（1）AL電解電容的結構與生產工藝介紹
鋁電解電容器的卷繞結構及簡圖如下所示：
電解電容包含兩個導電電極，中間有絕緣層隔開。一個電極（陽極）由擴大了表面積的鋁箔形成。鋁氧化層（AL2O3）在其表面形成絕緣層。與其它電容相比，鋁電解電容的負極（陰極）是導電液體，稱作電解液。另外一個鋁箔，是所謂的陰極箔，其有更大的表面積，以傳遞電流到電解液。電容的陽極是極純的鋁箔，其有效表面被極大地增大（比例可以到200倍），增大方式是一個電化學腐蝕過程，這樣可以使電容到最大容量。化學腐蝕的方式以及程度過程不同，決定於其不同要求。
鋁電解電容器的主要生產原材料為：陽極箔、陰極箔、電解紙、電解液、導箔、膠帶、蓋板、鋁殼、套管、墊片等，其生產工序主要有：切割、卷繞、含浸、裝配、老化、封口、印刷、套管、測量、包裝、檢驗等，以下為其主要生產工藝圖：
（2）鋁電解電容器的主要電學性能參數
1.額定電壓VR：是設計電容時設計的而且表示在電容上的直流電壓。對於鋁電解電容，額定電壓≤100 V通常叫做低壓電容，而額定電壓>100 V稱作（中）高壓電容，常用的額定電壓有6.3V，10V，16V，25V，50V，63V，100V，250V，400V，450V，500V，630V等。
2.工作電壓VOP：電容可以在額定電壓（包含一些疊加的成分）下額定工作范圍內連續工作。允許的連續工作電壓范圍為0V到額定電壓之間。在很短時間內，因陰極鋁箔上有一層空氣氧化層，電容可以承受不超過1.5 V 的反向電壓。
3.浪涌電壓VS：是短時間內可以加在電容上的最大電壓，比如一小時內5次，每次一分鍾。IEC60384-4定義浪涌電壓如下：如果 VR ≤ 315 V，VS= 1.15VR，如果VR> 315 V，VS= 1.10VR。
4.額定容量CR：是電容設計和標示的交流電容值。CR是由(IEC 60384-1 and IEC60384-4)規定的特殊標准來測得的，對於電解電容一般測試條件為2倍工頻（100HZ或120HZ），室溫。另外，容量誤差是電容實際容量離開額定容量分布范圍，一般會標志在本體上，對於AL電解基本上標記為M（±20%）。
5.使用溫度范圍：即電容器能夠穩定工作的溫度范圍，目前常見的低溫極限值大致有-55℃，-40℃，-25℃幾種，高溫極限值大致有85℃，105℃,125℃，130℃等幾種。
6.耗散因數tanδ：是等效串聯電阻與等效串聯線路里(如下圖)容性電抗成分的比值，或者是在正弦電壓下有功功率（耗散功率）與無功功率的比值。
7.等效串聯電感ESL：自身電感或者稱等效串聯電感來源於接線端子及電容內部設計，如上圖。
8.等效串聯電阻ESR：是指等效串聯線路的阻性成分。ESR值與頻率，溫度有關，而且與耗散因數有關，公式如下
9.阻抗Z：是指等效串聯線路的總的電抗值，它只要包括容量CS的容性電抗部分；電解液及接線端子的介電損失及歐姆阻抗ESR部分；由電容繞制及接線端子產生的感性電抗ESL部分。ESL只取決於頻率，而容性電抗和阻性電抗則取決於頻率及溫度。
10.漏電流Ileak：由於鋁電解電容的特殊特性，其鋁氧化層也充當絕緣層，在直流電壓施加很長時間后，還有一個小電流會繼續流過電容。這個電流叫做漏電流。漏電流小意味着電容的絕緣層設計的很好。
11.紋波電流：用rms值來標示流過設備的交流電流，其原因是跳動及浪涌電壓。最大允許紋波電流決定於環境溫度，電容表面積（散熱區域），耗散因數以及交流頻率等。由於熱應力對電容壽命有決定性作用，由紋波電流產生的熱量就是影響使用壽命的重要因數。
12. 使用壽命：使用壽命（也定義為服務壽命及操作壽命）定義為電容不超過指定失效率的可以達到的壽命。使用壽命是應用使用經驗以及加速老化試驗來得到的。如果負載低於額定值，使用壽命可以得到延長（比如低的工作電壓，電流及環境溫度），適當的散熱措施也可以延長使用壽命。
13.除了上述的電學參數外，電解電容還有存儲溫度，氣候條件，溫濕循環，引線強度，可焊性等可靠性項目。
（3）鋁電解電容器的主要電學性能參數特性
1.容量溫度特性
