RUBYCON日本紅寶石|鋁電解電容器|廠家價格批發|技術詳解

  鋁電解電容器是電子和(hé)電氣線路中極爲重要的(de)基礎電子元件之一。它在電子線路中除了(le)作爲濾波、旁路、耦合和(hé)退耦作用(yòng)外, 還(hái)在特殊電路如圖像校正電路、分(fēn)頻(pín)電路、移相電路、脈沖電路、定時(shí)電路和(hé)儲能等電路中起特殊作用(yòng)。因此, 它在通(tōng)訊設備、移動辦公、視聽(tīng)系統、家用(yòng)電器、娛樂(yuè)電子、工業電子、醫用(yòng)電子、電子儀器儀表、汽車電子、電子對(duì)抗以及航空航天等領域得(de)到極其廣泛的(de)應用(yòng)。

傳統液體電解質型鋁電解電容器技術相對(duì)成熟、制造簡單、制造設備和(hé)原材料配套方便, 因此價格便宜、生産量和(hé)需求量大(dà)。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[約爲 (10–4~10–1S/cm], 導緻電容器串聯等效電阻較大(dà)、損耗較大(dà)。另外液體電解質還(hái)存在随溫度變化(huà)電阻率變化(huà)大(dà), 漏液等固有缺陷, 液體電解電容器在高(gāo)頻(pín)低阻抗、高(gāo)可(kě)靠性等應用(yòng)場(chǎng)合難以勝任。

随著(zhe)人(rén)們生活水(shuǐ)平不斷提高(gāo), 對(duì)各類電子設備提出了(le)特殊要求, 比如:手機需要加強娛樂(yuè)、影(yǐng)像和(hé)移動辦公等功能, 筆記本電腦(nǎo)需要更長(cháng)的(de)待機和(hé)工作時(shí)間等等, 家用(yòng)汽車需要增加導航、娛樂(yuè)和(hé)安全等功能。這(zhè)些需求導緻電子技術呈現以下(xià)特征:

(1) 移動電子線路供電電源電壓低壓化(huà);由于電子設備便攜式的(de)要求, 電池供電是唯一選擇, 锂離子電池工作電壓一般爲3.6 V左右 (筆記本電腦(nǎo)用(yòng)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爲1.5 V左右。

(2) 電子設備多(duō)功能化(huà);電子設備的(de)功能增加, 導緻在不同功能下(xià)工作時(shí)電子線路中負荷不均勻。

(3) CPU運行速度更高(gāo)速、功耗加大(dà);CPU的(de)工作頻(pín)率已經由MHz發展到GHz, 存儲器的(de)容量也(yě)由MBt發展到GBt, 導緻集成電路的(de)特征尺寸越來(lái)越小, 工作電壓越來(lái)越低, 1.8 V工作電壓越來(lái)越普遍, 同時(shí)功耗在增加。

另一方面, 工業電子、醫用(yòng)電子、電子對(duì)抗等部分(fēn)電路卻朝向高(gāo)工作電壓方向發展。比如, 高(gāo)能量脈沖電路、工業變頻(pín)器電路等, 爲了(le)減小電路内阻, 避免使用(yòng)電容器串聯, 要求單電容器工作電壓高(gāo)。

由此可(kě)見, 爲了(le)适應電子技術各方面的(de)高(gāo)速發展需要, 鋁電解電容器的(de)相關技術也(yě)必須有所突破。

爲了(le)應對(duì)上述電子技術的(de)發展需求, 鋁電解電容器的(de)性能特征除了(le)傳統的(de)小型化(huà)、薄型化(huà)、高(gāo)頻(pín)低阻抗、寬溫長(cháng)壽命、固體化(huà)、片式化(huà)和(hé)高(gāo)可(kě)靠外, 還(hái)呈現出工作電壓向高(gāo)低兩方向延伸等特點。

爲了(le)實現鋁電解電容器的(de)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(dà)幅度增加;

(3) 電解質的(de)電導率必須提高(gāo);

(4) 陽極鋁箔的(de)工作電壓應該向高(gāo)低兩方向延伸。

陽極、陰極鋁箔的(de)比容決定于腐蝕技術。近年來(lái), 在技術人(rén)員(yuán)的(de)不斷努力下(xià), 陽極、陰極鋁箔的(de)比容得(de)到了(le)較大(dà)的(de)提高(gāo), 然而, 提高(gāo)的(de)幅度都非常有限, 一般在百分(fēn)之幾到百分(fēn)之十幾。如果需要百分(fēn)之幾十的(de)比容提高(gāo), 在現有技術基礎上難于獲得(de)突破, 必須引入新技術。

