蚀刻和化成

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腐蚀和化成

1. 首先

  • 本公司主要生产用于铝电解电容器的铝电极箔材料。
  • 铝电解电容器使用两种铝电极箔:阳极箔和阴极箔。
  • 在铝电解电容器中,电极箔起到介电体的作用,因此需要表面积更大的材料。(参见产品应用领域
  • 本公司的铝电极箔经过腐蚀扩大表面积和化成生成介电体薄膜处理。

2. 通过腐蚀扩大表面积

腐蚀工序
图-1 腐蚀工序
图-1 腐蚀工序

腐蚀是一种溶解铝箔表面以扩大同一投影面积铝箔表面积的方法。
金属腐蚀通常使用酸碱进行化学腐蚀。然而,本公司从面积扩大效率和控制的角度出发,采用电化学腐蚀。通过电化学腐蚀,铝箔的表面积与原箔相比,低压用可达100倍以上,高压用可达20倍以上。
图-1是腐蚀工序的简图。

腐蚀首先对铝箔进行脱脂和去除自然氧化膜的预处理,以均匀化表面状态。通常使用酸、碱、有机溶剂进行化学清洗或电解清洗,之后充分水洗。

预处理后进行溶解铝箔表面的腐蚀。腐蚀在腐蚀溶液中通过施加电流进行。腐蚀溶液通常使用盐酸、食盐等氯化物水溶液。溶液温度、浓度、pH、电流密度、施加量、通电电极结构等多个因素会影响腐蚀结果。

AC腐蚀的腐蚀结构
图-2 AC腐蚀的腐蚀结构
图-2 AC腐蚀的腐蚀结构
DC腐蚀的腐蚀结构
图-3 DC腐蚀的腐蚀结构
图-3 DC腐蚀的腐蚀结构

腐蚀分为使用交流电流的AC腐蚀和使用直流电流的DC腐蚀两种。
图-2和图-3分别是两种腐蚀的结构图。

AC腐蚀每次交流电流极性改变时都会重复腐蚀的开始和停止,因此形成大量小凹坑连续的结构。这种方法在扩大表面积方面表现出色,但凹坑尺寸非常小,在后续化成工序生成介电体薄膜时,高电压区域的凹坑可能被化成薄膜填满(发生堵塞),无法利用扩大的表面积。因此,AC腐蚀用于薄膜厚度较薄的低压阳极箔或阴极箔。

DC腐蚀开始后,腐蚀向深度方向进行,形成隧道状的有序结构。与AC腐蚀的凹坑相比,直径更大、凹坑更长,即使生成高电压区域的介电体薄膜也不易被填满,因此用于中压、高压用薄膜厚度较厚的阳极箔。

腐蚀后,进行后处理以去除腐蚀过程中产生的铝粉和氯离子等杂质。之后充分纯水清洗,干燥后卷取。
需要注意的是,腐蚀后的箔表面对水分反应性高,通过后处理和水洗来抑制和稳定反应。虽然进行了稳定化处理,但如果在过度高温潮湿的环境下存储腐蚀箔,不仅无法充分发挥其特性,还可能与水分反应产生热量。存储时需要格外小心。

3. 通过化成生成介电体薄膜

化成工序
图-4 化成工序
图-4 化成工序

化成工序是形成作为铝电解电容器介电体的氧化薄膜的过程。以腐蚀扩大表面积的腐蚀箔为材料,连续进行阳极氧化以生成氧化薄膜。
图-4是化成工序的简图。

在化成液中将腐蚀箔作为阳极进行阳极氧化。一般的铝阳极氧化(阳极氧化铝薄膜生成)是在硫酸、铬酸、草酸等化成电解液中进行阳极氧化得到的。但阳极氧化铝薄膜多孔且厚,不适合作为铝电解电容器的介电体薄膜。
因此,本公司在接近中性的化成液(如硼酸铵、磷酸铵、有机酸铵等)中进行阳极氧化。这样得到的薄膜薄且具有高绝缘耐压,适合作为铝电解电容器的介电体薄膜。

化成有单级方式和多级方式,多级方式通过分几个阶段逐步提高阳极氧化电压,可以安全高效地达到目标电压的阳极氧化。此外,进行高电压阳极氧化时,在阳极氧化前在纯水中煮沸,在箔表面形成假硼石薄膜(AlOOH),可以得到耐电压高的结晶性薄膜,同时还可以进一步减少能耗并加速化成过程。最终,阳极氧化到漏电流足够小的箔经过水洗、干燥后卷取。这样,铝电解电容器用电极箔就完成了。