淺談鋁電解電容器技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

作者/馮 莉，南通南銘電子有限公司

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淺談鋁電解電容器技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

作者/馮 莉，南通南銘電子有限公司

文章摘要：電容器作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的電子元件，其用量大，且使用范圍廣泛。當(dāng)前的常見的電容器主要有電解、有機(jī)薄膜、陶瓷等三大類，我國電容器的年產(chǎn)量在全球電容器年產(chǎn)量中所占比例約為33%，其中鋁電解電容器在三大類電容器的產(chǎn)量中所占比例接近50%。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外的鋁電解電容器技術(shù)也在不斷的優(yōu)化、完善和創(chuàng)新，鋁電解電容器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其需求量也不斷增加?；诖?，本文從鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)及原理入手，介紹了當(dāng)前鋁電解電容器的關(guān)鍵技術(shù)，對國內(nèi)外鋁電解電容器技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了簡單的比較，并對其未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要闡述。

關(guān)鍵詞：鋁電解電容器；國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

引言

鋁電解電容器是電子和電氣線路中必不可少的基礎(chǔ)元件之一，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子元件的集成度和組裝精度也不斷提高，對鋁電解電容器提出了更高的要求。因此，進(jìn)一步了解鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)及原理，對當(dāng)前鋁電解電容器的關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)識不斷深入是十分必要的，并且我們還應(yīng)著眼當(dāng)前國際鋁電解電容器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對未來鋁電解電容器的發(fā)展趨勢有進(jìn)一步的了解。

1.鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)及原理

鋁電解電容器是一種采用特殊制造工藝和特殊結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造的電容器，其分為陰極和陽極兩個電極板，其中陽極是采用特殊定制的閥金屬，并借助電化學(xué)方法在閥金屬的表面生成一層厚度極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸?，并且將該層薄膜作為介質(zhì)；鋁電解電容器的陰極是一種采用固狀電解質(zhì)或能夠生成和修復(fù)氧化膜介質(zhì)的液狀電解質(zhì)。目前，常用的鋁電解電容器為是箔式卷繞型結(jié)構(gòu)，其陽極為鋁質(zhì)金屬箔，采用電化學(xué)方法在陽極的鋁金屬箔表面生成一層AL2O3氧化膜作為介質(zhì)；而陰極則采用多孔性電解紙所吸附的工作電解質(zhì)。

2.鋁電解電容器的關(guān)鍵技術(shù)

■2.1片式化技術(shù)

片式化技術(shù)是鋁電解電容器領(lǐng)域發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在該技術(shù)領(lǐng)域的研究與開發(fā)方面較為活躍。在各種不同的片式化電子元件中，開發(fā)技術(shù)難度最大的就是鋁電解電容器的片式化技術(shù)，但是片式化的鋁電解電容器具有容量大、電容量溫度穩(wěn)定、適合表面組裝等優(yōu)點(diǎn)，并且價格低廉，因此正在逐步取代傳統(tǒng)的鋁電解電容器，在電子領(lǐng)域內(nèi)被大范圍使用。近年來，隨著人們對計算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品的需求不斷增加，片式鋁電解電容器成為了近幾年電容器領(lǐng)域內(nèi)最值得開發(fā)的產(chǎn)品，其片式技術(shù)的發(fā)展空間較大。目前，日本的片式化技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，如三洋電子部品、松下電子部品、Nichicon及Elna等公司將鋁電解電容器的片式化技術(shù)都作為自身新的利潤增長點(diǎn)。但是，當(dāng)前我國的鋁電解電容器片式化技術(shù)相對落后，片式化鋁電解電容器的生產(chǎn)廠家較少，生產(chǎn)能力相對不足。

■2.2電解質(zhì)固體化技術(shù)

當(dāng)前，電解質(zhì)固體化技術(shù)是鋁電解電容器技術(shù)發(fā)展的重要方向。由于固體電解質(zhì)具有穩(wěn)定性高、高頻低阻抗特性極好、壽命較長、溫度特性好、工作溫度范圍廣、耐反向電壓力能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，鋁電解電容器技術(shù)中的電解質(zhì)固體化技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大幅度提高鋁電解電容器性能和鋁電解電容器SMD化的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，在鋁電解電容器中普遍使用的是液體電解質(zhì)，其對閥金屬表面生成的Al2O3氧化膜介質(zhì)層具有自行修復(fù)的作用，這就容易導(dǎo)致液體電解質(zhì)的鋁電解電容器進(jìn)入失效模式。一般來說，鋁電解電容器常見的失效模式為短路失效，該模式的發(fā)生具有一定隨機(jī)性，可能導(dǎo)致整個機(jī)組電性能的穩(wěn)定性下降。目前，日本的Sanyo公司開發(fā)出了一種TCNQ固體電解質(zhì)的電解質(zhì)固體化技術(shù)，隨后日本的Chemicon公司和Nichicon公司采用電化學(xué)方法，利用高分子材料作為電解質(zhì)制作而成了質(zhì)量較高的固體電解材料?？傊S著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電解質(zhì)固體化技術(shù)問題的研究也在不斷深化。

