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姓名 李岳聯(Yueh-Lien Lee)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系
論文名稱 頻率與電流密度對高純度鋁箔電蝕舉動之影響
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摘要(中) 本論文研究的目的將著重於電蝕過程中不同的電流密度及電蝕頻率對於電化學蝕刻後陽極鋁箔的腐蝕組織及靜電容量的影響,藉此精確掌握此二參數對電蝕工程所造成之變化。另外,本實驗透過電化學分析儀的輔助,可清楚瞭解在整個電蝕過程中電位、電流變化的情形,以及孔洞的生成與成長現象,提供更多學理上的瞭解與證明,以期能對整個鋁電解電容器之研究有顯著的助益。
試片經過不同電流密度及電蝕頻率的蝕刻後,先量測試片的重量損失率,隨後將試片依EIAJ規範進行化成處理,量測其靜電容量值。利用光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡來觀察鋁箔截面腐蝕深度及表面蝕孔分布的型態。藉由這些方法來比較在不同的電流密度及電蝕頻率條件下所造成的腐蝕組織對最後靜電容量的影響。
在電化學分析部份,藉由恆電位儀來觀察在不同的電流密度及電蝕頻率條件下電蝕過程中電位與電流變化的情形。藉由電位或是電流的變化,可判斷在各種條件下腐蝕反應進行情形。
由實驗結果得知:電蝕頻率越高,造成鋁的溶解量越少,形成的孔洞較小但數量較多,而靜電容量值與電蝕頻率並非呈現絕對相關的趨勢;電流密度越高,造成鋁溶解量越多,靜電容量值會有上升趨勢,此外電流密度越高,表面生成的蝕孔也會變多。
關鍵字(中) ★ 交流電蝕
★ 靜電容量
★ 電容器
關鍵字(英) ★ capacitance
★ capacitor
★ AC etching
論文目次 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 電化學蝕刻處理 ……………………………………… 18
2.3 電蝕箔之化成處理…………………………………….. 19
2.4 靜電容量的量測……………………………………….. 19
2.5 腐蝕組織之觀察 …………………………………… 20
2.5.1 腐蝕截面之觀察 …………………………………. 20
2.5.2 腐蝕表面之觀察 …………………………………. 20
2.6 電化學分析 …………………………………………… 20
三、結果與討論 ……………………………………………… 22
3.1 不同電蝕頻率對電蝕結果之影響…………………… 22
3.1.1 E2孔洞增殖後的結果…………………………… 22
3.1.2 電化學舉動的分析……………………………… 23
3.1.3 不同電蝕頻率對電蝕舉動影響之模擬分析…… 25
3.2 不同電流密度對電蝕結果之影響……………………. 25
3.2.1 E2孔洞增殖後的結果…………………………… 26
3.2.2 電化學舉動的分析……………………………… 27
3.2.3 不同電流密度對電蝕舉動影響之模擬分析…… 28
四、結論 ……………………………………………………… 29
五、參考文獻 ………………………………………………… 30
表 ………………………………………………………………… 32
圖 ………………………………………………………………… 38
表 目 錄
頁次
表 1. 試片1~25之電流密度參數與電蝕頻率參數…………… 32
表 2. 試片1~25在相同電蝕時間下之特性表………………… 33
表 3. 試片26~50之電流密度參數與電蝕頻率參數………….. 34
表 4. 試片26~50在相同通電量下之特性表………………….. 35
表 5. 低壓陽極箔在相同電流密度下Eb值(V)隨電蝕頻率改變之變化..36
表 6. 低壓陽極箔在相同電流密度下iτ值(A)隨電蝕頻率改變之變化..36
表 7. 低壓陽極箔在相同電蝕頻率下Eb值(V)隨電流密度改變之變化..37
表 8. 低壓陽極箔在相同電蝕頻率下值iτ(A)隨電流密度改變之變化..37
圖 目 錄
頁次
圖 1. 鋁電解電容器的製造流程圖…………………………….. 38
圖 2. (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………………………………………………….. 39
圖 3. 電容器的基本構造(平板電容器) ……………………….. 39
圖 4. 有極性鋁電解電容器的基本構造 ……………………… 40
圖 5. (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…….. 40
圖 6. 陽極鋁箔及陰極鋁箔的界面放大圖 …………………… 41
圖 7. 鋁電解電容器的等效迴路示意圖 ……………………… 41
圖 8. 交流電蝕下的立方蝕孔增殖機構(cube-by-cube pit
propagation)………………………………………………. 42
圖 9. (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………………... 42
圖 10. 鐵含量對靜電容量的影響 ……………………………… 43
圖 11. 矽含量對靜電容量的影響 ……………………………… 43
圖 12. 銅含量對靜電容量的影響 ……………………………… 44
圖 13. 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…………………. 44
圖 14. 鋁箔經電蝕處理及化成處理後的表面形態 …………… 45
圖 15. 鋁箔於電化學蝕刻時,添加硫酸根離子之作用示意圖 .. 45
