导电聚合物固体电解质铝电解电容器简介

导电聚合物固体电解质

铝电解电容器深圳振华富电子有限公司谈斌2010振华富电子目录1、铝电解电容器简介2、铝电解电容器的发展3、固体电解质铝电解电容器结构及工艺4、固体电解质铝电解电容器优异特性5、固体电解质铝电解电容器的典型应用6、“振华富”产品系列及行业状况振华富电子1、铝电解电容器简介1）什么是电容器？储存电荷的容器，由二块极板中间间隔介质层组成，三大无源器件之一（电容、电感、电阻），在电子设备中大量使用。振华富电子1、铝电解电容器简介2）电容器的作用？隔直流阻交流，电路中主要用作

1、滤波、旁路

2、储能：

3、耦合：

4、调谐等振华富电子1、铝电解电容器简介3）电容器的分类（按介质材料分）？振华富电子电容器电解电容器有机介质电容器无机介质电容器纸质电容器薄膜电容器陶瓷电容器云母电容器铝电解电容器钽电解电容器铌电解电容器1、铝电解电容器简介4）什么是电解电容？

电解电容是指在铝、钽、铌、钛等阀金属表面采用阳极氧化法生成一层氧化物做为介质层，以电解质作为阴极而构成的电容器。以液体铝电容器为列说明，如图：

振华富电子1、铝电解电容器简介电解电容器分类按阀门金属种类分：

铝电解电容器；钽电解电容器或铌电解电容器。按电解质状态分：液态电解电容器和固体电解质电容器。按阳极呈现的状态分：箔式卷绕型电解电容器；烧结型电解电容器。按正负极引出方式分：引线型；牛角型；焊片型；螺栓型；表面贴状型（V-CHIP）。按特性分：通用型；宽温型；长寿命型；无极性型；低漏电流型；低阻抗型(LOWESR);高频特低阻抗型;耐高纹波型。振华富电子1、铝电解电容器简介

现在市面上可见的电解电容器主要以铝、钽电解电容为主。因电解电容单位容量大，额定容量可以做到非常大（几千微法甚至几法拉），占据电容器市场的半壁江山。其中铝电解电容器因价格便宜、性能优异，又占据了电解电容市场的80%以上,在大容量的应用领域具有其独特的优势。振华富电子1、铝电解电容器简介振华富电子目前通用型铝电解电容器主要为卷绕型铝容器