溫度對電解電容的容量有較大影響，溫度降低時，電容粘性增加，這會降低導電性。其典型特性如下圖。
電解電容的容值隨着溫度的降低而降低，
2.容量頻率特性
電解電容的容量隨着測試頻率的升高而降低。
3.耗散因數與頻率溫度特性
電解電容的耗散因數在同頻率下隨着溫度的降低而升高；在同溫度下隨着頻率的升高而升高。
4.阻抗Z的頻率溫度特性
由上可見，低頻時容性電抗起支配作用，隨着頻率的增加，容性電抗(XC =1/ωCS)逐漸減小直至達到電解液阻抗的數量級；頻率更高時，如果溫度不變，電解液的阻抗起主要作用；當到達電容共振頻率時，容性及感性電抗相互抵消，超過這個頻率時，電容繞制及端子(XL=ωL)的感性阻抗開始起作用導致阻抗增加。電解液的阻抗隨着溫度的降低大大增加。
5.漏電流大小與時間及溫度特性
以上左邊為漏電流隨時間的變化曲線，電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用，然而，由於鋁氧化膜介質上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成以及修復氧化膜的時候會產生一種很小的稱之為漏電流的電流。在給電容上電前幾分鍾內有一個很大的漏電流（沖擊電流，沖擊電流包括位移電流和吸收電流，其中位移電流隨着時間迅速衰減，而吸收電流比位移電流衰減慢的多，可能延續數分鍾）流過，在特殊情況下甚至在沒有直流電壓后還要一個延時。在連續工作下，這個漏電流會減小直至恆定值成為所謂穩態值（這部分電流是由介質的電導引起的，其大小決定於電介質在直流電場中的導電率，是一個恆定的電流，所以可以認為它是純阻性電流，也即我們常講的電容的漏電流）。越小的漏電流表明電介質制作得越精良。通常，漏電流會隨着溫度和電壓的升高而增大。漏電流的溫度特性如右圖所示，一般地隨着溫度的升高漏電流將會變得越來越大。
6.紋波電流的頻率與溫度特性
鋁電解電容的耗散因數在固定電壓下隨頻率不同而不同。所以，紋波電流也是頻率的函數。在單獨的電容規格書里，電容的紋波電流能力是指在100Hz或者120Hz條件下或者在一些個例下10kHZ或者100kHZ。對其它頻率下的轉換因數以圖表的形式給出。隨着頻率的增大，其紋波電流增大。
在每種電容的規格書里也包括在其他溫度及紋波電流下的圖表。當然在低溫下其紋波電流變大。
二、鋁電解電容的設計與選型
鋁電解電容器選型要點：
容量、耐壓、溫度范圍、元件封裝形式與尺寸、紋波電流、漏電流、ESR、散逸因數、阻抗/頻率特性、電容壽命、實際需要、性能和成本等。
鋁電解電容是以經過蝕刻的高純度鋁箔作為陽極，以浸有電解液的薄紙或布做陰極構成的極性電容器。優點：容量大、耐壓高、價格便宜；缺點：漏電流大、誤差大、穩定性差、壽命隨溫度的升高下降很快。
容量和額定工作電壓
鋁電解電容本體上標有的容量和耐壓，這兩個參數是很重要，是選用電容最基本的內容。在實際電容選型中，對電流變化節奏快的地方要用容量較大的電容，但並非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可能會上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時間也會越長。這些都是實際應用選型中要考慮的。
（在電路設計中，電容的容量大小直接關系到電路的穩定性，例如：根據公式“C＝I/(△V/△t)”，假設某電路平均電流為 6A，△V=50mV，△t=10μS，就可計算出此處對電容總容量的要求為1200μF。如果選用1000UF 可能在短期內不會出現問題，但長時間運行就會出現電容暴漿等故障。在電路設計過程中，並不是電容越大，濾波效果越好，這要看具體電路，在低頻電路中，電容值越大，對紋波的濾除效果就越好，但如果有高頻信號，就不一定了。在高頻段要選擇合適的電容值和電容類型，一般采用雲母電容和高頻瓷片電容，電容值一般都比較小。）