圖 16. 化成電壓與電容量之關係……………………………….. 46
圖 17. 實驗流程圖 ……………………………………………… 47
圖 18. 低壓交流電電蝕設備示意圖 …………………………… 48
圖 19. 交流電蝕之試片尺寸 …………………………………… 49
圖 20. 化成及靜電容量量測的試片規格 ……………………… 49
圖 21. 化成處理設備示意圖 …………………………………… 50
圖 22. 低壓(200Vfe)化成處理流程圖 …………………………. 50
圖 23. 靜電容量量測示意圖 …………………………………… 51
圖 24. 電化學分析裝置圖 ……………………………………… 51
圖 25. 試片1~5經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖…… 52
圖 26. 試片6~10經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖…… 52
圖 27. 試片11~15經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖… 53
圖 28. 試片16~20經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖… 53
圖 29. 試片21~25經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖… 54
圖 30. 在電流密度為0.222A/cm2下試片1~5經E2孔洞增殖後
之OM截面觀察 (500倍)……………………………….. 55
圖 31. 在電流密度為0.250A/cm2下試片6~10經E2孔洞增殖後
之OM截面觀察 (500倍)…………………………….. 55
圖 32. 在電流密度為0.278A/cm2下試片11~15經E2孔洞增殖後
之OM截面觀察 (500倍)…………………………….. 56
圖 33. 在電流密度為0.306A/cm2下試片16~20經E2孔洞增殖後
之OM截面觀察 (500倍)…………………………….. 56
圖 34. 在電流密度為0.334A/cm2下試片21~25經E2孔洞增殖後
之OM截面觀察 (500倍)…………………………….. 57
圖 35. 在電流密度為0.222A/cm2下試片1~5經E2孔洞增殖後之
SEM表面觀察 (1000倍)…………………………….. 58
圖 36. 在電流密度為0.222A/cm2下試片1~5經E2孔洞增殖後之
SEM表面觀察 (3000倍)……………………………... 59
圖 37. 在電流密度為0.250A/cm2下試片6~10經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (1000倍)…………………………... 60
圖 38. 在電流密度為0.250A/cm2下試片6~10經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (3000倍)………………………….. 61
圖 39. 在電流密度為0.278A/cm2下試片11~15經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (1000倍)………………………….. 62
圖 40. 在電流密度為0.278A/cm2下試片11~15經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (3000倍)………………………….. 63
圖 41. 在電流密度為0.306A/cm2下試片16~20經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (1000倍)………………………….. 64
圖 42. 在電流密度為0.306A/cm2下試片16~20經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (3000倍)…………………………... 65
圖 43. 在電流密度為0.334A/cm2下試片21~25經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (1000倍)………………………….. 66
圖 44. 在電流密度為0.334A/cm2下試片21~25經E2孔洞增殖後
之SEM表面觀察 (3000倍)………………………….. 67
圖 45. 試片11與12經E2孔洞增殖後之表面及截面SEM比較
(上:3000倍;下:50000倍)………………………… 68
圖 46. 試片在不同電蝕頻率下之循環極化曲線圖…………….. 69
圖 47. 試片在電化學舉動中,崩潰電位Eb及其對應電流值iτ之
曲線圖………………………………………………….. 69
圖 48. 正弦波交流電蝕時不同電蝕頻率下陽極半週期下電量使
用狀況分析圖………………………………………….. 70
圖 49. 試片No.1~5經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(500倍)………………………………………………... 71
圖 50. 試片No.1~5經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(3000倍)………………………………………………. 72
圖 51. 試片No.11~15經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(500倍)…………………………………………….. 73
