电子元器件详解之铝电解电容

实际电容等效电路图
a) 等效并联电阻EPR，又称作泄漏电阻
b) 等效串联电阻ESR，我们通常所说的ESR是为了理解方便和计算方便代表电容总的损耗的一个参数
c) 等效串联电感ESL，卷筒制结构的电解电容具有相当大的自感，对于高频去耦更合适的选择应该是单片陶瓷电容器
d) 介电存储(吸收)DA：一种有滞后性质的内部电荷分布，它使快速放电然后开路的电容器恢复一部分电荷，不甚关注电容器电荷量精度的场合 可以忽视该效应
方法是通过穿透铝箔，折叠起来的方式。 4）、铝壳：铝壳是由铝板冲压或铝片挤压而成的圆筒形容器，一般在底部或腰部作一槽沟，成为铝壳最脆弱的部位，此称 为防爆槽，当电容使用时内部出现压力超规，此防爆槽便裂开，使压力排出。 • 一般只有直径≥6.3mm 的电解才会有防爆阀 。
电解电容
5）、迫紧（橡胶盖）：橡胶盖是采用天然胶或合成胶制成，其功能是在电容器的封口处起封闭的功能，封闭效果不好将影 响电容器的寿命。 • 需要注意的是：为了释放水分解产生的氢气，橡胶塞并不是绝对的密封，当内外压力差值超过某一值时，氢气可单向透过
电解电容
1.4 电解电容的制作工艺
钉接Biblioteka 卷取封口套管含浸 充电
组立
电解电容
几个关键工序的说明：
1）、腐蚀化成：铝氧化膜的形成要对铝箔进行腐蚀和赋能两个工艺。氧化膜厚度随着化 成电压的增大而增大，其比率是1.2~1.5 nm/V，比如有一个450V额定电压的铝电容，若 比例系数为1.4，则化成电压为450×1.4＝600V，这样其氧化膜的厚度大概为1.5nm×600 = 900nm。 2）、钉接：把端子线钉接在铝箔上，让端子线与铝箔密合及电气连通，借由端子线使铝 箔与电源正负极导通。此站要对尺寸、花瓣、钉接厚度及钉接阻抗管制。 3）、卷取：利用自动卷绕机把正负箔及电解纸卷绕成一定φ 径的素子，电解纸在正负箔 之间，起到正负隔离作用，此站主要管制的是：尺寸、外观、短路、重叠性。 4）、含浸：将已卷取好的素子放入真空含浸机中进行电解液含浸，使电解液渗入电解纸 中，并均匀附着于铝箔表面上，此站管制的是：素子干燥时间、真空含浸时间、真空度的 确认。 5）、封口：将铝壳与迫紧加以封合，防止电解液外漏，此站主要管制的是縮腰尺寸及其 密合性。 6）、充电老化：老化会施加一个大于额定电压但小于形成电压的直流电压，一般会在电 容的额定温度下进行（也可能在其它温度甚至室温下），这个过程可以修复氧化膜的缺陷， 使铝箔边缘和导针表面都形成氧化膜，以降低漏电流。
使用电解液作为阴极的好处： 液体可以渗入粗糙表面电极深处使电极与原来的粗糙电极严密接 触，使铝箔腐蚀的面积和正负极的间距（氧化膜的厚度）有效。
电解电容
电解电容的基本组件主要包 括以下几部分：
电解电容
说明：
1）、铝箔：正箔采用高纯度铝（99.99％），其厚度通常在60-110um之间，负箔采用纯度99.7％的铝，厚度较薄，通常在 15-50um之间。 • 对于低压电容，铝箔表面面积可以通过刻蚀增大100倍，对高压则一般为20～30倍；对铝箔的纯度要适当，因为同时要保
电子元器件详解之 --------铝电解电容
Introduction of Aluminum Electrolytic Capacitor
目录
01 电解电容的基本知识 02 电解电容的参数特性 03 电解电容的应用说明 04 典型失效案例分析
原理构造 工艺工序
参数详解 寿命计算
• 工艺工序
应用要求 失效机理
