铝质电解电容器简介

铝质电解电容器简介第1页，共33页，2023年，2月20日，星期四電容器又稱容電器或儲電器(是一種用來儲存電荷的元件,簡稱電容(英文Capacitors)用字母“C”代替,其結構用兩片金屬,中間隔以絕緣體或介質即組合電容器。因其種類很多,依其使用之材料、製造方法、功能之不同分為電解電容器、紙質電容器、油質電容器、雲母電容器等種類。1.電容器概述第2页，共33页，2023年，2月20日，星期四Capacitance：靜電容量

電解電容器的靜電容量是依據JIS的規定，在120Hz的交流紋波電流所測之值，也是表示該電容器能儲存電能的能力，其計算公式：

Q(庫倫)=C(法拉)*V(伏特)

在長時間使用中，有漸增及漸減兩種現象；漸增是氧化皮膜被電解質溶解而減少厚度之現象；漸減則是電解質中的水份蒸發後，電解質的粘度及電阻增加而發生的一種現象:靜電容量在溫度低時，電容量會減少，高時會增加，而在頻率高的時候，容值是呈減少現象。2.電容器特性第3页，共33页，2023年，2月20日，星期四εxSC=Kx10(uF)d電容器其電容量與電極的有效相對面積S成正比與電極間的距離d成反比;而公式如下:誘電体(介質)誘電率(ε)最小厚度(μm)空氣1

聚丙稀塑膠薄膜2.24聚乙酯塑膠薄膜3.21雲母6-8115鋁氧化膜100.01钽氧化膜10-300.01陶瓷鈦酸膜5-12025鈦酸鋇膜1500-5000025ε:誘電體之誘電率

S:電極的表面積

d:兩極間的距離

K:設計常數-62.電容器特性第4页，共33页，2023年，2月20日，星期四Tanδ(損失角正接)orD.F(散逸因素)

電解電容器於充電時，其負電荷經由陰極及電解液傳至氧化皮膜之表面，因內部的各種電阻係數影響，會造成電能損失的現象。電解電容器由其結構所形成的等效電阻係數大致如下所示：

C1：陽極酸化皮膜的靜電容量。C2：陰極箔的靜電容量。R1：端子及電極的阻抗。R2：陽極酸化皮膜的並列等效阻抗。R3：電解液之阻抗。L：端子嵌釘於電極捲繞後所產生之電感。其公式：

D.F=ωCRx100%=Tanδx100%ω=2πff=120HzC=容量(F)R=E.S.R(Ω)2.電容器特性第5页，共33页，2023年，2月20日，星期四

電解電容器D.F愈大時，損失的電能亦大，這將使電容本身發熱，有時為了降低損失，會選用低阻系的電解液，但是這種電阻係數愈低的電解液，對這無氧化膜保護的陰級箔之腐蝕性也就愈強，所以選用時需注意考量。又從公式中也可以注意到頻率亦有所關聯：

D.F=ωCRx100%=2πfCRx100%

當頻率上升時，發熱量增加，D.F也就增大，如此假若電容器的散熱量小時，則終必造成惡性循環，而破壞了電容器，有時也會使通過的信號衰減。而又以溫度層面來看，在常溫域內呈現最低值，在低溫域中就呈急增狀態，而在高溫域中呈微增。2.電容器特性第6页，共33页，2023年，2月20日，星期四Equivalentseriesresistance(E.S.R)等效串聯電阻：等效串聯電阻是由導線，電解質及介電損失等形成；其它形成之因素包含鋁箔長度，表面積，電解紙厚度，密度，電解液，之含量及電阻係數等等。其公式：

E.S.R(120Hz)==

LeakageCurrent洩漏電流：當電解電容施加直流電壓，最初會流通相當大之電流，然後隨時間的經過，其電流會有指數性的減少，經過相當時間電流就會到一個常值；初期的大電流是以含有充電電流的皮膜修復用離子電流為主，而終期的定常值是流過皮膜缺陷部份的電子電流，即稱為洩漏電流。TanδωCTanδ2πfC2.電容器特性第7页，共33页，2023年，2月20日，星期四

受外加電壓大小與溫度變化，亦是一項影響洩漏電流的重要因素：

2.電容器特性第8页，共33页，2023年，2月20日，星期四1、電容器基本使用材料如下：鋁箔、導針、電解紙、電解液、膠蓋(封口橡皮)

