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贴片铝电解电容

浏览数量:1     作者:本站编辑     发布时间: 2019-07-17      来源:本站

贴片铝电解液电容是如今的板卡上最常见的电容之一。

 

1.制造过程

事实上其它种类的贴片电解电容,例如铝固体聚合物电容的制造方法也和它类似,只是阴极采用的材料不是电解液,而是固体聚合物等等。贴片铝电解液电容是显卡上最常见的电容 贴片铝电解液电容的制造过程包括九个步骤,我们就按顺序逐一为大家讲解:

 

1:铝箔的腐蚀。 假如拆开一个铝电解液电容的外壳,你会看到里面是若干层铝箔和若干层电解纸,铝箔和电解纸贴附在一起,卷绕成筒状的结构,这样每两层铝箔中间就是一层吸附了电解液的电解纸了。 因此首先我们谈谈铝箔的制造方法。为了增大铝箔和电解质的接触面积,电容中的铝箔的表面并不是光滑的,而是经过电化腐蚀法,使其表面形成凹凸不平的形状,这样能够增大7~8倍的表面积。普通铝箔一平方米的价格在10RMB左右,而经过这道工艺之后,它的价格将升到40~50RMB/平米。电化腐蚀的工艺是比较复杂的,其中涉及到腐蚀液的种类、浓度、铝箔的表面状态、腐蚀的速度、电压的动态平衡等等。我们国家目前在这方面的制造工艺还不够成熟,因此用于制造电容的经过电化腐蚀的铝箔目前还主要依赖进口。

 

2:氧化膜形成工艺。 铝箔经过电化腐蚀后,就要使用化学办法,将其表面氧化成三氧化二铝——也就是铝电解电容的介质。在氧化之后,要仔细检查三氧化二铝的表面,看是否有斑点或者龟裂,将不合格的排除在外。

 

3:铝箔的切割。 这个步骤很容易理解。就是把一整块铝箔,切割成若干小块,使其适合电容制造的需要。

 

4:引线的铆接。 电容外部的引脚并不是直接连到电容内部,而是通过内引线与电容内部连接的。因此,在这一步当中我们就需要将阳极和阴极的内引线,与电容的外引线通过超声波键合法连接在一起。外引线通常采用镀铜的铁线或者氧化铜线以减少电阻,而内引线则直接采用铝线与铝箔直接相连。大家注意这些小小的步骤无一不对精密加工要求很高。

 

5:电解纸的卷绕。 电容中的电解液并非直接灌进电容,呈液态浸泡住铝箔,而是通过吸附了电解液的电解纸与铝箔层层贴合。这当中,选用的电解纸与普通纸张的配方有些不同,是呈微孔状的,纸的表面不能有杂质,否则将影响电解液的成分与性能。而这一步,就是将没有吸附电解液的电解纸,和铝箔贴在一块,然后卷进电容外壳,使铝箔和电解纸形成类似“101010”的间隔状态。

 

6:电解液的浸渍。 当电解纸卷绕完毕之后,就将电解液灌进去,使电解液浸渍到电解纸上。随着电解液配方的改进以及电解纸制造技术的提升,如今铝电解液电容的ESR值也逐渐得以提升,变成以前的若干分之一。

 

7:装配。 这一步就是将电容外面的铝壳装配上,同时连接外引线,电容到这时已经基本成型了。

 

8:卷边。 如果是那种包皮电容,就需要经过这一步,将电容外面包覆的PVC膜套在电容铝壳外面。不过如今使用PVC膜的电容已经越来越少,主要原因在于这种材料并不符合环保的趋势,而和性能表现没有太大关系。

 

9:组合装配。 如果是直插封装,就不需要经过这步 这是贴片铝电解电容制造的最后一步。这一步就是将SMT贴片封装工艺所需要的黑色塑料底板元件装在电容底部。对元件的要求,首先是密封效果要好;第二是耐热性能要好;第三还要具备耐化学性,不能和电容内部的电解液一类物质产生化学反应。这块小塑料板叫做端子板,其制造精度要求是非常高,因为一旦大小不合适,要么影响电容的密封性(过小)。

 

