史上最全固態(tài)電容工藝性能介紹

1、導電聚合物固體電解質導電聚合物固體電解質鋁電解電容器鋁電解電容器深圳振華富電子有限公司 談 斌 2010振華富電子振華富電子目錄 1、鋁電解電容器簡介 2、鋁電解電容器的發(fā)展 3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝 4、固體電解質鋁電解電容器優(yōu)異特性 5、固體電解質鋁電解電容器的典型應用 6、“振華富”產品系列及行業(yè)狀況振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介1）什么是電容器？ 儲存電荷的容器，由二塊極板中間間隔介質層組成，三大無源器件之一（電容、電感、電阻），在電子設備中大量使用。振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介2）電容器的作用？ 隔直流阻交流，電路中主要用作 1、濾波、旁路 2、儲能

2、： 3、耦合： 4、調諧等振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介3）電容器的分類（按介質材料分）？振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介4）什么是電解電容？ 電解電容是指在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬表面采用陽極氧化法生成一層氧化物做為介質層，以電解質作為陰極而構成的電容器。以液體鋁電容器為列說明，如圖： 振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介電解電容器分類電解電容器分類按閥門金屬種類分：按閥門金屬種類分： 鋁電解電容器鋁電解電容器；鉭電解電容器或鈮電解電容器。按電解質狀態(tài)分：按電解質狀態(tài)分： 液態(tài)電解電容器和固體電解質電容器。按陽極呈現(xiàn)的狀態(tài)分：按陽極呈現(xiàn)的狀態(tài)分：箔式卷繞型電解電容器；燒結

3、型電解電容器。按正負極引出方式分：按正負極引出方式分：引線型；牛角型；焊片型；螺栓型；表面貼狀型（V-CHIP）。按特性分：按特性分： 通用型；寬溫型；長壽命型；無極性型；低漏電流型；低阻抗型(LOW ESR);高頻特低阻抗型;耐高紋波型。振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介 現(xiàn)在市面上可見的電解電容器主要以鋁、鉭電解電容為主。因電解電容單位容量大，額定容量可以做到非常大（幾千微法甚至幾法拉），占據(jù)電容器市場的半壁江山。其中鋁電解電容器因價格便宜、性能優(yōu)異，又占據(jù)了電解電容市場的80%以上,在大容量的應用領域具有其獨特的優(yōu)勢。振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介振華富電子振華富電子目前

4、通用型鋁電解電容器主要為卷繞型鋁容器徑向引線型 牛角端子型（基板自立式） 螺栓端子型 立式貼片型（V-CHIP）1、鋁電解電容器簡介內部結構，如下圖： 陽極為鋁金屬箔，介質是用電化學方法在陽極金屬箔表面上形成的閥金屬氧化膜AL2O3 ，陰極則為多孔性電解紙所吸附的工作電解質振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介 1-1鋁電解電容器的結構特點：(1)、介質層、介質層-閥金屬氧化膜閥金屬氧化膜AL2O3的的單向導電特性單向導電特性，鋁電解電，鋁電解電容器有正負極之分。容器有正負極之分。(2)、高的電場強度高的電場強度(600Kv/mm)：利用電化學方法，在腐蝕過：利用電化學方法，在腐蝕過的陽極鋁

5、箔表面上生成一層極薄的，約的陽極鋁箔表面上生成一層極薄的，約0.01一一1 um的鋁氧化膜的鋁氧化膜作為電容器的電介質，它與鋁箔陽極結合為一整體。作為電容器的電介質，它與鋁箔陽極結合為一整體。(3)、電解電容器的陰極是電解質電解電容器的陰極是電解質。電解質根據(jù)其物理狀態(tài)可。電解質根據(jù)其物理狀態(tài)可分為液體電解質、固體電解質。為了使電容器的陰極與外電路分為液體電解質、固體電解質。為了使電容器的陰極與外電路相接，必須從結構上加一陰極引出板（陰極箔）成為一完整的相接，必須從結構上加一陰極引出板（陰極箔）成為一完整的結構。結構。振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介1-2 鋁電解電容器的主要參數(shù)：（1

6、）額定電壓（UR）：電容器在額定溫度范圍內所允許的連續(xù)工作最 大直流電壓或脈沖電壓的峰值；（2）浪涌電壓（US）：短時間內電容器可以承受的最大電壓值；一般中低壓產品， US=1.15 UR（3）電容量（uF）及誤差（%）：電容量表明電容器儲存電荷的能力，容量誤差是電容器實際容量偏離標稱值的范圍，一般為20%； 同等規(guī)格的產品，電壓越高，容量越低，大約電壓提高一倍，容 量下降13倍，電壓越高，降幅越大；振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介1-2 鋁電解電容器的主要參數(shù)解釋：（4）漏電流（uA）：額定電壓施加在電容器（加保護電阻）上所測得的泄漏電流，表征電容器介質的絕緣性能； 漏電流與容量大小

