电容器基础知识培训教材.doc

目录一、 铝电解电容器定义、结构、应用；二、 铝电解电容器发展动态；三、 铝电解电容器三大参数；四、 铝电解电容器性能特点；五、 铝电解电容器的制造工艺；六、 铝电解电容产品的贮存；七、 铝电解电容器的寿命；八、 铝电解电容器的耐溶剂性；九、 铝电解电容器产品的可靠性检验；十、 铝电解电容器的使用注意事项；铝电解电容器基础知识一.铝电解电容器的定义、结构与应用：1.电容器：由两块极板中间夹一层绝缘介质构成的能够贮存电能的电子元件。铝电解电容器：在正负两块铝箔间隔一层电解纸，由正箔表面的氧化膜（Al2O3）作介质构成的，通过电解反应能自动修补介质的贮存电能的电子元件。 注：电解反应-在外加电流作用下发生的有电子得失的氧化还原反应。注：铝电解电容器的另一极并非像其它类型电容器用的是金属极板，而是用电解液作为电容器的阴极，电解质根据其物理状态可分为液体、半液体（糊状）和固体。为了使电容器的阴极与电容器的负极相连接，必须从结构上加上一阴极箔，以便阴极引出，因此负箔仅起到引出阴极的作用。电解电容器从结构上大体可分三种，箔式卷绕型、液体电解质烧结型和固体电解质烧结型。箔式电解电容器多见于铝箔电解电容器和钽箔电解电容器，烧结型主要是钽电容、铌电容；2.铝电解电容器的结构：A.主要原材料构成引线式：正箔、负箔、引线、电解纸、皮头、铝壳、套管；焊片式：正箔、负箔、引片、电解纸、端子、盖板、铝壳、套管）负箔电解纸正箔引线 B.外形图与内部结构图：引片端子垫圈盖板铆钉引片绝缘套管铝壳素子垫片3.应用： 电解电容器由于体积小，容量大，所以广泛用于对容量误差及损耗角正切值要求不高的直流或脉动电压形式的电子线路中，主要用于电源的滤波、耦合、退耦，还可用作大功率能源，如储能点焊、充放电闪光灯等；由于烧结型电解电容较贵，故小型铝电解电容器被用于晶体管收音机、录音机和电视机等一般整机中；低压大容量的多用于计算机的电源设备中。二.铝电解电容器的发展动态： 1.小型化2.长寿命化3.低阻抗4.高频化5.宽温化6.大容量化7.小损失化8.低漏电化另外要求产品的以下特性好： 温度特性：随着使用温度的变化，电容器的三参数变化曲线平缓；频率特性：随着使用频率的变化，电容器的三参数变化曲线平缓；低 阻 抗：阻抗值低，阻抗频率特性好。三.铝电解电容器的三大参数：1.容量：A.定义：电子元件在工作时所能贮存的电子能量。C（容量）=Q库仑/V伏特 （基本电荷e=1.6X10-19库仑） (容量的单位法拉F、毫法mF、微法mF、纳法nF、皮法pF，其换算关系如下：1法拉=103 mF =106mF =109 nF =1012pFC=（e0eS）/d=（e0eLW）/d其中：e0 ：真空介电常数；e：Al的介电常数（约7-11）；S：箔的正对面积；d：氧化膜厚度（两极间距离）；L：箔的长度；W：箔的宽度。B.容量表示方法：优先数系法（E3、E6、E12、E24-），各系列容量允许偏差如下：E330%；E6 20%；E12 10%；E24 5%通常标称容量值的选取是按E6系列的优选数确定的，共计6个数，作为标称值系列，即：1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8或以上值再乘以10n，其中n为整数E6系列的允许偏差为20%，一个极别的上限或下限近似于相邻一个极别的下限或上限。