鋁電解電容器陽極腐蝕機理及改善對策

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是很多工業過程中腐蝕的來源，嚴重影響電子設備的使用壽命，也是造成環境污染的重要因素，從目前收集的信息來看，容易引起腐蝕的特殊行業有：水泥和鋼鐵行業，典型的有害氣體是S02，來源于原料礦石或者燃料中的含硫化合物；海邊光伏、風力、交通，典型的有害離子是氯離子；煤礦行業中除了SO2、還有存在于瓦斯氣中的H2S氣體；化工廠、漂染廠、自來水廠，典型的有害離子是鹵素及其他強酸性離子。

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電路板焊接過后表面殘留的助焊劑與松香等用的化學工業清洗劑藥水，各整機工廠均大量使用）、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，對鋁電解電容器影響程度也各不相同，事實已經證明，當鹵素含量和硫含量達到一定濃度時，就會對鋁電解電容器造成不同程度的陽極腐蝕。本文將詳細地分析鋁電解電容器陽極腐蝕機理及改善對策。

1 腐蝕機理

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，并且電解液呈現弱酸性，如果電解液受到Cl-、Br-、SO42-等雜質離子的污染，那么就會存在發生腐蝕反應的可能；

1.2 C1-對陽極腐蝕反應如下

因此，一般腐蝕后的殘渣物開始以凝膠狀半透明的AL（OH）3為主，在腐蝕反應產生的高溫后，一部分 Al（OH）3脫水分解為Al2O3。腐蝕不斷進行后，會生成灰黑色的ALCL3粉末狀物。腐蝕過程的反應以公式（3）和（4）循環進行。

1.3 硫化物對陽極腐蝕反應如下

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

反應過程：

（1）二氧化硫氣體。

表1

圖1：焊片式產品滲透通道路徑1

圖2：焊片式產品滲透通道路徑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生酸性腐蝕；同時在外加電場作用下，金屬鋁失去電子變成鋁離子與電離的硫酸根離子發生反應：

因為電解液中存在水（H2O），上述反應產物硫酸鋁發生水解反應，又產生部分硫酸根離子：

圖4：螺旋式產品滲透通道

圖5：絕緣墊片

圖6：線路板開孔和無開孔

上述反應釋放的硫酸根離子會繼續對鋁發生酸性腐蝕反應，同時破壞介質氧化膜導致電容器漏電流不斷增大。

2 腐蝕誘因分析

根據鋁電解電容器的行業特點及應用特點，我們將腐蝕誘因分為內因和外因兩種，內因一般是指鋁電解電容器在生產過程中帶進的有害雜質和電解液本身含有的有害雜質，

這是引起陽極腐蝕的主要原因，這些雜質因含有離子半徑較小的CL-，它們能破壞鋁氧化膜的形成，在電容器使用過程中，易對陽極引線和鋁箔發生局部腐蝕，在腐蝕的初期這兩種情況帶入的CL-離子破環性最大，是腐蝕的主要誘因，根據生產線存在的可能內因，我們進行了相應統計，內部因素再現及 Cl-含量測試如表1。

外因導致不良的因素也比較多且比較復雜，如產品使用的周邊環境中含有大量鹵素物質氣體的場合，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；長期使用后，鹵素慢慢滲人電容器內部，也會導致產品發生腐蝕；長途海運時為防止木頭托盤蛀蟲，經常使用的熏蒸或噴霧殺蟲劑含有的溴甲烷也會導致腐蝕（Br鹵代烴溶劑）。前面所述的洗板水、三防漆、助焊劑、密封膠等物質中也含有大量的鹵素，會存在很大的風險，如果控制不當，也會導致產品在短時間內就會在市場發生腐蝕不良；

圖7：噴涂三防漆

圖8：環氧樹脂封裝

圖9：腐蝕的反應速度

3 驗證試驗

3.1 樣品準備

根據前面分析的所有內因及外因描述，我們以CD294 450V220(尺寸φ25×40)為代表，分別將其做成具體的產品，每個規格各50只。

3.2 高溫加速壽命試驗

試驗條件：將電容放至115℃ 烘箱內，施加450V直流電壓，時間1000小時，每隔100小時測試電容高溫漏電流，每只電容串聯1只電阻，通過測試電阻兩端的電壓得到電容的高溫漏電流,從而判定產品是否異常

試驗儀器：

（1）高溫試驗箱，型號：LC-223 上海愛斯佩克

（2）直流試驗電源，型號：DWW-Ⅳ 揚州格爾仕電子設備有限公司

3.3 試驗結果

（1）搬運工汗漬會導致產品出現腐蝕，因此，必須絕對隔離；

（2）操作工口水直接吐在芯包上，會導致產品出現腐蝕，因此，必須絕對隔離；

（3）外部環境有害氣體中的Cl-、Br-、SO42-等雜質離子游離態濃度達到50ppm以上時，就會存在發生腐蝕反應的可能。

4 滲透分析

對于產品在沒有密封組裝之前，有害物質的滲入并導致產品腐蝕發生，沒有任何異議，但對于在正常使用過程中，由于外部有害物質的滲入，需要做詳細的分析，具體如下：

4.1 焊片式產品滲透通道

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)為蓋板端子的結構組成，蓋板端子由焊針與T型鉚釘組成，通過超聲波點焊熔接在一起，圖3(b)為蓋板的組裝圖，蓋板端子與基板之間，通過冷擠壓組成，圖中虛線部分形成的密封性，對于水溶液來說，它是無法滲透進去的，但是對于強揮發性有機溶液而言，那是存在滲入通道的。

4.2 螺旋式產品滲透通道

如圖4所示。

根據滲透性模擬試驗發現：

（1）焊片式產品90%以上的有害氣體從封口邊緣滲透到電容內部（路徑1）。

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

5 改善對策

針對生產線內因部分，主要就是加強內部管理，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線生產流程，整個過程中，產品流轉全部通過機械手或傳送帶進行，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生。

針對外因部分，目前也開發了許多改善對策，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）電容器端子范圍內線路板不要開孔，有效阻止外界異物滲入，如圖6。

（3）噴涂三防漆等輔料時，對高壓電容器部位進行回避，如圖7。

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

（5）在電解液中添加氯離子緩蝕劑，延緩腐蝕的反應速度，如圖9。

6 結論

（1）電解液存在水分是發生腐蝕的前提，在幾乎無水的環境下，不會發生CL-的腐蝕反應；

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

（3）腐蝕反應開始是電化學反應，但當產生HCL酸中間物后，以后就是電化學反應和化學反應雙重進行。

（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-)，因氯離子環境中最常見，體積小（滲透能力強）與鋁的絡合性強，因此氯離子是陽極腐蝕最主要的原因；溴，硫酸根，硝酸根與使用場合有關；氟離子也會導致腐蝕，出現在特定場合。

（5）通過一些輔助對策，可以有效延緩腐蝕發生。