同樣, 傳統的(de)電解液, 在新型抗水(shuǐ)合劑的(de)幫助下(xià), 電解液的(de)含水(shuǐ)量不斷提高(gāo), 電解液的(de)電導率相應地提高(gāo)。但是過高(gāo)的(de)含水(shuǐ)量不僅影(yǐng)響電容器的(de)工作溫度, 也(yě)影(yǐng)響可(kě)靠性, 況且最高(gāo)的(de)電導率也(yě)難于超過0.1S/cm。

針對(duì)上述技術瓶頸, 可(kě)能的(de)技術出路有以下(xià)方案:

(1) 複合介質 衆所周知傳統的(de)鋁電解電容器的(de)電介質是三氧化(huà)二鋁, 它的(de)εr一般約爲8~10。傳統陽極和(hé)陰極鋁箔比容提高(gāo)的(de)唯一手段就是依賴腐蝕來(lái)提高(gāo)鋁箔比表面積, 從而達到提高(gāo)陽極和(hé)陰極鋁箔比容的(de)目的(de)。另外, 許多(duō)金屬氧化(huà)物(wù)的(de)εr可(kě)以達到幾百、幾千甚至幾萬。如果将具有高(gāo)介電常數的(de)金屬氧化(huà)物(wù)薄膜引入腐蝕鋁箔表面, 形成複合介質, 有可(kě)能将陽極鋁箔的(de)比容提高(gāo)百分(fēn)之幾十, 甚至比容翻番。

(2) 蒸發鍍膜 傳統陰極鋁箔的(de)比容主要是利用(yòng)腐蝕形成的(de)高(gāo)比表面積的(de)表面與電解液形成的(de)雙電層容量。腐蝕形成的(de)表面粗糙度難與真空蒸發形成的(de)表面相媲美(měi), 由于真空蒸發形成的(de)表面大(dà)多(duō)屬于蒸發形成的(de)金屬原子疊加而成, 這(zhè)種方式對(duì)提高(gāo)比表面積非常有利, 但是如果金屬容易氧化(huà)或水(shuǐ)合, 那麽這(zhè)種鋁箔的(de)抗水(shuǐ)合或氧化(huà)的(de)能力将較差, 換句話(huà)說, 就是無法使用(yòng)。所以, 金屬種類的(de)選擇是很重要的(de)。

(3) 固體電解質 傳統的(de)電解液的(de)電導率較低, 約爲 (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(de)電離度較低, 可(kě)移動的(de)離子較少, 另一方面, 離子的(de)遷移率非常低。如果采用(yòng)電子導電物(wù)質替代離子導電物(wù)質, 由于電子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大(dà)于離子遷移率, 有可(kě)能大(dà)幅度提高(gāo)電導率。目前主要是采用(yòng)具有較高(gāo)電導率的(de)導電高(gāo)分(fēn)子材料, 比如, 聚吡咯或聚3, 4二氧乙烯噻吩, 它們的(de)電導率約爲102 S/cm, 比傳統電解液高(gāo)3個(gè)數量級。

(4) 特殊化(huà)成技術 爲了(le)實現超高(gāo)電壓 (化(huà)成電壓高(gāo)于800 V) 或超低電壓 (化(huà)成電壓低于10 V) , 需要開發特殊化(huà)成技術。

爲了(le)使高(gāo)介電常數的(de)氧化(huà)物(wù)薄膜複合到腐蝕鋁箔表面, 并具有高(gāo)的(de)介電常數, 要解決的(de)第一個(gè)難題是氧化(huà)物(wù)薄膜的(de)結晶溫度。由于鋁箔的(de)熔點隻有660℃, 而一般高(gāo)介電常數氧化(huà)物(wù)的(de)結晶溫度通(tōng)常高(gāo)于700℃, 因此需要通(tōng)過金屬離子絡合劑的(de)選擇來(lái)降低氧化(huà)物(wù)的(de)結晶溫度。第二個(gè)難題是腐蝕鋁箔表面具有複雜(zá)的(de)孔洞結構, 爲了(le)使氧化(huà)物(wù)先體溶液均勻地塗敷到孔洞表面, 需要合理(lǐ)地控制先體溶液的(de)黏度。

