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电解电容失效分析案例

嘉峪检测网        2018-01-17 11:18

电解电容失效退化机理分析

 

1. 电解电容失效背景

不良品电气特性超差,防爆孔与橡胶盖处均存在凸起不良。

失效样品电气特性:

电解电容失效退化机理分析

失效样品外观图片:

电解电容失效退化机理分析

失效模式:

电性不良,防爆孔与橡胶盖凸起。

失效原因:

电解液气化,造成内部压力增大而导致防爆孔与橡胶盖凸起。电性容量偏低,损失角大,泄漏电流无限大,呈现开路状况。

分析结论:

从失效样品的DPA拆解分析可以看出,异常返回品素子均有颜色变黑,电解纸与正负铝箔粘附在一起现象。从此现象可以看出制品应受长期高温作用下失效所致。由于制品在长期高温作用下使电解液汽化产生气体,随着时间推移正箔与气体中之水分产生化学反应,在正箔表面生成一种不致密的水和三氧化二铝将原有的氧化膜覆盖,加之电解纸也在此种环境下变质粘附与正负铝箔表面,使正箔之容量无法引出使用,从而造成此次不良的产生。

表1 常见电解电容主要失效模式和失效机理

电容类型

失效模式

失效机理

铝电解电容

漏液

密封不佳,橡胶老化龟裂,高温高压下电解液挥发。

炸裂

工作电压中交流成份过大,氧化膜介质缺陷,存在氯离子或硫酸根之类的有害离子,内部气压高。

开路

电化学腐蚀,引出箔片和阳极接触不良,铆接处氧化。

断裂

阳极氧化膜局部损伤,电解液老化护着干涸、工艺不良。

电容量下降损耗增大

电解液损耗较多,低温下电解液粘度增大。

漏电流增加

氧化膜致密性差,氧化膜损伤,氯离子严重沾污,工作电解液配方问题,原材料纯度不高。

漏液

密封工艺不加,阳极表面粗糙负极引线焊接不当。

 

失效样品X-ray图片(内部结构轻微不对立,防爆孔凸起):

电解电容失效退化机理分析

失效样品DPA拆解分析:

电解电容失效退化机理分析

 

2. 电解电容知识补充

在排除工艺和应用问题,电容器的致命性失效通常是由于介质失效所引起的,介质失效通常是一种化学效应,对于密封性良好,介质不受空气污染的电容器,介质失效是时间,温度与电压的函数。

时间与温度的关系影响化学作用或退化率,也就是说,温度每上升10℃,性能即为退化一半;例如:在100℃温度环境下工作的电容器,其寿命为在90℃温度环境下工作的同样电容器的寿命的一半。

 

3. 铝电解电容器的优劣对比

优点:

a.单位体积的电容量非常大,比其它种类的电容大几十到数百倍;

b.额定的容量可以做到非常大,可以轻易做到几万μf甚至几f;

c.价格比其它种类具有压倒性优势,因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料,比如铝等,制造电解电容的设备也都是普通的工业设备,可以大规模生产,成本相对比较低。

 

缺点:

a.内部损耗大,此主要是由于电解液所形成的电阻加上相对于容量下铝箔及接点本身的电阻所形成此内电阻在等价电路上为串联电阻亦即影响逸散因子的因素。在大电流充放电时,可能会引致发热等现象;

b.静电容量误差大,因为电解电容器的大部分电容量是依靠铝箔表面凹凸不平的曲面及电解形成的氧化膜介质所形成,而此二者不管在进行处理或使用时,性质均不安定,使得许多电解质电容器的容量误差为标示值的-20%到+80%;为此项缺陷在电源电路中并无所影响;

c.漏电流大,主要是因为介质特性的关系,此在使用于交连等需要隔绝直流之处宜特别注意;长期储存后,漏电流有增大及容量降低之倾向。因此乃由于氧化铝膜长期浸渍在电解液中,使铝膜的介质特性劣化所致,但可于施加电压若干时间后恢复之。

 

4. 铝电解电容器基本使用材料如下

铝箔、端子线、耳片、电解纸、电解液、胶盖(封口橡皮)、组立盖(电木盖) 、铝壳、胶管(套管) 、胶水、胶布。

 

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来源:CTI