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【摘 要】随着欧盟ROHS环保指令逐步推行和实施，适用于表面贴装的回流焊技术逐步向无铅化过渡，回流焊焊接温度不断提高，对液体电解质片式铝电解电容器的耐高温性能提出了更高的要求，本文着重介绍液体电解质片式铝电解电容器的耐高温现状及技术特点，并介绍其未来的发展趋势，在此基础上提出了一些新的看法。
【关键词】液体电解质片式电解电容器；高温回流焊；耐温性能
随着电路板组装密集化的趋势，以及表面贴装技术SMT的快速发展， 液体电解质片式铝电解电容器由于具有体积小、价格便宜且适用于表面高密度安装的特点，其需求量逐年呈现上升趋势。同时由于液体电解质片式铝电解电容器以电解液（γ丁内脂-三级铵盐体系）作为其实际工作阴极，而液体在高温情况下其饱和蒸汽压高，因此如片式产品设计不合理或工艺控制不当， 在高温回流焊接时，易出现密封胶塞或铝外壳鼓起，劣化产品性能，严重时可能导致焊接不良或虚焊的现象，因此随着回流焊接温度不断提高，对液体电解质片式铝电解电容器的耐高温性能提出了越来越高的要求。
1 液体电解质片式铝电解电容器的技术特点和耐温性能现状
液态电解质片式铝电解电容器是在阳极箔上化成一层三氧化二铝作为电介质层，以电解质作为实际工作阴极，阴极箔作为引出阴极，电解纸起吸附电解质和隔离作用，用丁基胶和铝质外壳作为密封材料，通过对引出线进行成型后与座板装配一起，以适应回流焊表面安装。根据液态电解质片式铝电解电容器的技术特点，目前提高片式产品的耐高温性能主要从材料（液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座）和工艺控制（电解液含量，产品内部水份含量）两个方面考虑。
前期液体片式铝电解电容器的核心技术主要掌握在日本厂商手中，国内片式铝电解电容器生产企业，都以引进吸收日本技术为主。在经过多年的技术吸收、改进和创新后，目前国内片式铝电解电容器生产企业已经能够批量供应耐高温性能达到250℃ 5秒的成熟片式产品系列，其寿命可达到105℃ 2000～5000小时的产品。但是随着欧盟ROHS环保指令的导入实施，在SMT焊接工艺中无铅环保焊料大规模应用，锡-铅焊料的共熔温度为220℃，锡-银-铜合金的共熔温度为240℃， 导致回流焊焊接温度要求进一步提升，这就对片式铝电解电容器的耐高温性能提出了更高要求，目前越来越多的客户对片式铝电解电容器耐温性能提出了更高要求，其回流焊普遍由250℃提高为260℃。
通过对国内外片式铝电解电容器生产企业公布的产品信息查询，目前Panasonic、Nichicon、NCC等国外知名公司都已经拥有了耐温性能达到260℃ 5秒，寿命105℃ 2000～5000小时的成熟产品系列，如Nichicon WD系列片式产品，该产品耐高温性能达到260℃ 5秒，且具有超低阻抗和长寿命等特点，在市场上拥有很强的竞争实力。而国内片式铝电解电容器生产企业在产品耐高温性能上的开发和研究起步较晚，尚未形成有市场竞争力的成熟产品系列，目前国内片式铝电解电容器生产企业已认识到国外公司的差距，均加快了产品耐高温性能的研发部进度。
2 液体电解质片式铝电解电容器耐高温性能
液体电解质片式铝电解电容器由于其技术特点，在提高产品耐高温性能时，目前主要是从液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座﹑电解质含量和产品内部水分含量等几个方面考虑。
2.1 液态电解质（俗称工作电解液）
