專利名稱：薄膜鋁電解電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)，屬于電子元件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁電解電容器現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用在開關(guān)電源等高頻濾波的領(lǐng)域，但鋁電解電容器的在高頻 下ESR的指標(biāo)已經(jīng)不能滿足高頻濾波的要求。例如， 一個5V20A工作頻率100kHz的開關(guān)電源， 負(fù)載為0. 25Q,濾波電容的容量要求在220uF以上，電解電容器的ESR應(yīng)小于負(fù)載電阻的1/10 即O. 普通的鉬電解電容器的ESR甚至大于負(fù)載電阻的值，即使現(xiàn)在的最好的低阻抗
銀電解電容器的指標(biāo)也達(dá)不到這個水平。影響鋁電解電容器ESR過大的主要原因是鋁電解電 容器的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代鋁電解電容器為了提高單位體積的容量密度，都采用陽極箔腐蝕的方法提 高電容器的陽極表面積，但陽極表面的孔洞結(jié)構(gòu)使得陰極的電阻也大大的增加。另一方面位 于陽極箔和陰極箔之間的電容器紙也增加了陰極電阻。為了降低鋁電解電容器的陰極電阻， 目前鉬電解電容器業(yè)界使用的方法就是提高陰極電解質(zhì)的電導(dǎo)率，從一開始的電解液到后來 的固體電解質(zhì)，提出過無數(shù)的專利配方，使鋁電解電容器的ESR值大幅度的降低，固體電解 質(zhì)在鋁電解電容器中的使用，可以說是鋁電解電容器工藝的一場革命，成數(shù)量級的降低了鋁 電解電容器的ESR值，但固體電解質(zhì)的工作電壓很低，限制了固體電解質(zhì)電容器的應(yīng)用。鋁 電解電容器在電子線路中擁有無可替代的地位，但由于其ESR過大引起發(fā)熱是造成鋁電解電 容器早期失效的主要原因，到目前為止尤其在中高壓領(lǐng)域還沒有找到降低鋁電解電容器ESR 有效的辦法，使得鋁電解電容器成為電子線路中故障率最高的元件。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提出一種薄膜結(jié)構(gòu)的鋁電解電容器，可以大大降低鋁電解電容器的等效串聯(lián) 電阻ESR和等效串聯(lián)電感ESL,還可降低鋁電解電容器的制造成本，并可減少鋁電解電容器 制造過程中對環(huán)境的污染。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出一種薄膜鋁電解電容器，其技術(shù)方案如下本實(shí)用新 型的薄膜鋁電解電容器由陽極層、介質(zhì)層、電解質(zhì)層、陰極引出層和陰極基帶組成。陽極層 是O.Ol-10nm高純鋁箔，介質(zhì)層是生長在未經(jīng)過腐蝕的陽極層上平整的Al203薄膜；陰極引 出層是由用物理或化學(xué)方法沉積在陰極基帶上的lnm-1000nm的超薄高純鑰或鋁合金薄膜，陰極基帶可以是高分子聚合物的薄膜，如聚酯薄膜等；電解質(zhì)層位于介質(zhì)層和陰極引出層之間 縫隙，可以是液體或半流體的電解質(zhì)，主要起到與介質(zhì)層更好的接觸和修補(bǔ)介質(zhì)層的作用， 這個電解質(zhì)層與現(xiàn)有的(非固體)鋁電解電容器的區(qū)別在于，電解質(zhì)層中沒有防止介質(zhì)層與 陰極引出層直接接觸的電容器紙。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器的陽極層可以是鋁箔與高分子聚合物的薄膜的復(fù)合膜， 高分子聚合物薄膜主要起到提高鋁箔拉力的作用。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器采用端面引出的結(jié)構(gòu)，即巻繞好的電容器兩端有一個陽 極引出焊接層和一個陰極引出焊接層。在陽極引出輝接層與陰極引出層之間可以有陽極絕緣 層，陰極引出焊接層與介質(zhì)層之間可以有陰極絕緣層。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器的陽極層鋁箔可以是用物理或化學(xué)方法在高分子聚合物 的薄膜上沉積的高純鋁薄膜。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器可以使用輕度腐蝕的鋁箔作為陽極層，以提高陽極層的 表面積。


圖l傳統(tǒng)鋁電解電容器陽極箔結(jié)構(gòu)和電容器結(jié)構(gòu)示意圖2薄膜鋁電解電容器結(jié)構(gòu)示意圖3薄膜鋁電解電容器陽極端面結(jié)構(gòu)示意圖4薄膜鋁電解電容器的整體結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖5薄膜鋁電解電容器的整體結(jié)構(gòu)示意圖二。
具體實(shí)施例
