溫俊機 彭游其 謝娟

摘 要 鋁電解電容器老練過程出現(xiàn)擊穿是電容器制程過程中的常見問題，也是原因相對較為復雜的一類不良問題。鋁電解電容器老練過程出現(xiàn)擊穿不僅僅只是受化成箔的影響，其還受內(nèi)部的所有材料基體的純度、外觀品質(zhì)狀況，制程環(huán)境及老練工藝等方面的影響。下面我們就針對鋁電解電容器老練擊穿的各種不良原因、對應(yīng)的現(xiàn)象及改善的對策進行具體探究。

關(guān)鍵詞 鋁電解電容器;化成箔;老練;擊穿;氧化膜

1鋁電解電容器擊穿的原理

擊穿原理：

固體電介質(zhì)的擊穿是在電場的作用下伴隨著熱、化學、力等等的作用而喪失其絕緣性能的現(xiàn)象。固體電介質(zhì)的擊穿是相當復雜的，除了表征材料的特性以外，還受到一系列外界因素的影響。一般來說固體電介質(zhì)的擊穿大致可分為電擊穿、熱擊穿、局部放電擊穿等幾種機制。

電擊穿：當固體電介質(zhì)承受的電壓超過一定的數(shù)值時，就使其中有相當大的電流通過，使電介質(zhì)喪失絕緣性能。電壓的波形和頻率對電介質(zhì)的擊穿也有明顯的影響。大部分的電介質(zhì)材料，在直流電壓作用下的擊穿場強比交流電壓作用下的擊穿場強要高。隨著頻率的提高，局部放電的破壞過程加劇，并且熱效應(yīng)增加，會導致?lián)舸﹫鰪娺M一步降低。

熱擊穿：當固體電介質(zhì)在電場作用下，由電導和介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量超過熱的擴散時，電介質(zhì)中的熱平衡就被破壞，溫度不斷上升，最終造成電介質(zhì)永久性的熱破壞。顯然，熱擊穿除了與所加的電壓大小、類型、頻率和介質(zhì)的電導、損耗有關(guān)外，還與材料的熱傳導、熱輻射以及材料的形狀、散熱情況、周圍媒質(zhì)溫度等等一系列因素有關(guān)。

局部放電：因為電介質(zhì)本身是不均勻的，在電場作用下，會在電介質(zhì)的局部發(fā)生放電現(xiàn)象，這也是氧化鋁的絕緣性很高，耐電場強度也很高，但實際擊穿強度并不是很高的重要原因之一。

2鋁電解電容器擊穿的幾種常見情況及不良分析和改善對策

2.1 物理性能導致的鋁電解電容器擊穿。

鋁電解電容器擊穿可以分為物理性能導致和化學性能導致兩大類。物理性能方面主要分為以下四大類：化成箔折彎強度不足、裁切管控不足、化成箔外觀不良及電解紙絕緣性能不足。

（1）折彎強度不足，裁切時更容易出現(xiàn)箔邊塌陷，氧化膜脫落，具體表現(xiàn)為毛刺偏大。在鋁電容器老練過程中，毛刺偏大部分電流過大，出現(xiàn)爆開。另外，折彎強度不足，裁切及釘卷過程產(chǎn)生的疵點就更多，需要修復的氧化膜就更多，耗費的電解液就更多，產(chǎn)生的氫氣更多，溫度上升，電容器內(nèi)壓上升，電容器出現(xiàn)鼓底或擊穿。此類不良主要表現(xiàn)為鼓底或者鉚接位置擊穿，往往擊穿率偏高，因為折彎不良大多都是系統(tǒng)性問題。改善折彎問題最直接的就是提高折彎控制以及保證過程穩(wěn)定性控制。

（2）裁切管控不足方面。裁切管控的能力在一定程度上反映了一家電容器企業(yè)的品質(zhì)管控能力。裁切管控的能力強的企業(yè)往往表現(xiàn)在裁切連續(xù)性強、損耗小、化成箔毛刺小，裁切后化成箔箔面無箔屑。而要做到以上幾點就需要滿足以下四個要素：裁切刀具強度大、刀具使用周期的嚴格管控、良好的裁切設(shè)備維護以及裁切能力強而又富有責任感的裁切師傅。裁切管控不足引起的擊穿主要是裁切刀具長時間使用造成嚴重磨損后，化成箔裁切毛刺偏大導致鋁電解電容器擊穿。另外，裁切工藝衛(wèi)生管控不足，箔面有鋁屑附著，也會導致鋁電解電容器擊穿。提高裁切管控的能力是品質(zhì)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵一環(huán)。