C.容量随温度的变化而变化，容量温度变化百分率：C/C=(Ct-C0)/C0 (其中Ct为上或下极限温度时的容量，C0为常温时的容量)D.影响容量的主要因素：铝箔的面积大小：面积越大，单位面积内贮存的电荷越多，容量越大，这是设计电容器容量大小的依据；氧化膜的厚度：氧化膜越厚，两极间距离越大，比容越小，高压箔比容低，就是因为一方面氧化膜厚，另外表面积比低压箔小；而低压箔比容高，是因为一方面氧化膜薄，另一方面表面积较大。电解液的多少，电解液作为电解电容器的阴极，当其量不够时，贮存电荷的能力会降低；卷绕是否齐；由于容量与两极对向面积成正比，当卷绕不齐时，对向面积相对减小，容量也就相对降低；温度高低；当温度高时，电子运动加剧，两极吸引力增强，电荷贮存多，容量增大，反之容量减小；2.损失：任何导电物体都有电阻，电解电容器由于内部构造也有电阻。当电流流通时会消耗电能。根据做功原理（内部功耗P功=I2R），可知内部电阻越大，消耗电量越多；A.定义：在工作过程中，电容器由于内部电阻和电子运动导致的能量消耗。tand=CR（：电源角频率；C：容量；R：电阻）B.电容器中的电阻包括：接触电阻：引出线嵌在箔上后两者之间的电阻；氧化膜电阻：氧化膜本身是绝缘的，电阻很大；电解液的电阻：液体是靠离子导电的，离子数量和迁移速度决定电解液电阻的大小；导电离子多，离子迁移速度慢，电阻就小。C.影响损失的主要因素：正箔绝缘性能差（氧化膜缺陷，漏电流大，内部功耗大）；与额定电压高低有关（电压高损失小，电压低损失大）；电容量大小(容量大，损失大)；含浸不充分；电解液的粘度(电解液粘度大，损失大)；电解纸的厚度和密度(电解纸起隔离正负箔的作用；其密度越大，厚度越厚，其损失也越大)；接触电阻大，损失值大(开花毛刺，未压下，接触电阻大；压得太重，会嵌伤铝箔，导致充电后无容量)；温度高，分子运动加剧，电阻小，电导率大。D.损失值表示法：UcUrUrUcUU（a）串联等效电路图 （b）电压、电流失量图tand=Ur/Uc=IR/(I1/C)= CR3.漏电流：施加电压时电容器内部两极形成电场，存在电势差，电子在电场力的作用下，作定向移动，正负两极电荷达平衡后电流逐渐变小，但因氧化膜有缺陷，导致不完全绝缘，始终有电流流通；充电时有充电电流流过；两极电荷平衡时有电子电流，即漏电流； A.定义：由于氧化膜本身有缺陷和制造过程中氧化膜被损伤，造成电容器两极不完全绝缘而流通的电子电流叫漏电流。 IL=KCUIL为漏电流容许值，K为不同种类或规格电容器的常数，C为电解电容器的容量(F)，U为施加的直流额定电压值(V)，此值为电容器所允许的最大漏电流。B.影响漏电流的主要因素：阳极箔损坏，制造工艺造成箔损坏或划伤；材料本身原因(杂质多：阳离子杂质Fe3+、Ca2+、Cu2+、Mg2+等与Al构成导电小桥和微电池；阴离子杂质SO42-、Cl-等对阳极氧化膜造成腐蚀；)工艺中材料被污染，造成连续性、累积性的腐蚀过程(Cl-的主要来源：汗渍、头皮屑、皮屑、灰尘)；反向电压、过压造成氧化膜被电子击穿；温度过高，电子运动加剧。注1：漏电流是三大参数中最影响寿命的参数，因此在生产过程中特别注意铝箔刮伤、生产材料污染和弄错电压；注2：漏电流的大小与所处环境温度有关，分选和测量时，应严格控制环境温度的改变，一般当环境温度升高10时，所测值可能会成倍增加；注3：漏电流与容量的关系：A部分为引线部漏电流，除本部固定值外， IL漏电流随容量的上升逐渐增大。 