電容器的容量和極板的面積成正比，所以為了增加單位體積的電容量，就必須擴(kuò)大電容 器極板的有效面積。傳統(tǒng)的鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)如圖1所示， 一般陽極箔的厚度為lOO(am， 通過電化學(xué)腐蝕造成的孔洞結(jié)構(gòu)大大增加了陽極箔的表面積，從而也就增加了氧化膜介質(zhì)層 的面積，電容紙的厚度為40—80iam,陰極箔的厚度為20—40 n m, —個電容器結(jié)構(gòu)層的厚度 約為200 ym左右，可見電容器紙和陰極箔占了很大的體積。圖2所示為本實(shí)用新型提供的一 種薄膜鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)在光滑平整的陽極層1的表面形成一層氧化膜介質(zhì)層2，即電 解電容器的陽極箔，陰極引出層4是在陰極基帶5上用物理或化學(xué)的方法沉積的一層純 的厚度為1 n m，這樣一個電解電容器結(jié)構(gòu)層的厚度不超過5 nm，對比前面的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋁電解電容器，在200 Mm的厚度內(nèi)增加了 40層，相當(dāng)于陽極箔的面積增加了將近40倍，如果陽極箔的厚度再薄 一些，增加的面積會更多一些。在035X50的體積內(nèi)，用本實(shí)用新型的薄膜銷電解電容器的 結(jié)構(gòu)，可以做到450V1000 mF以上的CV值，這是用傳統(tǒng)的陽極箔腐蝕的辦法所無法達(dá)到的水 平。本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器沒有使用電容紙隔開介質(zhì)層2與陰極引出層4，這樣不 但減少了電容器紙所占的體積，而且還大大減小了介質(zhì)層到陰極引出層之間的距離，實(shí)際就 是大大減小了陰極電阻，從而大大減小了鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)。對比圖1和 圖2可以清楚的看到，傳統(tǒng)的鋁電解電容器陰極箔到介質(zhì)層的距離是幾十ym以上，并且電
解液在通過電容紙的孔隙和陽極箔的孔洞時電阻都是很大的，而本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電 容器的結(jié)構(gòu)方案陰極引出層到介質(zhì)層的距離不到lym,顯然如果使用相同電導(dǎo)率的電解液， 本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器的陰極接觸電阻會有成百上千倍的降低。ESR是電解電容器 的一個重要的指標(biāo)，尤其在幾百KHz的高頻使用環(huán)境下，ESR是影響鋁電解電容器發(fā)熱和壽 命的重要因素，降低ESR會大大增加鋁電解電容器的使用壽命。傳統(tǒng)的鋁電容器電容器的陰 極箔是幾十pra的鋁箔，而本實(shí)用新型使用的是鋁薄膜，陰極引出層的厚度也較少了幾十倍。 陽極層的厚度降低到微米級時，是很容易斷裂的，所以可以將高純鋁箔和有機(jī)高分子聚合物 薄膜進(jìn)行復(fù)合，以提高陽極層鋁箔的強(qiáng)度。另外也可在有機(jī)高分子聚合物薄膜上用物理或化 學(xué)的方法沉積高純鋁薄膜制成陽極層，然后再在陽極層上形成介質(zhì)層。在陽極層形成介質(zhì)層 之前，也可以對陽極層鋁箔進(jìn)行輕微的腐蝕，這樣可以擴(kuò)大陽極層的表面積。這種方法更適 合于做低壓的鋁電解電容器。
圖3是本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器電極引出的示意圖。本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電 容器陽極層和陰極引出層的厚度都已經(jīng)到了微米和納米的數(shù)量級，所以不能再釆用傳統(tǒng)鋁電 解電容器的在電極箔片上鉚接引線條的辦法引出。本實(shí)用新型釆用的是端面引出的辦法在 電容器卷繞好之后，用切削或打磨的方法將陽極端的氧化鋁層去掉，露出新鮮的純鋁端面， 可采用噴金的辦法噴涂純鋁或鋁合金的陽極引出焊接層6將陽極端面焊接在一起,為了防止 陽極引出焊接層6與陰極短路，可在陽極引出焊接層6和陰極引出層4之間做一個陽極絕緣 層7。陽極絕緣層7的作用是防止電解液在未形成氧化膜的陽極引出焊接層6和陰極引出層4 之間構(gòu)成短路的通路。絕緣層可以使用密封膠、絕緣漆或環(huán)氧樹脂等材料。采用巻繞端面引 出的方法，不但可以降低鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)，還可降低電解電容器的等效 串聯(lián)電感(ESL)。也可用蒸法或化學(xué)沉積的方法在陽極端面形成陽極引出焊接層6。陰極的 引出相對陽極引出比較簡單，采用噴金的方法即可在陰極引出層端面形成陰極引出焊接層8, 為了防止陰極短路，也可在陰極引出焊接層8和介質(zhì)層2之間做一個陰極絕緣層9。本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器可以釆用兩端軸向引出的方式，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。 陽極引出線IO焊接在陽極引出焊接層6上，陰極引出線11焊接在陰極引出焊接層8上。本 實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器也可采單端軸向引出的方式，陰極引出線11可以穿過卷繞電容 器芯包的軸心引出，如圖5所示。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器也可做成貼片結(jié)構(gòu)。采用的加工工藝和傳統(tǒng)的鋁電解電 容器相差不多，在此不在贅述。
