? 制品情报:アルミ电解コンデンサ テクニカルノート/コンデンサ、キャパシタ、电源ユニットのルビコン株式会社

制品情报:アルミ电解コンデンサ

アルミニウム电解コンデンサ テクニカルノート

1. 概要

1-1 基本构成?构造

 図1にアルミニウム电解コンデンサの基本构成を示します。
 アルミニウムの表面に形成された酸化アルミニウムを诱电体とし、阳极箔と阴极箔との间に介在するセパレータ纸内に含浸した电解液を真の阴极としてコンデンサを形成したものです。
 酸化アルミニウムは、アルミニウムを电解液中で阳极酸化する事(化成処理)により得られ、その厚さは非常に薄く、印加された电圧に比例します。

図1 アルミニウム电解コンデンサの基本构成

図1 アルミニウム电解コンデンサの基本构成

?阳 极……阳极箔のアルミニウム地金部分
?阴 极……真の阴极は电解液
?诱电体……阳极箔上に生成させた酸化アルミニウム皮膜
?阴极箔は、外部端子と电解液が电気的に接触する役割を果たします。
 一般の有极性コンデンサの阴极箔の化成処理は行いませんが、エッチング後空気中の酸素により
 酸化され自然酸化皮膜が形成されます。この自然酸化皮膜の耐圧は1~2Vと言われています。
?セパレータ纸は、両极箔の接触を防止すると同时に、电解液を保持する役割を持っています。

 表面に形成された酸化アルミニウム皮膜は、アルミがプラス、电解液がマイナスになった时にのみ耐电圧を持ち、この逆の场合には数秒のうちに耐电圧を失ってしまう、いわゆる弁作用を示します。その结果、アルミニウム电解コンデンサには极性が存在するのです。
 従って、両极箔とも酸化アルミニウム皮膜を形成させたものならば、无极性のアルミニウム电解コンデンサとなります。
 アルミニウムの弁作用については、诸説があり现在でも様々な文献が出ていますが、水素イオン説が有力であろうと考えられています。これは、电解液をプラス、金属をマイナスにして电荷を加えると、皮膜表面に集まった水素イオンはそのイオン半径が极めて小さい为、アルミ酸化皮膜内を通り抜けて酸化皮膜と金属の间に达し、そこで放电して水素ガスとなります。この水素ガスの圧力により酸化物が本体から引きはがされ、そこに电解液が浸入して电流が流れ出します。この逆に电圧を印加した场合は、阴イオンが皮膜表面に集まります。しかし、阴イオンは水素イオンに比较し、イオン半径が大きく、酸化皮膜内を通り抜けることができない为に、耐电圧をもつというものです。
 アルミニウム电解コンデンサの素子は図2のように阳极箔?阴极箔?セパレータ纸を円筒形に巻いたものから电极端子を引き出した构造になっています。

図2 アルミニウム电解コンデンサ素子の构造

図2 アルミニウム电解コンデンサ素子の构造

永利会娱乐场 アルミニウム电解コンデンサは、上记素子に电解液を含浸させ、アルミケースと封口材で封止して制造しますが、制品形态により电极端子の引き出し构造や封止构造などが异なります。代表的な构造を図3に示します。表面実装形は、リード端子形のリード线を表面実装できるように加工し座板を履いた形状となっています。また、基板自立形は、素子からの电极引き出しがリード线ではなくアルミタブになっており、ツメ端子付きの封口板に接続し封止されています。

図3 アルミニウム电解コンデンサの代表的な构造

図3 アルミニウム电解コンデンサの代表的な构造

1-2 构成材料

 アルミニウム电解コンデンサの主な构成材料について説明します。
《电极箔》
 电极箔には、一般に20~120µmの高纯度(99%以上)のアルミニウム箔を使用します。
永利会娱乐场 大きな静电容量を得るために、电极箔表面积を増やすエッチングという电気化学的な粗面化処理を行いますが、このエッチングにより形成されるピットの形状は、面积効率を考虑して定格电圧により选択されます。すなわち、低圧用には交流エッチングによる多孔质なピット形状、高圧用には直流エッチングによるストレートなピット形状のものを用います。(写真1)

低圧

低圧

高圧(レプリカ)

高圧(レプリカ)

写真1 エッチング箔断面の例

 阳极用エッチング箔は、この後阳极酸化処理を施し箔表面に诱电体となる酸化アルミ皮膜を形成(化成)して、目的の耐电圧を得ます。(写真2)

エッチング済み

エッチング済み

化成済み

化成済み

写真2 高圧箔の表面拡大の例

《セパレータ纸》
 セパレータ纸は主に天然セルロース繊维で构成され、厚さは、一般に20µmから90µmで、制品のインピーダンス、定格电圧に合わせて厚さと纸の种类を选定します。高い密度と厚い纸は、高い定格电圧の制品に使用される倾向にあり、低インピーダンス品の场合には、低密度纸が选択されます。写真3に典型的な低圧用及び高圧用セパレータ纸の拡大写真を示します。低圧用は低インピーダンス(低ESR)化を目的に比较的细く丸い形状の繊维で构成されています。これに対し、高圧用は高い耐电圧を维持するために扁平な形状の繊维で构成されています。

低圧用

低圧用

高圧用

高圧用

永利会娱乐场写真3 セパレータ纸表面の例

《电解液》
 电解液はイオン性物质を溶媒に溶解させた电気伝导性を有する溶液であり、その特性が制品の耐电圧?温度特性?周波数特性?寿命特性に大きな影响を与えるため、重要な构成材料です。定格电圧?使用温度范囲?要求特性に応じて最适な电解液を选定します。
永利会娱乐场 また、电解液は阳极酸化皮膜の欠陥部修复も担っており、この修复性能はセラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどのコンデンサには见られない电解コンデンサの特长です。

《ケース?封口材》
 电解液の乾燥や液漏れを防止するために、アルミケースと封口材で気密性を确保します。また、异常时のガス発生による内圧上昇に対応するため、ケースまたは封口材に安全弁(防爆弁)が设けられています。
永利会娱乐场  封口材には、外部电极端子同士あるいはケース?外部电极端子间での短络を防ぐ役目もあるため、絶縁性のゴムや树脂が使われます。

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