鋁電解電容器陽極化成箔正確選用的研究

喜 琍

（南通航運職業技術學院 機電系，江蘇 南通 226010）

電容器在電子線路中具有濾波，耦合及儲能的功能，是電子線路中不可缺少的電子元器件。電容器雖然種類繁多，特性各異，其中主要是電介質材料起關鍵作用，對鋁電解電容器來講就是鋁電極箔的陽極氧化膜。目前，國際市場上最高端的高附加值電極箔產品就是低漏電的閃光燈電容器用電極箔，其特點是漏電小、升壓快、性能穩定。因此，正確選用陽極化成箔，顯得尤為重要，對提高鋁電解電容器的產品品質，降低生產成本有著十分重要的意義。

1 陽極氧化膜的形成

在電極箔制造工藝中，陽極形成氧化膜就是在電解槽中，將經過擴面腐蝕加工過的腐蝕箔接陽極，通以直流電，在電解質媒介幫助下，在鋁箔表面形成一層三氧化二鋁介電薄膜，此電化學過程稱之為鋁箔的“化成”，如圖1所示。

圖1 陽極形成氧化膜電解圖

其陽極、陰極反應為：

2 陽極化成箔選用

2.1 產地的選擇

目前，國內大量使用的陽極化成箔，其來源主要的兩類：一類是國外生產的產品，如日本的JCC鋁箔、KDK鋁箔、松下鋁箔等地產品；另一類是國內生產的，如南通、揚州、常州等地產品。這兩類產品規格齊全，品種較多，但品質有差異，國外的產品品質優等，但價格較貴，在產品品質得到保證的前提下，在日常大批量生產中，大量選用國內的產品，國內的產品價格比較適中，這樣大大的降低了生產成本。但如果客戶對產品品質有特殊的要求或此規格產品較難生產時，盡量選用國外產品。總之，在工作中根據具體情況來選擇使用國內還是國外的產品。

2.2 性能優劣的選擇

化成箔的性能，主要取決于化成時所用的材料、工藝配方及化成過程中所采用的種種提高氧化膜品質的手段和生產設備的保證程度。衡量化成箔性能優劣的方法，主要是通過檢測下列幾個參數來確定的。

（1）升壓時間tr

在規定測試液、規定溫度下，以一定的恒定電流對樣品進行升壓，電源接通開始計時，升壓至耐壓的0.9倍即0.9 Vf（Vf為膜耐壓值）時為止。tr越小，氧化膜品質越高。這是衡量陽極箔氧化膜品質的一個主要方法。國內外部分廠家的化成箔升壓時間對比如表1所示。

表1 化成箔升壓時間對比

注：一般將低于170電壓化成的稱為低壓箔；170以上電壓化成的稱為中高壓箔。

（2）漏電流 LC(μA/5 cm2)

在規定測試液，規定溫度為0.9Vf以下，在到達0.9 Vf值3min后，儀表顯示漏電流大小。LC越小越好。

（3）水煮后升壓時間Tr60(s)

將已測容量的樣品放在沸水（純水）里煮60 min，取出在120℃溫度下烘干，在測試液中按(b)之方法測到達0.9 Vf值所需時間，Tr60越小越好。

根據靜電容量公式：

式中，

C 為電容量（μf·cm-2）；

ε0為真空介電常數；

εr為相對介電常數；

S為氧化膜有效表面積；

d為陽極氧化膜的厚度。

在某個電容器額定耐壓Vf下，要想獲得較大的靜電容量C，就要提高介質膜的介電常數εr和膜有效表面積S，減少膜的厚度d。單位有效表面積大小主要由擴面腐蝕過程來決定，但膜品質好壞對其也有較大的影響。εr提高和d的減小是通過提高膜的介電性能來實現。