額定工作電壓：在規定的工作溫度范圍內，電容長期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過電容的直流工作電壓值。電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小於交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個問題是工作電壓裕量的問題，一般來說要在15％以上。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但一般最高只會施加42V電壓。讓電容器的額定電壓具有較多的裕量，能降低內阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。
介質損耗
電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示，損耗角大的電容不適於高頻情況下工作。
外型尺寸
外型尺寸與重量及接腳型態相關。single ended是徑向引線式，screw是鎖螺絲式，另外還有貼片鋁電解電容等。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與外殼規划有關。一般來說，直徑相同、容量相同的電容，高度低的可以代用高度大的電容，但是長度高的替代低的電容時就要考慮結構干涉問題。
ESR
一個等效串聯電阻很小的電容相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉換時的峰值（紋波）電流。用ESR大的電容並聯更具成本效益。然而,這需要在PCB面積、器件數目與成本之間尋求折衷。
紋波電流和紋波電壓
在有的資料中稱作漣波電流和漣波電壓，其實就是 ripple current，ripple voltage。含義就是電容器所能耐受紋波電流/電壓值。紋波電壓等於紋波電流與ESR的乘積。當紋波電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR值的原因。疊加入紋波電流后，由於電容內部的等效串連電阻引起發熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。額定紋波電流是在最高工作溫度條件下定義的數值。而實際應用中電容的紋波承受度還跟其使用環境溫度及電容自身溫度等級有關。規格書通常會提供一個在特定溫度條件下各溫度等級電容所能夠承受的最大紋波電流。甚至提供一個詳細圖表以幫助使用者迅速查找到在一定環境溫度條件下要達到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。
漏電流
電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由於鋁氧化膜介質上浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨着溫度和電壓的升高而增大。一般來說，電容器容量愈高，漏電流就愈大。從公式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。
壽命
首先要明確一點，鋁電解電容一定會壞，只是時間問題。影響電容壽命的原因有很多，過電壓，逆電壓，高溫，急速充放電等等，正常使用的情況下，最大的影響就是溫度，因為溫度越高電解液的揮發損耗越快。需要注意的是這里的溫度不是指環境或表面溫度，是指鋁箔工作溫度。
元器件降額規范（第一部分）持續更新
元器件降額規范（第二部分）持續更新
元器件降額規范（第三部分）持續更新
三、鋁電解電容的失效模式
鋁電解電容器正極是高純鋁，電介質是在金屬表面形成的三氧化二鋁膜，負極是黏稠狀的電解液，工作時相當一個電解槽。鋁電解電容器常見失效模式有：漏液、爆炸、開路、擊穿、電參數惡化等，有關失效機理如下：
A、漏液