7、、施加電壓高低、使用溫度、測試時間等相關。 小型鋁電容的測試時間一般為2分鐘，初始測試電流包括了位移電流、吸收電流、漏電流，位移電流與吸收電流會隨時間迅速減小。所以鋁電容在測試過程中可以看到漏電流隨測試時間迅速減小，然后趨于穩(wěn)定。振華富電子振華富電子1、鋁電解電容器簡介1-2 鋁電解電容器的主要參數(shù)解釋：（5）損耗：用損耗角正切表示，是在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率。 電容器的損耗，在直流電壓下主要為漏導損耗，在交流電壓下主要為漏導損耗和介質極化損耗。 電容器會因為消耗能量而發(fā)熱。 振華富電子振華富電子tgUIUIPPcossin無有 1-2鋁電解電容器的主要參數(shù)

8、解釋：（6）ESR（毫歐）： 即電容器的等效串聯(lián)電阻ESR，如下圖電容器的等效電路所示。 ESR會影響到產品的功率損耗、高頻特性、濾波效果等。 電容器等效電路圖振華富電子振華富電子 1-2鋁電解電容器的主要參數(shù)解釋：（7）額定紋波電流（mA): 在規(guī)定頻率下最大允許交流電流的有效值，在該電流下電容器可在規(guī)定的上限溫度下連續(xù)工作。 最大允許紋波電流決定于環(huán)境溫度，電容表面積（散熱區(qū)域），耗散因數(shù)tan (或者 ESR) 以及交流頻率。 由于熱應力對電容壽命有決定性作用，由紋波電流產生的熱量就是影響使用壽命的重要因數(shù)。 （8）溫度范圍：電容器設計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍振華富電子振華富電子

9、2、鋁電解電容器的發(fā)展 傳統(tǒng)的液體鋁電解電容存在的問題： 1）溫度特性差，性能隨溫度波動大； 2）ESR值大，高頻濾波特性差等； 3）電解質為離子傳導，高頻響應能力差； 4）電解液在長時間的使用過程，會逐漸 干涸，限制長期使用壽命。 5）液體電解質易受熱膨脹，出現(xiàn)漏液或受熱膨脹，出現(xiàn)漏液或爆裂爆裂的現(xiàn)象（如右圖）的現(xiàn)象（如右圖）振華富電子振華富電子2、鋁電解電容器的發(fā)展 要解決傳統(tǒng)液態(tài)鋁電解電容存在的問題，改變陰極材料及制取工藝是有效途徑。用電導率高的固態(tài)導電材料取代傳統(tǒng)的電解液，極大地提高了電解電容器的性能及可靠性。固態(tài)電解電容具有高頻低ESR（高紋波電流）、長壽命高可靠等優(yōu)異特征，解決了傳

10、統(tǒng)產品電解液易干涸、漏液、爆裂等問爆裂等問題。題。振華富電子振華富電子2、鋁電解電容器的發(fā)展 而固體鋁電解電容器又經歷了三代的發(fā)展，主要體現(xiàn)在固體電解質的改變(1)、1983年日本三洋電機開發(fā)出了有機半導體年日本三洋電機開發(fā)出了有機半導體TCNQ型固體鋁電解型固體鋁電解電容器，這是真正意義上的第一代固體鋁電解電容器，商品名為電容器，這是真正意義上的第一代固體鋁電解電容器，商品名為OS-Con型鋁電解電容器。型鋁電解電容器。 TCNQ的電導率約為的電導率約為1S/cm，遠高于液體電解質（電導率，遠高于液體電解質（電導率0.01S/cm數(shù)量級），因此數(shù)量級），因此OS-Con具有比液體鋁電容器低得

11、多的具有比液體鋁電容器低得多的ESR，具有很好的高頻特性。具有很好的高頻特性。TCNQ的熱加工不好，只能在很窄的溫度范圍內保持短時間的熔融狀態(tài)，的熱加工不好，只能在很窄的溫度范圍內保持短時間的熔融狀態(tài)，對于制造工藝有非常嚴格的要求。此外對于制造工藝有非常嚴格的要求。此外TCNQ的耐焊接熱穩(wěn)定性也不夠的耐焊接熱穩(wěn)定性也不夠好，這些都在一定程度上限值了好，這些都在一定程度上限值了TCNQ型電容器的發(fā)展。型電容器的發(fā)展。振華富電子振華富電子2、鋁電解電容器的發(fā)展 而固體鋁電解電容器又經歷了三代的發(fā)展，主要體現(xiàn)在固體電解質的改變(2)、1989年，日本年，日本Carlitor公司掌握了導電高分子材料聚