AmF 对于小容量的产品，因为使用的是低倍率的箔，实效面积小，引线部漏电流影响是很大的，除保持引线的工艺卫生符合要求。四.电解电容器的性能特点：1.比容值大，铝箔腐蚀后面积扩大几十倍，有效面积大，贮存大量电荷；2.有自愈性（充电时自动修复氧化膜，使绝缘介质膜恢复和加固其应有的绝缘能力，绝缘性得到巩固）3.有极性（有正负极之分，正极只能接电源的正极，负极接电源负极，不能接反，否则tand 和IL增大，芯子发热，介质被破坏）4.绝缘性差（漏电流大，铝电解电容器的漏电流以mA计，其他电容器则以nA计）；5.损失值大（只能用于能量损耗精度要求不高的整机上）；6.易劣化（过压和反向加压、长期使用，电糊漏出干燥、无负荷存放时间太长，质量劣化，漏电流增大）；7.价格便宜（制造时注意降低消耗）。五.制造工艺1.材料切割工艺中的注意事项：工作场所清洁整齐：材料密封放置：切割机上滚动轴平滑，无粘附物和灰尘（铝屑要清除，否则易导致短路）；按生产计划配备和切割材料；切割刀片经过确认，毛刺合格；所切材料无伤痕或划破现象，无扭曲现象，尺寸合格，卷绕整齐，分类放置；2.嵌钉卷绕工艺嵌钉是指将引线铆接到铝箔上，使引线的铝金属与箔金属紧密结合；卷绕是将赋能好的阳极铝箔、衬垫材料和阴极引出铝箔卷成电容器芯子；A.材料要求：(1)铝箔厚度：正箔一般为40-110mm，负箔一般为20-60mm。纯度：正箔为99.98%以上，负箔为99.95%以上。(2)引线纯度99.99%质量要求：抗拉、抗弯、抗扭有充分强度，锡焊性良好；嵌钉后与电极箔结合充分，耐振动性强；化成引线的作用：缩短老化时间、使老化中产生气体减少、减小产品的损失(3)电解纸的要求主要成份：植物纤维素作用：隔离正负箔，避免直接接触；吸收并保持足够的电解液； 质量要求：a.有害杂质少；b.吸水性好（润湿性好，吸收并保持足够的电糊）：c.均匀的孔洞：（透气率大）；d.厚度均匀，密度小；e.要有一定的抗拉强度，避免卷绕时拉断；f.介电特性（即绝缘性）好；（既要避免两极箔直接接触，同时保持两极箔间距离，使氧化膜具有较强的耐压强度，若两极箔直接接触耐压值很小）。 电解纸的选择：a.防止短路，电解纸密度越低越易短路；b.短路部位：箔尖端、引线隅角、箔之切断部；c.国内一般用植物纤维纸；d.较先进的是双密度纸（2/3为低密度，1/3为高密度）；e.国外纸浆中加石墨“碳化纸”，降低tand；f还可用多孔性聚丙烯薄膜作衬垫；其中b可以解决吸油性和拉力间的矛盾；d可缩小体积，提高上限温度。B.嵌钉卷绕过程：(1)卷绕的目的：缩小体积，各层紧密结合，等效串联电阻减小，tand减小；(2)嵌卷不良影响：项目工艺卫生操作质量不良现象材料本身杂质多手直接接触材料、直接接触金属（人为引入杂质）材料未封存，长时间裸露在空气中洞上下尺寸变动断箔卷绕不齐正引线嵌上露箔电解纸刺破嵌钉毛刺切箔毛刺箔打折断箔引线嵌偏嵌钉压着未达到金相结合压着不良、毛刺、压力太重、嵌伤接触电阻大开花不粘箔铝箔杂质多切割挂伤生产过程中挂伤后果易腐蚀，导致绝缘性能差，损失增大、漏电流增大容量低、断箔，导致扭曲不合格短路扭曲不合格测LC后无容量漏电流大(3)控制温度的原因：防止腐蚀：温度高水蒸发湿度大水中的H与空气中Cl反应形成HCl； (4)嵌钉参数(CP线相符，嵌钉厚度与接触电阻符合标准；卷绕脚距与皮头孔径相符，卷绕齐度符合标准)3.