外形结构如下：径向引线型牛角端子型（基板自立式）螺栓端子型立式贴片型（V-CHIP）1、铝电解电容器简介内部结构，如下图：

阳极为铝金属箔，介质是用电化学方法在阳极金属箔表面上形成的阀金属氧化膜AL2O3

，阴极则为多孔性电解纸所吸附的工作电解质振华富电子1、铝电解解电容器器简介1-1铝电解电电容器的的结构特特点：(1)、介质层层----阀金金属氧化化膜AL2O3的单向导电电特性，铝电解解电容器器有正负负极之分分。(2)、高的电场场强度(600Kv/mm)：利用电电化学方方法，在在腐蚀过过的阳极极铝箔表表面上生生成一层层极薄的的，约0.01一1um的的铝氧化化膜作为为电容器器的电介介质，它它与铝箔箔阳极结结合为一一整体。。(3)、电解电容容器的阴阴极是电电解质。电解质质根据其其物理状状态可分分为液体体电解质质、固体体电解质质。为了了使电容容器的阴阴极与外外电路相相接，必必须从结结构上加加一阴极极引出板板（阴极极箔）成成为一完完整的结结构。振华富电子1、铝电解解电容器器简介1-2铝电解电电容器的的主要参参数：（1）额定电电压（UR）：电容容器在额额定温度度范围内内所允许许的连续续工作最最大直直流电压压或脉冲冲电压的的峰值；；（2）浪涌电电压（US）：短时时间内电电容器可可以承受受的最大大电压值值；一般中低压产产品，US=1.15UR（3）电容量量（uF）及误差差（%）：电容容量表明明电容器器储存电电荷的能能力，容容量误差差是电容容器实际际容量偏偏离标称称值的范范围，一般为±20%；同等规格格的产品品，电压压越高，，容量越越低，大大约电压压提高一一倍，容容量下下降1~3倍，电压压越高，，降幅越越大；振华富电子1、铝电解解电容器器简介1-2铝电解电电容器的的主要参参数解释释：（4）漏电流流（uA）：额定定电压施施加在电电容器（（加保护护电阻））上所测测得的泄泄漏电流流，表征征电容器器介质的的绝缘性性能；漏电流与与容量大大小、施施加电压压高低、、使用温温度、测测试时间间等相关关。小型铝电电容的测测试时间间一般为为2分钟，初初始测试试电流包包括了位位移电流流、吸收收电流、、漏电流流，位移移电流与与吸收电电流会随随时间迅迅速减小小。所以以铝电容容在测试试过程中中可以看看到漏电电流随测测试时间间迅速减减小，然然后趋于于稳定。。振华富电子1、铝电解解电容器器简介1-2铝电解电电容器的的主要参参数解释释：（5）损耗：：用损耗耗角正切切表示，，是在规规定频率率的正弦弦电压下下，电容容器的损损耗功率率除以电电容器的的无功功功率。电容器的的损耗，，在直流流电压下下主要为为漏导损损耗，在在交流电电压下主主要为漏漏导损耗耗和介质质极化损损耗。电容器会因为消消耗能量量而发热热。振华富电子1-2铝电解电电容器的的主要参参数解释释：（6）ESR（毫欧））：即电容器器的等效效串联电电阻ESR，如下图图电容器器的等效效电路所所示。ESR会影响到到产品的的功率损耗耗、高频特特性、滤滤波效果果等。电容器等等效电路路图振华富电子1-2铝电解电电容器的的主要参参数解释释：（7）额定纹纹波电流流（mA):在规定频频率下最最大允许许交流电电流的有有效值，，在该电电流下电电容器可可在规定定的上限限温度下下连续工工作。最大允许许纹波电电流决定定于环境境温度，，电容表表面积（（散热区区域），，耗散因因数tanδδ(或或者ESR)以及及交流频频率。由于热应应力对电电容寿命命有决定定性作用用，由纹纹波电流流产生的的热量就就是影响响使用寿寿命的重重要因数数。（8）温度范范围：电电容器设设计所确确定的能能连续工工作的环环境温度度范围振华富电子2、铝电解解电容器器的发展展传统的液液体铝电电解电容容存在的的问题：：1）温度特特性差，，性能随随温度波波动大；；2）ESR值大，高高频滤波波特性差差等；3）电解质质为离子子传导，，高频响响应能力力差；4）电解液液在长时时间的使使用过程程，会逐逐渐干涸，限限制长期期使用寿寿命。