、鋁殼、膠管(套管)2、電容器實體（如下圖）：3.電容器材料介紹第9页，共33页，2023年，2月20日，星期四3.鋁箔（AluminumFoil）主要來源地：日本、義大利、美國、法國、其次現在中國、台灣等地區也有多家鋁箔製造廠商，亦有外商投資，鋁箔是電解電容器最主要的材料，它分正極箔與負極箔，兩大類都是原箔（或稱素箔）加工而來，參考如下：3.電容器材料介紹第10页，共33页，2023年，2月20日，星期四a.腐蝕箔（電蝕箔）：腐蝕箔是由原箔經腐蝕處理而來，其腐蝕處理的目的是增加原箔的表面積，電容器之電容量與鋁箔之表面積成正比。是在同一尺寸之鋁箔經腐蝕處理使其成為凹凸不平之表面，以增加其表面積，如圖所示：3.電容器材料介紹第11页，共33页，2023年，2月20日，星期四b.負極鋁箔：即有極性電解電容器用的負極鋁箔，原箔經腐蝕處理後的負極箔均可當作負極用，其負箔的純度較正箔低且比正極箔薄。

c.化成處理（Forming）：化成的目的是在原箔或腐蝕箔的利用化學藥品表面，與直流電源起電解作用使附著一層氧化皮膜。d.正極鋁箔：原箔或腐蝕箔經化成處理後，就稱為化成箔專給正極使用。3.電容器材料介紹第12页，共33页，2023年，2月20日，星期四4、導針：

a.引線是鋁箔與電子迴路中焊錫用橋樑，簡單的說，就是利用端子將鋁箔的電容量引導到外面以供使用；它分正負極，以CP線的長度來分正負，較長者為正，較短者為負，正負材質相同，僅是長短之分而已。如圖所示：

A：極板B：鋁梗C：焊接點

D：倒腳部E：引線F：R部3.電容器材料介紹第13页，共33页，2023年，2月20日，星期四5、電解紙：是製程捲繞用來隔離正負箔，以避免短路，但主要功能是製程含浸時用來吸收電解液，使電解液能均勻的附著于鋁箔表面，目前市面上所用電解紙厚度有15－100μm不等，密度每立方厘米為0.35~0.85克，吸水度為每分鐘7－70毫米，一般高壓產品所選用電解紙密度較密，大約都選用0.85克之電解紙且抗拉力強。※備註：電解紙主要來源地是日本、西德……等國家。電解紙的長度、寬度一定比鋁箔寬、長且具有絕緣作用。6、電解液（含浸液）：電解液（含浸液）是由多種化學藥品調合而成，用來含浸素子，它和鋁箔同等重要，對於電容器的特性和耐候性，有其絕對重要性，簡單的說，如果素子沒有含浸電解液，則無法完全發揮電容器之主要作用。3.電容器材料介紹第14页，共33页，2023年，2月20日，星期四7.膠蓋又名迫緊（Paking）：封口橡皮是由天然橡膠或合成橡膠做成的，合成橡膠又分為IIR及EPT兩種材質，IIR的硬度是78+3，EPT的硬度是75+3，其功能是電容器的封口處有密封作用，膠蓋直徑介於3.5－4.1之間，它適用於S型系列產品。8.鋁殼：盛裝電容體（素子）的容器，它是由含鋁量99.2﹪以上的圓立體形鋁粒經沖壓而成的中空底滿的物体稱為鋁殼，它分為防爆型鋁殼與非防爆型鋁殼兩種，尺寸從3X5－78X110都有，電容器之規格（Size）相當於鋁殼之DXL（mm）。9.膠管又稱套管（Sleeve）：膠管是以PVC材質製成之中空管狀物，其特性是遇熱即縮，用於套在裸品電容器上並印刷公司商標、系列、品名、極性、週期、適用溫度、產地等。3.電容器材料介紹第15页，共33页，2023年，2月20日，星期四LeadWire(導線)

SealRubber(封口橡皮)AnodeFoil(陽極鋁箔)ElectrolyticPaper(電解紙)AluminumCase(鋁殼)CathodeFoil(陰極鋁箔)Sleeve(套管)Electrolyte(電解液)４.電解電容器結構及材料