含浸工艺(1)含浸工艺流程：素子干燥含浸16以上解体检查脱液A.素子干燥目的：减少素子所含水分，避免电解液水分增加和影响渗透；干燥法：a.高温干燥：温度1055，时间2小时，(D18 WV160V产品：3小时)，常压下进行。b.真空干燥：温度855，时间1小时，大气压在10mmHg以下进行。B.含浸方法单纯浸渍法：将素子浸入电解液中，电解液比纸低，至下而上浸入；通常是常温，如加热，将引起水分蒸发，导致电解液变质；真空含浸法及真空加压含浸法：素子放入含浸缸后将含浸缸抽至真空。当浸入的电解液盖满素子后，再恢复大气压(加压压力：2.53.0kg/cm2)。因大气压力，电解液迅速至上而下浸入素子。若注入液后封闭容器，施加压力称为真空加压含浸法。；a. 引线式D1000Me.化学性能：耐电解液要求（110 24hr 重量体积变化小于2%，电解液不发黑，无沉淀）f.纯度要求：Cl-1PPM；SO42-3PPM(2)封口具备的能力：a.不能漏液，以免影响寿命（容量低、损失大）；电解液为糊状，有可能通过封面结构的各种渠道渗漏。另一个原因是工作过程中产生较多的气体，日积月累内部气压增大，使密封结构受到影响。电解液漏出后不但影响使用寿命，还可能对周围元件造成浸蚀；b.防止湿气形成水分浸入和腐蚀；c.防压力合格，在外界压力小于大气压的情况下，电解液不被吸出；d.防震，在规定的振动限度内不漏液；e.防止有机溶剂浸入，造成腐蚀，使漏电流增大；f.防爆性能好（6以上）(3)组粒作业注意事项：讲究工艺卫生：避免人为的引入杂质，致使损失大、漏电大操作事项引入皮屑、头皮屑和灰尘影响产品特性束腰未在铝梗上漏液，密封性能变差素子在空气中暴露过久电解液蒸发，空气污染，素子吸水，漏电大电解液太多或太少电解多，漏液；电解液少，容量低，损失大素子夹太紧，夹扁或挤出电解液易短路或损失值大束腰异常有束腰破裂危险裸品上有毛刺高温时易刺破套管(4)白皮头来源：A、 三元乙丙胶高分子化合物分子之间的键断裂，分子脱落；B、 铝壳质量不良与振动盘磨擦，铝屑及其它污物附着皮头表面；(5)温度、湿度的控制作用a.防止腐蚀；b.防止电解液蒸发；c.防止水分浸入素子； 温度高导致水蒸发，湿度大，进而导致Cl-与H2O中的H+生成HCl，HCl与Al反应，造成连续、累积性腐蚀，水分的浸入改变电解液的成分和特性。(6)防止漏液的方法a.选箔质量符合要求；b.制造过程中氧化膜的机械操作尽量减少；c.老化时间充分，及时剔除不合格品；d.改进外壳与密封零件的配合；e.增加大壳号顶部的缓冲空间，大型产品加装防爆阀；f.改进电解液配方，使产生的气体减少。5.清洗工艺(1)目的：除去铝壳、套管、皮头和引出线上的油污、氧化物和附着物；(2)清洗作业注意事项a.正确选择清洗剂，防止有机溶剂混入；b.注意控制水温和控制甩干时间；c.产品烘干，防止包装后湿度大，引线生锈。6.套管工艺(1)材质：PVC(聚氯乙烯)和PET材质(2)材料特点：绝缘性、耐化学腐蚀性、耐光性好、热稳定性差(3)质量要求：a.外观；b.收缩性：横向、纵向；c.绝缘性：6-8千伏10秒钟，无击穿现象。(4)套管的标识：a.标称容量；b.标称电压；c.系列d.容差代码：M20% K10% J5% N30%e.温度：电容器允许使用的最高温度；f.电流方向：电流由正极流向负极；g.负极线h.