（3）化成箔箔面外觀不良方面主要是箔面有壓印、壓爛、刺點等，此類不良使箔面氧化膜厚度不足甚至遭到破壞，老練時疵點位置漏電流過大導致?lián)舸┗蛘叽檀╇娊饧堃痖W火。具體不良表現(xiàn)為擊穿率不高，擊穿點的位置沒有規(guī)律，素子除擊穿點外無其他異常不良。壽命要求高的牛角、螺栓類產(chǎn)品對外觀要求較高，而外觀的控制水平在一定程度上也反映了一家化成箔廠工藝衛(wèi)生控制水平及生產(chǎn)設(shè)備管理水平。

（4）電解紙絕緣性能不足方面。電解紙在鋁電解電容器中主要起到絕緣的作用，目前多數(shù)鋁電解電容器使用兩層密度不同的電解紙作為絕緣層。電解紙密度太小或者太薄，絕緣性不好，也會引起鋁電解電容器擊穿。另外，電解紙寬度不足，會導致電極箔上部與引出條直接接觸，充電過程出現(xiàn)短路不良。具體表現(xiàn)為素子頂部引線處擊穿燒黑。所以選用電解紙時一定要通過耐壓測試，牛角、螺栓類產(chǎn)品電解紙寬度則要滿足引出條彎折后不與正箔及負箔直接接觸，避免短路。

2.2 化學性能導致的鋁電解電容器擊穿

化學性能方面主要分為以下四大類：化成箔性能不良、化成箔的性能與鋁電解電容器老練工藝匹配性不強、鋁電解電容器老練工藝設(shè)計缺陷及鋁電解電容器原材料雜質(zhì)污染或者電容器制程過程中雜質(zhì)污染。

（1）化成箔性能不良主要包括耐壓離散率大（耐壓不均勻）、整體耐壓偏低、升壓時間偏長或漏電流偏大。在測試化成箔橫向的△Vt時，發(fā)現(xiàn)△Vt小的只有4-6V，△Vt大的有20V，即化成箔的橫向抗耐壓能力是有明顯不均勻的，在抗耐壓能力低（△Vt小）的部分，更容易出現(xiàn)擊穿。為什么在化成箔的同一個面，其△Vt有較大的差異，目前還沒有深入調(diào)查，可能的原因主要有比容的不均勻、反應(yīng)區(qū)域溫度的不均勻、焙燒爐溫度不均勻等。整體耐壓偏低時，可能會達不到高溫老練時的電壓要求出現(xiàn)擊穿。而升壓時間偏長或漏電流偏大，會出現(xiàn)老練升不上電壓或者降不下漏電流，導致長時間修復，產(chǎn)生大量的氫氣同時發(fā)熱量大，溫度大幅上升，電容器內(nèi)壓隨著上升，導致電容器出現(xiàn)鼓底或爆炸。升壓時間偏長或漏電流偏大導致鼓底的表現(xiàn)為整個素子因長時間反應(yīng)發(fā)熱量大變得發(fā)黃甚至灼焦，電解液干涸。爆炸率與化成箔不良率相近。改善以上問題，如果是局部異常，則需要加強異常的管控;如果是系統(tǒng)性不良，則需要通過提高耐壓控制或者工藝配方優(yōu)化進行改善以上性能。

