铝电解电容器技术现状及发展趋势

金长名

摘要 本文中，笔者对铝电解电容器的结构进行简单介绍，对铝电解电容器技术现状进行了分析及介绍，并根据现状对其未来的发展趋势进行了探讨。

【关键词】铝电解电容器技术 现状分析 发展趋势预测

电容器顾名思义就是存储电荷的容器，其主要被运用到电路中，起到滤波、耦合、转换能量、控制回路等的作用。经过多年的不懈努力，研究者们发现铝电解电容器有着适用范围广、性能稳定、可靠性高等优点。因此，就铝电解电容器的技术现状进行分析并就其发展趋势进行探讨，这对评估我国电子技术现阶段的发展情况及预测其未来发展有着极大地帮助。

1 铝电解电容器的结构介绍

铝电解电容器是由经过腐蚀和形成氧化膜的阳极铝箔、经过腐蚀和低化的阴极铝箔、中间隔着绝缘电解纸卷绕后，分别引出阳极和阴极，再浸渍工作电解液，然后密封在铝壳中而制成的。铝电解电容器根据引出方式不同，分为引线型、焊针焊片型、螺栓型和表面贴装的v-chip型，引线型见图l。

2 对铝电解电容器技术现状分析

2.1 片式化技术

随着整机厂家自动化技术的飞速发展和劳动力成本的不断提升，传统引线型铝电解电容器不能适应快速表面贴装的要求，而片式化v-chip铝电解电容器能满足高速自动化贴装，减少劳动力成本，因此，片式化技术成为了促进铝电解电容器技术发展的重要因素之一。由于片式化技术有着较大的技术难度和较高的材料成本，在我国的应用并不广泛。目前，片式化铝电解电容器技术应用最广、研究最多的国家是日本，日本的大部分电子公司如：松下、NCC、rubycon等，都利用片式化技术作为自身产品的卖点，应用于高端领域。

2.2 电解质固态化技术

根据笔者的研究及统计，目前铝电解电容器电解质固态化技术发展的最好的国家是日本，其三洋公司开发的TCNQ固态电解质及贵弥功株式会社与尼吉康株式会社开发的高质量固态电解质，是目前在全球范围内使用的最主要的固态电解质。由于我国电子技术及基础原材料的研究与发达的日本相比具有一定的差距及滞后性，电解质固态化技术在我国真正起步在最近几年。但相信，随着我国经济的发展及优秀人才数量的增多，电解质固态化技术在我国定将会得到大力的研究和提高。

2.3 高比容电极箔的制造技术

电容器的电容量C=ε0εrS/d，其中ε0是真空介电常数，εr是介质材料的相对介电常数，S是电极的有效面积，d是介质材料的厚度。对于铝电解电容器介质材料Al203，εr=8-10.d=aVf，α≈1.4nm/V，Vf=10V～600V，则d约为0.014μm-0.9μm，比其它电容器小几倍到几百倍，因而，铝电解电容器的单位体积电容量比其它电容器大几倍到几十倍，具有不可替代性。单位面积电容量称为比容，常用单位μF/cm2，高比容电极箔是铝电解电容器缩小体积的前提条件。

从上述公式可以得知，要提高电极箔的比容，只有提高的介质Al203相对介电常数εr、增加电极的有效面积S，降低介质材料的厚度d。通过孔洞腐蚀机理，阳极铝箔和阴极铝箔可以通过腐蚀使其表面积增加几十倍到几百倍，目前高比容电极箔主要依靠提高电子光箔的腐蚀系数来提高比容，但腐蚀系数提高，铝箔的机械强度降低，包括抗拉强度和折曲强度。国内高比容电极箔，与世界一流水平日本存在一定的差距，特别是低压高比容电极箔。近几年，随着电极箔腐蚀技术的提高，逐步缩小与日本一流水平的差距。

国内有研究机构对材料介电常数的研究有所突破，在介质氧化膜表面覆盖新材料膜，保证氧化膜技术的条件下突破氧化铝相对介电常数8～10上限，从而提升比容20%左右，已有厂商进入批量生产，主要用于25v工作电压以下。

国内有研究机构对纳米铝进行了深入研究，将高纯铝纳米化，然后压延到较薄的铝箔机体上，不规则的纳米铝孔洞技术，以提升电极表面积，从而提升电极箔的比容，如530vf高压化成箔比容可以达到q.OUF/cm2以上，比传统的腐蚀化成箔技术530vf提高比容30%以上，目前己能小批量生产纳米技术化成箔，不再通过腐蚀扩面，其他性能待试验确认。相信在不久的将来，国内高比容电极箔的工艺技术会大幅提升，缩小与日本的差距甚至赶超日本高比容电极箔。

3 对铝电解电容器发展趋势的探讨

3.1 电容器小型化

从近几年全球高科技的发展趋势不难看出，电子产品的体积越来越小，便携式电子设备应运而生，无论是电脑、平板电视机还是其他智能电子产品，都朝薄、小、轻的趋势发展，而铝电解电容器是此类智能电子产品的重要组成部分，基本决定电子产品的厚度。在这样的背景下，众多电子公司為了迎合市场也为了自身的发展，定会致力于研究并开发出体积更小的铝电解电容器，而高比容电极箔技术奠定了小体积铝电解电容器的趋势。

3.2 固态化电解质电容器商品的广泛化

正如笔者前文所叙述的那样，传统铝电解电容器温度特性差，在电容器使用过程易产气鼓底甚至爆炸，高压电解液本身是可燃液体，在正负电极短路情况下，可能造成电容器燃烧甚至酿成火灾。而固态电解质电容器，具有极低的等效串联电阻ESR，承受的纹波电流是液态铝电解电容器的4～6倍，从而可以大大减少固态电容器的电容量，特别是便携式电子设备，在手机充电器快充市场得到快速应用。随着固态电解质技术的高压化，固态电解质电容器必将呈现出广泛化的发展趋势，从低电压向高电压发展。

4 结束语

经过笔者上文的分析及讨论不难看出，国外发达国家特别是日本在铝电解电容器技术的研究及相关材料的研究仍处于领先地位，经过几十年的发展，我国对铝电解电容器技术的研究及相关材料的研究取得非常大的进步，特别在工业变频器等应用领域，国内大型螺栓电容已取得一席之地。笔者相信，致力于电容器技术研究的专家与学者的不懈努力下，我国的铝电解电容器技术定将会得到巨大的进步，缩小与日本等发达国家的差距，逐步蚕食日本、韩国等中高端电容器市场。

参考文献

[1]陈国光，曹婉真，电解电容器[M].西安：西安交通大学出版社，1986.

[2]冯哲圣，陈金菊，徐蓓娜，杨邦朝.铝电解电容器技术现状及未来发展趋势[J].电子元件与材料，2001（05）： 30-31+40.