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電解電容的失效分析和技術(shù)特點(diǎn)

所屬分類：檢測認(rèn)證知識及法規(guī)發(fā)布時(shí)間：2020/2/18 20:23:48

鋁電解電容的失效分析

鋁電解電容是電容中非常常見的一種。鋁電解電容用途廣泛：濾波作用；旁路作用；耦合作用；沖擊波吸收；雜音消除；移相；降壓等等。對于鋁電解電容，常見的電性能測試包括：電容量，損耗角正切，漏電流，額定工作電壓，阻抗等等。在失效分析案件中，關(guān)于鋁電解電容的失效案件不少，那么常見的鋁電解電容的失效機(jī)理有哪些呢？

1.漏液

在正常的使用環(huán)境當(dāng)中，經(jīng)過一段時(shí)間密封便可能出現(xiàn)泄漏。通常，溫度升高、振動(dòng)或密封的缺陷等都有可能加速密封性能變壞。漏液的結(jié)果是電容值下降、等效串聯(lián)電阻增大以及功率耗散相應(yīng)增大等。漏液使工作電解液減少，喪失了修補(bǔ)陽極氧化膜介質(zhì)的能力，從而喪失了自愈作用。此外，由于電解液呈酸性，漏出的電解液還會(huì)污染和腐蝕電容器周圍其他的元器件及印刷電路板。

2.介質(zhì)擊穿

鋁電解電容器擊穿是由于陽極氧化鋁介質(zhì)膜破裂，導(dǎo)致電解液直接與陽極接觸而造成的。氧化鋁膜可能因各種材料、工藝或環(huán)境條件方面的原因而受到局部損傷，在外電場的作用下工作電解液提供的氧離子可在損傷部位重新形成氧化膜，使陽極氧化膜得以填平修復(fù)。但是如果在損傷部位存在雜質(zhì)離子或其他缺陷，使填平修復(fù)工作無法完善，則在陽極氧化膜上會(huì)留下微孔，甚至可能成為穿透孔，使鋁電解電容擊穿。工藝缺陷如陽極氧化膜不夠致密與牢固，在后續(xù)的鉚接工藝不佳時(shí)，引出箔條上的毛刺刺傷氧化膜，這些刺傷部位漏電流很大，局部過熱使電容器產(chǎn)生熱擊穿。

3.開路

當(dāng)電容器內(nèi)部的連接性能變差或失效時(shí)，通常就會(huì)發(fā)生開路。電性能連接變差的產(chǎn)生可能是腐蝕、振動(dòng)或機(jī)械應(yīng)力作用的結(jié)果。當(dāng)鋁電解電容在高溫或潮熱的環(huán)境中工作時(shí)，陽極引出箔片可能會(huì)由于遭受電化學(xué)腐蝕而斷裂。陽極引出箔片和陽極箔的接觸不良也會(huì)使電容器出現(xiàn)間歇開路。

4.其他

1）在工作早期，鋁電解電容器由于在負(fù)荷工作過程中電解液不斷修補(bǔ)并增厚陽極氧化膜（稱為補(bǔ)形效應(yīng)），會(huì)導(dǎo)致電容量的下降。

2）在使用后期，由于電解液的損耗較多，溶液變稠，電阻率增大，使電解質(zhì)的等效串聯(lián)電阻增大，損耗增大。同時(shí)溶液黏度增大，難以充分接觸鋁箔表面凹凸不平的氧化膜層，這就使電解電容的有效極板面積減小，導(dǎo)致電容量下降。此外，在低溫下工作，電解液的黏度也會(huì)增大，從而導(dǎo)致電解電容損耗增大與電容量下降等后果。

