铝电解电容失效分析报告
从铝电解电容典型失效案例分析看品质提升
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图 ｌ通过测 试开路电压时的产 品正常波形
图 ２保护用铝电解 电容的 电压正常波形
图 ３保护Ｊ Ｉ ｛ ｊ ＝ 的电解 电容器的 电廿 三 异常波形
訇６ 电解 电容 Ｘ光透视 图
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标准值
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６个 月
存 储 时 间， 月
虱５ 电漏 电流和存储时间 曲线
从 图 ５也可 以说明一个问题 ，如果铝 电解 电容在 整机 中的主要作用 是起异 常态保 护作用 ，那么对短时 间充 电 ５ ～１ ０ Ｓ ，电解 电容 的漏 电流值较小 。我们在选
试验 。
根据铝 电解 电容 固有特性 ，铝 电解 电容在不通 电 情况下 电解 液与铝箔产生 电化学反应 ，铝电解 电容 中
的绝缘介质受到损伤 ，从而使漏 电流 回升 。图 ５为铝 电解 电容器漏电流与存储 时间的特性曲线 ，从 图 ５的 曲线 町以看 出，随着存储 时间的延长 ，约 ６个月后漏 电流逐渐增 大。
品本体外观正常 、防爆阀微鼓 ，且顶部铝壳表面附有 黄色物质 （ 怀 疑电解液溢 出 ） 。用 ｘ光 对 电容 内部结 构进行 透视看 到其 内部芯子结构正常 （ 见 图 ６所示 ） 。 性能测试发现铝 电解 电容的损耗角值超 出标准 、漏 电 流值在规定的范 围内 、但 已测不 出容量值 、这表 明了
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211133639_大型高电压铝电解电容器早期失效的探讨
能源与环境工大型高电压铝电解电容器早期失效的探讨丁晓锋（南通海立电子有限公司江苏南通226361）摘 要：从目前的发展趋势看，全球范围内的铝电解电容器供应市场逐步完善，国内的生产供应技术已经在世界范围内名列前茅，尤其在日本产量萎缩减少的情况下，中国企业面临巨大的竞争机遇。
在上行压力、下游需求的影响下，大型高电压铝电解电容器的生产量逐步提升，但依旧面临早期失效问题，包括击穿、短路、压力阀释放等。
这些问题会影响高电压铝电解电容器的使用寿命与安全，需要采取有效的解决措施，本文就此进行了相关的阐述和分析。
关键词：高电压铝电解电容器早期失效失效模式中图分类号：T M535文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0143-04Discussion on Early Failure of Large High Voltage AluminumElectrolytic CapacitorsDING Xiaofeng( Nantong Haili Electronics Co., Ltd., Nantong, Jiangsu Province, 226361 China ) Abstract: From the current development trend, the global aluminum electrolytic capacitor supply market is gradually improving, and the domestic production and supply technology has been among the best in the world.Especially in the case of shrinking output in Japan, Chinese enterprises are faced with huge competitive opportunities.Under the influence of upstream pressure and downstream demand, the production of large high-voltage