第16页，共33页，2023年，2月20日，星期四化成鋁箔

Agingmachine+嵌釘捲繞裁切封口裝配含浸套膠管測試充電

打彈帶剪腳/曲腳/長腳

............-.....................-+-++X-ray

檢驗+X-ray

檢驗５.電解電容器製程第17页，共33页，2023年，2月20日，星期四嵌釘工程鋁箔裁箔工程接觸抵抗花朵展開嵌釘捲繞匹配捲繞機的保養1.鋁箔長寬.毛刺控管2.裁切刀具控管.更換頻度3.裁箔機的保養維修５.電解電容器製程第18页，共33页，2023年，2月20日，星期四1.電解液確認---每天由IPQC負責2.(電導度火花電壓PH值)3.含浸時間及真空度確認X-Ray檢查素子尺寸機台的保養機台狀況(捲繞張力及速度)含浸工程捲繞工程５.電解電容器製程第19页，共33页，2023年，2月20日，星期四洗滌工程素子裝配工程封口束腰長度X-Ray確認(內部結構)T-CShortTest裝備機台維護保養第一道加溫清洗(1%中性清潔劑洗滌)85℃/1hourstodry針對PET套管為保證烘乾增加了時間５.電解電容器製程第20页，共33页，2023年，2月20日，星期四Aging工程套管工程Aging條件設定管制(電壓、電流、溫度、時間)1.特性確認Cap、DF、LC、E.S.R(ForLowE.S.R)2.Aging機的維護與保養1.極性2.長度3.加熱4.穿套角度確認５.電解電容器製程第21页，共33页，2023年，2月20日，星期四剪腳品包裝工程彈帶品包裝工程1.電容器特性與引腳成型確認2.極性、T-T、T-C短路確認1.電容器編帶確認(引腳高度、腳距、容量)2.編帶強度及孔徑５.電解電容器製程第22页，共33页，2023年，2月20日，星期四成品外觀檢查工程外觀確認標籤,Bar-code５.電解電容器製程第23页，共33页，2023年，2月20日，星期四最終入庫檢查成績表重點：電器特性、外觀尺寸確認、出貨檢驗檢驗單位：OQC５.電解電容器製程第24页，共33页，2023年，2月20日，星期四NoTestConditionTestinstrumentCap頻率:120HZ

電壓:500mvLCRMeterDF頻率:120HZ

電壓:500mvLCRMeterLC電壓：WV充電時間：120秒LCMeterESR頻率：100KHz電壓500mvLCRMeter６.電解電容器的測試第25页，共33页，2023年，2月20日，星期四ElectrolyticcapacitorsreliabilitytestproceduresandRequirement

A:ThisisasummaryofreliabilitytestproceduresandrequirementsforTEAPOelectrolyticcapacitors.

No

Item

Standard

Conditionsoftest

Performance

1Robustnessofterminations:Test(uA)tensile

IEC-Publ68-2-21JISC5102C5141Table11

A:Thevalueofforceapplied

Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.

Type(mm)ForceStypeCircular-sectionWire0.8＜d≦1.2mm

25N(2.5Kg)

StypeCircular-sectionWire0.5<d≦0.8m/m

10N(1.0Kg)

Ltype40N(4.0Kg)B:Theforceshallbeappliedprogressivelyandthenmaintainedforaperiodof10±1Sec2ResistancetoSolderingheat

IEC-Publ68-2-20JISC5102

Method(1A)Solderbath260±5℃/10Sec

1.

Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.2.△C/C≤5%

3Solderability

IEC-Publ68-2-20JISC5102C5141

ForleadwireterminationsA.Solderbath260±5℃

B.Immersiontime3.0±0.5S

＞＝95%areaoflead-wireandrefertothetestreportInstrument:Solderbalance4Vibrationtest(Fc)

IEC-Publ68-2-6JISC5102C5141

A.Frequencyrange:from10Hzto55Hzandreturnto10Hz,shallbetransversein1min.B.Amplitude:1.5mmp-pC.Totalduration:6hours(X.Y.Z3x2h)A.Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.B.DeviationsincapacitancefromInitialmeasurements△C/C≤5%

７.信賴性測試第26页，共33页，2023年，2月20日，星期四No

Item

Standard

Conditionsoftest

Performance

5FrequencycharacteristicstestTEAPO

Frequency:120Hz/300Hz/500Hz/1KHz/3KHz/5KHz/10KHz/30KHz/50KHz/100KHzatambienttemperature

Testthefunction(CAP、DF、ESR、Z)forreference.

6DampheatsteadystateTest(Ca)(Humiditytest)IEC-Publ68-2-3JISC5102C5141Table11

Duration:500Hoursat40±2℃/93+2%,-2%RH

a.Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.b.Themarkingtobelegible.

c.Nobreakdownorflashover.d.△C/C≤20%,D.F≤1.2xinitialvalue

7EnduranceLongLifetypesIEC-Publ384-4JISC5102C5141

Applytheratedvoltage.Testduration:1K/2K/3KhoursTesttemperature:85/105℃Accordingtheproductscategory.