鋁電解電容器的工作電解液泄漏是一個嚴重問題。工作電解液略呈現酸性，漏出的工作電解液嚴重污染和腐蝕電容器周圍的其他元器件和印刷電路板。同時電解電容器內部，由於漏液而使工作電解液逐漸干涸，喪失修補陽極氧化膜介質的能力，導致電容器擊穿或電參數惡化而失效。產生漏液的原因很多，主要是鋁電解電容器密封不佳。采用橡膠塞密封的電容器，也可能因橡膠老化、龜裂而引起漏液。此外，機械密封工藝有問題的產品也容易漏液。總之，漏液與密封結構、密封材料與密封工藝有密切的關系。
B、爆炸
鋁電解電容器在工作電壓中交流成分過大，或氧化膜介質有較多缺陷，或存在氯根、硫酸根之類有害的陰離子，以致漏電流較大時電解作用產生氣體的速率較快，工作時間愈長，漏電流愈大，殼內氣體愈多，溫度愈高。電容器金屬殼內外的氣壓差值將隨工作電壓和工作時間的增加而增大。如果產品密封不佳，則將造成漏液；如果密封良好，又沒有任何防爆措施，則氣壓增大到一定程度就會引起電容器爆炸。目前，已普遍采用防爆外殼結構，在金屬外殼上部增加一道褶縫，氣壓高時將褶縫頂開，增大殼內容積，從而降低氣壓，減少爆炸危險。在使用上如加過載電壓，對電容急速充放電，施加反向電壓等都有可能使電容爆炸。
C、開路
鋁電解電容器在高溫或潮熱環境中長期工作時可能出現開路失效，其原因在於陽極引出箔片遭受電化學腐蝕而斷裂。對於高壓大容量電容器，這種失效模式較多。此外，陽極引出箔片和陽極箔鉚接后，未經充分平，則接觸不良會使電容器出現間歇開路。在使用上，過機械應力有可能使電容開路。
D、擊穿
鋁電解電容器擊穿是由於陽極氧化鋁介質膜破裂，導致電解液直接與陽極接觸而造成的。氧化鋁膜可能因各種材料，工藝或環境條件方面的原因而受到局部損傷。在外加電場的作用下工作電解液提供的氧離子可在損傷部位重新形成氧化膜，使陽極氧化膜得以填平修復。但是如果在損傷部位存在雜質離子或其他缺陷，使填平修復工作無法完善，則在陽極氧化膜上會留下微孔，甚至可能成為穿透孔，使鋁電解電容器擊穿。此外，隨着使用和儲存時間的增長，電解液中溶劑逐漸消耗和揮發，使溶液酸值上升，在儲存過程中對氧化膜層發生腐蝕作用。同時，由於電解液老化與干涸，在電場作用下已無法提供氧離子修補氧化膜，從而喪失了自愈作用，氧化膜一經損壞就會導致電容器擊穿。工藝缺陷也是鋁電解電容器擊穿的一個主要原因。如鉚接工藝不佳時，引出箔條上的毛剌嚴重剌傷氧化膜，刺傷部位漏電流很大，局部過熱使電容器產生熱擊穿。在使用上過溫，過紋波電流或過機械應力都有可能使電容擊穿失效。
E、電參數惡化
（a）、電容量下降與損耗增大
鋁電解電容器的電容量在工作早期緩慢下降，這是由於負荷過程中工作電解液不斷修補並增厚陽極氧化膜所致。鋁電解電容器在使用后期，由於電解液耗損較多、溶液變稠，電阻率因黏度增大而上升，使工作電解質的等效串聯電阻增大，導致電容器損耗明顯增大。同時，黏度增大的電解液難於充分接觸經腐蝕處理的凹凸不平鋁箔表面上的氧化膜層，這樣就使鋁電解電容器的極板有效面積減小，引起電容量急劇下降。這也是電容器使用壽命臨近結束的表現。此外，如果工作電解液在低溫下黏度增大過多，也會造成損耗增大與電容量急劇下降的后果。在使用上過溫，過紋波電流都有可能使電容量下降與損耗增大。
(b)、漏電流增加
漏電流增加往往導致鋁電解電容器失效。工藝水平低，氧化膜損傷與沾污嚴重，工作電解液配方不佳，原材料純度不高，電解液的化學性質與電化學性質難以長期穩定，鋁箔純度不高，雜質含量多等等這些因素均可能造成漏電流超差失效。鋁電解電容器中氯離子沾污嚴重，漏電流導致沾污部位氧化膜分解，造成穿孔，促使電流進一步增大。總之，鋁箔中金屬雜質的存在，會使鋁電解電容器漏電流增大，從而縮短電容器的壽命.在使用上過壓等有可能使電容的漏電流增加。
四、鋁電解電容器的失效模式分析
五、鋁電解電容器的使用注意事項
1 電路設計
（1）在確認使用及安裝環境時，作為按產品樣本設計說明書上所規定的額定性能范圍內使用的電容器，應當避免在下述情況下使用：
a)高溫（溫度超過最高使用溫度）
b)過流（電流超過額定紋波電流）
c)過壓（電壓超過額定電壓）
d) 施加反向電壓或交流電壓。
e)使用於反復多次急劇充放電的電路中。另：在電路設計時，請選用與機器壽命相當的電容器。
（2）電容器外殼、輔助引出端子與正、負極以及電路板間必須完全隔離；
（3）當電容器套管的絕緣不能保證時，在有絕緣性能特定要求的地方請不要使用；