5）液体电电解质易易受热膨胀胀，出现现漏液或或爆裂的现象（（如右图图）振华富电子2、铝电解解电容器器的发展展要解决传统统液态铝铝电解电电容存在在的问题题，改变阴极极材料及制取工工艺是有效途途径。用电导率率高的固固态导电材料料取代传传统的电电解液，，极大地地提高了了电解电电容器的的性能及及可靠性性。固态电解解电容具具有高频频低ESR（高纹波波电流））、长寿寿命高可可靠等优优异特征征，解决决了传统统产品电电解液易易干涸、、漏液、、爆裂等问问题。振华富电子2、铝电解电电容器的发发展而固体铝电电解电容器器又经历了了三代的发发展，主要要体现在固固体电解质质的改变(1)、1983年日本三三洋电机开开发出了有有机半导体体TCNQ型固体铝铝电解电容容器，这是是真正意义义上的第一一代固体铝铝电解电容容器，商品品名为OS-Con型铝电解解电容器。。TCNQ的的电导率约约为1S/cm，远远高于液体体电解质（（电导率0.01S/cm数数量级），，因此OS-Con具有比液液体铝电容容器低得多多的ESR，具有很很好的高频频特性。TCNQ的的热加工不不好，只能能在很窄的的温度范围围内保持短短时间的熔熔融状态，，对于制造造工艺有非非常严格的的要求。此此外TCNQ的耐焊焊接热稳定定性也不够够好，这些些都在一定定程度上限限值了TCNQ型电电容器的发发展。振华富电子2、铝电解电电容器的发发展而固体铝电电解电容器器又经历了了三代的发发展，主要要体现在固固体电解质质的改变(2)、1989年，日本本Carlitor公司掌握握了导电高高分子材料料聚吡咯PPY的生生产技术，，随后日本本昭和公司司将其应用用于铝电解解电容器，，这就是第第二代的导导电高分子子型固体铝铝电解电容容器（SP-CAP）。PPY的电电导率可达达10S/cm以上上，因此SP-CAP比OS-Con具有更低低的ESR，更好的的频率特性性，在很宽宽的温度范范围内都可可以保持很很低的等效效串联电阻阻。聚吡吡咯咯PPY一一般般用用来来做做叠叠层层片片式式铝铝电电解解电电容容器器。。振华富电子2、铝铝电电解解电电容容器器的的发发展展而固固体体铝铝电电解解电电容容器器又又经经历历了了三三代代的的发发展展，，主主要要体体现现在在固固体体电电解解质质的的改改变变(3)、1988年年，，德德国国拜拜尔尔公公司司开开发发出出新新一一代代导导电电高高分分子子材材料料PEDT（（3，4-聚乙乙烯烯二二氧氧噻噻吩吩）），，此此后后PEDT在在铝铝电电解解电电容容器器中中成成功功应应用用，，标标志志着着第第三三代代固固体体铝铝电电解解电电容容器器的的诞诞生生。。PEDT具具有有更更高高的的电电导导率率（（可可达达100S/cm以以上上）），，且且具具有有更更佳佳的的化化学学稳稳定定性性及及热热稳稳定定性性。。振华富电子2005年以以来来，，在在Intel等公公司司的的推推动动下下，，固固态态电电容容器器市市场场得得到到飞飞速速发发展展。。业业界界普普遍遍认认为为PEDT型型固固体体铝铝电电解解电电容容器器是是最最具具发发展展前前景景的的铝铝电电容容器器。。3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.1结构类型：卷绕式，，由正负电电极箔、电电解纸、、导针、胶胶粒、铝壳壳、电解质构成。产品外形图图：3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺光箔通过化化学或电化化学的方式式，进行腐腐蚀，在表表面形成许许多微孔，，使其有效效面积极大大扩大（几几百到上万万倍），因因此单位面面积具有极极高的容量量。