为适应片式铝电解电容器小体积、高稳定、耐高温回流焊性能的要求，液态电解质必需具有较高沸点、较低的饱和蒸气压。传统的乙二醇体系液态电解质，其冰点为-12.6℃，沸点为+197℃，饱和蒸气压大，在不含水的条件下，其低温特性差、粘度大、电阻率高，用它生产的产品损耗角正切较大；二甲基甲酰胺体系液态电解质，其冰点为-61℃，沸点为+153℃，饱和蒸汽压非常大，难以满足片式产品耐再流焊的条件。因此以上两种通用液态电解质均不适用于片式铝电解电容器。而γ-丁内酯溶剂由于具有冰点低（-55℃），沸点高（+204℃），饱和化学性能稳定，再添加脒类盐溶质配套γ-丁内酯溶剂作为工作电解质后，其电性能和耐高温性能优越，使片式产品承受260℃，5秒高温回流焊焊接成为可能，因此我们选用γ-丁内酯溶剂作为片式产品的液态电解质，以提高片式产品的耐高温性能。
2.2 密封胶塞
在高温回流焊焊接过程中，密封胶塞起到保证产品密封完好的作用，同时密封胶塞还需要具有一定的硬度，以避免在高温回流焊焊接过程中，密封胶塞硬度不足，鼓起压迫绝缘底座，使绝缘底座变形或引出线起翘，从而导致焊接不良或虚焊的现象，因此选择一款具有优良密封性能和较高硬度的密封胶塞，能够有效地提高片式铝电解电容器的耐高温性能。
而IIR丁基橡胶由于具有气密性好，耐老化性能好，耐高温性能好，能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂，吸振和阻尼特性良好，电绝缘性优良等优点，可以有效的提高片式产品的耐高温性能。
2.3 铝外壳
目前国内片式铝电解电容器生产企业主要选用A1100铝材生产的铝外壳作为片式铝电解电容器的组装材料，A1100铝材具有纯度高（Al≥99.0%）、材质软、韧性高易于组装和装配，因此得到了大规模的推广和使用。但是随着回流焊焊接温度的不断提高，由于A1100材质较软的特性，在回流焊焊接过程中易变形鼓起，导致产品外观不良，已严重影响片式产品耐高温性能的提高，因此寻找一种新的强度更好的铝材替代A1100铝材，是提高片式铝电解电容器耐温性能的一种途径。
在对多种牌号的铝材进行对比试验后，发现A3004铝材是目前比较好的选择，该牌号铝材的硬度是A1100铝材的2倍左右、拥有较高的纯度、良好的成形性能、高抗蚀性。通过对选用A3004铝外壳生产的片式铝电解电容器进行试验后发现，片式产品的耐高温性能得到明显提高，在进行高温回流焊焊接试验中，肉眼未见铝外壳底部底鼓，外观检验合格且密封性能良好，可靠性试验均满足技术要求。目前A3004铝材的铝外壳已在国内一些片式铝电解电容器生产企业中使用，使片式铝电解电容器的耐温度性能有了进一步提高的空间。 2.4 绝缘底座
由于PPS材质的热变形温度只有260℃，而目前主流高温回流焊焊接的温度为260℃ 5秒，即PPS材质热变形温度余量不足，因此成为限制片式产品耐温性能发展的瓶颈。同时由于氯离子是PPS绝缘底座在生产过程中必须填加的一种材料中含有的成份，因此其含量很难控制，存在一定的风险。而PPA材质的耐高温性能和机械强度优于PPS材质，且卤素含量非常低，成为目前片式产品用绝缘底座的主要替代材料，为后续耐高温片式产品的研发创造了有利的条件。
2.5 电解质含量
片式铝电解电容器中电解质是实际工作阴极，因此其含量对产品的性能起主要作用，当电解质含量低于一定值后将使产品的性能劣化（如容量减小，损耗角正切、ESR和阻抗值增大，产品寿命减少等），同时如电解液含量高于一定值，在高温回流焊焊接过程中，产品内部压力将增大，易焊接不良或虚焊的现象，从而降低产品的耐温性能，因此在片式铝电解电容器实际生产过程中，产品内部电解液含量的控制是一个非常关键的工艺控制参数，摸索和制定出合适的电解质含量控制标准，即可以提高产品的耐温性能，也能满足产品的电性能要求。如在实际生产过程中Φ4×5.8片式产品的电解液含量控制标准为14mg/Pcs，该电解质含量标准可使Φ4×5.8壳号片式产品的耐温度性能达到260℃ 5秒，同时满足105℃ 2000小时直流寿命要求。
