深度剖析關(guān)鍵電子元器件電解電容內(nèi)部故障隱患

電解電容在電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，它們主要用于直流電源電路，提供大容量、高耐壓的電容器，以滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求，電解電容失效可能造成極大危害。

1、電路失效

我們收到從市場(chǎng)退回的PCB板，在波峰焊接后，個(gè)別PTH孔出現(xiàn)上錫不良現(xiàn)象，PCB表面處理方式為OSP。為了精準(zhǔn)判定失效原因，我們將采用專業(yè)且詳盡的檢測(cè)分析方法，查找其失效原因。

2、安全隱患

電容電解失效可能引發(fā)高電壓、高電流，威脅設(shè)備安全甚至導(dǎo)致火，甚至可能導(dǎo)致漏電流增加，觸電風(fēng)險(xiǎn)上升。

3、性能下降與能耗增加

電氣參數(shù)惡化致性能下降，同時(shí)增加額外功耗，導(dǎo)致能耗上升，影響設(shè)備效率與壽命。

4、維修成本增加

電解電容失效后，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修或更換電容，這將增加維修成本和時(shí)間。特別是在一些關(guān)鍵設(shè)備中，電解電容的失效可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備無法工作，對(duì)生產(chǎn)或運(yùn)營(yíng)造成重大影響。

近期我們發(fā)現(xiàn) 4pcs NG 電解電容底部都有鼓包的現(xiàn)象，然而電容鼓包位置未發(fā)現(xiàn)明顯的電解液殘留的痕跡，橡膠塞部位正常未發(fā)現(xiàn)有明顯的抬起等異?，F(xiàn)象。為了精準(zhǔn)判定失效原因，我們將采用專業(yè)且詳盡的檢測(cè)分析方法，綜合評(píng)估失效的條件、機(jī)制及影響因素。

測(cè)試分析

1 失效現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)

對(duì)NG電解電容4ps進(jìn)行容值，損耗測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示：NG1的容值明顯低于功能OK1電容，損耗值也明顯偏高，電容容值表現(xiàn)為大幅降低。

2 無損透視檢查

利用無損透視檢查，確認(rèn)NG1內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在異常。檢查結(jié)果顯示：內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，卷繞良好，內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯燒毀等異?，F(xiàn)象。

3 解剖分析

解剖分析發(fā)現(xiàn)NG1電容電解內(nèi)部電解液干枯，這是導(dǎo)致電容參數(shù)漂移的直接原因；芯子呈現(xiàn)焦黃色且發(fā)現(xiàn)多處黑點(diǎn)，電解紙與陰陽(yáng)極箔粘結(jié)一起，無法分離，說明電容內(nèi)部溫度較高；芯子內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯的熔融燒現(xiàn)象，說明電容失效與電應(yīng)力燒毀無直接相關(guān)性。

4 陰陽(yáng)離子分析

對(duì)NG1、OK1進(jìn)行陰陽(yáng)離子分析，發(fā)現(xiàn)：NG1和OK1都發(fā)現(xiàn)有Cl-離子，Cl-離子為腐蝕性陰離子，電容內(nèi)部會(huì)發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)。在長(zhǎng)時(shí)間通電使用后，電容內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電容內(nèi)部溫度升高，內(nèi)部壓力過大，最終導(dǎo)致電容發(fā)生鼓包及參數(shù)漂移。NG1內(nèi)部未檢測(cè)到PO43-，進(jìn)一步說明內(nèi)部可能發(fā)生了相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。

5 切片分析

對(duì)NG1的陽(yáng)極箔、OK1的陽(yáng)極箔進(jìn)行切片分析，確認(rèn)失效樣品內(nèi)部是否發(fā)生反應(yīng)。

結(jié)果說明：電容失效與電應(yīng)力無直接相關(guān)性。陽(yáng)極箔表面發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋位置及陽(yáng)極箔表面都發(fā)現(xiàn)金屬氧化物，說明內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。金屬化合物及裂紋延伸到Al層表面，這會(huì)導(dǎo)致電容內(nèi)部漏電流增大及電容內(nèi)部溫度身高，這與電容失效現(xiàn)象相吻合。

6 老化試驗(yàn)

由于電容是在產(chǎn)品中使用一年左右失效，為確認(rèn)電容在使用一段時(shí)間后，是否會(huì)出現(xiàn)容值減少的現(xiàn)象。參考GB/T 5993-2003 ，GB/T 2693-2001，取3pcs同批次（OK1~OK3）進(jìn)行加速老化試驗(yàn)后測(cè)量電容容值的變化情況。

在老化試驗(yàn)后，取OK1~OK2進(jìn)行開封觀察。

觀察結(jié)果顯示：老化試驗(yàn)后電容芯子都呈焦黃色，與NG1芯子顏色接近，且OK1也發(fā)現(xiàn)有與NG1接近的黑點(diǎn)，只是存在程度上的差異。

老化試驗(yàn)顯示：電容在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)容值衰減及芯子變黑的現(xiàn)象。

結(jié)論

電容失效的直接原因?yàn)殡娙輧?nèi)部發(fā)生了腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致電容內(nèi)部發(fā)熱，內(nèi)部壓力增大及電解液干枯。根本原因?yàn)殡娙輧?nèi)部存在腐蝕性元素。

建議：

1、DPA（破壞性物理分析）

通過X射線、SEM等非破壞性檢測(cè)初步檢查外觀與結(jié)構(gòu)，隨后進(jìn)行機(jī)械開帽與解剖，深入檢查電解液、電解紙/膜及引腳焊接，精準(zhǔn)定位失效源頭如干涸、短路或斷路有助于提升產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量。

2、電路設(shè)計(jì)排查

需確認(rèn)電容選型符合設(shè)計(jì)要求，包括容量、耐壓及ESR等，并優(yōu)化布局與連接，確保信號(hào)與電源穩(wěn)定，同時(shí)關(guān)注熱環(huán)境，防止過熱影響性能。

3、失效分析和可靠性評(píng)價(jià)

通過系統(tǒng)檢測(cè)、分析和測(cè)試，確定其失效原因、模式和機(jī)理，從而提出改進(jìn)措施，改善產(chǎn)品質(zhì)量。

4、環(huán)境控制

控制存儲(chǔ)和使用電容器的環(huán)境條件，如溫度、濕度等，以延長(zhǎng)電容器的壽命。

總之，電解電容失效的危害是多方面的，需要引起足夠的重視。失效分析在提高電路穩(wěn)定性和可靠性、為產(chǎn)品改進(jìn)提供依據(jù)、提高產(chǎn)品信譽(yù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力以及技術(shù)反饋和進(jìn)步等方面都發(fā)揮著重要作用。

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