铝电解电容器用国产电极箔发展概况

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　 科技动态　　　　 铝电解电容器用国产电极箔发展概况 陈 平 文 (新联电子元件有限公司, 广东 湛江　524022) 摘要: 论述铝电解电容器用国产电极箔的现状和发展趋势。分析我国电极箔生产厂家在生产规模、工艺技术 和产品质量等方面同国外同行间的差距。探讨国产电极箔的发展前景。 关键词: 铝电解电容器; 电极箔; 产品质量 中图分类号: TM 535　　文献标识码: A 　　文章编号: 100122028 (1999) 0620037203 　　铝电解电容器的技术水平在很大程度上取决于电极箔制 造技术。我国在 80 年代初就开始从国外大量引进铝电解电容 器生产设备, 同时也引进了电极箔的生产设备和技术。现在电 极箔的生产已具规模, 生产厂家同科研院校相结合使科学技术 转化为生产力也取得了良好的效果。同国外同行相比, 无论是 生产规模、工艺技术还是产品质量尚存在着一定的差距。要赶 超世界先进水平, 一方面要加大基础研究的投入, 包括铝原箔、 化工材料和生产工艺, 另一方面企业应走横向联合的路子。目 前我国电极箔要进入世界市场, 还需做更多工作。 1　铝原箔的使用情况 铝原箔是生产电极箔主要原材料, 其质量好坏直接影响着 电极箔和电容器质量的优劣。在铝电解电容器中, 阳极箔和阴 极箔的作用也各不相同, 因而对其要求也不一样。表 1 是国内 外铝箔生产厂家所用铝原箔纯度的对照情况。 表 1　铝箔纯度w (A l) 对照 铝箔 厂　　　　　家 JCC KD K STAM A 国内某厂 阳极箔 ≥99199% 低压: ≥99198%其他: 99199% 低压: ≥99198%其他: 99199% 低压: ≥99198%其他: ≥99199% 阴极箔 ≥9917% (L C, CD 系列)≥9914% (CF 系列) ≥9918% ≥9810% ≥9917% 　　铝原箔的纯度对铝电解电容器质量有重大影响。在降低电 容器的漏电流方面, 特别是在工作温度较高时具有显著效果。 另外, 提高铝原箔的纯度可以增强铝箔的抗腐蚀能力, 延长铝 电解电容器的工作寿命和贮存寿命, 对防止铝电解电容器中出 现的C l- 也有十分重要的作用。 　　各国铝原箔杂质分布情况见表 2。铝箔纯度的提高从根本 上减少了有害杂质如 Fe、Cu、Si 等的含量。杂质 Fe 是以金属 互化物颗粒 FeA l3 的形式存在, 比介质氧化膜的厚度大, 这就 好比高绝缘的A l2O 3 层内架起了容易传导电流的导电桥, 使铝 箔的漏电流增大。而Cu 和 Si 则会延长氧化物的成核过程, 使 其向晶态的转变受到影响〔1〕, 因此提高阳极箔用铝原箔的纯度 是电极箔生产厂家所应考虑的问题。 　　国内阳极箔的纯度同国外基本一致, 但箔的性能差别却较 大。目前, 国内还有许多电极箔生产厂家从国外进口铝原箔 (纯度为 99198% ) 生产阳极箔, 主要是其性能价格比优于国产 箔。我公司在使用两种不同的铝原箔 (国产和进口) 生产的高 比容阳极箔时, 发现进口箔无论是机械性能还是漏电流等优于 国产箔, 因此国内铝箔生产厂必须开发既经济又适用的产品。 表 2　铝箔杂质分布情况 国　　　别 w (A l) ö% w (杂质) ö% Fe Si Cu Zn T i M g 杂质总含量 日　本 ≥99199 01004 01006 01004 - - - 0101 美　国 ≥99199 01001 9 01001 4 01004 3 - - 01008 0101 俄罗斯 ≥99199 01003 01003 01003 01003 01002 - 0101 中　国 ≥99199 01003 01002 5 01005 - - - 0101 法　国 ≥99199 01004 01003 01004 - - - 0101 　　对于铝电解电容器使用的阴极箔, 由于仅起引出电极的作 用, 对铝箔的纯度要求则比阳极箔纯度低许多, 但随着一些宽 温 (+ 125℃)、高质量电容器的需要, 对阴极箔的要求也在发 生变化。 收稿日期: 1999203230　　修回日期: 1999205225 作者简介: 陈平文 (1965- ) , 男, 江西东乡县人, 1988 年毕业于江西大学化学系, 理学学士, 工程师, 新联电子元件公司技术部经理。 73电子元件与材料　1999 年 12 月 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2　阳极箔的质量状况 目前国内电极箔的生产呈现小而多, 技术标准不统一的局 面。铝电解电容器用电极箔的行业标准 SJöT 11140- 1997 于 1998 年 1 月实施, 但生产厂家仍按各自的企标生产, 造成铝箔 的标识 (铝箔的命名和电压) 较乱。在电极箔行业标准 SJö T 11140- 1997 中, 阳极箔的命名其后应加上电压 (FV 或AV 值) , 对所用铝箔的纯度也要有所注明, 这样用户能更直观地了 解阳极箔的, 方便生产。由于生产厂家众多, 阳极箔的质 量状况参差不齐, 主要表现在: (1) 电容量一致性差。其容量 偏差有的超出±20% , 主要是低比容 (≤110×10- 2 Föm 2) 和高 比容赋能箔 (≤50×10- 2 Föm 2) ; (2) 机械强度差, 主要表现为 弯折性差, 易裂箔; (3) 漏电流大; (4) 低压大容量铝箔的损 耗大; (5) 同进口铝箔相比, 同规格的铝箔的最高比容要低 20% ～ 40% ; (6) 铝箔的品种少。