對一個鋁電解電容器來說，在不考慮電容器紙，引線接頭及電解液的影響時，其等效電路可用并聯、串聯等效電路[1]來表示，如圖2所示。

圖2 電容器等效電路

對并聯等效電路(a)來說，如果氧化膜品質不好、缺陷多，則Rd很小，漏電很大，無用功耗大，會大大縮短電容器的使用壽命影響其性能；如氧化膜為理想絕緣介電膜則Rd很大，無用功耗將很小；對串聯等效電路(b)來說，如果氧化膜品質不好，絕緣性能差，在氧化膜中會形成空間電荷區，從而使r變得很大。損耗角正切tgδ也會變得很大，同時空間電荷區電容跟擴面電容串聯，使電容器整個電容值大幅下降、電容器時間常數τ也會增大。若膜為理想狀態則r就顯得極小，電容器顯示完全容性。

從以上分析中我們可以看到形成完好的介電氧化膜對提高電容器品質至為關鍵。

（4）容量及容量散差

化成箔的容量一般是指比容C。化成箔比容的大小是決定鋁電解電容器體積的主要因素。一般來講，在每卷箔的頭尾各抽三個點，共抽取六個點計算。鋁箔的容量一致性好，容量散差就越小，一般不超過計劃14%。

（5）箔片表面氯離子殘留量

氯離子對鋁電解電容器性能的影響是不言而喻的。目前，國內外廠家對此項指標都控制的較好，一般化成箔表面氯離子殘留量都低于1 mg/m2,有的低于0.5 mg/m2。

（6）箔片的耐水合性能

將化成箔將規定放入熱水中一段時間后，再測量其升壓時間tr，看其升壓時間是否在規定的時間內。箔片的耐水性能主要影響箔片的儲存、電容器的高溫性能及儲存性能，對低壓電容器影響大。

綜上所述，對于小型電容器產品，應選用高比容陽極箔，盡可能選用抗拉強度高、一致性好的箔片。對于低漏電型產品，應選用氧化膜性能好，升壓時間短的箔片，陽極箔的化成電壓可適當選高一些。由于化成箔是生產鋁電解電容器的主要材料，對電容器性能影響很大，加之連續鋁箔生產過程，破壞性的檢驗過程等諸因素，因此，對供箔廠家有一定的選擇。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗產品的選材

生產規格為16V100的產品，選用兩種陽化極化成箔進行小批試驗，一種為進口陽極化成箔100LJ18B－21VF，另一種為國產陽極化成箔95LL16—20VF，其余材料均相同。用兩種箔各生產了100只產品，產品漏電流抽測數據，如表2、表3所示（漏電流單位為μA）。

表2 選用100LJ18B－21VF記錄的漏電數據

將各100只產品做例行試驗，放入老化烘箱，烘箱溫度為85℃，放入時間暫定為10天。10天后將產品拿出進行漏電流測量，數據如表4、表5所示。

表4 選用100LJ18B－21VF陽極化成箔生產的產品放入烘箱后，記錄的漏電數據

表5 選用95LL16—20VF陽極化成箔生產的產品放入烘箱后，記錄的漏電數據

通過以上數據可以看出，進口陽極化成箔品質較好，生產出的產品漏電流較國產箔生產的產品數值小，而且一致性好，產品經過例行試驗后，漏電流基本沒有回升的跡象，能較長時間放置，壽命長；國產陽極化成箔生產的產品也能符合技術要求，但在產品經過例行試驗后，漏電流回升很快，此產品不能長期放置，壽命較短。綜上所述，此規格的產品在生產過程中，比其它規格的產品參數難控制，再加上如果客戶要求較高，建議選用進口陽極化成箔，保證產品的一次合格率，避免不必要的損失。

表3 選用95LL16—20VF記錄的漏電數據

3 結束語

按每卷陽極化成箔4 000元人民幣計算，如用錯一卷箔，不只損失4 000元，還要加上其它材料如陰極鋁箔、引線、橡皮塞、鋁殼、工作電解液、電解紙等的費用，此外，加上加工時費，總合計大約8 000元左右。從上可以看出：陽極化成箔的費用占了一半。

鋁電極箔的陽極氧化膜除了直接影響電極箔的比電容外，對電容器的漏電、損耗、壽命、時間常數等都起著至為關鍵的作用，正確選擇陽極化成箔在生產過程中顯得尤為重要。

[1]曲喜新.新型鋁電解電容器的設計原理[J].電子原件與材料,1993,12(1).52-53.

[2]陳國光.曹婉真.電解電容器[M].西安:西安交通大學出版社，1991.