振华富电子3.2正负电极箔箔高压阳极箔箔放大率率400倍3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.3内部结构解解剖图：在铝箔微孔孔内形成附附着的固体体导电聚合合物（PEDT）。最新一代固固体电解质质即导电聚聚合物PEDT，在导电性性、热热稳定性、、化学稳稳定性方面面均有明显显的优势，，是目前可可选用的的综合性能能最好的固固体电解质质3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.4基本工艺流流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的裁切将铝箔或电解纸裁切成设计宽度裁切同刺铆卷绕将导针铆接到铝箔上，并将铝箔与电解纸卷绕成芯子刺铆卷绕同点焊组架将芯子熔接在工艺条上，并组装在载架上无——芯子预形成修补铝箔切口边缘及加工过程中损伤的介质层无——3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.4基本工艺流流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的芯子热处理使电解纸碳化，降低纸的损耗及提高对电解质的吸附力无———聚合在芯子内部形成导电聚合物含浸吸附工作电解液装配将芯子放在铝壳内，并通过胶粒封口，保持芯子装配同清洗清洗外壳及导针油污等清洗同3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.4基本工艺流流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的老练稳定产品性能；剔除早期失效品老练同电性能测试对产品的常规电参数进行测试筛选电性能测试同标识将型号规格印在外壳上标识同外观检查外观检查3、固体电解解质铝电解解电容器结结构及工艺艺振华富电子3.4基本工艺流流程固态电容流程工序目的液态电容流程工序目的成品检查成品检查包装包装入库入库4、固体电解解质铝电解解电容器优优异特性振华富电子10固体电解质质是导电性高高分子聚合合物，为电子导电模模式，而液态电电解质为离子导电模模式。导电性高高分子拥有有比液态电电解质更为为优秀的传传导性指数数，导电性性高分子电电导率比液液态电解质质高3个数量级！因此，固体体铝电容器器有极低的ESR，其高频阻阻抗特性、、温度稳定定性、寿命命、耐纹波波电流等方方面均有优优异表现。。固体电解质质与液态电电解质比较较：4-1高频低阻抗抗振华富电子固体铝电容容器最出色色的性能就就是它具有有近似理想想的阻抗频频率特性。。在100KHz~1MHz的宽频率范范围内都具具有很低的的阻抗值（（如图中A曲线），特别适适合于作为为去耦合电电容器来去去除电路中中的纹波、、脉冲、数数字、静电电以及音频频等各种噪噪音。4-2优良的温度度特性振华富电子ESR在-55~105℃的宽温度范范围内几乎可以保持不不变，如下下图(a),特别适合应应用于长期期工作在低低温恶劣条条件下的电电子设备。。电容量随温温度变化略略高于钽电电解电容器器，低于于其他电容容器，如下下图(b).4-3高温长寿命命振华富电子固体电解质质因没有液液态电解液液易挥发现现象，使用用寿命很长长，产品的的寿命一般般情况下遵遵循工作温温度每下降降20℃、寿命增加加10倍；而液体体铝电容器器则是工作作温度每下下降10℃、使用寿命命只增加2倍。下表是是两种电容容器的寿命命估算，可可见固体铝铝电容器的的实际使用用寿命要远远远长于液液体铝电容容器。寿命估算：：左边为固固态铝电解解电容器，，右边为液液态铝电解解电容器SolidAl.E.capacitor