■2.3高比容電極的制造技術(shù)

高比容電極的制造技術(shù)是提高鋁電解電容器比率電容量、進(jìn)一步縮小電容器體積的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年，國內(nèi)外高比容電極制造的主要研究方向有高比容、高效能化成工藝的開發(fā)，高比容電蝕工藝的開發(fā)以及低容量衰減率工藝的開發(fā)等。目前來說，由于中低壓鋁電解電容器采用的陽極箔的實(shí)際擴(kuò)面倍率和理論的擴(kuò)面倍率相差較大，因此提高其工藝技術(shù)的空間較大，特別是在高比容電蝕工藝的開發(fā)領(lǐng)域、加強(qiáng)光箔的質(zhì)量控制以及對電蝕前預(yù)處理的工藝進(jìn)行改進(jìn)等方面非常值得業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。另外，當(dāng)前部分國家采用電化學(xué)腐蝕的方法讓鋁箔的擴(kuò)面工程不斷向納米級靠近，但是在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，其擴(kuò)面倍率的提升速度相對較慢，且工藝的研究需要進(jìn)一步深入以取得突破。

3.國內(nèi)外鋁電解電容器技術(shù)發(fā)展與比較

■3.1國外發(fā)達(dá)國家鋁電解電容器技術(shù)的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，國外發(fā)達(dá)國家的鋁電解電容器技術(shù)發(fā)展處于領(lǐng)先的水平，特別是以美國、德國、日本等國在鋁電解電容器技術(shù)的研究中取得了巨大的成就。就目前來說，筆者認(rèn)為未來鋁電解電容器技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個方向：（1）耐大紋波電流、低阻抗、長壽命化。隨著各類高導(dǎo)電率材料的研發(fā)，電解質(zhì)的導(dǎo)電率逐漸提高，新型電解電容器的阻抗不斷降低，且在電解電容器中，耐高溫密封新材料的出現(xiàn)，使電解電容器在耐大紋波、低阻抗、長壽命等方面的性能得到了很大的改善。在高、中、低壓等不同情況的高溫狀態(tài)下，電解電容器的壽命可達(dá)到萬小時級，滿足了各工業(yè)領(lǐng)域更高的技術(shù)需求。（2）縮小體積，扁平化。近年來國內(nèi)外高、中、低、壓化成的鋁箔比容分別提高了50%以上，且其強(qiáng)度也得到了大大的提高，在容量一定的情況下可有效縮小電容器的體積，并利用其強(qiáng)度高的條件可創(chuàng)造更為扁平化、更薄型的新型鋁電解電容器。（3）固體電解質(zhì)電解電容器的商品化速度加快。目前，以O(shè)S-CON為代表的有機(jī)半導(dǎo)體電解質(zhì)和以PC-CON、SP-CON、POSCAP等為代表的導(dǎo)電高分子聚合物電解質(zhì)均已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但是作為高分子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的鋁電解電容器性能明顯優(yōu)于有機(jī)半導(dǎo)體電解質(zhì)鋁電解電容器，因此將成為未來發(fā)展的主流方向。（4）上限工作溫度、壽命大大提高。隨著汽車電子發(fā)展的需求逐漸提高，高溫、長壽命鋁電解電容器的市場潛力巨大。

■3.2我國鋁電解電容器技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家鋁電解電容器技術(shù)的差距