12、吡咯公司掌握了導電高分子材料聚吡咯PPY的的生產技術，隨后日本昭和公司將其應用于鋁電解電容器，這就是第二代生產技術，隨后日本昭和公司將其應用于鋁電解電容器，這就是第二代的導電高分子型固體鋁電解電容器（的導電高分子型固體鋁電解電容器（SP-CAP）。）。PPY的電導率可達的電導率可達10S/cm以上，因此以上，因此SP-CAP比比OS-Con具有更低的具有更低的ESR，更好的頻率特性，在很寬的溫度范圍內都可以保持很低的等效，更好的頻率特性，在很寬的溫度范圍內都可以保持很低的等效串聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻。 聚吡咯聚吡咯PPY一般用來做疊層片式鋁電解電容器。一般用來做疊層片式鋁電解電容器。振華富電子振華富

13、電子2、鋁電解電容器的發(fā)展 而固體鋁電解電容器又經歷了三代的發(fā)展，主要體現(xiàn)在固體電解質的改變(3)、1988年，德國拜爾公司開發(fā)出新一代導電高分子材料年，德國拜爾公司開發(fā)出新一代導電高分子材料PEDT（3，4-聚乙烯二氧噻吩），此后聚乙烯二氧噻吩），此后PEDT在鋁電解電容器中成功應用，在鋁電解電容器中成功應用，標志著第三代固體鋁電解電容器的誕生。標志著第三代固體鋁電解電容器的誕生。PEDT具有更高的電導率具有更高的電導率（可達（可達100S/cm以上），且具有更佳的化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。以上），且具有更佳的化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。振華富電子振華富電子2005年以來，在年以來，在Intel等公司

14、的推動下，固態(tài)電容器市場得到飛速發(fā)等公司的推動下，固態(tài)電容器市場得到飛速發(fā)展。業(yè)界普遍認為展。業(yè)界普遍認為PEDT型固體鋁電解電容器是最具發(fā)展前景的鋁型固體鋁電解電容器是最具發(fā)展前景的鋁電容器。電容器。3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝 振華富電子振華富電子 3.1 結構類型結構類型：卷繞式，由正負電極箔、電解紙 、導針、膠粒、鋁殼、電解質構成。產品外形圖產品外形圖：3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝 光箔通過化學或電化學的方式，進行腐蝕，在表面形成許多微孔，使其有效面積極大擴大（幾百到上萬倍），因此單位面積具有極高的容量。振華富電子振華富電子 3.2 正負電極箔高壓陽極箔 放大率400倍

15、3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝 振華富電子振華富電子3.3 內部結構解剖圖：內部結構解剖圖：最新一代固體電解質即導最新一代固體電解質即導電聚合物電聚合物PEDT，在導電性、 熱穩(wěn)定性、化 學穩(wěn)定性方面均有明顯的優(yōu)勢，是目前可選 用的綜合性能最好的固體電解質3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝振華富電子振華富電子固態(tài)電容流程工序目的液態(tài)電容流程工序目的裁切將鋁箔或電解紙裁切成設計寬度裁切同刺鉚卷繞將導針鉚接到鋁箔上，并將鋁箔與電解紙卷繞成芯子刺鉚卷繞同點焊組架將芯子熔接在工藝條上，并組裝在載架上無芯子預 形成修補鋁箔切口邊緣及加工過程中損傷的介質層無3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝振華

16、富電子振華富電子固態(tài)電容流程工序目的液態(tài)電容流程工序目的芯子熱 處理使電解紙?zhí)蓟?，降低紙的損耗及提高對電解質的吸附力無聚合在芯子內部形成導電聚合物含浸吸附工作電解液裝配將芯子放在鋁殼內，并通過膠粒封口，保持芯子裝配同清洗清洗外殼及導針油污等清洗同3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝振華富電子振華富電子固態(tài)電容流程工序目的液態(tài)電容流程工序目的老練穩(wěn)定產品性能；剔除早期失效品老練同電性能 測試對產品的常規(guī)電參數(shù)進行測試篩選電性能 測試同標識將型號規(guī)格印在外殼上標識同外觀檢查外觀檢查3、固體電解質鋁電解電容器結構及工藝振華富電子振華富電子固態(tài)電容流程工序目的液態(tài)電容流程工序目的成品檢查成品檢查包裝包

