电容器关键材料与技术专题

• 基于增材制造的铝粉电极箔的比容预测

  杨时伦;李一卓;徐友龙;

  传统腐蚀箔的扩面倍率已接近理论极限,工业上化成箔比容量的增长几乎停滞,并且腐蚀过程会产生大量含有金属离子的酸性废液。本文基于增材制造的思想,提出了一种铝粉烧结电极箔的新制造方法。该法使用高纯铝粉和光铝箔为主要原料,通过铝粉层在铝箔上的堆叠、烧结等过程形成一个三维的导电网络,从而提升电极箔表面积。根据铝粉简立方堆积模型,在三个假设的基础上进行了理论比容量的计算,并根据铝粉烧结过程中发生的形变对计算结果进行了修正。修正后结果表明,在球冠接触角度θ=60°时,以半径1μm的铝粉为原料,在400 V的化成电压下,电极箔的理论比容量相比于传统工艺生产的腐蚀箔化成箔有40%以上的提升,表现出了非常好的应用前景。

  2021年06期 v.40;No.352 503-507页 [查看摘要][在线阅读][下载 582K]
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• 铝箔表面氧化膜剥离方法的研究

  董晓红;武玉柱;王梦;黄勇;尹君驰;

  铝电解电容器铝箔表面氧化膜的常用剥离方法有碱蚀法、高温熔化法和氯化铜剥膜法,本文探讨了不同氧化膜剥离方法适用的范围,指出了碱蚀法和高温熔化法在剥离电极箔氧化膜时存在的局限性。在选择氧化膜剥离方法的时候,要根据氧化膜的性质如外观形貌、厚度、膜结构等方面综合考虑,选择合适的剥膜方法,为电极箔工艺研发提供具有实际应用价值的制样方法和验证手段。试验结果表明,碱蚀法可用于化成后的铝箔(大部分为结晶型羟基氧化铝)氧化膜的剥离,高温熔化法可用于铝光箔表层多孔氧化膜的基础性研究分析,氯化铜剥膜法适用于各种类型的铝阳极氧化膜(如多孔氧化膜、水合氧化膜、致密结晶氧化膜)的剥离。

  2021年06期 v.40;No.352 508-512页 [查看摘要][在线阅读][下载 3341K]
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• 高压光箔中微量元素偏析与分布机理研究

  李建霖;黄宏亮;肖远龙;

  采用密度泛函理论计算和辉光放电光谱(GD-OES)测试系统研究了高压铝电解电容器用光箔中微量Pb和Cu的偏析行为以及在铝箔表面的分布情况。结果表明,由于Pb元素的共价半径大和表面能低,导致Pb具有很强的偏析能力,而Cu的偏析能力相对较弱。Pb和Cu主要富集在铝箔表面50～60 nm附近,富集位置取决于杂质原子半径,而与偏析能无关。另外,由于邻位Pb原子更容易使表面结构驰豫,铝箔内部Pb倾向于维持粒子形态,而Cu没有表现出很明显的聚集倾向,在原子形态和粒子形态之间保持一种平衡。因此高压光箔中Pb和Cu表现出不同的固溶状态。

  2021年06期 v.40;No.352 513-517页 [查看摘要][在线阅读][下载 1832K]
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• 多层瓷介电容器端电极制备工艺研究

  何创创;杨俊;庞锦标;徐敏;

  为了得到小尺寸、高焊接可靠性的多层瓷介电容器,分别采用蘸浆端涂工艺和薄膜溅射工艺进行端电极制备,研究了两种端面金属化工艺的优缺点及其制备端电极的焊接可靠性。结果表明:与传统端涂工艺相比,蘸浆端涂工艺不仅彻底地摆脱了对于高精度封端设备和工装夹具的依赖,生产成本较低,而且更适用于小尺寸产品端电极的制备;同时,薄膜溅射工艺制备的端电极层具有更高的致密性,这不仅解决了端涂工艺制备端电极推球实验不合格问题,显著提高了引出端电极的焊接可靠性,而且为引出端电极层结构设计提供了多样化的解决方案,满足了用户的不同使用需求,拓宽了应用场景。

  2021年06期 v.40;No.352 518-523页 [查看摘要][在线阅读][下载 4404K]
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• 多层瓷介电容器端电极制备工艺对端电极附着力影响研究

  侯喜路;秦英德;杨秀玲;卫冬娟;唐文泽;