aluminum electrolytic capacitors has gradually increased, but they still face early failure problems, including breakdown, short circuit, pressure valve release, etc. These problems will affect the service life and safety of high voltage aluminum electrolytic capacitors, and effective measures need to be taken to solve them.Key Words: High voltage; Aluminum electrolytic capacitor; Early failure; Failure mode在手机和通信设备使用的过程中，整体质量虽然主要受到高端芯片质量的影响，但电容器等基础元件的作用也不可小觑。
铝电解电容器爆炸分析
1简介动力电池系统的安全性问题不仅局限在电池本身，电源管理系统（Battery Management System, BMS）安全性也需要认真考虑。
相对于电池来说，虽然BMS出现安全事故的可能性小，但是一旦出现问题将很有可能引发电池着火、爆炸，给整个系统将带来灾难性影响。
跟其它电子电路一样，BMS主要由电感、电容、电阻等按照特定功能搭建而成。
在这些基本电子元器件中，铝电解电容器相对于其它电力电子设备失效的可能性最大，给电子器件带来较大的安全隐患。
研究分析铝电解电容器存在的可能失效爆炸机制，对于提高BMS、乃至整个动力电池系统的安全性具有重要的意义。
常用铝电解电容器的结构由电容器芯、保护装置和引线组成。
其中功能部分为电容器芯，其组成结构包括：阳极金属铝箔、电解质阴极和阴极集流体铝箔。
阳极铝箔经过电化学腐蚀形成一层0.01-1μm厚的Al2O3薄膜作为电容器的电介质，该膜具有类似PN结的单向导流特性，因此电解电容器具有极性，如反接，将导致内部发热使电容器失效。
根据其物理状态，电解质阴极分为液体电解质、凝胶（或糊状）电解质和固体电解质。
铝电解电容器由经过腐蚀和形成氧化膜的阳极铝箔、经过腐蚀的阴极铝箔、中间隔着电解纸卷绕后，再浸渍工作电解液，然后密封在铝壳中而制成。
2 研究内容欲分析个别电子器件爆炸事件的可能机制，需要对铝电解电容器进行多方面的测试和研究，包括：爆炸模拟实验、计算机模拟红外成像、气体成分与来源分析、电容器电解质组分分析等。
2.1 电容器电解质组分分析对于液体铝电解电容器，液体电解质是有电解纸吸附电解液形成的，电解纸是一种纤维素，起到吸附电解液和隔离阴阳铝箔电极的作用；常见的电解液中溶剂采用乙二醇、丙三醇或?-丁内酯等，溶质为五硼酸盐、癸二酸铵等，还含有各种功能添加剂如柠檬酸、次亚磷酸、硝基苯酚等。
将结合化学分析方法和光谱法如红外光谱、质谱法解析电解质中的主要成分，从而推导在电容器正常使用、爆炸前期和爆炸过程中可能存在的化学反应。
电容常见不良模式的相关原因分析
铝电解电容常见不良模式的相并原因分析
1.DF大,ESR大:：A.钉接阻抗大
B.卷绕对齐度,松紧度
C.含浸电解液不足
D.环境温度变化(骤冷),电解液低温特性不良
2.LC大：A.充电不足
B.环境温度高
C.裸品清洗不净,不干燥.
D.胶盖端渗液
E.假性短路，局部绝缘不好
3.短路：A.电解纸断（少），跑纸，跑片，抽芯
B.金属异物，箔边毛刺，铆接毛刺
C.箔局部绝缘不好D，交流电或反向电压
4.开路：A.钉接不良，铆接不良
B.断导针（导箔）
C.加工时导针受不当外力
D.腐蚀
5.低容：A.断箔
B.钉（铆）接不良
C.导针受力不当
D.箔比容散差大（异常大）
E.漏液，电解液含量不足
F.曾经受反向电压（比容急剧下降）
6.凸顶：A.LC大
B.充电过高，过电流
C.经受反向电压
D.组立素子顶起，裸品高度不足
E.充电时温升过高
F.电解液含浸过多
G.素子大。
专业功放用铝质电解电容器失效原因分析(铝壳鼓底)
