铝电解电容器阳极化成箔正确选用的研究

喜 琍

（南通航运职业技术学院 机电系，江苏 南通 226010）

电容器在电子线路中具有滤波，耦合及储能的功能，是电子线路中不可缺少的电子元器件。电容器虽然种类繁多，特性各异，其中主要是电介质材料起关键作用，对铝电解电容器来讲就是铝电极箔的阳极氧化膜。目前，国际市场上最高端的高附加值电极箔产品就是低漏电的闪光灯电容器用电极箔，其特点是漏电小、升压快、性能稳定。因此，正确选用阳极化成箔，显得尤为重要，对提高铝电解电容器的产品品质，降低生产成本有着十分重要的意义。

1 阳极氧化膜的形成

在电极箔制造工艺中，阳极形成氧化膜就是在电解槽中，将经过扩面腐蚀加工过的腐蚀箔接阳极，通以直流电，在电解质媒介帮助下，在铝箔表面形成一层三氧化二铝介电薄膜，此电化学过程称之为铝箔的“化成”，如图1所示。

图1 阳极形成氧化膜电解图

其阳极、阴极反应为：

2 阳极化成箔选用

2.1 产地的选择

目前，国内大量使用的阳极化成箔，其来源主要的两类：一类是国外生产的产品，如日本的JCC铝箔、KDK铝箔、松下铝箔等地产品；另一类是国内生产的，如南通、扬州、常州等地产品。这两类产品规格齐全，品种较多，但品质有差异，国外的产品品质优等，但价格较贵，在产品品质得到保证的前提下，在日常大批量生产中，大量选用国内的产品，国内的产品价格比较适中，这样大大的降低了生产成本。但如果客户对产品品质有特殊的要求或此规格产品较难生产时，尽量选用国外产品。总之，在工作中根据具体情况来选择使用国内还是国外的产品。

2.2 性能优劣的选择

化成箔的性能，主要取决于化成时所用的材料、工艺配方及化成过程中所采用的种种提高氧化膜品质的手段和生产设备的保证程度。衡量化成箔性能优劣的方法，主要是通过检测下列几个参数来确定的。

（1）升压时间tr

在规定测试液、规定温度下，以一定的恒定电流对样品进行升压，电源接通开始计时，升压至耐压的0.9倍即0.9 Vf（Vf为膜耐压值）时为止。tr越小，氧化膜品质越高。这是衡量阳极箔氧化膜品质的一个主要方法。国内外部分厂家的化成箔升压时间对比如表1所示。

表1 化成箔升压时间对比

注：一般将低于170电压化成的称为低压箔；170以上电压化成的称为中高压箔。

（2）漏电流 LC(μA/5 cm2)

在规定测试液，规定温度为0.9Vf以下，在到达0.9 Vf值3min后，仪表显示漏电流大小。LC越小越好。

（3）水煮后升压时间Tr60(s)

将已测容量的样品放在沸水（纯水）里煮60 min，取出在120℃温度下烘干，在测试液中按(b)之方法测到达0.9 Vf值所需时间，Tr60越小越好。

根据静电容量公式：

式中，

C 为电容量（μf·cm-2）；

ε0为真空介电常数；

εr为相对介电常数；

S为氧化膜有效表面积；

d为阳极氧化膜的厚度。

在某个电容器额定耐压Vf下，要想获得较大的静电容量C，就要提高介质膜的介电常数εr和膜有效表面积S，减少膜的厚度d。单位有效表面积大小主要由扩面腐蚀过程来决定，但膜品质好坏对其也有较大的影响。εr提高和d的减小是通过提高膜的介电性能来实现。

