高速变频软态固态电容器用腐蚀箔生产工艺技术专利布局研究

王双陆

（韶关东阳光科技研发有限公司，广东 韶关 512721）

高速变频软态腐蚀箔是制造固态电容器的关键材料，是国家政策鼓励发展的新型电子功能化材料，主要用于5G 通信网络、专业变频器、大功率不间断电源，数控机床、绿色能源及新能源汽车等新兴工业领域。在固态电容器的产业链中，腐蚀箔的生产技术难度最高，工艺最复杂，融合了机械、电子、化工、金属材料等多学科技术及相关产业，其生产对整个电子工业的发展都具有深刻的意义。

1 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术现状

固态电容器用阳极铝箔根据生产工艺条件的不同，分为两种工艺：软态箔与传统硬态箔。软态腐蚀箔在静电比容、折弯强度、耐纹波、长寿命、温升低等方面有着较大的优势。随着电子信息产业的持续发展和市场规模的不断壮大，低端电容器所用的传统硬态腐蚀箔产品正逐步被取代。

国内固态电容器用阳极铝箔上高端产品几乎完全依赖国外企业进口，并且国内主要生产还是低压硬态腐蚀箔。江苏海一、华锋、宏远等老牌低压腐蚀箔生产企业通过与跨国公司合作，引进软态腐蚀工艺，尝试上马低压软态腐蚀技术，但与日本同类产品关键指标还有8%～10%的水平差距，高端产品仍旧还是被日本供公司占据。

2 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术研究开发必要性

随着国内市场以变频技术、LED 灯具、风力发电为代表的绿色N 能源领域的飞速发展，以5G 为代表的通讯领域设备持续更新和以高铁动车、新能源汽车为代表的交通工具快速发展，都产生了巨大的固态电容器产品需求，从而带动了固体电容器用箔的市场需求。

与国外相比，我国固态电容器用箔性能存在较大的差距，主要表现在以下几个方面：

（1）比容低。同规格电极箔国内产品与国外进口产品的最高比容要低18%以上；

（2）机械强度差。主要表现为折弯性次数小，高强度下容易造成箔片断裂；

（3）高温寿命试验时间短。105℃寿命试验相差3500h以上；

（4）电容量一致性差。其容量偏差有的超出10%。

虽然国家在软态变频低压腐蚀上各厂家都开始逐渐上马，但在水平上还是没有触及高端的产品，尤其是21vf 比容在100 微法/平方厘米以上的产品，所以只有打破了这个瓶颈，才能真在国际舞台上占领一席之地，研发并生产比容大于100 微法的产品是主要目标。高速变频软态腐蚀箔长期被国外跨国公司垄断，而且价格昂贵，高端产品经常以各种借口不予以满足国内需求。随着5G 通信和新能源汽车等战略性新兴产业的兴起，国内的市场需求将以超过8%以上的速度快速增长。由于固态电容器用阳极铝箔存在明显的技术壁垒，特别是固态电容器应用越来越向高精尖领域发展，对电容器制造中最关键的腐蚀工艺提出了新的要求，因此，开发高性能高频低阻抗电极箔成了当务之急。

3 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术难点

3.1 生产实际方面的技术难点

随着科技进步和社会经济的发展要求， 我国也进行了铝电解电容器用阳极箔扩面腐蚀机理及相关工艺的研究，特别是西安交通大学曹婉真课题组在直流电化学扩面腐蚀的研究领域，突破了国产箔腐蚀工艺中的关键技术，极大地提升了我国在铝电解电容器用阳极铝箔关键技术指标水平与国际间的差距。目前，在高比容固态电容器用阳极箔制造领域，尽管投入了大量人力、物力、财力，组织相关专业技术人员与相关科研院所进行了大量研究，但在关键技术指标方面并没有取得关键的突破，与国际市场所需要的产品材料差距很大，落后于以日本为代表的世界先进水平约10 ～15年，比容水平比国外进口箔要低30%左右，同时，也无法满足国内高端固态铝电解电容器生产的需要。

3.2 理论研究方面技术难点

在高压腐蚀箔上，我国技术水平以东阳光为代表的各大公司已经迎头赶上，步入了世界前列，并且高压腐蚀箔目前的比容与理论模型计算的比值已经达到了90%，快接近极限。而低压腐蚀箔，目前世界上最先进技术的日本，也只能达到理论极限的50%左右，还有很大的上升空间。从目前发布的专利和文献报道来看，高比容固态电容器低压阳极铝箔制造技术的关键是多级变频腐蚀技术。

目前，日本已经开发完成并成熟用于大规模工业化生产的技术，处于世界顶尖水平，各项技术指标成为行业领跑者，但其具体的工艺处于保密状态，外人很难触及。在已有的文献报道中，多级变频腐蚀工艺的关键环节主要是以下两个方面：

（1）不同频率、不同幅值的正弦波电源施加在不同的腐蚀过程中的各个阶段；

（2）改进电源，产生使用非正弦波的各中波形的同周期叠加。

4 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术专利布局

本文通过在商业专利数据库（智慧芽等）、国家知识产权局网站对国内腐蚀箔及高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术的相关专利进行检索，从专利的申请量趋势、专利类型地域分布等角度，了解该领域中腐蚀箔生产工艺的技术趋势、技术分支、技术关系等状况，在相关密集领域存在的发展技术点，以及对现有技术进行改进提升的因素和关键环节，推进布孔、发孔、扩孔等技术研发，完成相应专利布局。

