铝电解电容器是电子和电气线路中极为重要的基础电子元件之一。它在电子线路中除了作为滤波、旁路、耦合和退耦作用外, 还在特殊电路如图像校正电路、分频电路、移相电路、脉冲电路、定时电路和储能等电路中起特殊作用。因此, 它在通讯设备、移动办公、视听系统、家用电器、娱乐电子、工业电子、医用电子、电子仪器仪表、汽车电子、电子对抗以及航空航天等领域得到极其广泛的应用。
厂家价格：
| 价格 | ¥ 0.08~35元 |
| 起批量 | ≥1 PCS |
| 品牌 | RUBYCON | 型号 | 400V4.7uf | 介质材料 | 铝电解 |
| 应用范围 | 滤波 | 外形 | 圆柱形 | 功率特性 | 中功率 |
| 频率特性 | 高频 | 调节方式 | 固定 | 引线类型 | 同向引出线 |
| 允许偏差 | ±0.5（%） | 耐压值 | 35（V） | 额定电压 | 400（V） |
| 温度系数 | 105 | 标称容量 | 400v | 货号 | 400V4.7uf |
| 是否跨境货源 | 否 |
日本红宝石（ Rubycon）：日本最高品质专业铝质电解电容器制造厂之一，拥有50年专业制造经验。RUBYCON铝质电解电容品种繁多，用途广泛。其涉及行业：医疗器械、闪光灯、电子节能灯、电子整流器、电能表、通讯产品、开关电源、家用电器等诸多行业。它与日本的同类名牌产品相比，具有低阻抗、高纹波、长寿命等特点，特别适用于可靠性、稳定性方面都要求较高的电子线路中。
1 技术背景
传统液体电解质型铝电解电容器技术相对成熟、制造简单、制造设备和原材料配套方便, 因此价格便宜、生产量和需求量大。但由于其液体电解质属于弱电解质型离子导电, 电导率较低[约为 (10–4~10–1S/cm], 导致电容器串联等效电阻较大、损耗较大。另外液体电解质还存在随温度变化电阻率变化大, 漏液等固有缺陷, 液体电解电容器在高频低阻抗、高可靠性等应用场合难以胜任。
随着人们生活水平不断提高, 对各类电子设备提出了特殊要求, 比如:手机需要加强娱乐、影像和移动办公等功能, 笔记本电脑需要更长的待机和工作时间等等, 家用汽车需要增加导航、娱乐和安全等功能。这些需求导致电子技术呈现以下特征:
(1) 移动电子线路供电电源电压低压化;由于电子设备便携式的要求, 电池供电是唯一选择, 锂离子电池工作电压一般为3.6 V左右 (笔记本电脑用三电池或四电池串联, 工作电压10.8~14.4 V) , 碱性电池工作电压一般为1.5 V左右。
(2) 电子设备多功能化;电子设备的功能增加, 导致在不同功能下工作时电子线路中负荷不均匀。
(3) CPU运行速度更高速、功耗加大;CPU的工作频率已经由MHz发展到GHz, 存储器的容量也由MBt发展到GBt, 导致集成电路的特征尺寸越来越小, 工作电压越来越低, 1.8 V工作电压越来越普遍, 同时功耗在增加。
另一方面, 工业电子、医用电子、电子对抗等部分电路却朝向高工作电压方向发展。比如, 高能量脉冲电路、工业变频器电路等, 为了减小电路内阻, 避免使用电容器串联, 要求单电容器工作电压高。
由此可见, 为了适应电子技术各方面的高速发展需要, 铝电解电容器的相关技术也必须有所突破。
2 技术对策
为了应对上述电子技术的发展需求, 铝电解电容器的性能特征除了传统的小型化、薄型化、高频低阻抗、宽温长寿命、固体化、片式化和高可靠外, 还呈现出工作电压向高低两方向延伸等特点。
为了实现铝电解电容器的上述性能特征, 从技术角度要求:
(1) 阳极铝箔比容必须增加;
(2) 阴极铝箔比容必须大幅度增加;
(3) 电解质的电导率必须提高;
(4) 阳极铝箔的工作电压应该向高低两方向延伸。
3 技术瓶颈
阳极、阴极铝箔的比容决定于腐蚀技术。近年来, 在技术人员的不断努力下, 阳极、阴极铝箔的比容得到了较大的提高, 然而, 提高的幅度都非常有限, 一般在百分之几到百分之十几。如果需要百分之几十的比容提高, 在现有技术基础上难于获得突破, 必须引入新技术。
同样, 传统的电解液, 在新型抗水合剂的帮助下, 电解液的含水量不断提高, 电解液的电导率相应地提高。但是过高的含水量不仅影响电容器的工作温度, 也影响可靠性, 况且最高的电导率也难于超过0.1S/cm。
4 技术出路
针对上述技术瓶颈, 可能的技术出路有以下方案:
(1) 复合介质 众所周知传统的铝电解电容器的电介质是三氧化二铝, 它的εr一般约为8~10。传统阳极和阴极铝箔比容提高的唯一手段就是依赖腐蚀来提高铝箔比表面积, 从而达到提高阳极和阴极铝箔比容的目的。另外, 许多金属氧化物的εr可以达到几百、几千甚至几万。如果将具有高介电常数的金属氧化物薄膜引入腐蚀铝箔表面, 形成复合介质, 有可能将阳极铝箔的比容提高百分之几十, 甚至比容翻番。
(2) 蒸发镀膜 传统阴极铝箔的比容主要是利用腐蚀形成的高比表面积的表面与电解液形成的双电层容量。腐蚀形成的表面粗糙度难与真空蒸发形成的表面相媲美, 由于真空蒸发形成的表面大多属于蒸发形成的金属原子叠加而成, 这种方式对提高比表面积非常有利, 但是如果金属容易氧化或水合, 那么这种铝箔的抗水合或氧化的能力将较差, 换句话说, 就是无法使用。所以, 金属种类的选择是很重要的。
(3) 固体电解质 传统的电解液的电导率较低, 约为 (10–4~10–1) S/cm, 主要原因是由于弱酸性电解液属于离子导电, 一方面弱酸性电解液的电离度较低, 可移动的离子较少, 另一方面, 离子的迁移率非常低。如果采用电子导电物质替代离子导电物质, 由于电子迁移率远远大于离子迁移率, 有可能大幅度提高电导率。目前主要是采用具有较高电导率的导电高分子材料, 比如, 聚吡咯或聚3, 4二氧乙烯噻吩, 它们的电导率约为102 S/cm, 比传统电解液高3个数量级。
(4) 特殊化成技术 为了实现超高电压 (化成电压高于800 V) 或超低电压 (化成电压低于10 V) , 需要开发特殊化成技术。
5 技术难点
5.1 复合介质
为了使高介电常数的氧化物薄膜复合到腐蚀铝箔表面, 并具有高的介电常数, 要解决的第一个难题是氧化物薄膜的结晶温度。由于铝箔的熔点只有660℃, 而一般高介电常数氧化物的结晶温度通常高于700℃, 因此需要通过金属离子络合剂的选择来降低氧化物的结晶温度。第二个难题是腐蚀铝箔表面具有复杂的孔洞结构, 为了使氧化物先体溶液均匀地涂敷到孔洞表面, 需要合理地控制先体溶液的黏度。
5.2 蒸发镀膜
蒸发镀膜方式一般情况下主要用于蒸镀表面均匀致密的薄膜, 而作为电容器阴极使用的铝箔由于高比容的要求, 必须使蒸镀的薄膜具有较高的粗糙度, 然而, 粗糙度越高, 薄膜的附着力越差。因此, 要解决的第一个难题是保证足够的附着力的情况下, 具有高的粗糙度。要解决的第二个难题是在较高的粗糙度情况下, 金属原子之间的连接很容易受到氧化或水合的作用。一般选用的蒸镀材料是钛或者碳。
5.3 固体电解质
由于固体电解质是作为电容器的阴极, 因此, 固体电解质必须与阳极表面紧密接触, 而阳极表面具有复杂的孔洞结构, 在这种特殊表面上原位生长导电高分子材料具有较高的难度。比较方便的方法是采用化学聚合法, 然而, 一般情况下, 化学聚合方法制备的导电高分子材料的电导率较低。为了解决这个问题通常选用具有高电导率的导电高分子材料, 比如, 聚3, 4二氧乙烯噻吩。同时需要解决复杂的孔洞结构表面导电高分子材料的均匀覆盖问题。
另一种方法是采用电化学方法聚合。由于电化学方法聚合比化学聚合方法制备的导电高分子材料具有更规整的结构和更高的电导率。这样导电高分子材料的单体可以选择较为廉价的材料, 比如, 吡咯单体。但是电化学方法需要使用辅助电极和电源设备。
5.4 特殊化成技术
特殊化成主要指超高电压化成和超低电压化成。有人可能认为超低电压化成没有什么难度, 其实不然。化成电压太低时, 往往化成箔的稳定性和耐水合性难于解决。由于这类化成箔比容非常高, 处理不好会使比容大幅度下降。
相比之下, 超高电压化成难度更大些。首先要解决的是闪火问题。解决闪火问题需要采用非水化成液。另外要解决的是化成箔发脆问题。因为, 化成电压高, 形成的氧化膜厚度大, 氧化膜的结构控制显得非常重要。
6 技术指标
6.1 复合介质
低压复合介质化成箔实验室比容增幅约为50%以上, 上线实验比容增幅约为30%;采用复合介质化成箔制作的电容器通过了105℃2 500 h寿命试验。高压箔实验室比容增幅约为10%以上, 目前尚未上线实验。
6.2 蒸发镀膜
蒸镀材料采用钛时实验室结果阴极比容达到4×10–9 F/cm2以上, 上线实验比容达到1.5×10–9 F/cm2以上。采用蒸镀阴极箔制作的电容器通过了105℃1 500 h寿命试验。
6.3 固体电解质