17、裝入庫入庫4、固體電解質鋁電解電容器優(yōu)異特性 振華富電子振華富電子10固體電解質固體電解質是導電性高分子聚合物，為電子導電模式，而液態(tài)電解質為離子導電模式。導電性高分子擁有比液態(tài)電解質更為優(yōu)秀的傳導性指數(shù)，導電性高分子電導率比液態(tài)電解質高3個數(shù)量級！因此，固體鋁電容器有極低的極低的ESR，其高頻阻抗特性、溫度穩(wěn)定性、壽命、耐紋波電流等方面均有優(yōu)異表現(xiàn)。固體電解質與液態(tài)電解質比較：固體電解質與液態(tài)電解質比較： 4-1高頻低阻抗 振華富電子振華富電子 固體鋁電容器最出色的固體鋁電容器最出色的性能就是它具有近似理想的性能就是它具有近似理想的阻抗頻率特性。阻抗頻率特性。 在在100KHz1MHz的寬頻

18、的寬頻率范圍內都具有很低的阻抗率范圍內都具有很低的阻抗值（值（如圖中如圖中A曲線曲線），特別），特別適合于作為去耦合電容器來適合于作為去耦合電容器來去除電路中的紋波、脈沖、去除電路中的紋波、脈沖、數(shù)字、靜電以及音頻等各種數(shù)字、靜電以及音頻等各種噪音。噪音。 4-2優(yōu)良的溫度特性 振華富電子振華富電子ESR在在-55105的寬溫度范圍內的寬溫度范圍內幾乎幾乎可以保持不變，如下圖可以保持不變，如下圖(a),特別特別適合應用于長期工作在低溫惡劣條件下的電子設備。適合應用于長期工作在低溫惡劣條件下的電子設備。電容量隨溫度變化略高于鉭電解電容器電容量隨溫度變化略高于鉭電解電容器 ，低于其他電容器，如下圖

19、，低于其他電容器，如下圖(b). 4-3高溫長壽命 振華富電子振華富電子 固體電解質因沒有液態(tài)電解液易揮發(fā)現(xiàn)象，使用壽命很長，產品的壽命固體電解質因沒有液態(tài)電解液易揮發(fā)現(xiàn)象，使用壽命很長，產品的壽命一般情況下遵循工作溫度每下降一般情況下遵循工作溫度每下降20、壽命增加、壽命增加10倍；而液體鋁電容器則倍；而液體鋁電容器則是工作溫度每下降是工作溫度每下降10、使用壽命只增加、使用壽命只增加2倍。下表是兩種電容器的壽命估倍。下表是兩種電容器的壽命估算，可見固體鋁電容器的實際使用壽命要遠遠長于液體鋁電容器。算，可見固體鋁電容器的實際使用壽命要遠遠長于液體鋁電容器。壽命估算：左邊為固態(tài)鋁電解電容器，右

20、邊為液態(tài)鋁電解電容器壽命估算：左邊為固態(tài)鋁電解電容器，右邊為液態(tài)鋁電解電容器Solid Al.E. capacitor Wet Al.E.capacitor 105 2,000h 105 2,000h 95 6,300h 95 4,000h 85 20,000h 85 8,000h 75 63,000h 75 16,000h 4-4額定紋波電流高 振華富電子振華富電子 導電聚合物固體鋁電解電容器由于本身的導電聚合物固體鋁電解電容器由于本身的ESR很低，因此，很低，因此，允許在某瞬間通過很大的紋波電流，而因此產生的焦爾熱所引起允許在某瞬間通過很大的紋波電流，而因此產生的焦爾熱所引起的溫升很小。的

21、溫升很小。 以相同尺寸（以相同尺寸（1010mm）的產品比較：鉭電容器所允許）的產品比較：鉭電容器所允許的紋波電流大約為的紋波電流大約為1900mA，液體鋁電容器大約為，液體鋁電容器大約為630mA，而，而固體鋁電解電容器可以達到固體鋁電解電容器可以達到5500 mA。這是因為導電聚合物固。這是因為導電聚合物固體鋁電解電容器體鋁電解電容器ESR比其他電容器小得多的緣故。比其他電容器小得多的緣故。 4-5 安全高可靠 振華富電子振華富電子 導電聚合物固體鋁電解電容器由于采用導電聚合物固體鋁電解電容器由于采用固體固體電解質，電解質，不會出現(xiàn)液體鋁電容器電解液漏液、干涸、不會出現(xiàn)液體鋁電容器電解液漏

