铝电解电容器阳极腐蚀造成产品失效问题的探讨.doc

铝电解电容器阳极腐蚀造成产品失效问题的探讨2001年1O月第5期电子产品可靠性与环境试验ELECTRONICPRODUCTRELIABILITYAhENVIRONMENTAl_TESTINGOct200114o5铝电解电容器阳极腐蚀造成产品失效问题的探讨徐向阳,丰磊(南通电容器广江苏南通2260O8)摘要:通过对铝电解电容器的铝箔,电解纸,盖板,电解液进行分析,从而找出铝电解电容器阳极腐蚀的原因,并提出解决方法.美键词:铝电解电容器;腐蚀;失效中囤分类号:TM5351文献标识码:ADiscussionaboutProductFailureDuetoAnodeEtchingofAluminumElectrolyticCapacitorsXUangTang,FENGki(NaIltUngCapacitorFactory,Ha玎t0g226008,China)Abs眦:Rlsedontheallahsisoffoils,electrolyticpapers,COV,rsandelectrolyteofalmninumelectrolyticcapacitors,thec丑lJsesoftult:deetching0fthecapacitorwerediscoveredandthesolutionswerepresentedKeywerds:aluminumelectrolyticcapacitors;etching;failure1前言铝电解电容器以其容量大,体积小,价格低等优点已被广泛应用于各种电子线路中,随着国内大屏幕彩电,变频家电(如变频空调)的普遍应用和电子元器件的国产化,对铝电解电容器,特别是中,高压铝电解电容器的质量和可靠性的要求愈来愈高.尤其是大屏幕彩电中所用的中,高压(160V一4OOV)铝电解电容器主要用于开关电源部分,作整流后滤波,它的质量好坏直接影响到整机的性能,是线路中的关键元件,其中4OOV高压铝电解电容器直是铝电解电容器国产化的难点,存在的技术问题最多,也最严重.综合其失效原因,主要表现为高温负荷下513极腐蚀严重从而造成513极引出条断裂,电容器开路失效,严重影响整机产品的质量.2阳极腐蚀失效情况所谓阳极腐蚀,是指电容器在一定负荷下,经过一段时同,阳极引出条,引出收稿日期:20010723作者简介:特向阳(1967),男.江荠南通人,南通电容器厂工程师.从事铝电解电容器的研发工作.第5期徐向阳等:铝电解电容器阳极腐蚀造成产品失效问题的探讨23条与盖板组件相连接的铝铆钉逐渐被电化学腐蚀,从而导致产品失效的现象.这种现象在40OV高压铝电解电容器产品中出现较多,铆钉发黑.产品漏电流变大.阳极引出条被腐蚀断裂,严重时甚至把I5R极铆钉腐蚀掉.我们收集了国内4个厂家(分别称为A,B,C,D厂)的40OV高压铝电解电容器样品,与日本Nichincon公司4OOV220e-F样品进行高温负荷试验,按GB9O6988在施加相应的纹渡电流条件下试验,结果如表1所示表1高温负荷试验结果注:表I中无为引出条断裂,无3参数性能.测试数据为产品3参数测试平均值(下同).由表l所示的试验结果知A,B两家产品中途失效,c,D,Nichincon3厂产品通过,各厂产品均有不同程度的阳极腐蚀问题,特别是A,B两家.3阳极腐蚀原因分析3.1电解纸中杂质离子对电容器阳极腐蚀的影响目前国内使用的电解纸主要是国产遂昌纸和日本KDK纸等,电解纸的主要原材料是马尼拉麻和木桨,在生产的过程中极易含有杂质离子,从而影响到铝电解电容器的性能.笔者通过对这两种纸的化验分析,得出其杂质离子(cL一等)都必须<2ppm.通过实验,CL一超过2ppm的电解纸,极易造成阳极腐蚀.因此电解纸杂质含量的多少也会影响到铝电解电容器的阳极腐蚀,从而造成铝电解电容器的失效.3.2盖板对阳极腐蚀的影响盖板对电容器性能的影响,主要是盖板中杂质离子CL一,SO4的影响.当中,高压电容器工作时,盖板中的CL一,电子产品可靠性与环境试验2001难就会游离出来,向阳极引出条移动.化学反应式如下:3cL+AP=ALck从而破坏阳极引出条,引起阳极腐蚀.笔者把目前国内使用的几种盖板收集起来,做了400V220,uF样品进行高温负荷试验,按GB9o6988在施加相应的纹波电流条件下试验,结果如表2所示.从表2中数据可以看出日本的盖板最表2高温负荷试验结果好.接着对3种盖板进行了化验分析,果然如此,3种盖板CL一的含量分别为:国内某厂盖板:CL一>10ppm德国盖板:CL>5ppm日本盖板:cL一<5口口m,可见盖板的杂质含量对阳极腐蚀也有很大的影响.3.3阳极铝箔的差异我们曾采用同一种电解液对3种不同的阳极箔进行对比研究,这3种箔分别是国产(A),日本JCC(B),法国(c,阴极为国产负极,纸为SW26O一4O和2()两层纸,对比试验结果如表3所刀.