發(fā)展有著極大地幫助。

1 鋁電解電容器的結構介紹

鋁電解電容器是由經過腐蝕和形成氧化膜的陽極鋁箔、經過腐蝕和低化的陰極鋁箔、中間隔著絕緣電解紙卷繞后，分別引出陽極和陰極，再浸漬工作電解液，然后密封在鋁殼中而制成的。鋁電解電容器根據(jù)引出方式不同，分為引線型、焊針焊片型、螺栓型和表面貼裝的v-chip型，引線型見圖l。

2 對鋁電解電容器技術現(xiàn)狀分析

2.1 片式化技術

隨著整機廠家自動化技術的飛速發(fā)展和勞動力成本的不斷提升，傳統(tǒng)引線型鋁電解電容器不能適應快速表面貼裝的要求，而片式化v-chip鋁電解電容器能滿足高速自動化貼裝，減少勞動力成本，因此，片式化技術成為了促進鋁電解電容器技術發(fā)展的重要因素之一。由于片式化技術有著較大的技術難度和較高的材料成本，在我國的應用并不廣泛。目前，片式化鋁電解電容器技術應用最廣、研究最多的國家是日本，日本的大部分電子公司如：松下、NCC、rubycon等，都利用片式化技術作為自身產品的賣點，應用于高端領域。

2.2 電解質固態(tài)化技術

根據(jù)筆者的研究及統(tǒng)計，目前鋁電解電容器電解質固態(tài)化技術發(fā)展的最好的國家是日本，其三洋公司開發(fā)的TCNQ固態(tài)電解質及貴彌功株式會社與尼吉康株式會社開發(fā)的高質量固態(tài)電解質，是目前在全球范圍內使用的最主要的固態(tài)電解質。由于我國電子技術及基礎原材料的研究與發(fā)達的日本相比具有一定的差距及滯后性，電解質固態(tài)化技術在我國真正起步在最近幾年。但相信，隨著我國經濟的發(fā)展及優(yōu)秀人才數(shù)量的增多，電解質固態(tài)化技術在我國定將會得到大力的研究和提高。

2.3 高比容電極箔的制造技術

電容器的電容量C=ε0εrS/d，其中ε0是真空介電常數(shù)，εr是介質材料的相對介電常數(shù)，S是電極的有效面積，d是介質材料的厚度。對于鋁電解電容器介質材料Al203，εr=8-10.d=aVf，α≈1.4nm/V，Vf=10V～600V，則d約為0.014μm-0.9μm，比其它電容器小幾倍到幾百倍，因而，鋁電解電容器的單位體積電容量比其它電容器大幾倍到幾十倍，具有不可替代性。單位面積電容量稱為比容，常用單位μF/cm2，高比容電極箔是鋁電解電容器縮小體積的前提條件。

從上述公式可以得知，要提高電極箔的比容，只有提高的介質Al203相對介電常數(shù)εr、增加電極的有效面積S，降低介質材料的厚度d。通過孔洞腐蝕機理，陽極鋁箔和陰極鋁箔可以通過腐蝕使其表面積增加幾十倍到幾百倍，目前高比容電極箔主要依靠提高電子光箔的腐蝕系數(shù)來提高比容，但腐蝕系數(shù)提高，鋁箔的機械強度降低，包括抗拉強度和折曲強度。國內高比容電極箔，與世界一流水平日本存在一定的差距，特別是低壓高比容電極箔。近幾年，隨著電極箔腐蝕技術的提高，逐步縮小與日本一流水平的差距。

國內有研究機構對材料介電常數(shù)的研究有所突破，在介質氧化膜表面覆蓋新材料膜，保證氧化膜技術的條件下突破氧化鋁相對介電常數(shù)8～10上限，從而提升比容20%左右，已有廠商進入批量生產，主要用于25v工作電壓以下。

國內有研究機構對納米鋁進行了深入研究，將高純鋁納米化，然后壓延到較薄的鋁箔機體上，不規(guī)則的納米鋁孔洞技術，以提升電極表面積，從而提升電極箔的比容，如530vf高壓化成箔比容可以達到q.OUF/cm2以上，比傳統(tǒng)的腐蝕化成箔技術530vf提高比容30%以上，目前己能小批量生產納米技術化成箔，不再通過腐蝕擴面，其他性能待試驗確認。相信在不久的將來，國內高比容電極箔的工藝技術會大幅提升，縮小與日本的差距甚至趕超日本高比容電極箔。

3 對鋁電解電容器發(fā)展趨勢的探討

3.1 電容器小型化

從近幾年全球高科技的發(fā)展趨勢不難看出，電子產品的體積越來越小，便攜式電子設備應運而生，無論是電腦、平板電視機還是其他智能電子產品，都朝薄、小、輕的趨勢發(fā)展，而鋁電解電容器是此類智能電子產品的重要組成部分，基本決定電子產品的厚度。在這樣的背景下，眾多電子公司為了迎合市場也為了自身的發(fā)展，定會致力于研究并開發(fā)出體積更小的鋁電解電容器，而高比容電極箔技術奠定了小體積鋁電解電容器的趨勢。

3.2 固態(tài)化電解質電容器商品的廣泛化

正如筆者前文所敘述的那樣，傳統(tǒng)鋁電解電容器溫度特性差，在電容器使用過程易產氣鼓底甚至爆炸，高壓電解液本身是可燃液體，在正負電極短路情況下，可能造成電容器燃燒甚至釀成火災。而固態(tài)電解質電容器，具有極低的等效串聯(lián)電阻ESR，承受的紋波電流是液態(tài)鋁電解電容器的4～6倍，從而可以大大減少固態(tài)電容器的電容量，特別是便攜式電子設備，在手機充電器快充市場得到快速應用。隨著固態(tài)電解質技術的高壓化，固態(tài)電解質電容器必將呈現(xiàn)出廣泛化的發(fā)展趨勢，從低電壓向高電壓發(fā)展。

4 結束語

經過筆者上文的分析及討論不難看出，國外發(fā)達國家特別是日本在鋁電解電容器技術的研究及相關材料的研究仍處于領先地位，經過幾十年的發(fā)展，我國對鋁電解電容器技術的研究及相關材料的研究取得非常大的進步，特別在工業(yè)變頻器等應用領域，國內大型螺栓電容已取得一席之地。筆者相信，致力于電容器技術研究的專家與學者的不懈努力下，我國的鋁電解電容器技術定將會得到巨大的進步，縮小與日本等發(fā)達國家的差距，逐步蠶食日本、韓國等中高端電容器市場。

參考文獻

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