2.性能参数

在熟知电容的制造全过程,了解了电容的基本构造和原理之后,我们就将面临一个新的问题——如何从参数上判断电容品质的好坏?只有掌握了这一方法,我们才能以不变应万变,即使对电容的种类和品牌本身不了解,也能通过几个参数迅速判断出其性能档次。 关于电容的参数,我们将其分为看得到的看不到的。所谓看得到的,就是印在电容表面的一些基本参数,这些参数在我们看到一颗电容之后往往可以直接得知。例如电容的容量(比如“470μF”等等)、容量偏差范围、耐温范围、电压值(比如“16V”)。 所谓看不到的参数,就是我们需要根据电容的型号来查询的参数。例如我们常说的ESR值,如今已成为区别电容性能的重要参数,而我们在电容上是看不到这个参数的,我们得去相关的网站通过电容的型号来查询。类似的参数还有不少,其中包括如下一些: 1.ESR值;2.能够耐受的涟波电流值;

 

3.温度特性;

 

4.损耗角的正切(TAN),相当于无功功率和有功功率的比值,这个值跟电容的品质以及发热量有关系,这个值越小电容性能越好。

 

5. 漏电流值:无论绝缘体多大,总是会有细微的电流漏过电容,这个值则代表具体漏过的多少。 此外,ESL特性也是电容的性能指标之一。但是随着电容技术的发展,现在的高档电解电容,其ESL特性一般都很好,到10MHz20MHz以上的时候往往才能体现出区别,因此也就失去了比较的意义。 电容ESR的意义 ESR缘何重要? 首先来说ESRESR是高频电解电容里面最重要的性能参数,很多电子元器件都强调“LOW ESR”这一性能特征,也就是ESR值很小的意思。那么,我们如何正确理解LOW ESR的实际意义呢?由于现在电子技术的发展,供应给硬件的电压正呈现越来越低的趋势,例如INTELAMD的最新款CPU,电压均小于2V,相比以前动辄34V的电压要低得多。但是,另一方面这些芯片由于晶体管和频率爆增,需求的功耗却是有增无减,因此按P=UI的公式来计算,这些设备对电流的要求就越来越高了。 例如两颗功耗同样是70WCPU,前者电压是3.3V,后者电压是1.8V。那么,前者的电流就是I=P/U=70W/3.3V大约在21.2A左右。而后者的电流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,达到了前者的近一倍。在通过电容的电流越来越高的情况下,假如电容的ESR值不能保持在一个较小的范围,那么就会产生比以往更高的涟波电压(理想的输出直流电压应该是一条水平线,而涟波电压则是水平线上的波峰和波谷)。 此外,即使是相同的涟波电压,对低电压电路的影响也要比在高电压情况下更大。例如对于3.3VCPU而言,0.2V涟波电压所占比例较小,还不足以形成致命的影响,但是对于1.8VCPU而言,同样是0.2V的涟波电压,其所占的比例就足以造成数字电路的判断失误。 那么ESR值与涟波电压的关系何在呢?我们可以用以下公式表示: V=RESR×I 这个公式中的V就表示涟波电压,而R表示电容的ESRI表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高,采用更低ESR值的电容是势在必行。这就是为什么如今的板卡等硬件设备上所用的电容,越来越强调LOW ESR的缘故。

 

温度与电容性能的密切关系电容的性能并非一成不变,而是会受到环境的影响,而对电容影响最大的就是温度。而在不同种类的电容当中,采用电解液作为阴极材质的电容例如铝电解液电容,受温度影响又最为明显。因为在不同种类的阴极,例如电解液、二氧化锰、固体聚合物导体当中,只有电解液采用离子导电方式,而其余几种均采用电子导电方式。对于离子导电而言,温度越高,其离子活动越强,电离程度也越强。因此,在温度不超过额定限度的前提下,电解液电容在高温状态下的性能要比低温状态下更好。

 

1颗铝固体聚合物导体电容,在25摄氏度下降低涟波电压的能力,大致相当于2颗钽电容和3颗铝电解液电容。 铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能改变都不大,依然保持在24~25mV左右,但是3颗铝电解液电容并联下的涟波电压降低到了16.4mV,这时只需要并联两颗这种电容,即可达到25摄氏度状态下的25mV左右水平,其性能提升巨大。 下面我们就要看低温环境下这三种电容的表现了。

 

在低温环境下,铝电解液电容的性能降低得非常厉害。3颗并联状态下的涟波电压由25摄氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要将涟波电压降低到和25摄氏度相同的数值,需要并联7颗这种电容。相比之下我们还能看出,铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能,无论是在25度、70度还是-20度环境下,其波动都不大。 从以上分析我们不难看出,铝电解液电容的ESR值受温度影响是极其明显的。


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