圖 52. 試片No.11~15經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(3000倍)……………………………………………. 74
圖 53. 試片No.21~25經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(500倍)……………………………………………... 75
圖 54. 試片No.21~25經過20個週期數的電蝕後表面之SEM觀察
(3000倍)……………………………………………. 76
圖 55. 試片26~30經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖 …… 77
圖 56. 試片31~35經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖 …… 77
圖 57. 試片36~40經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖 …… 78
圖 58. 試片41~45經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖 …… 78
圖 59. 試片46~50經E2孔洞增殖後靜電容量與重量損失率圖 …… 79
圖 60. 在電蝕頻率為15Hz下試片26~30經E2孔洞增殖後之OM
截面觀察(500倍)…………………………………… 80
圖 61. 在電蝕頻率為30Hz下試片31~35經E2孔洞增殖後之OM
截面觀察(500倍)…………………………………… 80
圖 62. 在電蝕頻率為50Hz下試片36~40經E2孔洞增殖後之OM
截面觀察(500倍)…………………………………… 81
圖 63. 在電蝕頻率為70Hz下試片41~45經E2孔洞增殖後之OM
截面觀察(500倍)…………………………………… 81
圖 64. 在電蝕頻率為100Hz下試片46~50經E2孔洞增殖後之OM
截面觀察(500倍)…………………………………… 82
圖 65. 在電蝕頻率為15Hz下試片26~30經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(1000倍)………………………………… 83
圖 66. 在電蝕頻率為15Hz下試片26~30經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(3000倍)………………………………… 84
圖 67. 在電蝕頻率為30Hz下試片31~35經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(1000倍)………………………………… 85
圖 68. 在電蝕頻率為30Hz下試片31~35經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(3000倍)………………………………… 86
圖 69. 在電蝕頻率為50Hz下試片36~40經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(1000倍)………………………………… 87
圖 70. 在電蝕頻率為50Hz下試片36~40經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(3000倍)………………………………… 88
圖 71. 在電蝕頻率為70Hz下試片41~45經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(1000倍)………………………………… 89
圖 72. 在電蝕頻率為70Hz下試片41~45經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(3000倍)………………………………… 90
圖 73. 在電蝕頻率為100Hz下試片46~50經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(1000倍)………………………………… 91
圖 74. 在電蝕頻率為100Hz下試片46~50經E2孔洞增殖後之SEM
表面觀察(3000倍)………………………………… 92
圖 75. 試片在不同電流密度下之循環極化曲線圖…………….. 93
圖 76. 試片在電化學舉動中,崩潰電位Eb及其對應電流值iτ之曲線圖 93
圖 77. 正弦波交流電蝕時不同電流密度下陽極半週期下電量使用狀況
分析圖………………………………………….. 94
圖 78. 在電流密度為0.222A/cm2的電蝕條件下試片經過不同週期數後
表面SEM觀察(上:500倍;下:3000倍)…. 95
圖 79. 在電流密度為0.250A/cm2的電蝕條件下試片經過不同週期數後
表面SEM觀察(上:500倍;下:3000倍)…. 96
圖 80. 在電流密度為0.278A/cm2的電蝕條件下試片經過不同週期數後
表面SEM觀察(上:500倍;下:3000倍)…. 97
圖 81. 在電流密度為0.306A/cm2的電蝕條件下試片經過不同週期數後
表面SEM觀察(上:500倍;下:3000倍)…. 98
圖 82. 在電流密度為0.334A/cm2的電蝕條件下試片經過不同週期數後
表面SEM觀察(上:500倍;下:3000倍)…. 99
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指導教授 歐炳隆(Bin-Lung Ou) 審核日期 2005-6-28
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