国内很少生产 70 Λm 或 80 Λm 的 赋能箔, 主要是 65 Λm、90 Λm 和 104 Λm 等。且大多数厂家只 能生产工作电压≤50 V 的赋能箔, 只有一些大的厂家才能生产 高压赋能箔 (160 V、250 V 和 400 V )。 阳极铝箔的质量与很多因素有关, 如光箔的质量 (纯度、杂 质种类和含量、组织结构和表面状态)、腐蚀条件 (电源性能、 电流波形、频率、电流密度、腐蚀液的组成、腐蚀温度和腐蚀 时间)、赋能工艺 (赋能液的浓度、温度和电压的提升) 等。对 于低压铝电解电容器来说 (如 50 V 以下) , 其氧化膜的厚度仅 在 011 Λm 以下, 而高压 (450 V ) 箔的氧化膜厚度可达 019 Λm , 因此低压箔要求铝箔的晶粒细密些, 其生成的氧化膜基本上是 按照图 1 (a) 表现出来, 因而可得到较高的电容量。高压箔则 要求晶粒粗大些, 且腐蚀的坑洞深, 直径较大, 生产的氧化膜 基本上是按照图 1 (b) 表现出来。太细微的凹凸面对高压箔的 氧化膜来说会被完全覆盖, 起不到应有的作用, 因此高压箔电 容量相对低压箔来说要低许多。 (a) 适用于低压腐蚀铝箔 (b) 适用于高压腐蚀铝箔 图 1　腐蚀铝箔的截面状态 铝箔晶粒的大小及结构状态随工作电压的高低而有所不 同, 电压低其晶粒细而小, 电压高其晶粒粗而大。晶粒的形成 过程是在真空退火状态下形成的, 所以铝箔纯度相同其性能却 异, 这与铝箔的表面状态和晶粒结构密切相关。 目前由于电子产品已趋于小型化, 因而铝电解电容器的体 积也随之缩小, 起决定作用的阳极铝箔的比容则必须提高。表 3、表 4 是铝电解电容器体积和阳极箔比容的对比情况。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表 3　低压形成箔 (箔厚 90 Λm ) 最高比容对照 10- 2 Föm 2 UW öV 10 16 25 50 U A öV 1015 1115 1611 17 1814 25 27 29 53 55 58 国内某厂 9810 7710 6010 56 4810 3810 36 34 14 13 12 中国台湾 110 9010 6610 6110 5810 4010 3810 3610 1618 1610 1415 ALU KO 116 9410 6810 6210 5912 4310 3910 3715 1713 1615 1517 　　　　　　　　　　　　　　　　　表 4　普通型铝电解电容器体积对照 mm UW öV 10 16 25 35 50 CR öΛF 100 旧体积 < 6×12 < 8×12 < 8×12 < 10×12 < 10×16新体积 < 5×11 < 6×11 < 6×12 < 8×11 < 8×14220 旧体积 < 8×12 < 10×12 < 10×16 < 10×20 < 12×20新体积 < 6×12 < 6×12 < 8×12 < 8×14 < 10×15330 旧体积 < 10×12 < 10×16 < 10×20 < 12×20 < 12×20新体积 < 8×11 < 8×12 < 8×14 < 10×15 < 10×17470 旧体积 < 10×16 < 10×20 < 12×20 < 12×25 < 16×25新体积 < 8×11 < 8×14 < 10×15 < 10×17 < 12×20 1000 旧体积 < 12×20 < 12×25 < 16×25 < 16×25 < 16×30新体积 < 8×16 < 10×15 < 10×20 < 12×25 < 13×25 2 200 旧体积 < 16×25 < 16×25 < 16×35 < 19×35 - 新体积 < 10×20 < 12×20 < 13×25 < 16×25 - 3 300 旧体积 < 16×30 < 16×35 < 19×40 - -新体积 < 12×25 < 13×25 < 16×25 - - 3　阴极箔生产状况 铝电解电容器是由阳极铝箔和阴极 (负极) 铝箔卷绕而成, 阴极箔仅起引出极的作用, 但阴极箔的容量却对电容器的容量 有重大影响。在生产过程中电容器容量按下式计算: 　　　　　　　　　C x = K abC S 　　　　　　　　　1öC S= 1öC + + 1öC - (1) 式中: C x 为电容器的实际容量; K 为放大系数; a 为电极箔的 宽度; b 为电极箔的长度; C S 为有效比容; C + 为阳极箔的比容; C - 为阴极箔的比容。 国内生产阴极箔的厂家不少, 但比容较低 (300×10- 2 Föm 2 左右)。有的厂家生产C507 以上规格, 其标称比容在 420×10- 2 Föm 2 左右, 但一致性较差。我们曾使用过国内某厂生产的高比 容 (C508) 阴极箔, 检验时实测比容为 370×10- 2 Föm 2, 结果 生产时有的才 110×10- 2 Föm 2左右, 造成很大的浪费。而进口 阴极箔的比容已达 500×10- 2 Föm 2 以上, 且一致性好, 深受电 容器生产厂家的欢迎。阴极箔同阳极箔的不同之处是只腐蚀, 83 EL ECTRON IC COM PONENTS &M ATER IAL S　Vol118　No16　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 不赋能。高比容 (450×10- 2 Föm 2 以上) 阴极箔与生产工艺 (化工材料的纯度、水质、腐蚀温度和时间) 密切相关, 水合作 用是影响阴极箔性能的主要因素。