貼片鋁電解電容

貼片鋁電解液電容是如今的板卡上最常見的電容之一。

製造過程

事實上其它種類的貼片電解電容，例如鋁固體聚合物電容的製造方法也和它類似，只是陰極採用的材料不是電解液，而是固體聚合物等等。貼片鋁電解液電容是顯示卡上最常見的電容 貼片鋁電解液電容的製造過程包括九個步驟，我們就按順序逐一為大家講解： 第一步：鋁箔的腐蝕。 假如拆開一個鋁電解液電容的外殼，你會看到裡面是若干層鋁箔和若干層電解紙，鋁箔和電解紙貼附在一起，卷繞成筒狀的結構，這樣每兩層鋁箔中間就是一層吸附了電解液的電解紙了。 因此首先我們談談鋁箔的製造方法。為了增大鋁箔和電解質的接觸面積，電容中的鋁箔的表面並不是光滑的，而是經過電化腐蝕法，使其表面形成凹凸不平的形狀，這樣能夠增大7~8倍的表面積。普通鋁箔一平方米的價格在10元人民幣左右，而經過這道工藝之後，它的價格將升到40~50元/平米。電化腐蝕的工藝是比較複雜的，其中涉及到腐蝕液的種類、濃度、鋁箔的表面狀態、腐蝕的速度、電壓的動態平衡等等。我們國家目前在這方面的製造工藝還不夠成熟，因此用於製造電容的經過電化腐蝕的鋁箔目前還主要依賴進口。 第二步：氧化膜形成工藝。 鋁箔經過電化腐蝕後，就要使用化學辦法，將其表面氧化成三氧化二鋁——也就是鋁電解電容的介質。在氧化之後，要仔細檢查三氧化二鋁的表面，看是否有斑點或者龜裂，將不合格的排除在外。 第三步：鋁箔的切割。 這個步驟很容易理解。就是把一整塊鋁箔，切割成若干小塊，使其適合電容製造的需要。 第四步：引線的鉚接。 電容外部的引腳並不是直接連到電容內部，而是通過內引線與電容內部連線的。因此，在這一步當中我們就需要將陽極和陰極的內引線，與電容的外引線通過超音波鍵合法連線在一起。外引線通常採用鍍銅的鐵線或者氧化銅線以減少電阻，而內引線則直接採用鋁線與鋁箔直接相連。大家注意這些小小的步驟無一不對精密加工要求很高。 第五步：電解紙的卷繞。 電容中的電解液並非直接灌進電容，呈液態浸泡住鋁箔，而是通過吸附了電解液的電解紙與鋁箔層層貼合。這當中，選用的電解紙與普通紙張的配方有些不同，是呈微孔狀的，紙的表面不能有雜質，否則將影響電解液的成分與性能。而這一步，就是將沒有吸附電解液的電解紙，和鋁箔貼在一塊，然後卷進電容外殼，使鋁箔和電解紙形成類似“101010”的間隔狀態。 第六步：電解液的浸漬。 當電解紙卷繞完畢之後，就將電解液灌進去，使電解液浸漬到電解紙上。隨著電解液配方的改進以及電解紙製造技術的提升，如今鋁電解液電容的ESR值也逐漸得以提升，變成以前的若干分之一。 第七步：裝配。 這一步就是將電容外面的鋁殼裝配上，同時連線外引線，電容到這時已經基本成型了。 第八步：卷邊。 如果是那種“包皮”電容，就需要經過這一步，將電容外面包覆的PVC膜套在電容鋁殼外面。不過如今使用PVC膜的電容已經越來越少，主要原因在於這種材料並不符合環保的趨勢，而和性能表現沒有太大關係。 第九步：組合裝配。 如果是直插封裝，就不需要經過這步 這是貼片鋁電解電容製造的最後一步。這一步就是將SMT貼片封裝工藝所需要的黑色塑膠底板元件裝在電容底部。對元件的要求，首先是密封效果要好；第二是耐熱性能要好；第三還要具備耐化學性，不能和電容內部的電解液一類物質產生化學反應。這塊小塑膠板叫做“端子板”，其製造精度要求是非常高，因為一旦大小不合適，要么影響電容的密封性（過小）。

性能參數

在熟知電容的製造全過程，了解了電容的基本構造和原理之後，我們就將面臨一個新的問題——如何從參數上判斷電容品質的好壞？只有掌握了這一方法，我們才能以不變應萬變，即使對電容的種類和品牌本身不了解，也能通過幾個參數迅速判斷出其性能檔次。 關於電容的參數，我們將其分為“看得到的”和“看不到的”。所謂“看得到的”，就是印在電容表面的一些基本參數，這些參數在我們看到一顆電容之後往往可以直接得知。例如電容的容量（比如“470μF”等等）、容量偏差範圍、耐溫範圍、電壓值（比如“16V”）。 所謂“看不到的”參數，就是我們需要根據電容的型號來查詢的參數。例如我們常說的ESR值，如今已成為區別電容性能的重要參數，而我們在電容上是看不到這個參數的，我們得去相關的網站通過電容的型號來查詢。類似的參數還有不少，其中包括如下一些： 1.ESR值；