专业功放用盖板式铝质电解电容器失效原因分析通过近十多年的客户返修机退回的电解电容器失效种类总结如下：A：不良品外观1．防爆阀打开2．铝壳防爆阀严重鼓起3．盖板端子鼓裂漏液4．电解液干涸铝壳防爆阀严重鼓起5．电容器纸芯内圈电解纸因高温变色6．纸芯边缘击穿短路B：不良比例(多年累加统计)对各类占有率统计划分铝壳鼓底占不良品的97.4%，纸芯边缘击穿短路占0.8%,电容器纸芯内圈电解纸因高温烧发黑占0.4%,电解液干涸铝壳防爆阀严重鼓起占0.9%,盖板端子鼓裂漏液0.3%,防爆阀打开0.2%C：原因分析：（重点分析占不良比例大的原因，下次分析占比例小的不良原因）铝壳鼓底占客诉数量最大，并且都是上机工作二到四年后返修机中发现电解电容器鼓底，对不良品进行电性参数测，总结其容量损耗角漏电都没有超出标准范围，估计拆下时多为返修机中其它元件损坏，修理工发现电解电容鼓底认为拆下换新比较好，所以电解电容器鼓底可正常使用，我们对鼓底不良进行重新含浸换铝壳封口，按产品标识温度做高温负荷寿命试验，（纹波电流按产品目录标准加入）经多次验证其寿命可达2000小时以上，正常产品做高温负荷寿命试验必须大于4000小时以上，因此分析认为其正负铝箔未严重劣化，只是电解液因长期高温参数开始慢慢变劣，其鼓底的主要原因是电解电容器使用环境有问题，例如环境电压不稳，机内温度散热不良，桥式整不良等，另外有部分功放机对电解电容选取时没有按电路设计要求选对型号，导致电解电容器不符合电路要求，例如：高频低阻，低漏电，耐纹波，低电感，耐高温等，没有选取正确对应电路特性电解电容器，对于电源是H类和电解电容器要串并联使用更要合理选取，如果说选取不当将导致很多问题，现在大多数功放为了节约成本对电源变压器功率选取偏低，导致电解电容器充放电幅度加大，这样选取时要更加注意选择适合电路特性的电解电容。
例如：串联使用时要求电解电容器电性参数一致性要好，特别是漏电和阻抗感抗，对于H类和多级供电要求电解电容器必须是低阻低电感并且要选择105℃产品等，其实电子元件中电阻半导体IC及其它类电容等只有电解电容寿命最短，因为一台机器使用寿命是由最短的元件决定，所以电解电容器在成本选择时要重点考虑到寿命，要选择VF电压达到标准的电解电容，这样整机寿命和质量才能得到保障。
铝电解电容测试﹑ 失效分析
圆筒形﹑金属壳﹑ PCB用端子同方向 自立型﹑披覆套管.
电解电容器规格介绍与说明
33型(Screw): 圆筒型,金属壳、端子为螺丝 型且同方向PC板自立式之铝 质非固态电解电容器,披覆套 管.
32型(V-Chip): 圆筒形(附座板立式) ﹑ 金属壳﹑表面黏着型 端子同方向﹑披覆套 管或镀树脂胶膜.
3
耐湿性无负 荷试验
温度：60℃ 湿度：90%~95% 时间：500Hr
4
耐寒性试验
温度：-40℃(-55℃) 时间：72Hr
电容器寿命比较
液态电解电容器
寿命决定于电解液干涸 L=L0 × 2 (105-T)/10 L0 =在105℃之寿命 简单法则 : 温度每下10℃,寿命增倍 105℃ 1000小时寿命之电解电容器 于85℃下操作寿命=4000小时
电解电容器使用注意事项
5.有防爆孔设计之铝质电解电容器其使用时，防爆孔侧应与 其他机构保持相当之空间距离,如此条件不能满足的话,防 爆孔将无法正常运作。
Case Diameter
ψ6.3~16
ψ6.3~16
ψ40 or more
5mm
6.须尽量避免过高温度及过长时间之焊锡 ，因可能造成表面 Clearance (min) 2mm 3mm 胶管之异常收缩破裂,有时高温也会藉由导针及端子导热至 素子内部,对产品造成不良影响。 7.电解电容器储存条件-温度:5~35℃;湿度:less than 75% ，一 年之内
tan 2 f c
例:立隆REA1000μF/16V之ESR值计算 16V之损失角为0.16
ESR ()
0.16 0.212 6 2 3.1415 120 1000 10
电解电容器规格介绍与说明
铝高压电解电容阳极箔氯离子腐蚀失效分析与研究