所以在生产高比容阴极箔方 面, 国内生产厂家还须在一致性和比容量方面努力。 随着宽温电容器的需要, 阴极箔的生产也必须调整。对于 + 105℃的产品, 目前市场上的阴极箔能勉强适应要求; 而对于 + 125℃的产品, 对使用的阴极箔则提出了和阳极箔类似的纯 度要求; 另一方面, 铝钛合金阴极箔的生产, 使铝箔的性能得 到极大的改善。 4　中高压铝箔的生产状况 国内中高压铝箔的生产状况优于低压箔。国内中高压铝箔 的生产起步晚, 但起点高, 特别是一些较大的铝箔生产厂家, 由 于其设备和技术先进, 生产的中高压铝箔可同进口箔媲美。表 5 是中高压铝箔的比容对照表。 　　　　　　表 5　国产与进口箔比容对照 10- 2Föm 2 U öV 160 250 400 450 国内某厂 2110 1124 0165 0162 KD K 2112 1116 0160 0149 JCC 2110 1130 0162 0162 我公司在使用国产高压箔生产电容器时, 无论是比容的一 致性还是其机械性能或产品的漏电流, 同进口箔生产的产品差 不多, 但进口铝箔的价格却比国产铝箔高许多。因此, 国内中 高压铝箔生产厂家有可能在保证产品质量的同时, 扩大生产规 模进入国际市场。 5　特殊用途的电极箔的生产状况 511　闪光灯电容器用电极箔 闪光灯用铝电解电容器, 其工作方式与普通高压铝电解电 容器的工作方式不一样。前者在工作过程中要在短时间内不断 地进行充放电, 因此要求有较高的储能密度、较小的损耗和漏 电流; 而后者在电路中通常起滤波作用, 所以闪光灯专用电极 箔的要求就更高。该箔的特点是漏电流小, 每 10 cm 2 面积上的 漏电流不超过 200 ΛA。其腐蚀方式通常采用深度腐蚀甚至穿 孔腐蚀, 这样能有效地防止因频繁地充放电而产生较高的温 升。目前国内闪光灯专用电极箔仍依赖进口, 因此国内电极箔 生产厂家应预先考虑。尽快开发闪光灯专用电极箔, 为我国的 闪光灯电容器进入国际市场作贡献。表 6 是国外闪光灯专用电 极箔技术参数。 表 6　国外闪光灯 (330 V ) 专用电极箔技术参数 公司 型号 w (A l) ö% d öΛm Cö10- 2F·m - 2 特性 耐压 JCC 104H F7 ≥99199 104 0188 双阳极 104HC5B ≥99198 104 0195 单阳极 TV 378SV 350 KD K H 112 ≥99199 100 0187 双阳极 H 114 ≥99199 100 0197 单阳极 V f 385 512　高压高纹波电流铝电解电容器用电极箔 随着基础工业的迅速发展, 高压大容量铝电解电容器的应 用也越来越广泛, 如工业变频调速器、U PS 不间断电源、程控 交换机后备电源、复印制版机、便携式点焊机等。此种电容器 的特点是: 耐大纹波电流、体积大。同其他高压箔相比不同之 处是: 损耗小、性能稳定。其生产过程要进行特殊的腐蚀处理 (穿孔腐蚀) 和化成, 目前国内此种电极箔仍依赖进口。表 7 是 此种箔的有关参数, 表 8 是变频器用铝电解电容器耐纹波电流 情况。 表 7　变频器用电极箔的有关参数 公司 型号 纯度 w (A l) ö% d öΛm Cö10- 2F·m - 2 耐　　压 JCC 75HR 2B ≥99199 75 01502 V f 21501218 V f 420 KD K H 905 ≥99199 80 0122 V f 3850114 V f 550 表 8　变频器用铝电解电容器耐纹波电流情况 CR öΛF 纹波电流öA(85℃, 120 H z) 外形尺寸ömmN CC 公司 国内某厂 1 000 318 < 35×100 - 2 200 613 < 50×96 < 50×100 3 300 818 < 6315×96 < 65×100 4 700 1210 < 6315×130 < 76×100 5 600 1216 < 76×115 < 76×130 6 800 1519 < 76×130 < 76×140 　　近年来, 低漏电流铝电解电容器已得到广泛的应用。由于 其漏电流仅为CD 110 型产品的 1ö5, 完全依靠工作电解液很难 做到, 这就要求阳极箔本身的漏电流小。目前的作法是采用高 档次的赋能箔来生产低压低漏电产品, 这无疑增加了生产成 本, 所以开发低漏电铝电解电容器用电极箔有积极的意义。 6　设备和工艺技术 电极箔的生产设备和工艺技术大部分是 80 年代中后期引 进的, 经过 10 多年的发展, 已不能适应电极箔生产发展的需 要。因此, 国内电极箔生产厂家进行设备改造和工艺技术改进 的同时, 还要面向未来, 在电极箔的生产中拥有自己更多的专 利技术。 7　国产电极箔的发展 铝电解电容器用电极箔由于受多种因素的影响, 还不能满 足国内铝电解电容器生产厂家的需求, 这主要表现在: (1) 低 压箔的质量不稳定, 比容相对低; (2) 高压箔的价格有的比进 口箔还高 (指高比容箔) ; (3) 自主开发能力差; (4) 特殊用途 的专用铝箔还处于试验阶段。所以进口箔在国内还占有相当大 的市场。作为一个电容器生产大国, 铝箔生产企业, 不但要满 足国内企业的需求, 并要面向国际市场。 铝电解电容器今天已进入片式化, 而国内片式铝电解电容 器还处在开发阶段, 它的出现对铝箔的制造技术又是一大挑 战。目前国内铝箔生产企业呈现小而多, 年产量在 100 万米2 (赋能箔) 的厂家不多, 这就制约了铝箔工艺技术的发展。 国产电极箔生产厂家要利用现有设备和工艺技术, 吸收国 外先进的经验, 进行技术改造, 提高产品质量, 降低生产成本, 并开发一些专用箔, 如宽温 (+ 125℃)、低漏电流、闪光灯和 耐高压大纹波电流等铝电解电容器用电极箔。 