铝电解电容器用低压箔接触电阻超标分析

第11期电子元件与材料Vol.24No.112005年11月ELECTRONICCOMPONENTS&MATERIALSNov.2005铝电解电容器用低压箔接触电阻超标分析洪涛，王兰东，董晓红（新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐830013）摘要:通过金相分析和铝箔铆接后的接触电阻对比，研究了铝箔的腐蚀形貌、铝箔表面粉状物、氧化膜厚度、引线质量、铆接工序控制等对接触电阻的影响。提出了降低接触电阻的几点建议：①采用多级变频复合腐蚀工艺，以得到“乔木状”的蚀孔。②改进处理工艺，减少粉状物的产生。③调整工艺控制条件，改善腐蚀形貌。关键词:电子技术；铝电解电容器；铝箔；接触电阻中图分类号:TM535文献标识码:A文章编号:1001-2028（2005）11-0039-03AnalysisofContactResistanceProblemofLowVoltageAlFoilforElectrolyticCapacitorHONGTao,WANGLan-dong,DONGXiao-hong(XinJiangJoinworldCo.,Ltd,Urumqi830013,China)Abstract:TheeffectsofAlfoilmorphology,powderontheAlfoilsurface,thicknessofAl2O3film,leadquality,controlofvivetjointoncontactresistancewerestudiedbythemeansofmetallographicalanalysisandcomparisonsofcontactresistancesafterrivetjointforAlfoils.Somesuggestswereadvanced:①multistagefrequencyconversioncompositeetchingtechnologyisusedtoobtain“arbon-from”etchingholes.②treatmenttechnologyisimprovedtoreducepowderontheAlfoilsurface.③controlconditionsoftechnologyisregulatedtoimproveetchingmorphology.Keywords:electronictechnology;aluminumelectrolyticcapcitors;aluminumfoil;contactresistance电子整机的高可靠性对电容器产品的要求越来越高，接触电阻的大小对产品可靠性影响极大，若控制不当，容易造成产品没有容量。目前，国内的低压电极箔普遍存在接触电阻超标问题，而且此问题的解决不够彻底。铝电解电容器由铝箔和电解纸卷绕而成，影响其质量的因素很多，如：（1）铝箔自身的质量；（2）生产工艺和工艺卫生；（3）工作电解液；（4）其它有关原材料[1]。铝电解电容器的生产过程有铆接、卷绕、装配、老练、分选等工序，其中铆接质量的好坏是影响电容器质量的关键因素，而引出导线与电极箔之间的接触电阻是衡量铆接质量的主要参数。接触电阻是指将引线铆接在铝箔上，引线与箔实现电接触形成的欧姆电阻[2]。影响接触电阻大小的因素主要有引线质量、铆接压力、打扁厚度的设定、铆接位置的控制、电极箔质量（包括表面残余粉状物的量、腐蚀形貌、氧化膜厚度和芯层厚度）。1实验将新疆众和股份有限公司生产的不同规格的化成箔，开片宽度5mm，在小型铆接机上按照行业标准要求与引线铆接在一起，打扁厚度=引线厚度+箔厚+0~20µm，引线厚度为（280±15）µm，铆接位置正中，每组箔样至少铆接18点，用接触电阻仪检测其欧姆电阻。同时观察各种实验条件下铝箔与铆接片的金相照片。