WetAl.E.capacitor

105℃2,000h105℃2,000h95℃6,300h95℃4,000h85℃20,000h85℃8,000h75℃63,000h75℃16,000h4-4额定纹波电电流高振华富电子导电聚合物物固体铝电电解电容器器由于本身身的ESR很低，因此此，允许在在某瞬间通通过很大的的纹波电流流，而因此此产生的焦焦尔热所引引起的温升很小小。以相同尺寸寸（φ10×10mm）的产品比比较：钽电电容器所允允许的纹波波电流大约约为1900mA，液体铝电电容器大约约为630mA，而固体铝铝电解电容容器可以达达到5500mA。这是因为为导电聚合合物固体铝铝电解电容容器ESR比其他电容容器小得多多的缘故。。4-5安全高可靠靠振华富电子导电聚合物物固体铝电电解电容器器由于采用用固体电解质，不不会出现液液体铝电容容器电解液液漏液、干干涸、“爆爆浆”等事事故，可安安全使用；；且由于固固体电解质质能将产品品内部结构构凝聚固定定，在使用用过程中产产品的抗震震性能良好好，可靠性性高。5、固体铝电解解电容的典典型应用振华富电子固体铝电容容器由于在在ESR、、高频低阻阻抗、温度度稳定性、、耐纹波电电流、长寿寿命、高可可靠性等方方面大大优优于传统的的液体铝电电电容器，，在多媒体体设备、开开关电源、、DC-DC转化器、电电子计算机机、程控交交换设备等等高性能民民用或军用用数字化产产品领域得得到迅速广广泛的应用用。5-1典型应用领领域振华富电子固体铝电容容器因有理理想的阻抗抗-频率曲线，，特别适合合用作滤波波电容器，，去除电路路中的纹波波、数字脉脉冲、静电电以及音频频等各种噪噪音；固体铝电容容器ESR很小，允许许通过纹波波电流大，，因此可用用于开关电电源、计算算机等数字字滤波电路路，可大幅幅度降低输输出电压纹纹波并减少少电容器的的使用数量量，使电路路小型化；；5-1典型应用领领域振华富电子固体铝电容容器可以快快速放电，，可用于需需急速放电电电路中，，也可作为为消耗大电电流的高速速电路中的的备份电容容器；固体铝电容容器的ESR值几乎不随随温度发生生改变，因因此，可以以在低温环环境中长期期使用；固体铝电容容器具有超超长寿命，，适合应用用于那些长长时间使用用的工业设设备。5-2具体应用案案例1、降低纹波波电流小型化是开开关电源的的发展方向向，但是电电容是线路路板上占有有面积很大大的元件之之一。而且且一般的电电容的特性性还会随着着使用温度度的波动而而发生很大大的变化，，因此需要要考虑使用用温度范围围来选择电电容。下列实验显显示固态电容可以在宽广广的温度范范围内，在在高频率下下有降低纹纹波电压的的能力。5-2具体应用案案例1、降低纹波波电流在环境温度度分别设定定为25℃，-25℃，70℃，要达到相相同的输出出纹波电压压，分别需需使用的固固态电容、、低阻抗铝铝电解电容容、低ESR钽电容的规规格及数量量图1：实验电路路图表1:25℃℃的环境下比比较固态电容6.3V100××1个低阻抗铝电电解电容6.3V680××3个低ESR钽电容6.3V100××2个表2:-25℃的环境下比比较固态电容6.3V100××1个低阻抗铝电电解电容6.3V680××7个低ESR钽电容6.3V100××2个表3:70℃℃的环境下比比较固态电容6.3V100××1个低阻抗铝电电解电容6.3V680××2个低ESR钽电容6.3V100××2个5-2具体应用案案例2、固态电容的高速保护护能力在高速大负负荷变动的的设备中，，如CPU、GPU，负载电流流的急剧变变化，会带带来电源线线路的电压压变动，而而直接引起起处理器误误动作。用用于高速负负荷变动时时，需要低低ESR的大容量电电容器。2、固态电容的高速保护护能力下面，对比比固态电容容、低阻抗抗铝电解电电容、低ESR钽电容的应应用效果同等规格产产品，电源源线路的电电压下降相相对于固态电容的104mV，低阻抗铝铝电解电容容器为548mV(固态的电容容的5.3倍)，低ESR钽电容器为为212mV(约为固态电容的2倍)。5-3使用注意事事项聚合物固体体铝电解电电容器具有有极性，使使用中不要要接错，否则会产产生很大的的漏电流并并缩短产品品的使用寿寿命。使用中需确确认应用环环境适合于于规格所给给的应用范范围，如额额定电压和和额定温度度范围，直流电压和和纹波电压压峰值之和和不应超过过额定电压压。使用中降低低环境温度度、工作电电压或纹波波电流都可可提高产品品的可靠性性急速充放电电产生的过过大冲击电电流会损伤伤产品，因因此，当冲冲击电流过过大时应使用用保护护电路路；振华富电子6、“振华富富”产品系系列及行业状状况振华富电子6-1型号规规格说说明:JCDP1-8x11.5-6.3V330M(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(1)J表示军军用，，无J表示民民用；；(2)CDP表示产产品类类型：：导电电聚合合物固固体铝铝电解解电容容器；；(3)表示产产品系系列号号为1；(4)表示产产品外外形尺尺寸（（铝壳壳外径径x长度，，mm）；(5)表示额额定电电压6.3V;(6)表示标标称电电容量量330uf；(7)M表示容容量公公差为为+/-20%;注：普普军级级产品品符合合GB/T-5993-2003和Q/ZHF0074-2010企业标标准。。6、“振华富富”产品系系列及行