牌名：商标；i.生产周期(根据顾客要求)。注：套管上系列前有字样的，表示该套管为PET套管。(5)质量要求a.套管包覆完好；b.标识正确、清晰；c.耐热性合格，不发生收缩和破裂；d.耐溶剂合格，标志清晰。(6)套管作业注意事项a.套管机热缩温度与热缩时间设置正确；b.夹具不夹伤裸品和已套管好的产品；c.各反极装置性能良好，注意弯引线，避免误判；d.套管标识与产品一致。6.老化工艺(1)老化目的：a.修补氧化膜（主要）；b.热处理；AL（HO）3 AL2O3 +3H2c.调试；（用各铝箔的老化电压老化，使之工作时能耐此电压）d.剔除不良品。漏电流(2)老化方法：普通老化、脉冲老化漏电流时间时间普通老化 脉冲老化脉冲老化的优点：充电电流大，氧化效率高、氧化膜质量好，漏电流小(3)老化过程：常温老化、高温老化(4)老化时间、电流、电压的控制老化时间WV160V产品：常温老化1小时，高温老化2小时；WV160V产品：常温老化2小时，高温老化4小时；重新老化产品：常温老化1小时，高温老化3小时；特殊规格WV50V且 CAP22F产品：常温老化1小时，高温老化4小时。老化电压a.WV160V产品，一次性调压；WV160V产品，采用逐段调节的升压方式b.WV35V产品，偏差为0.1V；35VWV160V产品，偏差为0.2V；WV160V产品，偏差为 1.0V。老化电流a.WV160V产品：0.01C(容量)V(电压)N(数量)10-6或2A以下。b.WV160V产品：0.03C(容量)V(电压)N(数量)10-6或2A以下。最终电流a.WV160V产品：0.001C(容量)V(额定电压)N(数量)10-6或0.01A以下。b.WV160V产品：0.003C(容量)V(额定电压)N(数量) 10-6(5)老化作业注意事项检查是否断线；分级升压或限流升压；升压剔除短路产品；不能反向加压，否则导致容量低，损失大，漏电大，产品甚至会爆炸；不能超过老化电压，否则导致容量低，损失大，漏电大；放电最少两次，防止再生电压，防止意外短路时对电容器产生的影响。7.分选工序(1)分选的目的：剔除特性不良的产品。(2) WV160V产品，分选一次；WV160V产品，分选两次。(3)三参数的设置容量、损失按内控标准设置；漏电设置：a. WV250V产品，漏电流按内控标准X0.25设置；第二次分选：WV160V产品，漏电流按内控标准设置。(4)电压设置WV250V产品分选电压为100V；第二次分选：WV160V产品，分选电压按产品三特性内控标准中的测定电压设置。(5)分选间隔要求：D12.5mm产品，不需空隔；D16mm产品，空隔一个夹具(6)分选作业注意事项批次产品分选前，应对分选机进行精度测试；三参数、分选电压设置正确；外观不良与反极产品及时剔除；掉在地上、良品箱盖上、夹具上的产品应重新分选，禁止直接汇合。8.编带、切脚工艺在保证加工形状与尺寸满足客户要求的同时，注意以下潜在的影响：(1)内部素子与外壳，可能发生变动；(2)加工过程由于力的作用与嵌钉部位变动，使接触电阻大（松驰）；(3)焊点部位接触不良或脱落；(4)刺破套管，受热后开裂。9.电解电容器之检验在大量生产中所制造出来的产品不可能全部合格，其中必定掺杂一些机械性能或电特性不好的次品、废品。为了保证良品出厂，将所有产品都经过检验，剔除次品和废品。