2.6 产品内部水分含量
由于水分在高温情况下非常容易气化导致片式产品内部压力增加，进而降低片式产品的耐高温性能，因此对于原材料、零部件和电解纸中的水分含量必须严格控制。
对于原材料和零部件应贮存在干燥的区域内，并对环境湿度严格按标准进行监测和控制。在进行生产前需要对材料和零部件进行相应的预处理以控制和减少水分含量。如电解纸由于其本身水分含量就较高达到4%左右，且电解纸具有很强的吸水性，因此在使用前需放置在烘箱中烘干，以降低电解纸自身的含水量，在生产线使用过程中如24小时内不能使用完毕，则需再次进行烘干，已降低由于电解纸暴露在空气中吸收较多的空气中的水分。同时生产线在进行生产过程中，环境温度和湿度也必须进行控制，以减少在生产过程中，空气中的水分渗入产品内部，从而将低片式产品的耐温度性能。
3 结语
目前国内公司的片式铝电解电容器耐高温性能与国外公司相比还有一定的差距，原因是多方面的，但国内公司已认识差距和不足之处，均增大了对片式铝电解电容器新品的研发投入，加快了产品耐高温性能的研发进度。通过对片式铝电解电容器的结构特点进行深入分析，目前通过对液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座﹑电解质含量和产品内部水分含量等几个方面的改进和控制，已能够将片式产品的耐温性能提高到260℃，但由于γ-丁内酯体系电解质的上限设计温度的限制，将耐温性能提高到260℃以上，将是非常困难的，因此电解质已成为将来片式铝电解电容器耐高温性能进一步提高的瓶颈，研发一种新的具有更高沸点、更低饱和蒸气压、更高稳定性和更优良性能的电解质，将是后续片式铝电解电容器发展的新方向。
参考文献：
[1]陈国光，曹婉真.《电解电容器》.西安交通大学.
[2]林学清，洪学宝.《铝电解电容器工程技术》.厦门大学出版社，2002.
【关键词】液体电解质片式电解电容器；高温回流焊；耐温性能
随着电路板组装密集化的趋势，以及表面贴装技术SMT的快速发展， 液体电解质片式铝电解电容器由于具有体积小、价格便宜且适用于表面高密度安装的特点，其需求量逐年呈现上升趋势。同时由于液体电解质片式铝电解电容器以电解液（γ丁内脂-三级铵盐体系）作为其实际工作阴极，而液体在高温情况下其饱和蒸汽压高，因此如片式产品设计不合理或工艺控制不当， 在高温回流焊接时，易出现密封胶塞或铝外壳鼓起，劣化产品性能，严重时可能导致焊接不良或虚焊的现象，因此随着回流焊接温度不断提高，对液体电解质片式铝电解电容器的耐高温性能提出了越来越高的要求。
1 液体电解质片式铝电解电容器的技术特点和耐温性能现状
液态电解质片式铝电解电容器是在阳极箔上化成一层三氧化二铝作为电介质层，以电解质作为实际工作阴极，阴极箔作为引出阴极，电解纸起吸附电解质和隔离作用，用丁基胶和铝质外壳作为密封材料，通过对引出线进行成型后与座板装配一起，以适应回流焊表面安装。根据液态电解质片式铝电解电容器的技术特点，目前提高片式产品的耐高温性能主要从材料（液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座）和工艺控制（电解液含量，产品内部水份含量）两个方面考虑。