（2）化成箔的性能與鋁電解電容器老練工藝匹配性不強。例如含次磷酸銨的電解液對鋁電解電容器的影響。次磷酸銨是一種十分有效的添加劑，它能大大提高電解液的電導率，降低電容器額的損耗和漏電流，延長其使用壽命，但缺點是老練是擊穿率偏高。作為一種強電解質(zhì)，次磷酸銨加入電解液后，升壓速度明顯加快，熱量累積過多，放出的氣體來不及和吸氫劑作用，導致?lián)舸┞势遊2]。所以，針對此類體系的電解液，就需要耐壓更高氧化膜致密性更好的化成箔與之對應(yīng)。另外一種情況是選箔不對應(yīng)，如有機酸工藝小孔型的化成箔并不適合做壽命要求高的牛角、螺栓產(chǎn)品，一旦使用，擊穿率也會嚴重偏高。所以，鋁電解電容器量產(chǎn)時，電解液、化成箔等主材通過驗證后盡可能不做變更，如需要對鋁電解電容器進行性能優(yōu)化調(diào)整，需要供主材應(yīng)商配合進行工藝優(yōu)化調(diào)整時，必須通過小批量驗證后方能量產(chǎn);同時，需要對主材進行嚴格的工藝變更管理，當主材出現(xiàn)工藝變更時，也必須通過小批量驗證后方能量產(chǎn);避免產(chǎn)品出現(xiàn)嚴重不良。

（3）鋁電解電容器老練工藝設(shè)計缺陷。偷電壓，簡單說就是使用低耐壓的化成箔替代高耐壓的箔進行生產(chǎn)。如A鋁電解電容器制造商原使用耐壓590Vf的化成箔制成105℃400WV的長壽命產(chǎn)品，為了降低成本，改用同工藝550Vf或560Vf的化成箔進行替代，由于降耐壓后的箔高溫下耐電壓能力明顯下降，超過其承受能力，導致老練過程擊穿率急劇上升。老練溫度不均勻，如額定的老練溫度為85℃，但是由于烘箱設(shè)計不合理導致中間位置溫度偏高，達到90℃甚至更高的溫度，遠超老練溫度，使化成箔在該條件的耐壓能力急劇下降，擊穿率上升。老練電壓設(shè)置過高，超出了化成箔的電壓耐受能力，也會導致?lián)舸＞唧w不良表現(xiàn)為擊穿點集中在素子中間位置向外炸開，其他方面無異常。改善偷電壓問題，需要在根據(jù)產(chǎn)品需求選擇工藝適合耐壓達到要求且通過驗證的化成箔，如需降低耐壓，則需要重新驗證。針對老練溫度不均則需要對老練設(shè)備進行優(yōu)化，盡可能使設(shè)備條件達到工藝要求。針對老練電壓設(shè)置過高的問題，一是降低老練電壓，二如果老練電壓確實要求較高則需要選擇耐壓更高或者優(yōu)化工藝后的化成箔進行生產(chǎn)驗證。

（4）鋁電解電容器原材料雜質(zhì)污染或者電容器制程過程中雜質(zhì)污染。雜質(zhì)污染是導致鋁電解電容器鼓底（嚴重的底部炸開）最常見的一種原因。腐蝕性較弱的雜質(zhì)具體不良表現(xiàn)為電容器鋁殼內(nèi)底部有晶體析出，正箔及負箔邊緣被腐蝕成鋸齒狀。腐蝕性較強的雜質(zhì)（如氯離子）具體不良表現(xiàn)為素子內(nèi)箔面出現(xiàn)大量腐蝕穿孔（見下圖1及圖2），素子干涸發(fā)黑。原材料雜質(zhì)污染主要是出現(xiàn)在正箔（化成箔）、負箔、電解紙、電解液、膠塞等材料在生產(chǎn)、運輸或者存放過程中混入氯根、粉塵等雜質(zhì)。電容器制程過程中雜質(zhì)污染主要是制程過程中工藝衛(wèi)生管控不好或者部分余料存放不當導致雜質(zhì)混入，再次使用時出現(xiàn)不良。

3結(jié)束語

鋁電解電容器在擊穿之后，很多的因素都無法再還原，以致鋁電解電容器的擊穿的原因分析相當困難，但很多鋁電解電容器廠家以及化成箔制造方，都在積極努力的想方設(shè)法從各種環(huán)節(jié)上做好控制、匹配，減少鋁電解電容器擊穿的發(fā)生。當鋁電解電容器擊穿發(fā)生時，也需要鋁電解電容器廠家以及化成箔制造方深入客觀的分析，以便找出真正的擊穿的原因。

參考文獻

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