2.能夠耐受的漣波電流值；

3.溫度特性；

4.損耗角的正切（TAN），相當於無功功率和有功功率的比值，這個值跟電容的品質以及發熱量有關係，這個值越小電容性能越好。

5.漏電流值：無論絕緣體多大，總是會有細微的電流漏過電容，這個值則代表具體漏過的多少。 此外，ESL特性也是電容的性能指標之一。但是隨著電容技術的發展，現在的高檔電解電容，其ESL特性一般都很好，到10MHz、20MHz以上的時候往往才能體現出區別，因此也就失去了比較的意義。 電容ESR的意義 ESR緣何重要？ 首先來說ESR。ESR是高頻電解電容裡面最重要的性能參數，很多電子元器件都強調“LOW ESR”這一性能特徵，也就是ESR值很小的意思。那么，我們如何正確理解LOW ESR的實際意義呢？由於現在電子技術的發展，供應給硬體的電壓正呈現越來越低的趨勢，例如INTEL、AMD的最新款CPU，電壓均小於2V，相比以前動輒3、4V的電壓要低得多。但是，另一方面這些晶片由於電晶體和頻率爆增，需求的功耗卻是有增無減，因此按P=UI的公式來計算，這些設備對電流的要求就越來越高了。 例如兩顆功耗同樣是70W的CPU，前者電壓是3.3V，後者電壓是1.8V。那么，前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而後者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，達到了前者的近一倍。在通過電容的電流越來越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個較小的範圍，那么就會產生比以往更高的漣波電壓（理想的輸出直流電壓應該是一條水平線，而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷）。 此外，即使是相同的漣波電壓，對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對於3.3V的CPU而言，0.2V漣波電壓所占比例較小，還不足以形成致命的影響，但是對於1.8V的CPU而言，同樣是0.2V的漣波電壓，其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。 那么ESR值與漣波電壓的關係何在呢？我們可以用以下公式表示： V=R（ESR）×I 這個公式中的V就表示漣波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高，採用更低ESR值的電容是勢在必行。這就是為什麼如今的板卡等硬體設備上所用的電容，越來越強調LOW ESR的緣故。上圖就是一個典型的濾波電路。其中的SW IC相當開關電源，將輸入的5V直流電轉換為3.3V直流電。而電路的L/C部分則構成電路的低通濾波器，目的就是儘量濾去直流電中的漣波電壓。 而上圖的表格則表明了，在L/C部分使用不同種類電容的情況下，這個電路中漣波電壓的表現情況。可以看出，具有LOW ESR性能的鋁固體聚合物導體電容（左邊），其消除漣波電壓的性能最強，鉭二氧化錳電容（右邊）性能次之，鋁電解液電容（中間）表現最差。同時最後的數值還將受溫度影響，這點我們還將在後面詳細說明。 溫度與電容性能的密切關係 電容的性能並非一成不變，而是會受到環境的影響，而對電容影響最大的就是溫度。而在不同種類的電容當中，採用電解液作為陰極材質的電容例如鋁電解液電容，受溫度影響又最為明顯。因為在不同種類的陰極，例如電解液、二氧化錳、固體聚合物導體當中，只有電解液採用離子導電方式，而其餘幾種均採用電子導電方式。對於離子導電而言，溫度越高，其離子活動越強，電離程度也越強。因此，在溫度不超過額定限度的前提下，電解液電容在高溫狀態下的性能要比低溫狀態下更好。 上圖代表25攝氏度下，三種電容降低漣波電壓的能力（電路可以以上一章節中的電路圖為參考）。其中第一個表格所使用的OSCON SVP鋁固體聚合物導體電容（1顆，100μF，ESR=40毫歐姆）），第二個表格所使用的是低阻抗鋁電解液電容（3顆並聯），第三個表格使用的是低阻抗鉭電容（2顆並聯）。 從表格中可以看出，在25攝氏度的常溫狀態下，三者所產生的漣波電壓分別是22.8/23.8/24.8mV。也就是說，1顆鋁固體聚合物導體電容，在25攝氏度下降低漣波電壓的能力，大致相當於2顆鉭電容和3顆鋁電解液電容。 上圖同樣是這三種電容，同一電路，在70攝氏度下降低漣波電壓的表現。可以看出，鋁固體聚合物導體電容和鉭電容的性能改變都不大，依然保持在24~25mV左右，但是3顆鋁電解液電容並聯下的漣波電壓降低到了16.4mV，這時只需要並聯兩顆這種電容，即可達到25攝氏度狀態下的25mV左右水平，其性能提升巨大。 下面我們就要看低溫環境下這三種電容的表現了。上圖是在零下20攝氏度下三種電容的成績。可以看出，在低溫環境下，鋁電解液電容的性能降低得非常厲害。3顆並聯狀態下的漣波電壓由25攝氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要將漣波電壓降低到和25攝氏度相同的數值，需要並聯7顆這種電容。相比之下我們還能看出，鋁固體聚合物導體電容和鉭電容的性能，無論是在25度、70度還是-20度環境下，其波動都不大。 從以上分析我們不難看出，鋁電解液電容的ESR值受溫度影響是極其明顯的。上面的圖表則直接畫出了不同種類電容，在不同溫度狀態下的ESR曲線。其中鋁電解液電容（藍色線）隨溫度（Y軸）的增加，ESR值（X軸）降低明顯。而鋁固體聚合物導體電容（紫色線）和鉭電容（綠色線）以及高檔陶瓷電容（紅色線）則近似於直線，其ESR值受溫度影響不大。而普通陶瓷電容（粉紅線）則受溫度影響較大。 這裡需要說明的是，上表中用做比較的鋁固體聚合物導體電容，其容量較小（只有100μF），而且ESR並不太低（40毫歐）。如換上大容量，ESR更低的同類產品，最終性能表現將更加突出。

