鋁電解電容器陽(yáng)極腐蝕機(jī)理及改善對(duì)策

何霄云 朱艷浩 黃興高 豐駿 陸小燕

（1.南通江海電容器股份有限公司 江蘇省南通市 226000 2.中興通訊股份有限公司 廣東省深圳市 518000）

F、CL、Br、S是很多工業(yè)過(guò)程中腐蝕的來(lái)源，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的使用壽命，也是造成環(huán)境污染的重要因素，從目前收集的信息來(lái)看，容易引起腐蝕的特殊行業(yè)有：水泥和鋼鐵行業(yè)，典型的有害氣體是S02，來(lái)源于原料礦石或者燃料中的含硫化合物；海邊光伏、風(fēng)力、交通，典型的有害離子是氯離子；煤礦行業(yè)中除了SO2、還有存在于瓦斯氣中的H2S氣體；化工廠、漂染廠、自來(lái)水廠，典型的有害離子是鹵素及其他強(qiáng)酸性離子。

而制造工廠使用的一些輔助材料如洗板水（洗板水即電路板清洗劑的俗稱，是指用于清洗PCB電路板焊接過(guò)后表面殘留的助焊劑與松香等用的化學(xué)工業(yè)清洗劑藥水，各整機(jī)工廠均大量使用）、助焊劑、三防漆、固定膠、防水密封膠等等輔料，其鹵素含量和硫含量高低不一，對(duì)鋁電解電容器影響程度也各不相同，事實(shí)已經(jīng)證明，當(dāng)鹵素含量和硫含量達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)對(duì)鋁電解電容器造成不同程度的陽(yáng)極腐蝕。本文將詳細(xì)地分析鋁電解電容器陽(yáng)極腐蝕機(jī)理及改善對(duì)策。

1 腐蝕機(jī)理

1.1 先決條件

電解電容器的電解液中存在一定含量的水分，并且電解液呈現(xiàn)弱酸性，如果電解液受到Cl-、Br-、SO42-等雜質(zhì)離子的污染，那么就會(huì)存在發(fā)生腐蝕反應(yīng)的可能；

1.2 C1-對(duì)陽(yáng)極腐蝕反應(yīng)如下

因此，一般腐蝕后的殘?jiān)镩_(kāi)始以凝膠狀半透明的AL（OH）3為主，在腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的高溫后，一部分 Al（OH）3脫水分解為Al2O3。腐蝕不斷進(jìn)行后，會(huì)生成灰黑色的ALCL3粉末狀物。腐蝕過(guò)程的反應(yīng)以公式（3）和（4）循環(huán)進(jìn)行。

1.3 硫化物對(duì)陽(yáng)極腐蝕反應(yīng)如下

腐蝕途徑：含硫（S）物質(zhì)，以氣體SO2、H2S的形式，從電容封口密封圈和防爆閥（硅膠）滲透進(jìn)入；

反應(yīng)過(guò)程：

（1）二氧化硫氣體。

表1

圖1：焊片式產(chǎn)品滲透通道路徑1

圖2：焊片式產(chǎn)品滲透通道路徑2

圖3：路徑2的解剖圖

（2）硫化氫氣體。

形成的稀硫酸與金屬鋁發(fā)生酸性腐蝕；同時(shí)在外加電場(chǎng)作用下，金屬鋁失去電子變成鋁離子與電離的硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)：

因?yàn)殡娊庖褐写嬖谒℉2O），上述反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鋁發(fā)生水解反應(yīng)，又產(chǎn)生部分硫酸根離子：

圖4：螺旋式產(chǎn)品滲透通道

圖5：絕緣墊片

圖6：線路板開(kāi)孔和無(wú)開(kāi)孔

上述反應(yīng)釋放的硫酸根離子會(huì)繼續(xù)對(duì)鋁發(fā)生酸性腐蝕反應(yīng)，同時(shí)破壞介質(zhì)氧化膜導(dǎo)致電容器漏電流不斷增大。

2 腐蝕誘因分析

根據(jù)鋁電解電容器的行業(yè)特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)，我們將腐蝕誘因分為內(nèi)因和外因兩種，內(nèi)因一般是指鋁電解電容器在生產(chǎn)過(guò)程中帶進(jìn)的有害雜質(zhì)和電解液本身含有的有害雜質(zhì)，

這是引起陽(yáng)極腐蝕的主要原因，這些雜質(zhì)因含有離子半徑較小的CL-，它們能破壞鋁氧化膜的形成，在電容器使用過(guò)程中，易對(duì)陽(yáng)極引線和鋁箔發(fā)生局部腐蝕，在腐蝕的初期這兩種情況帶入的CL-離子破環(huán)性最大，是腐蝕的主要誘因，根據(jù)生產(chǎn)線存在的可能內(nèi)因，我們進(jìn)行了相應(yīng)統(tǒng)計(jì)，內(nèi)部因素再現(xiàn)及 Cl-含量測(cè)試如表1。

外因?qū)е虏涣嫉囊蛩匾脖容^多且比較復(fù)雜，如產(chǎn)品使用的周邊環(huán)境中含有大量鹵素物質(zhì)氣體的場(chǎng)合，如硫化氫（H2S）、亞硫酸（H2SO3、SO2）、亞硝酸（HNO2,NO2）、氯（Cl）和氯的化合物，溴（Br）和溴的化合物；長(zhǎng)期使用后，鹵素慢慢滲人電容器內(nèi)部，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生腐蝕；長(zhǎng)途海運(yùn)時(shí)為防止木頭托盤蛀蟲(chóng)，經(jīng)常使用的熏蒸或噴霧殺蟲(chóng)劑含有的溴甲烷也會(huì)導(dǎo)致腐蝕（Br鹵代烴溶劑）。前面所述的洗板水、三防漆、助焊劑、密封膠等物質(zhì)中也含有大量的鹵素，會(huì)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，如果控制不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)在市場(chǎng)發(fā)生腐蝕不良；