  研究了多层瓷介电容器(MLCC)端电极制备环节中产品翻边宽度、端电极底银层厚度、烧端峰值温度、峰值温度保温时间及烧端装载密度对产品端电极附着力的影响。结果显示,随着翻边宽度和底银层厚度的增加,产品相应的端面结合强度随之提升,当翻边宽度为0.5 mm、底银层厚度为26μm左右时,产品的抗弯曲性能>8 mm,平均极限抗剪切力为165.17 N;烧端峰值温度、峰值温度保温时间及烧端装载密度对产品端电极附着力具有明显影响,800℃烧端峰值温度、15 min峰值温度保温时间、1.2只/cm~2装载密度制备的样品具备最优的抗弯曲和抗剪切性能,产品抗弯曲性能可达8 mm以上,平均极限抗剪切力可达165.23 N。

  2021年06期 v.40;No.352 524-529+535页 [查看摘要][在线阅读][下载 2586K]
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• 电极纤维化结构对超级电容器电性能的影响

  郭义敏;郭德超;张啟文;慈祥云;何凤荣;

  电极是超级电容器的重要组成部分。为了解决传统湿法涂布电极体积密度低和抗劣化性差的固有问题,需要开发具有纤维化结构的干法电极。分别采用干法和湿法工艺制备出超级电容器用电极,通过扫描电子显微镜(SEM)、剥离强度和电性能测试等表征方法,分析了干法和湿法工艺对电极结构和形貌、粘结性能及电性能的影响。结果表明:干法电极内有充分的粘结剂纤维结构,碳颗粒的接触紧密。干法电极体积密度高达0.654 g/cm~3,相比湿法涂布电极体积密度提高了10.5%。干法电极剥离强度相比湿法涂布电极高50%以上。用干法电极组装的超级电容器在容量、耐久性及充放电倍率性能方面均优于用湿法涂布电极组装的同类产品。干法电极的纤维化粘结结构提高了电极体积密度及抗劣化性能,有望取代传统湿法涂布电极。

  2021年06期 v.40;No.352 530-535页 [查看摘要][在线阅读][下载 3398K]
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综述与评论

• ⅢA族元素化合物微波介电性能的研究进展

  谢鸿远;于泽宗;尹长志;舒龙龙;李纯纯;

  微波介质陶瓷作为现代信息化产业高速发展过程中的热门电子材料,在数据通信领域中展示出了广泛的应用前景。在现有的微波陶瓷材料体系中,包含+4,+5价元素(Ti~(4+)及Nb~(5+)、Ta~(5+)等)的氧化物体系已获得广泛的研究关注,而包含ⅢA族元素(B~(3+)、Al~(3+)、Ga~(3+)等)的+3价体系研究相对较少。相比于+4,+5价氧化物体系,晶体结构方面,ⅢA族元素的离子半径小,主要以四面体基元构型;物性方面,ⅢA族元素的离子极化率较低,适合开发可应用于微波通信的低介电常数体系。本文以组分为分类依据,简述了不同ⅢA族元素氧化物微波介质陶瓷的研究现状,总结了ⅢA族元素氧化物的介电特性以及研究难点,并对其在低介领域的应用提出展望。

  2021年06期 v.40;No.352 536-546页 [查看摘要][在线阅读][下载 1522K]
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研究与试制

• 不同Te掺杂量对InSb晶体性能的影响

  马林;杨瑞霞;于凯;王健;刘莎莎;

  InSb原料因含受主杂质,制备出的InSb晶体通常呈P型特性,其迁移率低无法满足低温(77 K)时红外探测器需求。为了获得高迁移率特性,通过直拉法(Cz)生长了不同Te掺杂量的InSb∶Te晶体。利用霍尔测试仪测量晶体电学特性,结果表明,InSb∶Te晶体在77 K下的导电类型为N型。随着Te掺杂浓度从10~(16) cm~(-3)增加到10~(18) cm~(-3),电阻率从10~(-1)Ω·cm减小到10~(-4)Ω·cm,迁移率从10~3 cm~2·V~(-1)·s~(-1)增加到10~4 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。利用拉曼光谱仪、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对晶体的结晶质量和光学性能进行测试。结果表明,与非掺杂InSb晶体相比,Te掺杂使晶体半峰宽(FWHM)增大,透过率降低,带隙变宽,吸收截止波长向短波方向移动,Te掺杂会对拉曼峰强度产生影响。当Te掺杂浓度为6×10~(16) cm~(-3)时,获得最优的迁移率为6.95×10~4 cm~2·V~(-1)·s~(-1),晶体半峰宽为0.51°,吸收截止波长为7.5μm。

  2021年06期 v.40;No.352 547-552页 [查看摘要][在线阅读][下载 3724K]
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• 基于耦合机制的AlN晶体生长速率模型

  郭森;张丽;