2腐蚀形貌对接触电阻的影响将低压电极箔#1样品（73V，厚度104mm）和#2样品（60.5V，厚度104mm）的化成箔开片铆接，检测其接触电阻R值平均为1.5mΩ，0.7mΩ。图1为腐蚀形貌截面图和铆接孔向外翻花处的截收稿日期：2005-06-10通讯作者：董晓红作者简介：洪涛（1974—），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，科技管理部部长，从事电极箔研究。Tel:[phone];董晓红（1970—），女，河南漯河人，工程师，硕士，从事电极箔研究。Tel:[phone];E-mail:[e-mail]。研究与试制R&D40电子元件与材料2005年面照片，从图中可以看出，#1样品的混合层亮点较少，也就是含铝量较少，大部分为几乎不导电的氧化物，经过铆接后，引线与铝箔之间的接触电阻就比较大；#2样品的混合层中亮点较多，含铝量多，混合层的导电性较高，经过铆接后，接触电阻值就较小。另外经过铆接打扁后，含空气的孔洞被压缩，引线与腐蚀芯层的距离变近，接触电阻也会降低。#1低压化成箔腐蚀形貌#2低压化成箔腐蚀形貌（73V，104mm）(60.5V，104mm)#1低压化成箔铆接截面#2低压化成箔铆接截面图(R值1.5mΩ)(R值0.7mΩ)图1低压化成箔腐蚀形貌及铆接形貌照片Fig.1EtchingmorphologiesoflowvoltageAlfoilandelectronimageofrivetjoint管沼荣一等人发现不同条件得到的蚀孔形貌是不同的，在阳极箔与电极引线的铆接过程中，蚀孔的形貌和腐蚀箔的接触电阻关系密切[3]。通常电源频率较高时得到的“灌木状”的蚀孔，接触电阻较大；在电源频率较低时得到的是“乔木状”的蚀孔，可以有效减少接触电阻，如图2。笔者做了不同的低压电极箔的铆接片对比实验和不同腐蚀形貌箔片金相照片对比实验，证实了上述结论。当低压箔混合层含铝量较少时，混合层的电阻率较大，与引线铆接后，引线与铝箔之间的接触电阻就较大。因此，混合层含铝量的多少，直接决定着铝箔铆接后接触电阻的大小。（a）电源频率50Hz（b）电源频率10Hz图2不同电源频率下的蚀孔形貌Fig.2Electronimagesofetchingpitatdifferentpower-frequencies3腐蚀产物（粉状物）量对接触电阻的影响选择表面粉状物含量不同的低压箔#3、#4样品，执行相同的铆接控制，其接触电阻值分别为：#3样品表面粉状物较少，其接触电阻值在0.6~1.1mΩ之间；#4样品表面粉状物较多，其接触电阻值在1.1~3.1mΩ之间。图3，4为腐蚀形貌截面图和铆接孔向外翻花处的截面图。从图中可以看出，#3样品铆接后翻花平整，引线接触好，接触电阻值较小；而#4样品铆接后翻花不平整，呈现多层弯曲状，粉状物将引线与铝隔离，造成接触电阻值较大。#3低压化成箔腐蚀形貌#3低压化成箔铆接截面(132V，104mm)(R值0.7mΩ)图3表面粉状物较少的低压箔形貌照片Fig.3ElectronimagesoflowvoltageAlfoilwithlesssurfacepowder#4低压化成箔腐蚀形貌图#4低压化成箔铆接断面图(132V，104mm)(R值1.1~3.1mΩ)图4表面粉状物较多的低压箔形貌照片Fig.4ElectronimagesoflowvoltageAlfoilwithmoresurfacepowder这是因为如果铝箔表面清洗不干净，粉状物过多将会造成刺铆时，翻花不能完全打平，花瓣粉状物垫着与铝隔离，造成接触不良甚至无容量等缺陷[5]。通过观察同箔片的不同接触电阻的铆接片的金相照片，也能证实上述观点。4引线质量和铆接控制对接触电阻的影响4.1引线质量对接触电阻的影响分别用A厂、B厂生产的同规格引线对同一铝箔做铆接对比试验，从表1可以看出，B厂的引线铆接接触电阻比A厂的引线铆接接触电阻小。检测结果显示，引线不同其接触电阻不同即引线质量对接触电阻有一定的影响。