圖7：噴涂三防漆

圖8：環(huán)氧樹(shù)脂封裝

圖9：腐蝕的反應(yīng)速度

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 樣品準(zhǔn)備

根據(jù)前面分析的所有內(nèi)因及外因描述，我們以CD294 450V220(尺寸φ25×40)為代表，分別將其做成具體的產(chǎn)品，每個(gè)規(guī)格各50只。

3.2 高溫加速壽命試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：將電容放至115℃ 烘箱內(nèi)，施加450V直流電壓，時(shí)間1000小時(shí)，每隔100小時(shí)測(cè)試電容高溫漏電流，每只電容串聯(lián)1只電阻，通過(guò)測(cè)試電阻兩端的電壓得到電容的高溫漏電流,從而判定產(chǎn)品是否異常

試驗(yàn)儀器：

（1）高溫試驗(yàn)箱，型號(hào)：LC-223 上海愛(ài)斯佩克

（2）直流試驗(yàn)電源，型號(hào)：DWW-Ⅳ 揚(yáng)州格爾仕電子設(shè)備有限公司

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）搬運(yùn)工汗?jié)n會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)腐蝕，因此，必須絕對(duì)隔離；

（2）操作工口水直接吐在芯包上，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)腐蝕，因此，必須絕對(duì)隔離；

（3）外部環(huán)境有害氣體中的Cl-、Br-、SO42-等雜質(zhì)離子游離態(tài)濃度達(dá)到50ppm以上時(shí)，就會(huì)存在發(fā)生腐蝕反應(yīng)的可能。

4 滲透分析

對(duì)于產(chǎn)品在沒(méi)有密封組裝之前，有害物質(zhì)的滲入并導(dǎo)致產(chǎn)品腐蝕發(fā)生，沒(méi)有任何異議，但對(duì)于在正常使用過(guò)程中，由于外部有害物質(zhì)的滲入，需要做詳細(xì)的分析，具體如下：

4.1 焊片式產(chǎn)品滲透通道

如圖1、圖2所示。

上述路徑2的解剖圖如圖3(a)、圖3(b)。

圖3(a)為蓋板端子的結(jié)構(gòu)組成，蓋板端子由焊針與T型鉚釘組成，通過(guò)超聲波點(diǎn)焊熔接在一起，圖3(b)為蓋板的組裝圖，蓋板端子與基板之間，通過(guò)冷擠壓組成，圖中虛線部分形成的密封性，對(duì)于水溶液來(lái)說(shuō)，它是無(wú)法滲透進(jìn)去的，但是對(duì)于強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)溶液而言，那是存在滲入通道的。

4.2 螺旋式產(chǎn)品滲透通道

如圖4所示。

根據(jù)滲透性模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）焊片式產(chǎn)品90%以上的有害氣體從封口邊緣滲透到電容內(nèi)部（路徑1）。

（2）螺旋式產(chǎn)品95%以上有害氣體從壓力閥的縫隙處滲透到電容內(nèi)部（路徑4）。

5 改善對(duì)策

針對(duì)生產(chǎn)線內(nèi)因部分，主要就是加強(qiáng)內(nèi)部管理，減少人為因素，最好的解決方案就是目前比較流行的全自動(dòng)線生產(chǎn)流程，整個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)品流轉(zhuǎn)全部通過(guò)機(jī)械手或傳送帶進(jìn)行，徹底杜絕了人為接觸，從而從根本上解決了腐蝕污染源的發(fā)生。

針對(duì)外因部分，目前也開(kāi)發(fā)了許多改善對(duì)策，具體介紹如下：

（1）電容器端面增加絕緣墊片，阻止外界異物滲入，如圖5。

（2）電容器端子范圍內(nèi)線路板不要開(kāi)孔，有效阻止外界異物滲入，如圖6。

（3）噴涂三防漆等輔料時(shí)，對(duì)高壓電容器部位進(jìn)行回避，如圖7。

（4）電容器端面采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，堵住外部滲入的通道，延緩腐蝕時(shí)間，如圖8。

（5）在電解液中添加氯離子緩蝕劑，延緩腐蝕的反應(yīng)速度，如圖9。

6 結(jié)論

（1）電解液存在水分是發(fā)生腐蝕的前提，在幾乎無(wú)水的環(huán)境下，不會(huì)發(fā)生CL-的腐蝕反應(yīng)；

（2）腐蝕反應(yīng)消耗的是水（H2O）和鋁金屬（AL）或者AL2O3（鋁氧化膜），最終產(chǎn)物是 AL（OH）3和ALCL3混合物以及氫氣（H2↑），HCL酸只是循環(huán)中間物，但是，卻是發(fā)生惡性循環(huán)的中間物。

（3）腐蝕反應(yīng)開(kāi)始是電化學(xué)反應(yīng)，但當(dāng)產(chǎn)生HCL酸中間物后，以后就是電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)雙重進(jìn)行。

（4）其他具有腐蝕作用陰離子還有溴離子(Br-)； 硫酸根(S042-)；硝酸根(N03-)，因氯離子環(huán)境中最常見(jiàn)，體積?。B透能力強(qiáng)）與鋁的絡(luò)合性強(qiáng)，因此氯離子是陽(yáng)極腐蝕最主要的原因；溴，硫酸根，硝酸根與使用場(chǎng)合有關(guān)；氟離子也會(huì)導(dǎo)致腐蝕，出現(xiàn)在特定場(chǎng)合。

（5）通過(guò)一些輔助對(duì)策，可以有效延緩腐蝕發(fā)生。