  在耦合传热和物质传输两种机制的基础上建立了物理气相传输法AlN晶体生长速率模型。当生长压力为30,60,90 kPa时,生长速率模型计算结果和实验结果的偏差值均在20μm/h以内。尤其是当压力为60 kPa时,偏差值为-8μm/h。在此基础上进一步计算了不同工艺参数对生长速率和生长表面形状的影响。结果表明,随着生长压力的增高和籽晶温度的降低,晶体的生长速率越小,晶体生长表面的形状越平。增加多晶源-籽晶的温差可以提高生长速率,而对生长表面形状的影响较小。该生长速率模型的建立可以有效地指导较大生长速率和微凸生长表面的AlN晶体生长,对高结晶质量AlN晶体生长具有重要意义。

  2021年06期 v.40;No.352 553-558页 [查看摘要][在线阅读][下载 5625K]
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• 单热源热流陀螺仪敏感机理的研究

  李备;朴林华;王育新;

  提出了一种单热源热流陀螺仪并揭示了它的敏感机理,即在哥式力的作用下,并联的加热丝形成的单热源所产生的热流会引起输出电压的变化,通过建立角速度与输出电压的关系,进而检测Z轴角速度。通过有限元的方法,利用COMSOL Multiphysics对该陀螺的敏感元件在有无角速度时温度场和等温线的变化情况进行了计算。计算结果表明,单热源热流陀螺仪具有陀螺效应,在±20 rad/s角速度范围内,其输入角速度与输出电压的比例系数k为0.005 V/(rad·s~(-1)),灵敏度为5.29×10~(-3) V/(rad·s~(-1)),非线性度为6.81%。该研究为后续的结构改进、性能优化奠定了理论基础。

  2021年06期 v.40;No.352 559-564页 [查看摘要][在线阅读][下载 5341K]
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• 差动变压器式位移传感器性能稳定性技术研究

  余菲;孙楠;朱廷伟;杨超凡;任海燕;

  分析了影响差动变压器式位移传感器(简称位移传感器)性能稳定性的因素。为提高位移传感器性能稳定性,提出了解决方法。介绍了自补偿差动变压器式位移传感器的原理,并进行了理论分析,同时对其实用性进行了分析探讨。由于这种自补偿传感器较难实现,故在此基础上又提出了一种更为简单有效的提高传感器性能稳定性的技术方法,即不改变传感器的结构,配置以新的信号调理算法,通过试验验证,表明此方法对提高传感器性能稳定性有明显效果,实用性强。

  2021年06期 v.40;No.352 565-571页 [查看摘要][在线阅读][下载 4187K]
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• 空间耦合高速光电探测器的等效建模与实现

  吴丹;梁赫西;沈天浩;代永红;

  大面积高速光电探测器是空间相干光通信系统的核心接收器件之一。通过分析光电二极管载流子运动规律,建立了PIN光电二极管高频等效模型,同时根据微波S参数理论,建立了光电二极管TO封装等效电路模型。根据空间相干光通信空间耦合方式对探测器光敏面大面积、高带宽的需求,将其应用于5 Gbps空间相干探测体系中平衡光电探测器的整体封装。通过PIN光电二极管测量评估显示:实测频率响应曲线与模拟拟合曲线在10 MHz～5 GHz区间近似一致;整体封装的平衡探测器的探测灵敏度在5 Gbps通信速率下达-43.4 dBm。

  2021年06期 v.40;No.352 572-577页 [查看摘要][在线阅读][下载 5918K]
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• 超材料完美吸波器的等效电路模型研究

  陆浩然;郭云胜;

  为了用等效电路理论描述超材料完美吸波的电磁特性,把它们的单元结构分为两类:第一类由电谐振器和磁谐振器组成,不含金属底板;第二类由金属底板及其上面的金属或介质谐振器组成。根据电磁波与超材料单元结构相互作用的特点,采用一端口和二端口网络分别建立了有无金属底板单元结构的等效电路模型。利用电路仿真软件ADS提取了两种无金属底板单元结构的等效参数,由这些参数计算得到与CST全波电磁仿真一致的吸收频率和带宽。研究结果表明等效电路模型的正确性,也合理解释了超材料完美吸波的工作机理。

  2021年06期 v.40;No.352 578-583页 [查看摘要][在线阅读][下载 5366K]
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• 基于ABM器件的SiC MOSFET建模研究

  王迪迪;宁平凡;刘婕;张永刚;