对一个铝电解电容器来说，在不考虑电容器纸，引线接头及电解液的影响时，其等效电路可用并联、串联等效电路[1]来表示，如图2所示。

图2 电容器等效电路

对并联等效电路(a)来说，如果氧化膜品质不好、缺陷多，则Rd很小，漏电很大，无用功耗大，会大大缩短电容器的使用寿命影响其性能；如氧化膜为理想绝缘介电膜则Rd很大，无用功耗将很小；对串联等效电路(b)来说，如果氧化膜品质不好，绝缘性能差，在氧化膜中会形成空间电荷区，从而使r变得很大。损耗角正切tgδ也会变得很大，同时空间电荷区电容跟扩面电容串联，使电容器整个电容值大幅下降、电容器时间常数τ也会增大。若膜为理想状态则r就显得极小，电容器显示完全容性。

从以上分析中我们可以看到形成完好的介电氧化膜对提高电容器品质至为关键。

（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决定铝电解电容器体积的主要因素。一般来讲，在每卷箔的头尾各抽三个点，共抽取六个点计算。铝箔的容量一致性好，容量散差就越小，一般不超过计划14%。

（5）箔片表面氯离子残留量

氯离子对铝电解电容器性能的影响是不言而喻的。目前，国内外厂家对此项指标都控制的较好，一般化成箔表面氯离子残留量都低于1 mg/m2,有的低于0.5 mg/m2。

（6）箔片的耐水合性能

将化成箔将规定放入热水中一段时间后，再测量其升压时间tr，看其升压时间是否在规定的时间内。箔片的耐水性能主要影响箔片的储存、电容器的高温性能及储存性能，对低压电容器影响大。

综上所述，对于小型电容器产品，应选用高比容阳极箔，尽可能选用抗拉强度高、一致性好的箔片。对于低漏电型产品，应选用氧化膜性能好，升压时间短的箔片，阳极箔的化成电压可适当选高一些。由于化成箔是生产铝电解电容器的主要材料，对电容器性能影响很大，加之连续铝箔生产过程，破坏性的检验过程等诸因素，因此，对供箔厂家有一定的选择。

3 试验结果与分析

3.1 试验产品的选材

生产规格为16V100的产品，选用两种阳化极化成箔进行小批试验，一种为进口阳极化成箔100LJ18B－21VF，另一种为国产阳极化成箔95LL16—20VF，其余材料均相同。用两种箔各生产了100只产品，产品漏电流抽测数据，如表2、表3所示（漏电流单位为μA）。

表2 选用100LJ18B－21VF记录的漏电数据

将各100只产品做例行试验，放入老化烘箱，烘箱温度为85℃，放入时间暂定为10天。10天后将产品拿出进行漏电流测量，数据如表4、表5所示。

表4 选用100LJ18B－21VF阳极化成箔生产的产品放入烘箱后，记录的漏电数据

表5 选用95LL16—20VF阳极化成箔生产的产品放入烘箱后，记录的漏电数据

通过以上数据可以看出，进口阳极化成箔品质较好，生产出的产品漏电流较国产箔生产的产品数值小，而且一致性好，产品经过例行试验后，漏电流基本没有回升的迹象，能较长时间放置，寿命长；国产阳极化成箔生产的产品也能符合技术要求，但在产品经过例行试验后，漏电流回升很快，此产品不能长期放置，寿命较短。综上所述，此规格的产品在生产过程中，比其它规格的产品参数难控制，再加上如果客户要求较高，建议选用进口阳极化成箔，保证产品的一次合格率，避免不必要的损失。

表3 选用95LL16—20VF记录的漏电数据

3 结束语

按每卷阳极化成箔4 000元人民币计算，如用错一卷箔，不只损失4 000元，还要加上其它材料如阴极铝箔、引线、橡皮塞、铝壳、工作电解液、电解纸等的费用，此外，加上加工时费，总合计大约8 000元左右。从上可以看出：阳极化成箔的费用占了一半。

铝电极箔的阳极氧化膜除了直接影响电极箔的比电容外，对电容器的漏电、损耗、寿命、时间常数等都起着至为关键的作用，正确选择阳极化成箔在生产过程中显得尤为重要。

[1]曲喜新.新型铝电解电容器的设计原理[J].电子原件与材料,1993,12(1).52-53.

[2]陈国光.曹婉真.电解电容器[M].西安:西安交通大学出版社，1991.