参考文献: 〔1〕　陈国光, 曹婉真 1 电解电容器〔M 〕1 西安: 西安交通大学出版 社, 19861 〔2〕　陈平文, 杨庆荣 1 降电压铝箔在缩体产品中的应用〔J〕1 电子元 件与材料, 1998, 17 (3) : 38～ 391 〔3〕　张云峰 1 普通型引线式铝电解电容器体积标准探讨〔J〕1 电子元 件与材料, 1995, 14 (5) : 41～ 421 〔4〕　陶建平, 张新华 1 引线式闪光灯铝电解电容器的研究〔J〕1 电子 元件与材料, 1998, 17 (6) : 70～ 711 (编辑: 伍大志) 93电子元件与材料　1999 年 12 月 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net Sem iconductor ceram ic capac itors. L I B iao2rong (Dongguan Sou th E lectron ics Coopo rat ion, Dongguan Guangdong 511700) , ZHAN G Sh i2ying ( Dongguan Sou th Hongm ing E lectron ic Ceram ic Co. L td. , Dongguan Guangdong 523716). EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P131233 (D ec11999) 1 In Ch inese1 In troduced are sem iconducto r ceram ic capacito rs including genera l techno logy, ceram ic st ructu re, d ielectric p roperty and the differences betw een them and the capacito rs of BaT iO 3. Emphasized are the p rob lem s rela ted w ith DC aging at low vo ltage, including the cau ses and their rela t ion w ith techno logy. (5 refs. ) Key words　sem iconducto r ceram ic capacito rs; m anufactu re techno logy; ceram ic st ructu re; d ielectric p roperty Ch ip sol id tan ta lum electrolytic capac itors: h igh capac itance, low im pedance, and h igh r ipple-curren t capac ity. W AN G W en2sheng (T ian jin U n iversity, T ian jin 300072). EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P134236 (D ec11999) 1 In Ch inese1 D iscu ssed are the characterist ics of the ch ip so lid electro lyt ic capacito rs: h igh capacitance, low impedance, and h igh ripp le2cu rren t capacity. Illu st ra ted are som e of their app lica t ion s, such as no tebook compu ter and DCöDC converter. (5 refs. ) Key words　ch ip so lid tan ta lum capacito rs; impedance; ripp le2cu rren t; reliab ility D evelopm en t of Ch ina made fo il for a lum inum electrolytic capac itors. CH EN W en2p ing (Sunny E lectron ic M anufactu rer L td. Zhan jiang Guangdong 524022). EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P137239 (D ec11999) 1 In Ch inese1 T he cu rren t Ch ina m ade fo ils fo r a lum inum electro lyt ic capacito rs and its develop ing trend are review ed. T he differences betw een the Ch inese fo il m anufactu rers and overseas fo il m anufactu rers are analyzed, including the p roduct ion scale, techno logy and fo il quality. T he fu tu re of Ch ina m ade fo ils are d iscu ssed. (4 refs. ) Key words　