金長(zhǎng)名

摘要 本文中，筆者對(duì)鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，對(duì)鋁電解電容器技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析及介紹，并根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】鋁電解電容器技術(shù) 現(xiàn)狀分析 發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

電容器顧名思義就是存儲(chǔ)電荷的容器，其主要被運(yùn)用到電路中，起到濾波、耦合、轉(zhuǎn)換能量、控制回路等的作用。經(jīng)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(diǎn)。因此，就鋁電解電容器的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析并就其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討，這對(duì)評(píng)估我國(guó)電子技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展情況及預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展有著極大地幫助。

1 鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)介紹

鋁電解電容器是由經(jīng)過腐蝕和形成氧化膜的陽(yáng)極鋁箔、經(jīng)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(yáng)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(duì)鋁電解電容器技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 片式化技術(shù)

隨著整機(jī)廠家自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和勞動(dòng)力成本的不斷提升，傳統(tǒng)引線型鋁電解電容器不能適應(yīng)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(dòng)化貼裝，減少勞動(dòng)力成本，因此，片式化技術(shù)成為了促進(jìn)鋁電解電容器技術(shù)發(fā)展的重要因素之一。由于片式化技術(shù)有著較大的技術(shù)難度和較高的材料成本，在我國(guó)的應(yīng)用并不廣泛。目前，片式化鋁電解電容器技術(shù)應(yīng)用最廣、研究最多的國(guó)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(shù)作為自身產(chǎn)品的賣點(diǎn)，應(yīng)用于高端領(lǐng)域。

2.2 電解質(zhì)固態(tài)化技術(shù)

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

2.3 高比容電極箔的制造技術(shù)

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(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)，S是電極的有效面積，d是介質(zhì)材料的厚度。對(duì)于鋁電解電容器介質(zhì)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(zhì)Al203相對(duì)介電常數(shù)εr、增加電極的有效面積S，降低介質(zhì)材料的厚度d。通過孔洞腐蝕機(jī)理，陽(yáng)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(lái)提高比容，但腐蝕系數(shù)提高，鋁箔的機(jī)械強(qiáng)度降低，包括抗拉強(qiáng)度和折曲強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)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(shù)的提高，逐步縮小與日本一流水平的差距。

國(guó)內(nèi)有研究機(jī)構(gòu)對(duì)材料介電常數(shù)的研究有所突破，在介質(zhì)氧化膜表面覆蓋新材料膜，保證氧化膜技術(shù)的條件下突破氧化鋁相對(duì)介電常數(shù)8～10上限，從而提升比容20%左右，已有廠商進(jìn)入批量生產(chǎn)，主要用于25v工作電壓以下。

國(guó)內(nèi)有研究機(jī)構(gòu)對(duì)納米鋁進(jìn)行了深入研究，將高純鋁納米化，然后壓延到較薄的鋁箔機(jī)體上，不規(guī)則的納米鋁孔洞技術(shù)，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(dá)到q.OUF/cm2以上，比傳統(tǒng)的腐蝕化成箔技術(shù)530vf提高比容30%以上，目前己能小批量生產(chǎn)納米技術(shù)化成箔，不再通過腐蝕擴(kuò)面，其他性能待試驗(yàn)確認(rèn)。相信在不久的將來(lái)，國(guó)內(nèi)高比容電極箔的工藝技術(shù)會(huì)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(duì)鋁電解電容器發(fā)展趨勢(shì)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(shì)不難看出，電子產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，便攜式電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，無(wú)論是電腦、平板電視機(jī)還是其他智能電子產(chǎn)品，都朝薄、小、輕的趨勢(shì)發(fā)展，而鋁電解電容器是此類智能電子產(chǎn)品的重要組成部分，基本決定電子產(chǎn)品的厚度。在這樣的背景下，眾多電子公司為了迎合市場(chǎng)也為了自身的發(fā)展，定會(huì)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(shù)奠定了小體積鋁電解電容器的趨勢(shì)。

3.2 固態(tài)化電解質(zhì)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(chǎn)氣鼓底甚至爆炸，高壓電解液本身是可燃液體，在正負(fù)電極短路情況下，可能造成電容器燃燒甚至釀成火災(zāi)。而固態(tài)電解質(zhì)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(shè)備，在手機(jī)充電器快充市場(chǎng)得到快速應(yīng)用。隨著固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)的高壓化，固態(tài)電解質(zhì)電容器必將呈現(xiàn)出廣泛化的發(fā)展趨勢(shì)，從低電壓向高電壓發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過筆者上文的分析及討論不難看出，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家特別是日本在鋁電解電容器技術(shù)的研究及相關(guān)材料的研究仍處于領(lǐng)先地位，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)對(duì)鋁電解電容器技術(shù)的研究及相關(guān)材料的研究取得非常大的進(jìn)步，特別在工業(yè)變頻器等應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)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(shù)研究的專家與學(xué)者的不懈努力下，我國(guó)的鋁電解電容器技術(shù)定將會(huì)得到巨大的進(jìn)步，縮小與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，逐步蠶食日本、韓國(guó)等中高端電容器市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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