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铝电解电容器的原理与制造

电解电容器被广泛的应用于各种设备上,它的价格相较其他种类的电容器具有压倒性的优势,因为它的生产成本很低,所用的材料都是普通的工业原料,所用的生产设备的价格也较低,生产工艺简单,可以大规模批量生产。它单位体积的电容量可以做到很大,是其他种类电容器的几十甚至上百倍。但铝电解电容也有缺陷,它的漏电流相对较大,稳定性低,高频性能差,有正负极之分。
 
铝电解电容这些特点都是由它本身的结构和制造工艺决定的,下文将对铝电解电容的结构原理与生产工艺进行介绍。
 
铝电解电容的结构包括这样几个部分:阳极铝箔及其之上作为电介质的氧化铝膜,阴极箔,电解液,浸渍了电解液的分隔纸。氧化铝膜是通过阳极箔的阳极氧化形成,它非常薄,它的厚度与电压成比例。

C=ε0∙εr∙Ad
C :电容量
ε0:绝对介电常数
εr:相对介电常数
A:电容电极表面积
d:电极间距
阳极上的氧化膜可以承受正向的直流电压。当电容器接入相反方向的电压时,氧化膜就失去了承受电压的能力,这也就是铝电解电容存在极性的原因。
 
铝电解电容的生产工艺
1 蚀刻
将原料铝箔进行蚀刻,可以极大的增加铝箔的表面积,目的是得到更高的电容值。在蚀刻制程中,将铝箔至于通着交流/直流电的氯化物溶液中,用来腐蚀铝箔的表面。经此处理后耐低压铝箔的表面积可增大60-150倍,耐高压的铝箔可增大10-30倍。


经过蚀刻的铝箔表面
2 阳极氧化处理(形成电介质层)
对阳极箔进一步处理,在其表面形成氧化铝膜。氧化铝膜做为电解电容的电介质层。将铝箔沉浸在铵盐、硼酸溶液或使磷酸溶液中,对溶液同直流电压,那么铝箔就变为阳极,溶液就变为负极了。氧化铝膜的形成与施加的电压成比例,阳极氧化膜的厚度为13-15angstrom/V。

阳极箔表面的氧化铝层
 
3 切割
将经过上述两道工序处理过的铝箔卷切割成指定宽度的铝箔卷。

切割后的铝箔卷
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 固定与卷绕
经过切割的阳极箔和阴极箔用引线固定,然后将它们缠绕成圆柱状,中间加入分隔纸。
固定与缠绕工序
 
5 浸渍
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。
6 装配
将金属引线连接到浸渍的电解液中的电极,然后用橡皮圈密封。

装配好的电容器
 
7 封装
将电容元件放入铝制容器中,然后将铝制盖板与铝制容器密封在一起

将要封装的电容器
 
 
 

封装好的电容器
8 装套
将带有电容器参数信息的PVC或PET材料套在电容器上,经过加热PVC或PET材料就会收缩,紧紧的贴附在电容器上。

装套好的电容器
 
9 老化
在此电容装配完成了整个周期。最后的生产步骤是老化即给电容加上高于额定电压但是小于化成电压的直流电压,通常是在电容的额定温度下加上电压的,但是也可能使用其它的温度甚至室温。这个步骤改良了在阳极薄膜上的剪切边缘和任何坏点,覆盖上任何带铝氧化电介质的裸铝。老化可以减少或消除早期寿命失效(早期失效)。低的初始的直流漏电流就是有效老化的表征。
 
10 工序检验与包装
 
11 出厂检验

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