图5为不同接触电阻的铆接片的金相照片。电容器用铝引线一般使用纯度较高的原材料，纯度较高的引线，柔韧性较好（B厂引线比A厂引线柔软、纯度高），铆接时引线与铝箔的接触较为紧密，因此接触电阻较小。如图5所示，图为取得铆接孔向外翻花处的截面图。另外，B厂引线的平整度较好，使铆接时翻花平整，也使接触电阻较小。第11期41洪涛等：铝电解电容器用低压箔接触电阻超标分析表1A厂、B厂引线铆接后的接触电阻对比数据Tab.1ComperisonofcontactresistancesafterleadjointforAfactoryandBfactory铝箔批号箔厚/mm耐压值/VRA/mΩRA范围/mΩRB/mΩRB范围/mΩ1104821.70.7~3.21.10.5~1.6295471.80.5~1.30.60.4~0.731041321.10.8~1.90.70.5~1.04951321.30.5~1.60.90.6~1.15104471.20.8~1.70.80.5~1.1695821.90.5~1.50.80.5~1.1平均——1.5—0.8—注：RA为A厂引线铆接后的接触电阻；RB为B厂引线铆接后的接触电阻。（接触电阻为1.8mΩ）（接触电阻为0.6mΩ）A厂引线铆接截面B厂引线铆接截面图5不同厂家引线铆接截面照片Fig.5Electronimagesofrivetjointindifferentfactories4.2铆接控制对接触电阻的影响铆接控制如打扁厚度、刺铆花形、打孔位置等对接触电阻都有直接的影响，在一定范围内，打扁厚度越厚接触电阻越大；翻花的花瓣数越多（剥离残留铝箔的花瓣数越多）接触电阻越小；另外，花瓣要在引线的正中心，且成一条直线。以上这些在电容器生产厂家都得到了详细的验证，在此就不赘述。5降低接触电阻的新思路从以上研究可以得出，要降低低压阳极箔的接触电阻，仅从电极箔的影响因素出发，笔者建议：（1）采用多级变频复合腐蚀工艺，得到“乔木状”的蚀孔。（2）分别对腐蚀前处理、后处理、化成处理进行改进，减少粉状物的产生。（3）调整现有工艺控制条件，改善腐蚀形貌：A、调整配方使钝化膜上的微小孔洞数目更合理，分布更均匀；B、调整电流减薄腐蚀层，增加芯层厚度；C、改善循环提高腐蚀膜含铝量。参考文献：[1]陈平文.老练条件的变化对铝电解电容器质量的的影响[J].电子元件与材料,1999,18(5):8–10.[2]林学清,洪雪宝.铝电解电容器工程技术[M].厦门:厦门大学出版社,2001.[3]冯哲圣,杨邦朝,李建军.日本铝电极箔制造技术研究的新进展[J].电子元件与材料,2001,20(2):23–27.[4]张红卫,顾义明.小型铝电解电容器的工艺改进[J].电子元件与材料,1996,15(1):11–18.[5]王玉华.CD110型铝电解电容器主要原材料国产化[J].电子元件与材料,2001,20(4):19–22.（编辑：傅成君）第14届全国混合集成电路学术会议圆满结束2005年9月20日至22日，由中国电子学会元件分会主办，混合集成电路技术部承办的第14届全国混合集成电路学术会议在安徽省黄山市胜利召开。来自国内各高校、科研单位和相关企业的专家共计67人参加了会议，共发表论文73篇，会议规模创历史新高，是两年一次检阅混合集成电路发展水平的重要会议。会议评选出优秀论文14篇，其中一等奖2篇、二等奖5篇，三等奖7篇。中国电子学会元件分会秘书长陈福厚、电子科技大学教授杨邦朝、中国电子科技集团第43所副所长李浪平分别在会上发言和主持会议。本次会议在上级学会领导的指导下、在与会全国各兄弟单位的参与支持下、在43所的资助和组织下、国内外赞助商的支持下，经过两天紧张充分的学术交流，达到了预期的目的。代表们在会上会下就混合集成电路技术领域里的设计、工艺、制造、可靠性、测试都进行了广泛的交流和探讨，展望了混合集成电路未来的发展，增进了彼此的了解和友谊。（需要会议论文集的读者，请与43所联系，电话：[phone]王正义）