前期液体片式铝电解电容器的核心技术主要掌握在日本厂商手中，国内片式铝电解电容器生产企业，都以引进吸收日本技术为主。在经过多年的技术吸收、改进和创新后，目前国内片式铝电解电容器生产企业已经能够批量供应耐高温性能达到250℃ 5秒的成熟片式产品系列，其寿命可达到105℃ 2000～5000小时的产品。但是随着欧盟ROHS环保指令的导入实施，在SMT焊接工艺中无铅环保焊料大规模应用，锡-铅焊料的共熔温度为220℃，锡-银-铜合金的共熔温度为240℃， 导致回流焊焊接温度要求进一步提升，这就对片式铝电解电容器的耐高温性能提出了更高要求，目前越来越多的客户对片式铝电解电容器耐温性能提出了更高要求，其回流焊普遍由250℃提高为260℃。
通过对国内外片式铝电解电容器生产企业公布的产品信息查询，目前Panasonic、Nichicon、NCC等国外知名公司都已经拥有了耐温性能达到260℃ 5秒，寿命105℃ 2000～5000小时的成熟产品系列，如Nichicon WD系列片式产品，该产品耐高温性能达到260℃ 5秒，且具有超低阻抗和长寿命等特点，在市场上拥有很强的竞争实力。而国内片式铝电解电容器生产企业在产品耐高温性能上的开发和研究起步较晚，尚未形成有市场竞争力的成熟产品系列，目前国内片式铝电解电容器生产企业已认识到国外公司的差距，均加快了产品耐高温性能的研发部进度。
2 液体电解质片式铝电解电容器耐高温性能
液体电解质片式铝电解电容器由于其技术特点，在提高产品耐高温性能时，目前主要是从液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座﹑电解质含量和产品内部水分含量等几个方面考虑。
2.1 液态电解质（俗称工作电解液）
为适应片式铝电解电容器小体积、高稳定、耐高温回流焊性能的要求，液态电解质必需具有较高沸点、较低的饱和蒸气压。传统的乙二醇体系液态电解质，其冰点为-12.6℃，沸点为+197℃，饱和蒸气压大，在不含水的条件下，其低温特性差、粘度大、电阻率高，用它生产的产品损耗角正切较大；二甲基甲酰胺体系液态电解质，其冰点为-61℃，沸点为+153℃，饱和蒸汽压非常大，难以满足片式产品耐再流焊的条件。因此以上两种通用液态电解质均不适用于片式铝电解电容器。而γ-丁内酯溶剂由于具有冰点低（-55℃），沸点高（+204℃），饱和化学性能稳定，再添加脒类盐溶质配套γ-丁内酯溶剂作为工作电解质后，其电性能和耐高温性能优越，使片式产品承受260℃，5秒高温回流焊焊接成为可能，因此我们选用γ-丁内酯溶剂作为片式产品的液态电解质，以提高片式产品的耐高温性能。
2.2 密封胶塞
在高温回流焊焊接过程中，密封胶塞起到保证产品密封完好的作用，同时密封胶塞还需要具有一定的硬度，以避免在高温回流焊焊接过程中，密封胶塞硬度不足，鼓起压迫绝缘底座，使绝缘底座变形或引出线起翘，从而导致焊接不良或虚焊的现象，因此选择一款具有优良密封性能和较高硬度的密封胶塞，能够有效地提高片式铝电解电容器的耐高温性能。
而IIR丁基橡胶由于具有气密性好，耐老化性能好，耐高温性能好，能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂，吸振和阻尼特性良好，电绝缘性优良等优点，可以有效的提高片式产品的耐高温性能。
2.3 铝外壳
目前国内片式铝电解电容器生产企业主要选用A1100铝材生产的铝外壳作为片式铝电解电容器的组装材料，A1100铝材具有纯度高（Al≥99.0%）、材质软、韧性高易于组装和装配，因此得到了大规模的推广和使用。但是随着回流焊焊接温度的不断提高，由于A1100材质较软的特性，在回流焊焊接过程中易变形鼓起，导致产品外观不良，已严重影响片式产品耐高温性能的提高，因此寻找一种新的强度更好的铝材替代A1100铝材，是提高片式铝电解电容器耐温性能的一种途径。
