半导体|【知识分享】关于铝电解电容,看这一篇就够了!( 二 )


形成氧化膜后的铝箔在电解液中是具有整流特性的金属 , 就像是一个二极管 , 被称之为阀金属 。

①阳极铝箔
首先 , 为了扩大表面积 , 将铝箔材料置于氯化物水溶液中进行电化学蚀刻 。 然后 , 在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后 , 在铝箔表面形成电介质氧化层(Al2O3) , 这个电介质层是很薄很致密的氧化膜 , 大概1.1~1.5nm/V绝缘电阻大约为10^8~10^9Ω /m 。 氧化层的厚度和耐压成正比 。
②阴极铝箔
同阳极箔一样 , 阴极铝箔同样有蚀刻的程序 , 但是没有氧化的程序 。 因此 , 阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的(Al2O3) , 能承受的电压只有0.5V左右 。
③电解液
电解液是由离子导电的液体 , 是真正意义上的阴极 , 起着连接阳极铝箔表面电介质层的作用 。 而阴极铝箔类似集电极一样起着连接真正阴极和内部电路的作用 。 电解液是决定电容器特性(温度特性 , 频率特性 , 使用寿命等)的关键材料 。
④电解纸
电解纸主要起着均衡电解液的分布并保持阴极箔和阳极箔间隔的作用 。
2.4
①蚀刻(扩大表面积)
蚀刻的作用是扩大铝箔表面积 。 蚀刻是在氯化物溶液中施加交流或直流电流的电化学过程 。
②化成(形成电介质层)
化成是在阳极铝箔表面形成电介质层(Al2O3)的过程 。 一般将化成过的铝箔作为阳极使用 。
③裁剪
按照不同产品的尺寸要求将铝箔(阴极箔和阳极箔)和电解纸剪切为需要的尺寸 。

【半导体|【知识分享】关于铝电解电容,看这一篇就够了!】④卷绕
将阴极箔和阳极箔之间插入电解纸 , 然后卷绕成圆柱形 , 在卷绕工艺上阴极箔和阳极箔上连接端子 。
⑤含浸
含浸是将素子浸入电解液中的过程 。 电解液能对电介质层进一步修复 。
⑥密封
密封是将素子装入铝壳中后用封口材料(橡胶 , 橡胶盖等)密封的过程 。

⑦老化(再化成)
老化是对密封后的电容器在高温下施加电压的过程 。 这个过程能将裁剪和卷绕过程时电介质层的一些受损进行修复 。
⑧全检 , 包装
老化之后 , 将对所有产品进行电气特性检查 。 并进行端子加工 , 编带等 。 最后进行包装 。
3
3.1
电极表面积越大 , 容量(储存电荷的能力)越大 。 铝电解电容器的静电容量值是在20℃ , 120Hz /0.5V的交流电条件下测试的值 。
①温度升高 , 容量也会升高;温度降低 , 容量也会降低 。

②频率越高 , 容量越小;频率越低 , 容量越大 。

3.2
电解电容等效电路如上图(忽略了绝缘电阻) , 当频率为120Hz(一般电容器标称的损耗角就是在此频率下测得的)时 , 频率相对等效串联电感L非常低 , 因此可以忽略L , 损耗角模型如下图:
可以得到损耗角公式:
损耗角与温度的关系如下图 , 温度越高 , 损耗角越小 。
在低温的时候 , 可以看到损耗角变大很多 , 在20℃时是0.05 , 在-40℃时是0.09 , 根据公式说明ESR增大了接近1倍 。
3.3
漏电流是铝电解电容器特性之一 , 当施加直流电压时 , 电介质氧化层允许很小的电流通过 , 这一部分小电流称为漏电流 。 理想的电容器是不会产生漏电流的情况(和充电电流不一样 , 即使电压恒定 , 这个电流也是持续存在的) 。
漏电流会随时间而变化 , 如图所示、随时间而减小后会达到一个稳定值 。 因此 , 漏电流的规格值为20℃下施加额定电压一段时间之后所测量的值 。