从表3可看出,由于各铝箔生产厂表3不同阳极箔铝电解电容器(400V220uF)对比试验数据第5期棘向阳等:铝电解电容器阳极腐蚀造成产品失效问题的探讨25家工艺存在的差异,故针对不同形成工艺,所制成的阳极箔对电解液的要求也有一定的差异,因而选用不同国家,不同生产厂家的阳极箔对电解液必须作必要的调整,作为电解液,不得与阳极箔或阳极铝引出条发生反应,必须使阳极氧化膜在额定温度下,施加最高工作电压和额定纹波电流时不会发生破坏,不会引起阳极引出条的腐蚀破坏.3.4电解液成份影响对同一种阳极箔采用两种不同的电解液做成电容器400V220t-F),对这两种电容器进行高温负荷试验并做性能检测和解剖分析,发现其中一种电容器试验后样品有不同程度的阳极引出条和铆钉发黑现象,而另一种电容器则没有,可见,不同电解液对电容器阳极引出条和铆钉的破坏作用不同,分析如下:(1)杂质因素由于电解液中含有Cl一,SO,N等杂质阴离子,在电容器工作中,这些杂质阴离子在电位差的作用下,必定向阳极移动,对阳极箔片而言,由于预先经过化成,而化成电压远高于工作电压,因此,在工作电压下,由于阳极箔片表面有一层较厚的氧化膜起保护作用,故能较大程度地避免杂质离子的电侵蚀而阳极引出条需经过形成工序,但其表面氧化膜较薄,裁切产生之切口截面积相对较大,这部分无耐电压的氧化膜存在另外阳极铆钉和铆钉与阳极引出条之所有连接点也构成了无氧化膜的缺陷部.在长期高温负荷试验中,由于大纹波电流的作用,使阳极引出条,铆钉及其连接点上的电流密度远大于阳极箔.这更为吸附其上述的杂质阴离子的电极腐蚀造成有利条件,这种腐蚀以cl一的腐蚀最为严重,其腐蚀过程是:在电场,温度双重应力作用下,Cl将与铝结合造成氯化铝,然后水解生成氢氧化铝与盐酸,接着盐酸再度与铝结合生成三氯化铝,反复转变,使腐蚀继续进行.有机阴离子也可使铅生成络合物从而加剧腐蚀,这种商蚀的结果一方面消耗电解液,造成芯子干固,另一方面增大漏电流以至造成端子断线.2)溶剂和溶质因素目前国内高压铝电解电容器电解液用溶剂系统多为乙二醇,聚乙二醇,一丁内酯系统,但由于聚乙二醇目前国内还没有一家做电子纯,质量较差,这导致了电解液中杂质过多,加速了阳极腐蚀.下面就目前国内采用较多的几种高压铝电解电容器用电解液进行简单分析.乙二醇,二甘醇,五硼酸铵系统,这是撮基本的高压电解液,其特点是闪火电压高,但产品损耗大,漏电流大,而且水份含量较高,产品经高温负荷试验易产生阳极腐蚀.乙二醇,聚乙二醇,葵二酸铵系统或乙二醇,丁内脂,葵二酸铵,较前一个配方老练速度提高,产品的损耗和漏电均下降,产品经高温负荷试验也有点阳极腐蚀现象,但如果加入一定的防腐蚀剂,则这种现象减少,目前国内主要加入氧化硼一类药品.除了以上这些外,目前有些厂家还以乙二醇,壬二酸铵系统来配制高压电解液.4防止阳极腐蚀,避免产品失效的措施综合以上所述:笔者结合以往工作经验提出以下几点防止阳极腐蚀,避免产品失效的措施:(1)选择CL一含量低的盖板和电解纸.(2)针对不同化成箔(纯度不同,化成电子产品可靠性与环境试验2O01年方法不同,化成电压不同等)研究与之相适应的电解液系统(3)选择高纯度的化学试剂,有时可加入少量防腐的添加剂.(4)保正电解液的pH值接近中性,稍偏酸性.(5)对阳极引出条进行高压化成处理,在引出条表面形成耐足够电压的保护膜.(6)严格控制生产工艺,保证产品生产有一个无尘的环境.参考文献:【1陈国光,曹婉真电解电窖器(修订率)【M】.西安:西安交通大学出版社,1993ll欢迎订阅2002年石油仪器石油仪器是由中国石油天然气集团公司主管,中国石油物资装备(集团)总公司和西安石油勘探仪器总厂主办,国内唯一全面介绍和评论国内外石油仪器,仪表装备的综合性科技期刊.面向国内外公开发行.石油仪器为中国石油天然气集团公司优秀期刊,陕西省优秀科技期刊一等奖.石油仪器内容丰富多彩栏目新颖多样:开辟了理论研究,开发设计,仪器设备,计算机应用,测试技术,综述,使用维修,技术讲座,产品信息等灵活多样的栏目,涉及了勘探,钻井,录井,采油,炼化等方面的新技术,新工艺,新方法,信息量大,覆盖面广,可满足不同读者的需求.她已成为石油,地质,化工等行业获取科技信息的桥梁,了解仪器仪表装备动态和市场的窗口,是用户选购仪器仪表的向导,是管理决策者的参谋和广大读者及科技人员的良师益友石油仪器为双月刊,逢双月下旬出版.大l6开本,彩色封面,激光照排.每期定价:8.oO元;全年6期定价:48.oO元.在校学生半价优惠石油仪器国内统一刊号:CN611239/TE,国际标准连续出版物号:ISSN10049134,广告经营许可证号:61010041303048征订事项如下:1.订阅单位和个人,可来信索取订阅单,按要求填写后将订阅单中的第二联,第三联和邮政汇款单或银行电汇单同时寄来;第一联留作