就目前來說，我國鋁電解電容器技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家鋁電解電容器技術(shù)存在一定程度上的差距，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）材料與零部件方面。近年來，我國的鋁電解電容器使用材料和零部件制造技術(shù)雖然取得了巨大的進(jìn)步，但是與國外發(fā)達(dá)國家相比，依舊存在穩(wěn)定性差、一致性差且各項性能參數(shù)離散性大等各種問題，使我國鋁電解電容器技術(shù)和產(chǎn)品檔次的提高受到了嚴(yán)重的制約。（2）市場方面。我國多數(shù)鋁電解電容器的生產(chǎn)企業(yè)多以電話機(jī)、顯示器、電子玩具、DVD、TV、普通電子鎮(zhèn)流器等為代表的中、低檔市場為主。在不同時間段可能會存在較大的價格競爭，進(jìn)而導(dǎo)致整個行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益下滑。而以通訊、IT、長壽命電子鎮(zhèn)流器、工業(yè)開關(guān)電源、汽車電子等配套的高檔市場，大部分都被日、歐、美等國外發(fā)達(dá)國家的制造企業(yè)所占據(jù)，這也是我國鋁電解電容器制造業(yè)在未來發(fā)展中所面臨的重大制約因素（3）專用設(shè)備。鋁電解電容器行業(yè)的發(fā)展受到其材料生產(chǎn)用設(shè)備的制約，如鋁箔的化成設(shè)備，雖然在近幾年開發(fā)成功，但是各電容器生產(chǎn)企業(yè)都是自行設(shè)計研制使用的，這些企業(yè)之間缺乏相應(yīng)的技術(shù)交流，難以達(dá)到電子產(chǎn)品更高的精度和集成要求，與國外發(fā)達(dá)國家的差距較大。另外，一些精度高的專用設(shè)備仍然依賴國外進(jìn)口，造成我國自行生產(chǎn)的電容器普遍存在精度低、可靠性差、自動化程度低等各種問題。

■3.3新時期我國鋁電解電容器技術(shù)行業(yè)發(fā)展策略與思考

（1）瞄準(zhǔn)高端市場，加大新產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新力度

在鋁電解電容器未來的發(fā)展中，我國的鋁電解電容器制造廠商應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)高檔市場，不斷加大對新產(chǎn)品的研發(fā)力度，力爭在各項關(guān)鍵技術(shù)上取得更大的進(jìn)展。在加大創(chuàng)新的同時，我們應(yīng)不斷加強(qiáng)鋁電解電容器制造的過程管理，進(jìn)一步做好電容器產(chǎn)品的質(zhì)量控制，從產(chǎn)品質(zhì)量這一基礎(chǔ)性要求入手，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，努力縮小我國鋁電解電容器與國外發(fā)達(dá)國家之間的差距；其次，要不斷擴(kuò)大配套高檔市場的份額，提高我國鋁電解電容器制造行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，使其達(dá)到一個創(chuàng)新與發(fā)展相結(jié)合的良性循環(huán)。

（2）零部件、材料企業(yè)要積極配合鋁電解電容器制造企業(yè)

對于零部件及材料，我們應(yīng)加強(qiáng)與國外高端技術(shù)企業(yè)的合作力度，瞄準(zhǔn)國際高檔市場的鋁電解電容器零部件和材料的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，自主研發(fā)并生產(chǎn)靠近國際先進(jìn)技術(shù)水平的零部件和材料，從而進(jìn)一步保證我國鋁電解電容器產(chǎn)品的質(zhì)量與國外發(fā)達(dá)國家相當(dāng)，同時又能有效降低生產(chǎn)成本，不斷提高我國鋁電解電容器在國際上的競爭力。

（3）大力拓展國外市場

我國的鋁電解電容器制造企業(yè)應(yīng)充分利用我國勞動力相對較低且具有一定制造經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，大力拓展國際市場，增加產(chǎn)品出口比例，使其在全球化競爭和發(fā)展中不斷壯大。

4.結(jié)語

鋁電解電容器是一種附加值較高的電子產(chǎn)品，在全球電子產(chǎn)品行業(yè)不斷發(fā)展變化的今天，對我國鋁電解電容器制造企業(yè)既是一個新的發(fā)展機(jī)遇，又是必將面臨的新挑戰(zhàn)。雖然我國鋁電解電容器的總產(chǎn)量在全球占有較大比重，但是從整體來看，對于高端的鋁電解電容器的零部件及相關(guān)材料都依賴于進(jìn)口，因此嚴(yán)重制約著我國鋁電解電容器向高檔市場進(jìn)軍的進(jìn)程。另一方面，我國的大部分電容器企業(yè)存在規(guī)模小、設(shè)備陳舊、工藝落后、專業(yè)技術(shù)人才不足等現(xiàn)象，因此我國鋁電解電容器制造企業(yè)應(yīng)著眼未來的發(fā)展，引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才，加強(qiáng)新設(shè)備、新技術(shù)、新材料的研發(fā)力度，并加大對關(guān)鍵技術(shù)難題的研究，進(jìn)一步提高我國鋁電解電容器技術(shù)，縮小與國外發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距，在未來的全球化的電容器市場的競爭中取得更大的成就。

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