蒸發鍍膜方式一般情況下(xià)主要用(yòng)于蒸鍍表面均勻緻密的(de)薄膜, 而作爲電容器陰極使用(yòng)的(de)鋁箔由于高(gāo)比容的(de)要求, 必須使蒸鍍的(de)薄膜具有較高(gāo)的(de)粗糙度, 然而, 粗糙度越高(gāo), 薄膜的(de)附著(zhe)力越差。因此, 要解決的(de)第一個(gè)難題是保證足夠的(de)附著(zhe)力的(de)情況下(xià), 具有高(gāo)的(de)粗糙度。要解決的(de)第二個(gè)難題是在較高(gāo)的(de)粗糙度情況下(xià), 金屬原子之間的(de)連接很容易受到氧化(huà)或水(shuǐ)合的(de)作用(yòng)。一般選用(yòng)的(de)蒸鍍材料是钛或者碳。

由于固體電解質是作爲電容器的(de)陰極, 因此, 固體電解質必須與陽極表面緊密接觸, 而陽極表面具有複雜(zá)的(de)孔洞結構, 在這(zhè)種特殊表面上原位生長(cháng)導電高(gāo)分(fēn)子材料具有較高(gāo)的(de)難度。比較方便的(de)方法是采用(yòng)化(huà)學聚合法, 然而, 一般情況下(xià), 化(huà)學聚合方法制備的(de)導電高(gāo)分(fēn)子材料的(de)電導率較低。爲了(le)解決這(zhè)個(gè)問題通(tōng)常選用(yòng)具有高(gāo)電導率的(de)導電高(gāo)分(fēn)子材料, 比如, 聚3, 4二氧乙烯噻吩。同時(shí)需要解決複雜(zá)的(de)孔洞結構表面導電高(gāo)分(fēn)子材料的(de)均勻覆蓋問題。

另一種方法是采用(yòng)電化(huà)學方法聚合。由于電化(huà)學方法聚合比化(huà)學聚合方法制備的(de)導電高(gāo)分(fēn)子材料具有更規整的(de)結構和(hé)更高(gāo)的(de)電導率。這(zhè)樣導電高(gāo)分(fēn)子材料的(de)單體可(kě)以選擇較爲廉價的(de)材料, 比如, 吡咯單體。但是電化(huà)學方法需要使用(yòng)輔助電極和(hé)電源設備。

特殊化(huà)成主要指超高(gāo)電壓化(huà)成和(hé)超低電壓化(huà)成。有人(rén)可(kě)能認爲超低電壓化(huà)成沒有什(shén)麽難度, 其實不然。化(huà)成電壓太低時(shí), 往往化(huà)成箔的(de)穩定性和(hé)耐水(shuǐ)合性難于解決。由于這(zhè)類化(huà)成箔比容非常高(gāo), 處理(lǐ)不好會使比容大(dà)幅度下(xià)降。

相比之下(xià), 超高(gāo)電壓化(huà)成難度更大(dà)些。首先要解決的(de)是閃火問題。解決閃火問題需要采用(yòng)非水(shuǐ)化(huà)成液。另外要解決的(de)是化(huà)成箔發脆問題。因爲, 化(huà)成電壓高(gāo), 形成的(de)氧化(huà)膜厚度大(dà), 氧化(huà)膜的(de)結構控制顯得(de)非常重要。

低壓複合介質化(huà)成箔實驗室比容增幅約爲50%以上, 上線實驗比容增幅約爲30%;采用(yòng)複合介質化(huà)成箔制作的(de)電容器通(tōng)過了(le)105℃2 500 h壽命試驗。高(gāo)壓箔實驗室比容增幅約爲10%以上, 目前尚未上線實驗。

蒸鍍材料采用(yòng)钛時(shí)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(yòng)蒸鍍陰極箔制作的(de)電容器通(tōng)過了(le)105℃1 500 h壽命試驗。

采用(yòng)聚吡咯作爲固體電解質的(de)疊層片式電容器主要指标:電壓爲2~16 V, 容量爲10~330µF, tanδ約爲1%, 100 k Hz Res可(kě)達5 mΩ。

随著(zhe)電子技術的(de)不斷發展, 對(duì)鋁電解電容器提出了(le)新的(de)要求。爲了(le)适應形勢的(de)發展, 鋁電解電容器的(de)技術也(yě)在不斷取得(de)進步。尤其是高(gāo)介複合氧化(huà)膜技術、真空蒸發鍍膜陰極技術和(hé)固體片式電解電容器技術方面均取得(de)了(le)實質性進步, 已經開始或即将開始大(dà)批量生産應用(yòng)。這(zhè)些新技術的(de)普及, 必将對(duì)鋁電解電容器的(de)技術發展産生革命性的(de)影(yǐng)響。