在对多种牌号的铝材进行对比试验后，发现A3004铝材是目前比较好的选择，该牌号铝材的硬度是A1100铝材的2倍左右、拥有较高的纯度、良好的成形性能、高抗蚀性。通过对选用A3004铝外壳生产的片式铝电解电容器进行试验后发现，片式产品的耐高温性能得到明显提高，在进行高温回流焊焊接试验中，肉眼未见铝外壳底部底鼓，外观检验合格且密封性能良好，可靠性试验均满足技术要求。目前A3004铝材的铝外壳已在国内一些片式铝电解电容器生产企业中使用，使片式铝电解电容器的耐温度性能有了进一步提高的空间。 2.4 绝缘底座
由于PPS材质的热变形温度只有260℃，而目前主流高温回流焊焊接的温度为260℃ 5秒，即PPS材质热变形温度余量不足，因此成为限制片式产品耐温性能发展的瓶颈。同时由于氯离子是PPS绝缘底座在生产过程中必须填加的一种材料中含有的成份，因此其含量很难控制，存在一定的风险。而PPA材质的耐高温性能和机械强度优于PPS材质，且卤素含量非常低，成为目前片式产品用绝缘底座的主要替代材料，为后续耐高温片式产品的研发创造了有利的条件。
2.5 电解质含量
片式铝电解电容器中电解质是实际工作阴极，因此其含量对产品的性能起主要作用，当电解质含量低于一定值后将使产品的性能劣化（如容量减小，损耗角正切、ESR和阻抗值增大，产品寿命减少等），同时如电解液含量高于一定值，在高温回流焊焊接过程中，产品内部压力将增大，易焊接不良或虚焊的现象，从而降低产品的耐温性能，因此在片式铝电解电容器实际生产过程中，产品内部电解液含量的控制是一个非常关键的工艺控制参数，摸索和制定出合适的电解质含量控制标准，即可以提高产品的耐温性能，也能满足产品的电性能要求。如在实际生产过程中Φ4×5.8片式产品的电解液含量控制标准为14mg/Pcs，该电解质含量标准可使Φ4×5.8壳号片式产品的耐温度性能达到260℃ 5秒，同时满足105℃ 2000小时直流寿命要求。
2.6 产品内部水分含量
由于水分在高温情况下非常容易气化导致片式产品内部压力增加，进而降低片式产品的耐高温性能，因此对于原材料、零部件和电解纸中的水分含量必须严格控制。
对于原材料和零部件应贮存在干燥的区域内，并对环境湿度严格按标准进行监测和控制。在进行生产前需要对材料和零部件进行相应的预处理以控制和减少水分含量。如电解纸由于其本身水分含量就较高达到4%左右，且电解纸具有很强的吸水性，因此在使用前需放置在烘箱中烘干，以降低电解纸自身的含水量，在生产线使用过程中如24小时内不能使用完毕，则需再次进行烘干，已降低由于电解纸暴露在空气中吸收较多的空气中的水分。同时生产线在进行生产过程中，环境温度和湿度也必须进行控制，以减少在生产过程中，空气中的水分渗入产品内部，从而将低片式产品的耐温度性能。
3 结语
目前国内公司的片式铝电解电容器耐高温性能与国外公司相比还有一定的差距，原因是多方面的，但国内公司已认识差距和不足之处，均增大了对片式铝电解电容器新品的研发投入，加快了产品耐高温性能的研发进度。通过对片式铝电解电容器的结构特点进行深入分析，目前通过对液态电解质﹑密封胶塞﹑铝外壳﹑绝缘底座﹑电解质含量和产品内部水分含量等几个方面的改进和控制，已能够将片式产品的耐温性能提高到260℃，但由于γ-丁内酯体系电解质的上限设计温度的限制，将耐温性能提高到260℃以上，将是非常困难的，因此电解质已成为将来片式铝电解电容器耐高温性能进一步提高的瓶颈，研发一种新的具有更高沸点、更低饱和蒸气压、更高稳定性和更优良性能的电解质，将是后续片式铝电解电容器发展的新方向。
参考文献：
[1]陈国光，曹婉真.《电解电容器》.西安交通大学.
[2]林学清，洪学宝.《铝电解电容器工程技术》.厦门大学出版社，2002.