關于鋁電解電容器的長壽命化研究分析

為了防止地球變暖、作為結省能源手段的LED照明（Light Emitting Diode）被受關注。LED已在多個領域被應用和發展，特別是防止照明產品導致的地球變暖、CO2削減，節省能源等手段、LED將逐步替代白熾燈、節能燈并得到發展。LED的最大特長是節省能源、長壽命，所采用的元器件也要求小型、可靠而被重視和開發。

LED 照明產品使用非固態鋁電解電容器（以下稱鋁電解電容器）。與其它電容相比，有較寬使用溫度、小型且大容量、價格便宜等特點，但其缺點是壽命受限制。鋁電解電容器已成為LED照明產品不可欠缺的元器件，但是電容壽命原因將影響成品壽命。

鋁電解電容器的長壽命化是一個大課題，每個電容廠商一直都在研究，富士通代理的電容品牌紅寶石 Rubycon 采用多年積累的經驗和技術開發了高可靠性電解液，利用它開發出了小型且長壽命的LLE系列（圖-1）。

圖-1 小型長壽命LLE系列

鋁電解電容器長壽命化的必要性

鋁電解電容器的壽命受溫度影響較大，電容周邊的溫度降低時、產品的壽命將延長。為此在電路設計時，為滿足產品的壽命要求，元器件的布局放置是一方面，電容的環境溫度降低也很重要。但是由于LED產品（特別是球泡式LED）元器件緊湊，只考慮元器件的布局使其壽命滿足要求是非常困難的。球泡式LED照明使用105度10000h的電容有時很難滿足壽命要求，需要更長壽命的電容。

Rubycon LLE系列產品特點

LLE系列主要是面向長壽命要求的LED球泡燈市場而開發。該系列的特點是耐圧160Ｖ～400Ｖ，尺寸Φ6.3×11L～Φ10×16L業界最長壽命12,000h～20,000h。表-1、列舉了LLE系列與此前市場用的較多的長壽命BXC系列的壽命對比。LLE系列在之前的長壽命產品BXC的基礎上開發出了更小尺寸的產品體系，在相同尺寸下，LLE實現了比BXC長達1.8～2倍的長壽命。

圖表-1列舉了引線型Φ10×16L的中高壓產品在四分之一世紀里的壽命變遷，由圖可以看出，LLE系列實現了壽命的大幅度延長。

表-1 壽命比較（時間 / 105℃）

選用LLE系列產品，可以實現以下目的：

（1) 在嚴酷的使用環境下也可滿足長壽命的要求。

（2）一般鋁電解電容器產品因不能滿足設備的壽命要求，而被迫選用了MLCC或薄膜電容器，LLE系列將有效解決壽命問題外，還可降低元器件成本。

（3）為了滿足產品的壽命要求，此前需要選用更大尺寸的電解電容器，LLE系列將解決該問題，并實現產品的小型化。

（4）產品內部發熱較大時，需考慮電容的布局（放置）、散熱等解決方案，LLE系列使電路設計變得簡單化、小型化。

圖表-1 長壽命推進

LLE系列長壽命化的技術要素

鋁電解電容器主要是受電解液通過封口橡膠蒸發及電解液自身特性的變化而使電容性能老化，因此作為對策，保持電解電容器的壽命就必需盡可能的防止電解液蒸發、防止電解液自身特性的變化以及保持電容內適當的電解液份量等。

鋁電解電容器使用的電解液里含有多種溶劑，其中乙二醇作為主要溶劑被各廠商所研究開發，配合各自的經驗不斷積累和設計。Rubycon利用50年以上的電解液開發技術、配合相關技術經驗、開發了高溫環期下長期穩定的電解液，并應用于LLE系列。該電解液與一般標準品相比，在長時間高溫環境下，特性變化率約減低至1/3以下，使電解液的熱老化抑至到最小。

另外、選用氣密性更好的封口橡膠配合上述電解液，使其達到最佳的匹配。而且，利用本公司開發的生產設備，高精度的控制電解液的注入量，確保電解液的用量穩定。

LLE系列集結了材料，產品設計、生產設備等多種技術與一身，實現了超長壽命。

圖表-2是LLE系列400WV6.8μF10×16的壽命試驗數據（容量変化率，損耗角正切變化）。由圖可以看出，產品特性在長時間內非常穩定。

圖表-2 LLE系列 高溫、額定紋波電流、帶負荷試驗

產品的小型化使產品內部發熱上升，對元器件的長壽命提出了要求。鋁電解電容器由于是壽命受限的器件，將影響產品的整機壽命，但由于大容量需求及單位容量的價格便宜等特點，被大多數產品所使用。鋁電解電容器的長壽命化是確保產品長期可靠運行的關鍵器件，因此作為長久課題被不斷開發和發展，未來Rubycon將確保并發展鋁電解電容器特長的同時，推進鋁電解電容器的更長壽命發展。