采用聚吡咯作为固体电解质的叠层片式电容器主要指标:电压为2~16 V, 容量为10~330µF, tanδ约为1%, 100 k Hz Res可达5 mΩ。
与薄膜电容器、钽电容器、陶瓷电容器等其他电容器相比，铝电解电容器具有容量大、耐电压高、性价比高的优点，成为不可替代的被动电子元器件。到2018 年全球铝电解电容器的市场需求量将达到48.93 亿元。
铝电解电容器是由经过腐蚀和形成氧化膜的阳极铝箔、经过腐蚀的阴极铝箔、中间隔着电解质卷绕后，再浸渍工作电解液，然后密封在铝壳中而制成的。阳极铝箔和阴极铝箔可以通过腐蚀使其表面增加几倍到几百倍，因而，电解电容器的单位体积电容量比其他电容器大几倍到几十倍。因此，高压电解容器的电容量从μF 级到万μF 级；低压电解电容器最大可以做到F 级。
铝电解电容器基本结构
铝电解电容器基本结构
铝电解电容器的阳极箔和阴极箔以及载有电解质糊体的纸张的界面展开示意图和其等效电路图。阳极箔表面有一层致密无孔的氧化铝薄膜，是由电子铝箔经过腐烛过程和化成工艺生成的。这层氧化铝薄膜在电容器中作为电介质，起着耐电压的作用，它的性质决定了铝电解电容器的电容和寿命。阴极铝箔只是经过了腐蚀过程，没有经过化成工艺，因此其表面只有天然氧化层。阳极铝箔和阴极铝箔之间夹着载有电解质糊体的衬垫纸。在整个铝电解电容器中，衬垫纸载有的电解质糊体渗透到阳极铝箔和阴极铝箔的腐蚀孔中，形成阳极箔/阳极氧化膜/电解液糊体、阴极箔/阴极氧化膜/电解液糊体两个分电容体系，分别相当于图中等效电路所示的Ca 与Cc。
电极箔是生产铝电解电容器的关键性基础材料，用于承载电荷，占铝电解电容器生产成本的 30%-60%。电极箔是铝电解电容器的专用材料，其产业发展高度依赖于铝电解电容器行业。电极箔的性能在很大程度上决定着铝电解电容器的容 量、漏电流、损耗、寿命、可靠性、体积大小等多项关键技术指标，亦是铝电解电容器产业链中最具价值及最需要技术含量的部分之一。铝电解电容器未来的发展趋势直接影响电极箔产业的发展和分布。电极箔与铝电解电容器的关系如下：
铝电解电容器基本结构
近年电子元器件集成化与高速处理化技术高速发展，通信产品高频化技术及移动产品小型化、高性能化技术的不断革新，全球市场对电容产品技术性能提出更高要求。特别是对应用于电子节能灯、电子电源电路、和运载工具等领域的铝电解电容器提出了苛刻的要求。“小尺寸、大容量、长寿命、耐高温、低阻抗”是铝电解电容器的发展趋势。
工作电解液是电容器工作过程中的实际阴极，对电容器的使用温度范围、工作寿命、可靠性、漏电流、损耗、容量变化等起着决定作用，成为高性能高压、超高压铝电解电容器研制的关键技术之一。
铝电解电容器的化发展趋势
电容器根据电介质的不同主要分为铝电解电容器、钽电解电容器、陶瓷电容器和薄膜电容器四大类，其中铝电解电容器具有单位体积 CV 值高和性价比高等显著优点，占据了34%以上的电容器市场份额，并且随着新能源及新能源汽车、变频技术等新型产业的发展，其所占比例有上升的趋势。
各类电容器主要性能及主要应用领域对比情况
作为三大基础被动电子元器件（电阻、电容及电感器）之一的电容器在电子元器件产业中占有重要的地位，是电子线路中必不可少的元器件之一，约占全球被动电子元器件市场的 56% 。电容器是一种由两片接近并相互绝缘的导体制成的储存电荷的元器件，在电路中主要用于调谐、滤波、耦合、旁路和能量转换等。
集成电路等半导体器件是电子信息产业的基础，大量需要交流-直流 （AC-DC）、直流-直流（DC-DC）电路提供稳定的直流电压，铝电解电容器在此电路中扮演着重要角色。作为驱动电源前级滤波、输出滤波有着明显优势的铝电解电容器，是不可替代的元器件。同时，与薄膜电容器、钽电容器、陶瓷电容器等其他电容器相比，铝电解电容器具有容量大、耐电压高、性价比高的优点。电子类产品发展迅速，使小型化、片式化和中高压大容量铝电解电容器的应用领域不断拓宽，铝电解电容器将具有更强的生命力和更广阔的发展空间，特别是高压、大容量铝电解电容器有着无法替代的地位。
7 结论
随着电子技术的不断发展, 对铝电解电容器提出了新的要求。为了适应形势的发展, 铝电解电容器的技术也在不断取得进步。尤其是高介复合氧化膜技术、真空蒸发镀膜阴极技术和固体片式电解电容器技术方面均取得了实质性进步, 已经开始或即将开始大批量生产应用。这些新技术的普及, 必将对铝电解电容器的技术发展产生革命性的影响。
