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Student Number 92323046
Author Wei-Ting Kuo(郭威廷)
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Department Mechanical Engineering
Year 2004
Semester 2
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title 低壓鋁電解電容器用鋁箔之電蝕條件最佳化研究
Date of Defense 2005-06-17
Page Count 75
Keyword
  • AC Etching
  • Aluminum Foil
  • Capacitance
  • Abstract 本論文針對低壓鋁電解電容器用陽極鋁箔之最佳電蝕條件探討。選取不同厚度之鋁原箔,探討鋁箔經不同電化學蝕刻條件後表面積增加率之影響,並歸納出適合業界生產之最佳化電蝕參數。
    本實驗根據探討之主題來控制不同的電蝕參數,經電化學蝕刻之後,再按照EIAJ的規範對電蝕箔做化成處理,並量測其靜電容量、重量損失率、引張與折曲強度。利用光學顯微鏡(OM)及掃描式電子顯微鏡(SEM)來觀察電蝕箔之截面腐蝕形態及表面的腐蝕孔洞分佈情形。依據上述分析方法,比較不同電蝕條件所造成之腐蝕組織對鋁電解電容器用陽極鋁箔之靜電容量的影響。
    由實驗結果得知,電蝕頻率愈高,所形成之腐蝕孔洞愈小,而當溫度愈高,腐蝕速率愈快,此兩者的互相配合,方能得到最佳性能之電蝕箔。而E2各段電蝕頻率不一致時,逐段降低頻率在擴面效果上相較於E2固定電蝕頻率而言,有較佳的孔洞結構。相同總通電量下,E2使用不同電流密度形式對於鋁箔擴面效果將有很大的影響。
    Table of Content                目  錄
                               頁次
    摘要…………………………………………………………………     Ⅰ
    謝誌……………………………………………………………..…..Ⅱ
    目錄 ………………………………………………………………..Ⅲ
    表目錄 ……………………………………………………………..Ⅴ
    圖目錄 ……………………………………………………………..Ⅵ
    第一章緒論 ……………………………………………………….1
      一、序言 ………………………………………………………1
      二、理論基礎與論文回顧 ……………………………………3
       2.1 電容器的基本構造與原理 …………………………...3
       2.2 增加陽極鋁箔表面積的方法 ………………………...7
       2.3 交流電蝕的機構與原理……………………………….8
       2.4 鋁箔性質對電蝕工程之影響 ………………………...8
        2.4.1 微量元素 …………………………………………9
        2.4.2 織構 (Texture) ……………………………………10
        2.4.3 差排密度 (Dislocation Density) …………………11
       2.5 電蝕前處理之影響 …………………………………...11
       2.6 電蝕溶液之影響 ……………………………………...12
        2.6.1 氯離子在電蝕過程中的影響 ……………………12
        2.6.2 硫酸根離子在電蝕過程中的影響 ………………13
        2.6.3 電蝕溶液之濃度控制 ……………………………14
        2.6.4 電蝕溶液之溫度控制 ……………………………15
       2.7 洗淨、後處理及乾燥的影響 ………………………...15
    2.8 化成處理………………………………………………..15
       2.9 電蝕鋁箔之CV特性…………………………………...16
    第二章本文 ……………………………………………………….17
      一、前言 ………………………………………………………17
      二、實驗步驟與方法 …………………………………………18
       2.1 鋁原箔材料之選用及分析 ……………………………18
       2.2 電蝕前處理……………………………………………..18
       2.3 電化學蝕刻處理 ………………………………………18
    2.4 電蝕後之化學洗淨、後處理、乾燥………….………..     19
    2.5 電蝕箔之化成處理……………………………………..     19
     2.5.1 低壓化成…………………………………………...     19
    2.6 靜電容量的量測………………………………………..     20
       2.7 電蝕後鋁箔之機械強度量測…………………….…….20
        2.7.1 引張強度…………………………………………...20
        2.7.2 折曲強度…………………………………………...21
       2.8 腐蝕組織之觀察 ………………………………………21
        2.8.1 腐蝕截面之觀察 ………………………………….21
        2.8.2 腐蝕表面之觀察 ………………………………….21
      三、結果與討論 ………………………………………………22
       3.1高純度鋁原箔厚度110μm之高容量製程開發………..     22
        3.1.1時間、溫度、電流密度對製程之影響……………..22
       3.2高純度鋁原箔厚度100μm之高容量製程開發………..     24
        3.2.1電蝕頻率對製程之影響……………………………24
        3.2.2電流密度形式對製程之影響……………………...26
        3.2.3不同頻率與電流密度對E2處理之影響………….     28
      四、結論 ………………………………………………………30
      五、參考文獻 …………………………………………………31
    表 …………………………………………………………….……..33
    圖 …………………………………………………………….…….36
                 表  目  錄
                                      頁次
    表1. E2各段採用相同頻率之電蝕製程參數表…………………       33
    表2. 不同電流密度之電蝕製程參數……………………………       34
    表3. 不同頻率與電流密度之電蝕製程…………………………       35
                  圖  目  錄
    頁次
    圖 1.(a)平行板電容器示意圖(b)當平行板間的距離遠小於平
    行板的大小時,此時平行板間的電場可視為相互平行的
    均強電場…………………………………………………..36
    圖 2.電容器的基本構造(平板電容器).………………………..36
    圖 3.有極性鋁電解電容器的基本構造..………………………37
    圖 4.(a)平板間為真空之電力線分佈 (b)平板間的介電層表
    面產生了感應電荷,導致平板間的電場強度降低……..37
    圖 5.陽極鋁箔及陰極鋁箔的界面放大圖..……………………38
    圖 6.鋁電解電容器的等效迴路示意圖..………………………38
    圖 7.交流電蝕下的立方蝕孔增殖機構(cube-by-cube pit
    propagation)……………………………………………….39
    圖 8.(a)陽極和陰極皮膜(anodic/etch films)覆蓋於立方孔蝕
    (cubic pits)表面之示意圖(b)鋁的陽極皮膜和陰極皮膜的橫截面穿透式電子顯微鏡(TEM)照片………………...39
    圖 9.鐵含量對靜電容量的影響..………………………………40
    圖 10.矽含量對靜電容量的影響..………………………………40
    圖 11.銅含量對靜電容量的影響..………………………………41
    圖 12.高、低壓用陽極箔的腐蝕組織(a)高壓用陽極箔之隧道