从电容谈起
1.3电容的分类
由C=εS/4πkd，如何获得大容量电容？
电容器根据所用的的介质分成三类：
1、无机介质电容器 • 瓷介电容器、云母电容器、玻璃及玻璃釉电容器等 2、有机介质电容器 • 纸介电容器、聚酯薄膜电容器、聚酰亚胺电容器等 3、电解电容器 • 铝电解电容器、钽电解电容器、铌电解电容器
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。但另一方面，水合反应会在铝电解电容器的负极箔表面形成电阻率非常高的 铝水合物。
1、电解电容的基本知识
• 原理构造 • 工艺工序
从电容谈起
1.1电容的基本原理
所谓电容器就是由中间夹有电介质的两块金属构成的的电子元件 电容为基本物理量，符号C，单位为F（法拉）
1F=103mF=106μF=109nF=1012pF • 孤立导体的电容C=Q/U • 平板电容的电容量C=εS/4πkd
橡胶逸出，消除爆破的危险。总的来说，封得太密，会导致过强的压力，太松，则会使电解液容易挥发干涸失效。 6）、套管：套管是由有机材料制成之圆筒状物，遇热后收縮而包裹在电容外壳上，并列印标示商标，规格、系列、极性、 工作电压、最高使用温度范围及生产Date code等。 • 目前一般有PVC（聚氯乙烯）和PET（聚酯树脂）两种材质。 7）、电解液：由溶质+溶剂+添加剂构成，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。一般有乙 二醇、甘油、弱酸（提供阴离子团）、碱（如有机胺，调节PH值、闪火电压、电阻率）、添加物（如防止铝氧化膜发生水 合反应的磷酸或其盐，吸收氢的二硝基苯，提高闪火电压的乙稀氧化物） • 特别要说明的是水在电解液成分中占据一个主要角色，特别是低压电解电容，需要添加一定的水。它可以增加了电解液可
（ ε为介电常数，k为静电力常量，S为两极板正对面积，d为两板间距离）
电介质为什么能提高电容量？介电常数？ ε = εr（相对介电常数）* ε0（真空介电常数）
从电容谈起
1.2基本特性
• “通交流隔直流，通高频阻低频”
与“理想”电容器不同，“实际”电容器需要用附加的“寄生”元件或 “非理想 ”性能来表征：
从电容谈起
铝电解电容是如何同时增大电极板面积，减小电极板间距来获得小体积大容量？
电容器的一个电极弄粗糙以增加电极表面积 用电解液渗入粗糙表面电极深处，氧化膜的厚度即
为两极的距离
电解电容
1.4 电解电容的结构
通用型铝电解电容器的基本结构是箔式卷绕型的结构，阳极为铝 金属箔，电介质是用电化学方法在阳极金属箔表面上形成的阀金 属氧化膜，真正意义的阴极为多孔性电解纸所吸附的工作电解质， 而阴极铝箔只是起到连接真正阴极和内部电路的作用。
证起始腐蚀点数，机械强度和介质氧化膜的性能。 2）、电解纸：电解纸是用来防止两电极箔接触而短路，且经电解液含浸后可吸收电解液，达到介电的功效。 • 一般有两类，PE（牛皮纸浆）系列和ME（马尼拉麻纸）系列，PE系列比ME系列较厚且韧性好，而ME系列则韧性差颜色
较PE系列要白，当铝箔有毛刺时易刺破电解纸引起短路。 3）、端子线（PIN）：端子线是铝箔与电路中焊锡的桥梁，其正极比负极较长，但两者的材质是相同的，它是用铝棒和镀锡 铜线包钢线，利用瞬间大电流焊接，然后再通过成型和化成而成。 • 端子线和铝箔的铆接方法是采用微处理器控制定位的冷压焊接，以保证这过程中芯子的寄生电感小于2nH。较古老的铆接