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铝电解电容器的结构及生产工艺


发布时间: 09-18 13:15 浏览次数:28

电容器结构 

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这些图展示了非表面安装铝电解电容的典型结构

腐蚀

阳极和阴极金属箔是由高纯度的,很薄的只有 0.02—0.1mm 铝箔做成的,为了增加盘面积和电容量,与电解液接触的表面积的增加是通过蚀刻金属箔去溶解铝,使整个铝箔的表面形成一个高密度的网状的有几十亿个精细微管道的结构。蚀刻技术是牵引在滚筒上的铝箔通过氯化物溶液,并且在蚀刻溶液和铝箔之间加 AC,DC 或 AC-&-DC 电压。表面面积对于低压电容来说可以增加 100 倍,对于高压电容来说可以增加 20-25 倍。

化成

阳极箔上有电容器的电介质。电介质是一层很薄的铝氧化物, Al2O3,它是在阳极箔上的化学生成的,这个过程叫“化成”。 化成的完成是通过牵引在滚筒上的阳极箔通过一个电解液池,并且在池和箔之间加持续的 DC 电压。这个电压是最后电容器额定电压的 135%-200%。这个铝氧化物的厚度是 1.4-1.5nm/V 的化成电压。例如,一个 450V 的电容器的阳极箔的化成电压超过 600V,氧化物的厚度大约是 900nm,还不到人的头发的百分之一。

化成显著地减小了箔的有效表面积,因为氧化物闭塞了部分的精细微管道。管道的蚀刻模式的调整是通过选择箔和蚀刻工艺进行的,低压阳极有密集的管道模式对应薄的氧化物,高压阳极有粗糙的管道模式对应厚的氧化物。阴极箔不用化成,它保持着很高的表面积和高密度的蚀刻模式。

裁切

箔的蚀刻和成形是在一个 40-50cm 宽的大卷上完成的,然后根据最终电容器的长度裁切成各种不同的宽度。

卷绕

电容元件的卷绕是在有轴的卷绕机上完成的,一层隔离纸,一层阳极箔,另一层隔离纸和阴极箔。这些被卷绕成圆柱形,用一个压力敏感的带子绑紧防止展开。这些隔离物防止箔之间接触形成短路,这些隔离物后来保留住电解液。在卷绕铝带前或卷绕铝带过程中为后来连接电容器端子附上箔。最好的方法是通过冷焊,把箔焊上带子,带子的位置在卷绕期间由微机控制,那样电容元件的电感可以低于 2 nH。老的附件的方法是通过立桩标界,一个方法是冲压整个带子然后折叠被冲压下的金属箔。冷焊可以减少短路失效,达到更好的高纹波电流性能和放电性能。其中个别的定标立桩可能由于高电流失效,就象纽扣突然从一个胖人的衣服上绷下来。

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连接端子

在 SMT 电容和微小型电容里有橡皮塞,带子的扩展部分是电容器的端子。但大罐电容器如牛角和螺栓端子型,带子铆在或焊在电容器顶部的下面与插入端子相连。焊接产生最低的接触电阻和最高的电流处理能力。有电阻焊和超声波焊接两种方法可用。高达 12 对带子可以用,大螺栓端子电容经常在安装期间要求更强的机械支撑,那样电容可能先铆在端子的延伸柱上,然后焊接。在轴向引线的电容里阴极带在密封之前焊接到罐上。

浸渍

电容器元件注入电解液,去浸透纸隔离物并且渗透到蚀刻管道里。注入的方法可能会涉及到器件的浸入和真空压力周期的使用,不管使用或不使用加热,或者在小单元情况下仅仅是简单的吸收。电解液是根据电压和工作温度范围使用不同配方成分复杂的混合物。其主要成分是溶剂和导电性的盐-一种溶质-用来导电。普通的溶剂是乙烯乙二醇(EG), 二甲基的甲酰胺(DFM)和 γ 丁内酯(GBL)。普通的溶质是铵硼酸盐和其它的铵盐。EG 典型应用于额定值为-20℃或-40℃的电容。DFM 和 GBL 经常应用于额定值为-55℃的电容。

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在电解液里水起很大的作用。水增加了导电性因此降低了电容的阻抗。但是它降低了沸点因而妨碍了高温性能,缩短了贮藏寿命。几个百分点的水是必要的,因为电解液要维持铝氧化物电介质的完整性。当漏电流流动时,水分解为氢和氧,氧被附着在阳极金属薄片上通过增加更多的氧化物来修复漏电位置。而氢通过电容的密封橡胶溢出。

封口

电容元件被密封在一个罐子里。尽管大部分的罐子是铝,石碳酸的罐子经常被用在马达启动器的电容上。为了释放氢,密封圈不是密闭的,它经常是压力封闭的,即将罐子的边沿滚进一个橡胶垫圈,一个橡胶末端插销或滚进压成石碳酸薄板的橡胶。在小电容中模子石碳酸树脂或聚亚苯基硫化物可以替代橡胶。太紧密封会导致压力增加,太松则密封会因为电解液的可允许的流失而导致缩短寿命。

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。

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