4.1 腐蚀箔的生产工艺技术的国内专利情况

（1）申请量趋势。

图1 腐蚀箔相关生产工艺技术的专利申请趋势

从图1 可以看出，腐蚀箔相关生产工艺技术的专利申请呈逐年上升的申请趋势，说明越来越多的企业及科研院校加大了对腐蚀箔相关生产工艺技术的研究力度，腐蚀箔相关生产工艺技术正成为行业技术研究热点。

（2）专利申请类型。

图2 腐蚀箔相关技术的专利申请类型

从图2 可以看出，目前，腐蚀箔相关技术的专利申请类型以发明为主，发明的技术内容主要集中在腐蚀箔的制备方法及材料、工艺改进方面。

（3）专利申请量的地域分布。

腐蚀箔相关技术的专利申请主要集中在江苏和广东，各地区的专利申请也是呈逐年增长的趋势。

（4）专利申请人排名情况。

图3 专利申请人的申请量排名（前10 名）图

从图3 可以看出，腐蚀箔相关技术的专利申请主要以企业为主，说明腐蚀箔的技术主要掌握在企业手中，更偏向于实际生产应用。

4.2 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术的国内专利情况

根据高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术项目的特点，进一步确定专利检索的关键词为：变频腐蚀、高速、高比容、铝箔、二段布孔、腐蚀、软态腐蚀箔。采用智慧芽专利数据库进行检索，检索式如下：TAC:((铝箔OR 腐蚀箔OR 软态腐蚀箔)AND((二段AND 布孔)OR（变频AND 腐蚀）OR 高比容）），进行相关专利检索分析。

图4 高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术的专利申请趋势

从图4 可以看出，目前关于高速变频软态腐蚀箔生产工艺技术的专利申请并不多，只有200 多件。近年来，相关技术的专利申请量维持在每年15 ～25 件左右。

进一步针对低压腐蚀工艺进行检索，检索式如下：TAC:((铝箔OR 腐蚀箔OR 软态腐蚀箔)AND（（二段AND 布孔）OR（变频AND 腐蚀）OR 高比容）AND 低压），进行相关的检索分析。

4.3 专利布局情况分析说明

根据专利检索结果和在实际工作中的研究成果，可以发现目前专利主要是从对在电化学腐蚀的过程、如何获得最佳的孔洞结构以及针对不同电压段的产品使用不同的电流频率及波形等方面的方法和装置进行专利布局，以下选取部分专利申请的技术进行分析说明。

（1）采用低压阳极铝箔二段布孔的方法，避免一次布孔过度，通过二段布孔，提高布孔的均匀性，保证后续的腐蚀深入表面状态一致，有效提高指定电压段阳极铝箔的比容（低压阳极铝箔二段布孔的方法，专利号ZL201710486686.3）。

（2）通过对辊子结晶的消除；张力联动系统、导电辊的清洁、铝箔的冷却、铝箔的烘干、腐蚀性气体的收集等方面进行专利布局，最终实现了高车速下设备的平稳可靠运行，提高了生产效率，产品品质也显著提升：①一种全自动腐蚀箔生产线（一种全自动腐蚀箔生产线，专利号201910357482.9）。通过放箔装置实现自动卸辊、上新卷，通过收箔装置实现自动换收卷辊和收成品铝箔卷，通过缓冲装置保证了在换卷收卷时生产线无须停机，实现生产的连续性，不仅降低了操作人员的工作强度，还提高了生产效率；将电解槽设计为模块化结构，便于后期的检修、更换，操作简单方便。②电解电容器铝电极箔表面形貌的检测方法（专利号ZL201210330537.5），能够获得电极箔微观形貌的清晰直观照片，为准确量化地分析电极箔比容影响因素提供直接依据，从而为深入研究开发电解电容器技术和实际生产线上的工艺控制提供可靠的实验数据和指导，保证过程工艺的稳定性。③皮带压辊、异形极板加电和超声波去气泡装置（专利号ZL201710086271.7）设计，即使在高速下电解腐蚀效果也非常均匀及稳定。使最终产品的比容较高、容量散差较小，整体质量达到先进水平。有效地利用超声波在液体中的空化作用,使电解槽液内反应产生的削除电解槽内的气泡,使气体快速脱离液体，以达到去除气泡效果，增加电解腐蚀的均匀性能。④电解槽钛笼辊去结晶装置（专利号ZL201710088826.1）设计，解决了辊子在腐蚀液体的化学作用下易产生结晶，且结晶不及时去除容易损伤箔片，使箔片电解效果不均匀，甚至箔片断裂等问题。⑤创新箔片干燥（专利号201720907525.2）设计，采用立体分区式高温烘干设计，具有快干防皱效果，烘干效果好，耗电量少，满足快速产线的箔片烘干要求。

（3）一种实现任意电压波形稳定输出的电源（一种实现任意电压波形稳定输出的电镀电源电路，专利号201910808637.6）。对任意电压波形输入，能实现放大后输出稳定的、不失真的波形。采用此电源，特殊研发的几种交流波形的配合，使铝箔在盐酸中的腐蚀孔洞更规则均匀。

综上所述，在国际先进水平的盐酸体系腐蚀工艺的基础上，对自主研发的低压腐蚀箔的生产工艺进行分析，针对国内外的低电子腐蚀生产线存在的核心问题进行开发，设计出新型低压多级电子铝箔腐蚀高速机械设备，并开发出性能水平达到国际先进水平的工艺技术，从而实现固体电容器用腐蚀箔领域的专利布局。

5 结语

通过相关领域的专利布局，规避专利侵权、提高研发技术的质量，针对国内外的低电子腐蚀生产存在的核心问题进行分析，从而发现新的技术领域和技术手段，对整个国内市场都是开辟了一个新的时代，并为整个电子产品及工业产品市场带来了更多活力。