铝电解电容基本结构

电容器包括二个电极，这二个电极储存的电荷大相等，极性相反。电极本身是导体，二个电极之间的绝缘体称为介电质（Dielectric），电容器的基本模型如图1所示。电容量C和电极的面积S成正比，和二个电极之间的距离d成反比，电容量C也和二个电极间的介电质的介电常数（或称为电容率）ε成正比，即

式1

S：电极板表面积，单位m^2；d：两极板间距，单位m；ε：介电质的介电常数，为介电质的相对介电常数与真空介电常数的乘积，即ε=εr*ε0，其中真空介电常数

2. 铝电解电容器基本构造

铝电解电容器的素子构造如图2a所示，正负极是使用高纯度的铝箔组成，正负极之间是以浸渍电解液后的电解纸做为分离层，外部由橡胶塞和铝壳组成，如图2b所示，用铝壳和橡胶密封的目的是为了保护内部的素子和抑制电解液挥发，保证制品寿命。铝电解电容上的压力阀是作用是当不正确使用时，如接入负电压或正电压过大，内部压力会增大，为了防止电容爆炸，电容器的一部分被做的很薄以具有压力阀的作用。压力阀位于电容器的顶部，所以当使用有压力阀的电容器时，其上方必须需有足够的空间。

电容器直径	电容器上方空间
8mm(6.3mm)~16mm	≥2mm
18mm~35mm	≥3mm
40mm	≥5mm

注：内部布线和电路不可延伸到电容器的压力阀部上方。

3. 铝电解电容材料特性

3.1 铝箔

电容量与极板面积成正比，所以为了扩大表面积，将阳极铝箔、阴极铝箔材料置于氯化物水溶液中进行电化学蚀刻，如图3所示。然后将阳极铝箔在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后，在铝箔表面形成电介质氧化层（Al2O3），这个介电质层是很薄很致密的氧化膜，其耐电压常数约为1.1~1.5nm/V，绝缘电阻大约为10^8~10^9Ω/m，氧化层的厚度和耐压成正比（加大氧化层的厚度可以提高耐压值）。

说明：阴极铝箔同阳极铝箔一样有蚀刻的程序，但是没有氧化的程序。因此阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的Al2O3，能承受的电压只有0.5V左右。

图3. 铝箔蚀刻横截面处

形成氧化膜后的铝箔在电解液中是具有整流特性的金属，被称之为阀金属。其V-I特性如图5所示。

图5. 氧化铝箔V-I特性

注：氧化铝箔V-I的特性以及阴极铝箔的低耐压是电解电容具有极性的原因。

电容器中常用介质的相对介电常数见下表所示。

3.2 电解液

电解液是由离子导电的液体，是真正意义上阴极，起着连接阳极铝箔表面电介质电层的作用。而阴极铝箔类似集电极一样起着连接真正阴极和内部电路的作用。电解液是决定电容器特性（温度特性，频率特性，使用寿命等）的关键材料。

3.3 铝电解电容器等效回路

铝电解电容器的切面示意图以及等效回路如图6所示。

图6. 铝电解电容器的切面示意图以及等效回路

上图中各参数定义如下：

CA，CC：阳极箔、阴极箔的静电容量，因阳极箔表面有氧化膜处理，而阴极管表面没有处理，故CC＞＞CA；

DA，DC：阳极箔、阴极箔氧化膜的整流作用，DA可承受较大电压；DC可承受电压小，约0.5V~1V；

LA，LC：阳极箔、阴极箔的电感；

R：电解液、电解纸的电阻；

RA，RC：阳极箔、阴极箔氧化膜的电感阻；

因为CA，CC串联，故总容量C为：

式2

3. 铝电解电容制造工艺

① 蚀刻（扩大表面积）：蚀刻的作用是扩大铝箔的表面积。蚀刻是在氯化物溶液中施加交流或直流电流的电化学过程。对于低压电容，表面积可以通过蚀刻增大100倍，对高压则一般为20~25倍，即高压电容比低压电容的蚀刻系数要小，这是由于高压的氧化膜较厚，部分掩盖了蚀刻后的微观起伏，降低了有效表面积的缘故。

② 化成Forming（形成电介质层）：化成是在阳极箔表面形成电介质层（Al2O3）的过程。一般将化成过的铝箔作为阳极使用。氧化铝的厚度与化成电压有关（1.1~1.5nm/V）。通常化成电压与工作电压有一个比例系数，铝电容的比例系数较小，为1.2~2(固体钽电容为3~5)。例如，如果有一个450V额定电压的铝电容，若比例系数为1.4，则化成电压为450V*1.4=600V,这样氧化膜的厚度大概为1.5nm*600=900nm,这个厚度不到人头发直径的百分之一。

③ 裁剪：按照不同产品尺寸要求将铝箔（阴极箔和阳极箔）和电解纸剪切为需要的尺寸。

④ 卷绕：将阴极箔和阳极箔之间插入电解纸，然后卷绕成圆柱形，在卷绕工艺上阴极箔和阳极箔上连接端子。

⑤ 含浸：将素子浸入电解液中的过程。电解液由不同化学成分混合而成，根据不同的电压和应用环境范围，其组成成分也不同，水在电解液成分中占据一个主要角色，它增加了电解液可导性从而减小了电容的ESR，但同时降低了沸点影响了在高温下的性能，降低了贮藏时间。当漏电流流过，水分子分解成氢气和氧气，氧气在漏电流处与阳极箔金属生成新的氧化膜，即自愈。氢气则能通过电容的橡胶塞逸出。因此为了维持氧化膜的自愈特性，需要有一定比例的水。

⑥ 密封：将素子装入铝壳中后用封口材料（橡胶，橡胶盖等）密封的过程。为了释放产生的氢气，并不是绝对的密封，当内外压力差值超过某一值时，氢气可单向透过橡胶逸出，消除爆破的危险。总的来说封得太密，会导致过强的压力，太松，则会使电解液挥发干涸失效。

⑦ 老化（再化成）：对密封后的电容器在高温下施加一个大于额定电压但小于化成电压的直流电压的过程。这个过程能将裁剪和卷绕过程时电介质层的一些受损进行修复。老化是筛选早期失效电容的一个很好手段，低的初始漏电流是有效老化的一个标志。

⑧ 全检，包装：老化后，将对所有产品进行电气特性检查。并进行端子加工，编带等。最后进行包装。

⑨ 出货检查：根据产品检验标准进行出货检验。

⑩ 出货

介质	相对介电常数	介质	相对介电常数
铝氧化膜	7~8	陶瓷	10~120
薄膜树脂	3.2	聚苯乙烯	2.5
云母	6~8	钽氧化膜	10~20