Theripplecurrentgiveninthearticlelisttobesuperimposed.

a.Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.b.Themarkinglegible.c.

△C/C≤20%d.Leakagecurrent≤2xinitialvaluee.DissipationfactorD.F≤2xspecvalue.

8SurgevoltageIEC-Publ384-4JISC5102C5141

Thecapacitortobesubjectedto1000cyclesofchargetovoltage0.5minloadperiodfollowedbyaloadperiodof5min.30s.Temperature=20～30℃

Appliedvoltage:1.25xratedvoltagea.Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.b.△C/C≤15%c.Leakagecurrentanddissipationfactornottoexceedthevaluesgiveninthearticlelist.

７.信賴性測試第27页，共33页，2023年，2月20日，星期四No

Item

Standard

Conditionsoftest

Performance

9VenttestIEC-Publ384-4JISC5102

ADCvoltageisappliedinthereversedirectiontogiveacurrentof1Amp.Thepressurereliefistoopeninsuchawaythatanydangerofexplosionorfireiseliminated.

10StorageatuppertemperatureIEC-Publ68-2-1JISC51021.

Noapplyvoltageandputin85℃/105℃oven.Duration:500/1000hours.a.Noleakageofelectrolyteorothervisibledamage.b.Leakagecurrent≤2xthemaxValueinthearticlelist.c.△C/C≤20%d.DF≤2xthemaxvalueinartidelist.

11Characteristicsathighandlowtemperature

IEC-Publ68-2384-4JISC5102C5141Table111.Testsamplesat–40,-25,0,20,55,85,105℃.Duration:30minutes/eachstage.

a.Theratiooftheimpedancemeasuredatlowercategorytemperatureandinitiallymustnotexceedthevaluesinthetablebelow.

b.RatedvoltageRatioofVDCimpedancec.Cycle:UR≤6.35cycles6.3<UR≤165cycles16<UR≤1605cyclesUR<1605cycles７.信賴性測試第28页，共33页，2023年，2月20日，星期四1.有極性不能逆向使用。2.印加電壓不得超過額定電壓;使用電壓限制最高在600V3.一般電解電容不適於急遽反覆充放電之線路;會發熱受損。4.洩漏電流損失較別類型電容大;設計電路時請注意。5.工作環境對電解電容特性影響很大;使用於溫度範圍以內使用溫度每提高10℃電容壽命會減一半。6.焊錫作業須注意浸錫溫度,時間,約260℃10秒內;且避免錫液觸及本體7.印加紋波電流不得超過額定規格8.電解電容對頻率很敏感,除特殊品外一般使用頻率120H

9.作業時施加於端子或導線之機械力量不可過大,約4Kg之拉力

10.須使用無侵蝕性的清潔濟

11.電解電容皮膜在長期無負荷下會自行劣化;故長期儲存後使用前須再處理;即以額定電壓印加30分鐘以上才可使用

12.電容器的存放週期為1~1.5年,其表面的銲錫不會出現相關的異常,儲存環境:溫度:15~35℃,溼度:75%以下

8.使用管制及特性第29页，共33页，2023年，2月20日，星期四(1)Thebathtubcurve：Aluminumelectrolyticcapacitorsfeaturefailureratesshownbythefollowingbathtubcurve.a.InitialfailureperiodDeficientCapacitorsincludeanyproductsbeforedispatchthatmayhavesomedeficiencycausedbythedesign,productionprocessorusedininappropriateenvironments.b.RandomfailureperiodThecapacitorshavealowdefectratiointheperiodafterithasbeenstabilized.c.WearoutfailureperiodTheperformanceofcapacitorswilldecreasewithanincreaseinusageperiod.Themalfunctionratemayvaryduetothestructuraldesign.9.電解電容壽命估算第30页，共33页，2023年，2月20日，星期四(2)Loadlife:Ifthecapacitor'smax.operatingtemperatureisat105℃(85℃),thenafterapplyingcapacitor's

ratedvoltage(WV)forL0hoursat105℃(85℃),thecapacitorshallmeettherequirementsin

detailspecificationwhereL0iscalled"loadlife"or"usefullife(lifetime)at105℃(85℃)”(3)Ripplelife:Ifthecapacitor'smax.operatingtemperatureisat105℃(85℃),thenafterapplyingcapacitor's

ratedvoltage(WV)withtheripplecurrentforLrhoursat105℃(85℃),thecapacitorshallmeet

therequirementsindetailspecification.whereLriscalled"ripplelife"or"usef