alum inum electro lyt ic capacito rs; electrode fo il; p roduct quality D evelopm en t and appl ica tion of DD E technology and DLL technology on HP-V isua l Eng ineer ing Env ironm en t. L IU Q un2x ing, CH EN H u i (Ch ina Xaibao L abo rato ry, Guangzhou Guangdong 510610) EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P140241 (D ec11999) 1 In Ch inese1 T he D evelopm en t and app lica t ion of D ynam ic D ata Exchange (DD E ) techno logy and D ynam ic L ink L ib rary (DLL ) techno logy on the H P2V isual Engineering Environm en t (V EE ) are rep resen ted. W ith the tw o techno logies, dynam ic comm un icat ion and the tran sparen t comm un icat ion betw een test p rogram s and o ther app lica t ion p rogram s on the H P2V EE can be realized. T hey also p rovide a impo rtan t basis fo r CAD au tom atic test. (1 ref. ) Key words　CAD au tom atic test; test p la tfo rm ; D ynam ic D ata Exchange; D ynam ic L ink L ib rary Large a lum inum electrolytic capac itors for var iable frequency a ir-cond itioners. GU Y i2m ing, CH EN W ei2 dong, ZHAN G Hong2w ei, D IN G X iao2feng (J ianghai Capacito r Facto ry, N an tong J iangshu 226361). EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P142243 (D ec11999) 1 In Ch inese1 T he requ irem en ts fo r the capacito rs w o rk ing in frequency variab le a ir2condit ioners are ra ther h igh: h igh vo ltage, h igh ripp le cu rren t capacity, h igh reliab ility and safety. A bove requ irem en ts are sa t isf ied by m ean s of reasonab le design and quality con tro l in m ass p roduct ion. (no refs. ) Key words　electro lyt ic capacito rs; frequency variab le a ir2condit ioners; ripp le cu rren t The factors tha t affect the th ickness-m ea surem en t of BOPP f ilm on l ine. SHU Chuang2qing ( Tongfeng E lectrion ics Group Co. , Tongling A nhu i 244000) EL ECT RON IC COM PON EN T S &M A T ER IA L S (Ch ina) , V o l118, N o16, P144 (D ec11999) 1 In Ch inese1 T he facto rs that affect the th ickness2m easu rem en t of BO PP film on line are analyzed based on M odel PM 147 T h ickness T ester, such as the accu racy of the tester, tester sen so r, conveyo r belt fo r rad ia t ion sou rce, f la tness of f ilm , environm en t condit ion s, etc. T he w ay to con tro l the facto rs are a lso discu ssed. (no refs. ) Key words　BO PP film ; th ickness m easu rem en t; m easu rem en t on line; th ickness2testers 74电子元件与材料　1999 年 12 月