鋁電解電容陽極腐蝕問題研究與分析

前言

鋁電解電容以其容量大、體積小、價格低等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于各種電子線路中，隨著國內(nèi)大屏幕彩電、變頻家電（如變頻空調(diào)）的普遍應(yīng)用和電子元器件的國產(chǎn)化，對鋁電解電容，特別是中、高壓鋁電解電容的質(zhì)量和可靠性的要求愈來愈高。尤其是大屏幕彩電中所用的中、高壓（160V—450V）鋁電解電容主要用于開關(guān)電源部分，作整流后濾波，它的質(zhì)量好壞直接影響到整機的性能，是線路中的關(guān)鍵元件。

圖1  電解電容內(nèi)部腐蝕圖

1   空調(diào)電路板鋁電解電容腐蝕問題分析及驗證

1.1  故障分析

在空調(diào)電路板中，經(jīng)常性出現(xiàn)電解電容腐蝕失效問題，其中400V以上高壓鋁電解電容失效尤為突出，綜合其失效原因，主要表現(xiàn)為高溫負(fù)荷下陽極腐蝕嚴(yán)重造成電容失效。所謂陽極腐蝕，是指電容在一定負(fù)荷條件下，經(jīng)過一段時間，陽極引出條與蓋板組件相連接的鋁鉚釘逐漸被電化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致產(chǎn)品失效的現(xiàn)象。如下圖，氯離子超標(biāo)導(dǎo)致的450V電解電容腐蝕失效。

1.2  鋁電解電容器陽極氯離子腐蝕的機理

陽極引線條氯離子腐蝕，因為有附加產(chǎn)氫（正常自愈產(chǎn)氫之外），易使內(nèi)壓上升，造成鼓底爆炸，早期失效，成品率低。曾是鋁解電容器行業(yè)中高壓產(chǎn)品的一個重大問題。經(jīng)過蓋板材質(zhì)改進及文明生產(chǎn)的應(yīng)對措施之后，曾有很大的改善。雖然問題已基本解決，但因這個危害的隱患因素依然存在。例如蓋板材料的氯離子含量仍然較高，生產(chǎn)中的污染，及水分問題都是時刻會爆發(fā)的隱含因素，應(yīng)該引起警覺。同時它也是影響壽命及耐波紋能力的重要因素。因此要特別加以重視。氯離子的長期不斷腐蝕，對產(chǎn)品的破壞會愈來愈大。氯離子含量超標(biāo)對電解電容是致命傷害。

圖2  電解電容氯離子腐蝕機理圖

1.3  腐蝕的原因分析

1.3.1 鋁電容用的主要原材料及零部件有陽極鋁箔、陰極鋁箔、電解紙、蓋板、鋁殼、引線套管及配置電解液用的各種化學(xué)藥品等。眾所周知，原材料的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的原材料是制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的保證。特別要指出的是，原材料中存在氯離子等有害雜質(zhì)對產(chǎn)品性能影響極大。因為這些雜質(zhì)會腐蝕鋁箔和引出條，造成產(chǎn)品過早失效。因此原材料的檢測和分析對解決陽極腐蝕問題有很大的幫助。

圖3  電解電容結(jié)構(gòu)圖

1.3.2 陽極腐蝕過程中雜質(zhì)離子的來源：

（1）蓋板對陽極腐蝕的影響：電容在工作中，蓋板中氯離子等雜質(zhì)離子會游離出來，向陽極引條移動，從而破壞陽極引條，引起陽極腐蝕。

（2）鋁殼對陽極腐蝕的影響：由于鋁殼內(nèi)部的雜質(zhì)很難遷移出來，故鋁殼本身對陽極腐蝕影響最小。但是如果在電容器生產(chǎn)制造過程中由于一些人為因素的影響帶進氯離子雜質(zhì)離子，這種結(jié)果往往對電容產(chǎn)品的性能影響就很大。

（3）鋁箔對陽極腐蝕的影響：鋁箔在鋁電解電容整個原材料當(dāng)中占有舉足輕重的地位，鋁箔質(zhì)量的好壞直接決定產(chǎn)品的性能和壽命。所以想要獲得可靠性高、壽命更長、電性能更優(yōu)越的產(chǎn)品，這對鋁箔的純度要求是極其嚴(yán)格的。由于鋁箔純度、化成工藝以及化成電壓的不同導(dǎo)致鋁箔生產(chǎn)的質(zhì)量各有差異。純度不夠、耐腐蝕性較差的鋁箔更容易發(fā)生陽極腐蝕現(xiàn)象。

（4）電解紙對陽極腐蝕的影響：電解紙在電容中不僅作為陽極箔與陰極箔的絕緣層，而且最重要的作用是吸附電解液，使得電解液更加充分地覆蓋在鋁箔表面，達到電容產(chǎn)品容量最大化的目的。制造電容電解紙的材料主要是植物纖維，現(xiàn)在所用的主要是馬尼拉麻和木漿，由于不同廠家生產(chǎn)工藝的差異在生產(chǎn)制造過程中極易產(chǎn)生雜質(zhì)離子，從而影響到電容的性能。

（5）電解液對陽極腐蝕的影響：電解液在整個鋁電容原材料中同樣占有重要的地位。因電解液影響不同于其他原材料，故分析的原因比較復(fù)雜，現(xiàn)主要有以下幾個方面的因素：① 藥品的純度；② 電解液中溶劑與溶質(zhì)的因素；③ 電解液與鋁箔的兼容性。

1.4  腐蝕的解決方案

綜上所述，為了防止陽極腐蝕，避免產(chǎn)品失效，可以采取以下幾點解決方案：

① 選擇純度較高，含氯離子雜質(zhì)離子較少的原材料。包括陽極鋁箔、陰極鋁箔、電解紙、蓋板、鋁殼、引條套管以及配置電解液用的各種化學(xué)藥品等。

② 針對不同化成工藝的鋁箔研究與之匹配的工作電解液。

③ 鋁電容產(chǎn)品芯包內(nèi)電解液含量不能太多，可以用甩干的辦法除去多余的電解液。

④ 嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程中一個無塵無污染的環(huán)境。

⑤ 在電解液方面可以添加一些緩蝕劑，延緩腐蝕的進程，提高產(chǎn)品的性能和延長產(chǎn)品的使用壽命。

⑥ 對陽極引條進行高壓化成處理，在引條表面形成耐足夠電壓的保護膜，提高引條的腐蝕性。

參考文獻

[1] 陳永真. 電容器及其應(yīng)用[M]. 科學(xué)出版社，2010 (3)：60-80.

[2] Frabcois Beguin等著.超級電容器[M].人民郵電出版社，2014 (5)：75-79.

[3] 李錦/陳永真.電容器手冊[M].科學(xué)出版社，2008（2）：40-45.

[4] 王成安/王洪慶.電子元器件檢測與識別[M].人民郵電出版社，2009（4）：70-78.

[5] 黃繼昌.常用電子元器件實用手冊[M].人民郵電出版社，2009（5）：215-220.

[6] 周樹南/張伯頤.電路與電子學(xué)基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社，2007（9）：78-85

注：本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年10月期