22、液、干涸、“爆漿爆漿”等事故，可安全使用；且由于固體電解質能將產品內等事故，可安全使用；且由于固體電解質能將產品內部結構凝聚固定，在使用過程中產品的抗震性能良好，部結構凝聚固定，在使用過程中產品的抗震性能良好，可靠性高?？煽啃愿?。 5、固體鋁電解電容的典型應用 振華富電子振華富電子 固體鋁電容器由于在固體鋁電容器由于在ESR、高頻低阻抗、溫度穩(wěn)、高頻低阻抗、溫度穩(wěn)定性、耐紋波電流、長壽命、高可靠性等方面大大優(yōu)定性、耐紋波電流、長壽命、高可靠性等方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的液體鋁電電容器，在多媒體設備、開關電源、于傳統(tǒng)的液體鋁電電容器，在多媒體設備、開關電源、DC-DC轉化器、電子計算機、程控交換設備等高

23、性轉化器、電子計算機、程控交換設備等高性能民用或軍用數(shù)字化產品領域得到迅速廣泛的應用。能民用或軍用數(shù)字化產品領域得到迅速廣泛的應用。 5-1典型應用領域 振華富電子振華富電子固體鋁電容器因有理想的阻抗固體鋁電容器因有理想的阻抗-頻率曲線，特別適合用作頻率曲線，特別適合用作濾波電容器，去除電路中的紋波、數(shù)字脈沖、靜電以及音頻濾波電容器，去除電路中的紋波、數(shù)字脈沖、靜電以及音頻等各種噪音；等各種噪音；固體鋁電容器固體鋁電容器ESR很小，允許通過紋波電流大，因此可用很小，允許通過紋波電流大，因此可用于開關電源、計算機等數(shù)字濾波電路，可大幅度降低輸出電于開關電源、計算機等數(shù)字濾波電路，可大幅度降低輸出

24、電壓紋波并減少電容器的使用數(shù)量，使電路小型化；壓紋波并減少電容器的使用數(shù)量，使電路小型化； 5-1典型應用領域 振華富電子振華富電子固體鋁電容器可以快速放電，可用于需急速放電電路中，固體鋁電容器可以快速放電，可用于需急速放電電路中，也可作為消耗大電流的高速電路中的備份電容器；也可作為消耗大電流的高速電路中的備份電容器；固體鋁電容器的固體鋁電容器的ESR值幾乎不隨溫度發(fā)生改變，因此，可值幾乎不隨溫度發(fā)生改變，因此，可以在低溫環(huán)境中長期使用；以在低溫環(huán)境中長期使用；固體鋁電容器具有超長壽命，適合應用于那些長時間使用固體鋁電容器具有超長壽命，適合應用于那些長時間使用的工業(yè)設備。的工業(yè)設備。5-2 具

25、體應用案例 1、降低紋波電流 小型化是開關電源的發(fā)展方向，但是電容是線路板上占有面積很大的元件之一。而且一般的電容的特性還會隨著使用溫度的波動而發(fā)生很大的變化，因此需要考慮使用溫度范圍來選擇電容。 下列實驗顯示固態(tài)電容可以在寬廣的溫度范圍內，在高頻率下有降低紋波電壓的能力。 5-2 具體應用案例 1、降低紋波電流 在環(huán)境溫度分別設定為25，-25，70，要達到相同的輸出紋波電壓，分別需使用的固態(tài)電容、低阻抗鋁電解電容、低ESR鉭電容的規(guī)格及數(shù)量 圖1：實驗電路圖表1:25的環(huán)境下比較表2:-25的環(huán)境下比較表3:70的環(huán)境下比較5-2 具體應用案例2、固態(tài)電容固態(tài)電容的高速保護能力 在高速大負

26、荷變動的設備中，如CPU、GPU，負載電流的急劇變化，會帶來電源線路的電壓變動，而直接引起處理器誤動作。用于高速負荷變動時，需要低ESR的大容量電容器。 2、固態(tài)電容固態(tài)電容的高速保護能力 下面，對比固態(tài)電容、低阻抗鋁電解電容、低ESR鉭電容的應用效果 同等規(guī)格產品，電源線路的電壓下降相對于固態(tài)電容固態(tài)電容的104mV，低阻抗鋁電解電容器為548mV(固態(tài)的電容固態(tài)的電容的5.3倍)，低ESR鉭電容器為212mV(約為固態(tài)電容固態(tài)電容的2倍)。5-3使用注意事項 聚合物固體鋁電解電容器具有極性，使用中不要接錯，否則會產生很大的漏電流并縮短產品的使用壽命。 使用中需確認應用環(huán)境適合于規(guī)格所給的應用范圍，如額定電壓和額定溫度范圍，直流電壓和紋波電壓峰值之和不應超過額定電壓。 使用中降低環(huán)境溫度、工作電壓或紋波電流都