參數(shù)	鋁電解電容
電容量	業(yè)界可以做到 0.1uF～3F （常見容量范圍 0.47uF～6.8mF），工作電壓從5V～500V。從25℃到高溫極限，容量增加不超過5％～10％；對于－40℃極限的電容，在－40℃時(shí)，低壓電容的容量會(huì)下降20％，高壓電容則下降有40％之多；在－20℃到－40℃溫度區(qū)間時(shí)，容量下降最快；對于－55℃極限的電容，在－40℃時(shí)，下降通常不超過10％；在－55℃時(shí)，不超過20％。
ESR	100kHz/25℃下，ESR值一般在幾十mΩ～2.5 Ω，Low ESR型號的一般幾十mΩ。 ESR值隨著溫度的變化而變化，一般從25℃到高溫極限，ESR會(huì)下降大約35％～50％；而從25℃到低溫極限，ESR會(huì)增大10到100倍。
ESL	鋁電解電容的寄生串聯(lián)電感值ESL，其值較為穩(wěn)定，并不隨頻率和溫度變化，對于通用鋁電解電容，ESL不會(huì)超過100nH ,如SMT封裝，其值在2nH~8nH范圍內(nèi)；徑向插裝:10nH~30nH ;螺旋式（ screw-terminal ）：20nH~50nH ;而軸向插裝的結(jié)構(gòu) ，其值則可以達(dá)到200nH。
板上工作頻率范圍	主要為低頻濾波，不超過幾百KHz，但是對1 MHz以內(nèi)仍有一些作用。
可靠性薄弱點(diǎn)及其避免	鋁電解電容的可靠應(yīng)用主要是關(guān)注溫度，因?yàn)殇X電容的電解質(zhì)為液態(tài)，芯子發(fā)熱將導(dǎo)致電解液揮發(fā)，長期下去最終干涸失效，當(dāng)電容應(yīng)用在脈沖交流電路中時(shí)，紋波電流流經(jīng)ESR產(chǎn)生的損耗發(fā)熱將嚴(yán)重影響了器件的使用壽命。
使用建議	在大于75 ℃的高溫場合，應(yīng)盡量少用小尺寸的鋁電解電容。盡量選用容量較大的規(guī)格，發(fā)揮鋁電解電容的優(yōu)勢。適宜用于工頻的整流平滑濾波、開關(guān)電源輸入濾波和低頻開關(guān)電源的輸出濾波等，不推薦用于高頻開關(guān)電源的輸出濾波。

參數(shù)	鉭電解電容
電容量	限于固體燒結(jié)型工藝結(jié)構(gòu)和材料，其CV值（電容與電壓乘積）做不大，容量和電壓有一定范圍，一般從0.1uF~1000uF（常見的容量范圍 1uF ～220uF ）；工作電壓從2V~50V（常見耐壓范圍為6.3V～50V）；容量的值隨著頻率的增大而減小，由于為固體MnO2電解質(zhì)，其容量溫度特性較穩(wěn)定，甚至溫度低到-190℃時(shí)，容量都只有10％減小量。
ESR	ESR的溫度特性比較穩(wěn)定。廠家給出100KHz的ESR最大值，可以作為設(shè)計(jì)的參考，但是實(shí)際值一般比最大值小很多。
ESL	良好布線情況下一般為2nH左右。
板上工作頻率范圍	中低頻濾波，不超過數(shù)MHz，主要為幾百KHz到數(shù)MHz之間。
可靠性薄弱點(diǎn) 及其避免	鉭電解電容的可靠應(yīng)用主要關(guān)注電壓降額和電壓變化速度，無法得到足夠電壓降額，同時(shí)上下電較快的地方建議用其他電容替代。同時(shí)邊緣規(guī)格的鉭電容工藝不夠成熟，慎用，特別是高可靠要求場合上不宜使用。
使用建議	15V以上直流電壓的濾波不建議使用鉭電容，特別是在上電較快的電源輸入口處。低壓但上電較快場合，建議加緩啟動(dòng)。高溫會(huì)增加鉭電容失效的概率，因此高溫應(yīng)用中需要增加電壓降額。