         式腐蝕(b)低壓用陽極箔之海綿狀腐蝕………………….41
    圖 13.鋁箔經電蝕處理及化成處理後的表面形態..……………42
    圖 14.鋁箔於電化學蝕刻時,添加硫酸根離子之作用示意圖...42
    圖 15.化成電壓與電容量之關係………………………………..43
    圖 16.實驗流程圖 ………………………………………………44
    圖 17.低壓交流電電蝕設備示意圖 ……………………………45
    圖 18.交流電蝕之試片尺寸 ……………………………………46
    圖 19.化成及靜電容量量測的試片規格 ………………………46
    圖 20.化成處理設備示意圖 ……………………………………47
    圖 21.低壓(200Vfe)化成處理流程圖 ………………………….47
    圖 22.靜電容量量測示意圖 ……………………………………48
    圖 23.E2各段133秒搭配五種不同電蝕液溫度之靜電容量、重
         量損失率與電蝕時間之間的關係圖…………………..49
    圖 24.E2各段111.6秒搭配五種不同電蝕液溫度之靜電容量、
         重量損失率與電蝕時間之間的關係圖………………     50
    圖 25.E2各段133秒搭配五種不同電蝕液溫度之引張強度、折
         曲強度與電蝕時間之間的關係圖……………………..51
    圖 26.E2各段111.6秒搭配五種不同電蝕液溫度之引張強度、
         折曲強度與電蝕時間之間的關係圖…………………     52
    圖 27.E2各段111.6秒加大電流密度為110%搭配五種不同電蝕
         液溫度之靜電容量、重量損失率與電蝕時間之間的關係圖…  53
    圖 28.E2各段111.6秒加大電流密度為110%搭配五種不同電蝕液溫
         度之引張強度、折曲強度與電蝕時間之間的關係圖………… 54
    圖 29.E2各段124秒加大電流密度為110%搭配五種不同電蝕液
         溫度之靜電容量、重量損失率與電蝕時間之間的關係圖… 55
    圖 30.E2各段124秒加大電流密度為110%搭配五種不同電蝕
         液溫度之引張強度、折曲強度與電蝕時間之間的關係圖…   56
    圖 31.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.272 A/cm2
         、0.300 A/cm2、0.328 A/cm2、0.367 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之重量損失率與靜電容量圖…57
    圖 32.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.272 A/cm2
         、0.300 A/cm2、0.328 A/cm2、0.367 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之引張強度與折曲強度圖…58
    圖 33.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.272 A/cm2
         、0.300 A/cm2、0.328 A/cm2、0.367 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(200x)…………59
    圖 34.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.272 A/cm2
         、0.300 A/cm2、0.328 A/cm2、0.367 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(500x)…………60
    圖 35.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.272 A/cm2
         、0.300 A/cm2、0.328 A/cm2、0.367 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之表面SEM圖 (1000x)……  61
    圖 36.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.316 A/cm2
         、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之重量損失率與靜電容量圖62
    圖 37.E2-1至E2-5電流密度分別為0.286 A/cm2、0.286 A/cm2
         、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之重量損失率與靜電容量圖63
    圖 38.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.316 A/cm2
         、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之引張強度與折曲強度… 64
    圖 39.E2-1至E2-5電流密度分別為0.286 A/cm2、0.286 A/cm2
         、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之引張強度與折曲強度…65
    圖 40.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.316 A/cm2
         、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(200x)……66
    圖 41.E2-1至E2-5電流密度分別為0.164 A/cm2、0.316 A/cm2
         、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2、0.316 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(500x)……67
    圖 42.E2-1至E2-5電流密度分別為0.286 A/cm2、0.286 A/cm2
         、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(200x)……68
    圖 43.E2-1至E2-5電流密度分別為0.286 A/cm2、0.286 A/cm2
         、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2、0.286 A/cm2 ,將E2頻率分別以
         25Hz~60Hz八種不同電蝕頻率電蝕之截面OM圖(500x)……69
    圖 44.條件A、條件B與條件C以最佳化製程條件進行電化學蝕刻
         後之電蝕箔表面SEM(1000x)觀察………………     70
    圖 45.條件A、條件B與條件C以最佳化製程條件進行電化學蝕刻
         後之電蝕箔表面SEM(3000x)觀察………………     71
    圖 46.E2不同頻率與電流密度形式 (如表3條件1、條件2所示)進
         行電化學蝕刻與20Vfe化成處理後之重量損失率與靜電容量圖72
    圖 47.E2不同頻率與電流密度形式 (如表3條件1、條件2所示)進
         行電化學蝕刻後之引張強度與折曲強度圖………    73
    圖 48.E2不同頻率與電流密度形式 (如表3條件1、條件2所示)進
         行電化學蝕刻與20Vfe化成處理後之截面OM圖(200x)… 74
    圖 49.E2不同頻率與電流密度形式 (如表3條件1、條件2所示)進
         行電化學蝕刻與20Vfe化成處理後之截面OM圖(500x) 75
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    Advisor
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