2貼片鋁電解電容容量及電壓表

0.47uf:(50V 63V)

1uf:(50V 63V 100V)

2.2uf:(50V 63V 100V)

3.3uf:(35V 50V 63V 100V)

4.7uf:(25V 35V 50V 63V 100V)

10uf:(16V 25V 35V 50V 63V 100V)

22uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V 63V 100V)

33uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V 63V 100V)

47uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V 63V 100V)

100uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V 63V)

150uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V)

220uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V 50V)

330uf:(6.3V 10V 16V 25V 35V)

70uf:(6.3V 10V 16V 25V)

680uf:(6.3V 10V 16V)

1000uf:(6.3V 10V 16V)

1500uf:(6.3V)

技術性能

貼片鋁電解電容

RVT系列-寬溫度品-105℃-1000小時

特點：

A、工作溫度範圍寬(-55℃～+105℃),105℃標準品

B、適用於高密度組裝

C、性能穩定、可靠性高

D榮譽指令已對應完畢

主要技術性能：

使用溫度範圍：-55℃～+105℃

額定電壓範圍：6.3V-100V DC

標稱電容量範圍：0.47-1500uf

標準電容量允許偏差：±20%(120Hz,20℃

漏電流(20℃):1≤0.01CrUr(uA)或3uA取較大者(2分鐘）

耐久性：+105℃施加額定電壓1000小時，恢復16小時後，電容器應滿足下要求

1電容量變化率≤±30%初始值為內

2漏電流值≤初始規定值

3損耗角正確值≤±300%初始規定值

高溫存儲：+105℃，1000小時，恢復16小時後，電容器應滿足下要求

1電容量變化率≤±30%初始值為內

2漏電流值≤2倍初始規定值

3損耗角正確值≤±300%初始規定值

耐焊接熱：在250℃的條件下，電容器應在熱板上保持30秒，然後從熱板上取出電容器，讓其在溫室下恢復，電容器應滿足一下要求。

1電容量變化率≤±10%初始值為內

2漏電流值≤初始規定值

3損耗角正確值≤初始規定值

尺寸及封裝

4*5.4mm 一盤2000個

5*5.4mm 一盤1000個

6.3*5.4mm 一盤1000個

6.3*7.7mm 一盤1000個

8*6.5mm 一盤1000個

8*10.2mm 一盤 500個

10*10.2mm 一盤 500個

12.5*13.5mm一盤 200個

16*16.5mm一盤 125個

16*21.5mm一盤75個

原理

貼片鋁電解電容的兩個電極分別接在電源的正、負極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓，我們說貼片鋁電解電容儲存了電荷。貼片鋁電解電容極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為貼片鋁電解電容的充電。充好電的貼片鋁電解電容兩端有一定的電壓。貼片鋁電解電容儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為貼片鋁電解電容的放電。

貼片鋁電解電容降壓原理

阻容降壓原理圖工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端,則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA,但在電容器上並不產生功耗，因為如果電容是一個理想電容,則流過電容的電流為虛部電流,它所作的功為無功功率。根據這個特點,我們如果在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產生的功耗完全取決於這個阻性元件的特性。

例如,我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯,在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點亮,發出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產生的限流特性相吻合。同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會被點亮,而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此,電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。

採用電容降壓時應注意以下幾點：

1、根據負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當的電容,而不是依據負載的電壓和功率。

2、限流貼片鋁電解電容必須採用無極性電容,絕對不能採用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。

3、電容降壓不能用於大功率條件,因為不安全。

4、電容降壓不適合動態負載條件。

5、同樣,電容降壓不適合容性和感性負載。

6、當需要直流工作時,儘量採用半波整流。不建議採用橋式整流， 因為全波整流產生浮置的地，並在零線和火線之間產生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿足恆定負載的條件。

器件選擇

1、電路設計時，應先測定負載電流的準確值，然後參考示例來選擇降壓電容器的容量。因為通過降壓電容C1向負載提供的電流Io，實際上是流過C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經C1的充、放電電流越大。當負載電流Io小於C1的充放電電流時，多餘的電流就會流過穩壓管，若穩壓管的最大允許電流Idmax小於Ic-Io時易造成穩壓管燒毀。

2、為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應大於兩倍的電源電壓。

3、泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內泄放掉C1上的電荷。