（4）請不要在下述環境下使用電容器：
a) 直接與水、鹽水及油類相接觸、或結露的環境；
b) 充滿有害氣體的環境（硫化物、H2SO3、HNO2、Cl2、氨水等）；
c) 置於日照、O3、紫外線及有放射性物質的環境；
d) 振動及沖擊條件超過了樣本及說明書的規定范圍的惡劣環境；
（5）在設計電容器的安裝時，必須確認下述內容：
a) 電容器正、負極間距必須與線路板孔距相吻合；
b) 保證電容器防爆閥上方留有一定的空間；
c) 電容器防爆閥上方盡量避免配線及安裝其他元件；
d) 電路板上，電容器的安裝位置，請不要有其他配線；
e) 電容器四周及電路板上盡量避免設計、安裝發熱元件；
（6）另外，在設計電路時，必須確認以下內容：
a) 溫度及頻率的變化不至於引起電性能變化；
b) 雙面印刷板上安裝電容器時，電容器的安裝位置避免多余的基板孔和過孔；
c) 兩只以上電容器並聯連接時的電流均衡；
d) 兩只以上電容器串聯連接時的電壓均衡。
2 元件安裝
（1）安裝時，請遵守以下內容：
a) 為了對電容器進行點檢，測定電氣性能時，除了卸下的電容器，裝入機器中通過電的電容器請不要再使用；
b) 當電容器產生再生電壓時，需通過約1KΩ左右的電阻進行放電；
c) 長期保存的電容器，需通過約1 KΩ左右的電阻加壓處理；
d) 確認規格（靜電容量及額定電壓等）及極性后，再安裝；
e) 不要讓電容器掉到地上，掉下的電容器請不要再使用；
f) 變形的電容器不要安裝；
g) 電容器正、負極間距與電路板孔距必須相吻合；
h) 自動插入機的機械手力量不宜過大；
（2）焊接時，請確認下面內容：
a) 注意不要將焊錫附着在端子以外；
b) 焊接條件（溫度、時間、次數）必須按規定說明執行；
c) 不要將電容器本身浸入到焊錫溶液中；
d) 焊接時，不要讓其他產品倒下碰到電容器上；
（3）焊接后的處理應不產生以下的機械應力：
a) 電容器發生傾倒、扭轉；
b) 電容器碰到其他線路板；
c) 使其它物體碰撞到電容器；
（4）電容器不要用洗凈劑洗凈，不過，在有必要洗凈的情況下對電容器進行洗凈，必須在產品規格書規定的范圍內進行；
（5）對有必要洗凈的電容器，洗凈時，須確認下列內容：
a) 洗凈劑污染管理（電導率、PH值、比重、水分等）；
b) 洗凈后，不能保管在洗凈液環境中及密閉容器中，要采用（最高使用溫度以下的）熱風干燥印刷電路板及電容器，使之不殘留洗凈液成分。
（6）不使用含鹵素的固定劑、樹脂塗層劑。（7）使用固定劑、塗層劑時，請確認以下內容：
a)電路板與電容器之間，不能殘留焊接殘渣及污垢；
b) 固定劑、塗層劑吸附前，盡可能不殘留洗凈成分，進行干燥處理，使印刷孔不堵塞；
c) 固定劑、塗層劑熱硬化條件，按規定說明書要求執行。
3 組裝使用
（1）組裝使用中，請遵守以下內容：電容器的端子間不要直接接觸，另外，不要讓導體物質引起正負極短路；
（2）請確認所安裝電容器所處環境
a）不要與水或油污接觸或處於結露狀態
b）不要讓日光、O3、紫外線及放射線直接照射到電容器上
c）不要處於充滿有害氣體的環境（硫化氫、亞硫酸、亞硝酸、氨水、Cl2 等）
d）震動及沖擊不要超過樣本或規格說明中規定值；
4 保守點檢
工廠企業用的電容器，必須定期點檢，定期點檢項目包括外觀檢查及電性能的測試；
5 意外情況
（1）組裝使用過程中，如電容器防爆閥打開，請切斷組裝主電源或拔下電源線插頭；（2）電容器防爆閥動作時，因有超過100℃高溫氣體噴出，皮膚不要接近。噴出的氣體進入眼睛時，立即用水清洗眼睛。不要品嘗電容器的電解液，電解液濺到皮膚上時，用肥皂清洗；
6 熏蒸處理
當組裝電容器的電子產品出口到海外時，用溴化鉀等鹵化物進行熏蒸處理。因采用此方法可能會產生因鹵素離子而引起的腐蝕反應，請務必小心。熏蒸時，熏蒸液不能直接接觸電子產品，同時有必要進行充分干燥處理，估計有熏蒸液附者及干燥不充分時，有必要先查詢一下安全性；
7 儲存條件
（1）在溫度為5～30℃，濕度為75%以下的室內儲存;
（2）不要保存在組裝使用中禁用的環境及同等條件下.