铝电解电容器中一般检验的项目有：（1） 外观：用目视检查，根据客户要求和企业标准检查并剔除不良品；（2） 尺寸：用游标卡尺检查，按电容器尺寸标准检查，脚距F0.5mm，引线线径d0.05mm，产品高度Lmax为L+max，max 值：5mm、7mm高度超小型产品为1mm，一般标准品、高频低阻抗产品5、6.3、8产品及10以上产品L为16mm(含16mm)以下产品为1.5mm，L为20mm(含20mm)以上产品为2.0mm。（3） 电容量：用容量检测仪检验，根据电解电容器的标称容量和允许偏差计算出容量范围，通过容量测试仪测出容量在标准范围即可，注意测试频率，如客户无特殊要求时，选取120Hz测试；（4） 损耗正切值：用容量检测仪检验，用120Hz测试，损耗角正切值根据产品三特殊内控标准或产品三特性公司标准(适用于入库或出库检查)根据系列和标称电压查出对应的损耗角正切值，注意此值为最大值，当测试值小于最大值时，即为合格品。（5） 漏电流检验：电解电容器阳极氧化膜上有微小的缝隙、杂质、疵点等缺陷，造成杂质离子电流流通，其中以电子电流为主。伴随电子电流的出现，有可能在阳极释放出氢气，使内压增加，压力过大还可能爆炸。漏电流是电容器电性能优劣和工艺卫生的一个直接标志。漏电流的大小与电压和容量有关，还要考虑外部结构的因素； I0=KCU+M 漏电流用漏电检测仪测量，当工作电压较高，漏电流较大时，M值就大些。（6） 必要时增加扭曲检验。（7） 容量检测仪、漏电流检测仪必须使用校准合格且在有效期限内的仪器进行检验。（8） 容量、损耗正切值、漏电流测试条件：温度1528，湿度70%以下六.铝电解电容产品的贮存(1)长时间贮存之影响：A.外部：皮头丧失密封能力，引线氧化、生锈、发黑，套管硬化、变色、龟裂等；B.内部：氧化膜劣化；阴极表面变质；阴阳两极表面与电解液发生反应；结果：电容器特性发生变化（漏电流大，损失大）。(2)保存条件温度：1535；湿度：25%75%；气压：常压（一个标准大气压）；避免阳光直射和有害气体（H2S、NH3、HCl）；时间超过3个月（重检）低压比高压时间稍长。七.电解电容器的寿命 L = L02（T0-T）/10L：使用温度下的寿命；L0：最高温度下的使用寿命；T：最高使用温度； T0：使用温度。使用温度升高10，寿命缩短一半。注意事项：A.高温试验时，控制好温度和时间，否则影响产品寿命；B.老化时控制好温度；C.电压与寿命关系：使用额定电压以外的电压对寿命影响是很显著的，短时间内会耗尽寿命。D.交流电流对寿命的影响：铝电解电容器比其它电容器的损失值大，交流电流产生热量，过大的交流电流使电容器温度大为上升，对寿命也会产生很大影响；电解电容器允许流通的最大电流不能超过电流的峰值，即最大纹波电流。IL = 1.12(DTCR/tg)1/2其中：D为产品直径；T为温升；CR为标称容量八.铝电解电容器的耐溶剂性 一般铝电解电容器的受卤系有机溶剂的游离Cl-影响，Cl-向电容器内浸入电极，诱发电容器特性急剧劣化。九.产品可靠性检验国标GB2693-2001、GB5995-86、GB5993-86、IEC3840-11.检验环境：温度1535，相对湿度2575%，气压86106kPa 2.检验项目：(1)逐批试验A组：外观、尺寸、漏电流、电容量、损失、阻抗(非破坏性试验)，按IEC410 抽样；B组：可焊性、高温贮存、高低温特性(破坏性试验)，按EC410 S-3抽样。(2)周