  针对不同温度下SiC MOSFET模型精度不足的问题,提出一种基于模拟行为模型(ABM)器件建立SiC MOSFET模型的方法。分别对整体模型的沟道电流、导通电阻和栅漏电容部分进行改进,引入了阈值电压和跨导系数的温度调节函数,考虑了温度和栅源电压对导通电阻的影响,提出了无开关栅漏电容,建立了满足连续温度仿真的SiC MOSFET模型。仿真结果表明:基于ABM器件建立的模型能够准确地反映温度对阈值电压、跨导和导通电阻的影响,验证了所建模型的准确性。

  2021年06期 v.40;No.352 584-590页 [查看摘要][在线阅读][下载 5244K]
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• 一种基于SIPOS结构的高压深结复合终端

  王振硕;李学宝;马浩;吴昊天;

  为了提高功率芯片的可靠性和耐压能力,结合VLD(横向变掺杂)、JTE(结终端扩展)与SIPOS(半绝缘多晶硅)技术,设计了一种高压深结复合终端结构。所提新结构是在VLD与JTE的复合终端上方覆盖一层SIPOS结构,可以实现终端电场更为均衡,受界面电荷的影响更小,同时具有更高的击穿电压。以3.3 kV耐压等级的终端为例,利用仿真软件TCAD对所提出的新型终端复合结构进行了工艺和结构上的仿真,并且对影响新结构击穿电压的关键因素进行了分析。结果表明,随着SIPOS结构氧含量的减少,新结构的击穿电压不断提高,并且当界面电荷浓度为4×10~(11) cm~(-2)时,新结构仍能满足芯片耐压等级要求。

  2021年06期 v.40;No.352 591-596页 [查看摘要][在线阅读][下载 2811K]
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• 基于模态分析的印刷电路板力学性能研究

  胡超;刘芳;周嘉诚;毛宽民;

  印刷电路板的力学特性直接影响着电子设备受冲击激励或随机振动时的稳定性。为研究印刷电路板的力学性能,给设计安装环境提供依据指标,利用ANSYS Workbench对某印刷电路板进行了有限元建模。通过对比仿真模态与试验模态的固有频率及振型,验证了建模的准确性,发现四角固定的约束方式对电路板的模态振型有着较大的影响。依据国军标典型的加速度半正弦波及激励谱,分别对该印刷电路板进行了冲击响应及随机振动仿真测试。分析该印刷电路板的力学特性后,发现冲击响应的最大位移量为0.00254 mm,随机响应的最大局部应力为39.003 MPa,响应位置皆与模态振型一致,该电路板有着一定程度的稳定性和抗冲击能力。力学分析结果为改进结构约束方式及芯片分布位置提供了理论依据。

  2021年06期 v.40;No.352 597-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 8699K]
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• 新型宽带高效率平面耦合环天线设计

  林铄金;陈星;

  小环天线尺寸小,但存在带宽窄和辐射效率低的缺点。设计了一款具有高辐射效率和一定带宽的耦合环天线。该天线为平面结构,使用电小的内环作为辐射单元,容性多边形外环作为耦合单元,通过内外环耦合增加天线辐射电阻,消除阻抗虚部分量,从而扩展了天线带宽,提高了辐射效率。设计和加工制作了一只中心工作频率为1.3 GHz的天线样品,该天线制作于厚度为0.6 mm的PCB(Printed Circuit Board)板上,内/外环尺寸分别仅为0.06λ和0.26λ,其中λ为中心工作频率对应波长。测试表明,该天线VSWR<2的阻抗带宽达到5.7%(1.28～1.355 GHz);具有类全向方向图,中心频点最大增益约1.98 dBi,天线辐射效率达到96%。该天线结构简单,易于加工,具有一定的工程应用价值。

  2021年06期 v.40;No.352 603-607页 [查看摘要][在线阅读][下载 6791K]
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• 一种应用于无线体域网的小型超宽带天线设计

  李凯佳;杜成珠;焦哲晶;杨福慧;

  利用等比例缩小技术设计了两种小型化超宽带天线。天线辐射贴片为开扇形槽的半圆结构,接地板形状为开方形槽的半椭圆。分别采用FR4环氧板材料和液晶聚合物LCP材料作为介质基板,尺寸分别为25 mm×10.5 mm×0.8 mm和32 mm×7.5 mm×0.1 mm。FR4基板天线实测工作带宽为2.27～11.9 GHz,相对带宽达到134%。LCP介质板天线实测工作带宽为2.8～9.6 GHz,相对带宽为110%。通过HFSS软件仿真分析天线接近人体时S参数的变化情况以及将两种不同介质板的天线分别附着于人体模型上时的比吸收率(SAR)分布,仿真结果均符合欧盟(EU)标准,两种小型化的超宽带天线均可应用于可穿戴通信系统中。

  2021年06期 v.40;No.352 608-612页 [查看摘要][在线阅读][下载 4681K]
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