本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器與傳統(tǒng)的鋁電解電容器的最大區(qū)別在于在
1. 陰極引出層為納米級的鋁或鋁合金薄膜結(jié)構(gòu)；
2. 陽極箔不腐蝕，在光箔上形成平整的氧化膜介質(zhì)層；
3. 不使用電容紙隔開氧化膜介質(zhì)層與陰極引出層；
4. 使用端面無感引出方式，大大降低電容器的ESR和ESL。
傳統(tǒng)的鋁電解電容器是使用陽極箔腐蝕的方法擴(kuò)大陽極箔表面積， 一般使用的是電化學(xué) 腐蝕的方法，即用電化學(xué)加工的方法增加陽極箔的表面積；而本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容 器是使用壓延的辦法增加陽極箔的表面積，顯然使用壓延鋁箔可以低成本的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大陽極的 面積?，F(xiàn)有的電容器鋁箔腐蝕工藝腐蝕廢液對環(huán)境的污染是很嚴(yán)重的，并且電化學(xué)腐蝕過程 要消化很多的電能，所以本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器不但具有成本優(yōu)勢而且還有環(huán)境友 好的優(yōu)勢。本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器是在光箔上形成氧化膜介質(zhì)層，形成的氧化膜的 結(jié)構(gòu)可以更加平整和致密，所以相對于在腐蝕箔上形成的介質(zhì)氧化膜更容易提高氧化膜的形
成電壓、降低損耗和提高可靠性。本實(shí)用新型的薄膜鋁電解電容器由于具有傳統(tǒng)鋁電解電容 器無法相比的超低的ESR和ESL,并且其理論的CV值與雙電層電容器的理論CV值在相當(dāng)?shù)?數(shù)量級，但薄膜鋁電解電容器的ESR值大大低于雙電層電容器的ESR值，因此將更加擴(kuò)大鋁
電解電容器的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是電動汽車的應(yīng)用領(lǐng)域。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種薄膜鋁電解電容器，由陽極層、介質(zhì)層、電解質(zhì)層、陰極引出層和陰極基帶組成其特征在于陽極層是0.01-10μm高純鋁箔，介質(zhì)層是生長在未經(jīng)過腐蝕的陽極層上平整的Al2O3薄膜；陰極引出層是由用物理或化學(xué)方法沉積在陰極基帶上的1nm-1000nm的超薄高純鋁或鋁合金薄膜，陰極基帶可以是高分子聚合物的薄膜，如聚酯薄膜等；電解質(zhì)層位于介質(zhì)層和陰極引出層之間縫隙，可以是液體或半流體的電解質(zhì)，主要起到與介質(zhì)層更好的接觸和修補(bǔ)介質(zhì)層的作用，電解質(zhì)層中沒有防止介質(zhì)層與陰極引出層直接接觸的電容器紙。
2、 如權(quán)利要求1所述的薄膜鋁電解電容器，其特征在于陽極層可以是鋁箔與高分子聚合 物的薄膜的復(fù)合膜，高分子聚合物薄膜主要起到提高鋁箔拉力的作用。
3、 如權(quán)利要求1所述的薄膜鋁電解電容器，其特征在于卷繞好的電容器兩端有一個陽極 引出焊接層和一個陰極引出焊接層，在陽極引出焊接層與陰極引出層之間可以有陽極絕緣 層，陰極引出焊接層與介質(zhì)層之間可以有陰極絕緣層。
4、 如權(quán)利要求1所述的薄膜鋁電解電容器，其特征在于陽極層鋁箔可以是用物理或化學(xué) 方法在高分子聚合物的薄膜上沉積的高純鋁薄膜。
5、 如權(quán)利要求l所述的薄膜鋁電解電容器，其特征在于陽極層是輕度腐蝕的鋁箔，以提 高陽極層的表面積。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種薄膜結(jié)構(gòu)的鋁電解電容器，使用鋁薄膜為陽極箔和陰極箔，不使用腐蝕鋁箔和電容器紙，比現(xiàn)有的腐蝕箔結(jié)構(gòu)的鋁電解電容器具有工作電壓高、等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感低的特點(diǎn)，還可降低鋁電解電容器的制造成本，并可減少鋁電解電容器制造過程中對環(huán)境的污染。
文檔編號H01G9/145GK201355576SQ20082018113
公開日2009年12月2日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者海 王 申請人:海 王