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片式铝电解电容器技术特点及走向

发布时间:2018-08-13 18:08编辑:采集侠浏览(168)

    片式电容器是20世纪80年代随着电路板组装密集化的趋势,以及表面贴装技术SMT的发展而逐步发展起来的。最早片式化的电容器是陶瓷电容器和钽电解电容器,铝电解电容器由于片式化难度大,所以发展较晚。从使用的电解质来看,片式铝电解电容器主要分为液体电解质片式铝电解电容器和固体电解质片式铝电容器两大类。从结构上看,主要有卧式结构和立式结构两种。

    卧式优点为高度低,最高尺寸不超过4.5mm,缺点是贴装面积大,不适宜高密度组装;立式安装面积小,适宜高密度组装。目前片式铝的以立式结构为主,以下主要介绍立式结构的铝电解的技术特点。

    液体电解质片式铝能承受回流焊最高温度250℃ 10S的成熟产品系列,其寿命可达到105℃ 2000~5000h。与传统引线式铝电解电容器相比,片式产品主要有以下改进。第一,使用γ丁内脂-三级铵盐体系电解液替代传统的乙二醇-己二酸铵体系;第二,使用密封能力更强的丁基胶替代三元乙丙胶;第三,使用目前片式铝电解电容器的核心技术主要掌握在日本厂商手中,国内及台湾地区的片式铝生产企业,都以引进吸收日本技术为主。

    由于无铅环保焊料的逐步推广,回流焊温度要求进一步提升,锡-铅焊料的共熔温度为220℃,锡-银-铜合金的共熔温度为240℃,这就对片式铝电解电容器的耐高温性能提出了更高要求。由于液体电解质高温饱和蒸汽压高且存在电导率低、高频阻抗大等缺陷,发展固体电解质铝电解电容器已成为业界共识。

    表一:铝电解常用电解质与导电率对比表

    电解质

    导电率(s/cm)

    PEDT高分子聚合物

    10~100

    TCON有机半导体

    1

    液体电解质

    0.001~0.03

    固体电解质片式铝电解电容器以聚吡咯、聚二氧噻酚等有机高分子作为产品的实际阴极,与液体电解质片式铝比较具有大容量、低阻抗、无电解质泄漏、高温长寿命等优点,并具有耐反向电压的能力。该产品开发较晚处于寿命期的早期阶段,目前主要生产厂家为松下、三洋、NICHICON、CHEMICON等日本企业。其中日本松下公司是片式铝电解电容器工业产权最多的公司,也是最早生产高分子聚合物固体铝电解电容器的企业,可生产直径φ3~10mm的全系列片式铝电解电容器。

    国内西安交大等几家高校和科研院所开展了固体电解质的研究,并取得了一定的成果,在技术上落后日本2~3年,如将引进与自主科研相结合,高端元器件市场由日本独占的局面将会改变。

    2002年,固体电解质片式铝电解电容器的国际市场需求量为4亿美元左右,并以20%以上的速度高速增长。目前生产该电容器的几家日本公司的产量为10亿只/年,销售额2亿美元,尚无法满足市场需要,如在技术上取得突破,国内企业在片式铝市场上将大有作为。

    高分子聚合物固体铝电解电容器使用电子导电,不同于传统的液体电解质使用离子导电,因此ESR极低,具有优良的高频低阻抗特性,可被广泛应用于解耦滤波回路和电源平滑回路。例如,在平滑电路输入叠加1MHz(8Vp-p)高频信号,利用1只47μF的高分子固体铝电解电容器滤波,可使该高频信号降到30mVp-p输出。效果相当于并联接入四只1000μF的普通引线式铝电解电容或三只100μF的钽电解电容的滤波效果。

    高分子聚合物固体铝电解电容器具有良好的高频响应特性和耐大纹波电流的能力,适宜在开关电源回路中修正因电路电感引起的电流滞后(见图一),提高负载的高频响应速度。

    高分子聚合物固体铝电解电容器具有极佳的温度特性和平坦的电容量-频率特性。最低温度-55℃容量变化≤-5%。高温负荷和耐湿特性也要好于一般的液体电解质电解电容器。

    高分子聚合物固体铝电解电容器适用于SMT回流焊接,可承受260℃,10S的无铅回流焊接。同时该产品还具有阻燃、环保的优点。

    高分子聚合物固体铝电解电容器存在额定电压较低,漏电流较大的缺点,还无法完全取代液体电解质铝电解电容器。

    高分子聚合物固体电解质铝电解电容器代表了电解电容的发展方向,具有诸多优良性能,可广泛应用于DC-DC变换器、笔记本电脑、高速处理器后备电源、DVD、等离子电视、汽车音响等高新产品。