铝高压电解电容阳极箔氯离子腐蚀失效分析与研究Analysis and research on chloride ion corrosion failure of anode Foil of Aluminum medium high voltage electrolytic capacitor项永金，李 帅 （格力电器（合肥）有限公司，合肥 230088）摘 要：商用多联机组在实际应用中出现大量外机不工作，经过大量失效主板分析，确认是开关电源前段的高压电解电容鼓包失效导致。
本文结合大量失效品分析，对高压电解电容失效原因及失效机理分析，分析结果表明：电解电容是在特定的使用环境下因为外部含氯气体入侵导致电解电容出现氯离子腐蚀阳极开路导致电容失效， 经过对电解电容结构分析、生产工艺分析、氯离子管控分析模拟分析验证，确认为电解电容盖板内部附近聚集超标含氯元素导致腐蚀失效，氯离子元素从外部入侵导致， 通过提升电容端盖密封性能及增加物料氯离子含量测试监控及来料实验把关，从器件本身及质量管控提高器件的整体应用可靠性。
关键词：高压电解电容；氯离子腐蚀；氯离子含量；盖板密封0 引言铝电解电容以其容量大、体积小、价格低等优点已被广泛应用于各种电子线路中，随着国内大屏幕彩电、变频家电（如变频空调）的普遍应用和电子元器件的国产化，对铝电解电容，特别是中、高压铝电解电容的质量和可靠性的要求愈来愈高。
尤其是大屏幕彩电中所用的中、高压（160~450V）铝电解电容主要用于开关电源部分，作整流后滤波，它的质量好坏直接影响到整机的性能，是线路中的关键元件。
近期统计控制器失效数据分析发现售后复核集中反馈VTT电解电容鼓包失效突出，电容失效主要集中在多联机主板30226000045（编码）对应C67丝印位置，其他主板使用该电容失效很少，查看该主板就是用1个电容，电容应用在开关电源电路直流输入部分做滤波用，从电路设计结构看该电容放在EMC电路后端，直接受到电源影响，电源波动直接影响电容工作状态。
《铝电解电容器的失效情况及预防措施》72
《铝电解电容器的失效情况及预防措施》摘要：铝电解电容器是一种性能优越但可靠性存在不足的重要电容器，相关领域的工作人员应发挥其长而力避其短，在全面而细致地了解其常见失效模式及机理的基础上明确预防措施。
本文对此进行了系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。
关键词：铝电解电容器；失效模式；失效机理；预防措施作为应用最广泛的分立元件之一，铝电解电容器在电源滤波、信号耦合及去耦、杂波旁路，以及谐振选频等电力电子线路中发挥着重要作用。
与其种类别的电容器相比，铝电解电容器虽有着鲜明优势，但其寿命相对较短，可靠性方面存在一定不足，因而了解其常见的失效模式及机理进而明确预防措施是有着重要意义的。
本文拟对此作一系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。
一、铝电解电容器的失效情况概述1、铝电解电容器失效的判断与表现在实际工程应用中，铝电解电容器失效至完全不能再用通常被称为寿命终结，其使用寿命被定义为“电容器在规定条件下规定性能的工作时间”。
规定条件主要指的上限工作温度和额定电压（额定直流电压或直流电压叠加纹波电压之和）。
规定性能主要指电容量相对变化率|AC/C|、损耗因子（主要表现为损耗角正切值tgδ的变化）与漏电流（主要表现为等效串联电阻EST的变化）等参数在技术规范规定内的性能指标。
通常情况下，液态铝电解电容器失效的具体判断标准如下表所示：当然，从外观异常表现上亦可直接判断铝电解电容器是否失效，最典型的如铝壳或防爆口开裂、电解液泄露等。
需要指出的是，以上讨论主要针对最为重要和典型的液态铝电解电容器。
随着相关技术的飞速发展，各种型号的新型电容器层出不穷，其规定条件和规定性能值自然不尽相同，但基本原理和判断依据并无二致，在实际工程应用中，工程人员应在切实明了其基本原理及判断依据的基础上明确各项技术参数，进而对其是开始失效和已经完全失效加以合理判断，下面我们来讨论更具体的铝电解电容器常见失效模式及机理。
2、铝电解电容器失效模式及机理铝电解电容器的失效模式及机理向来是备受重视和受到深入研究的范畴。
铝电解电容器失效模式与管控措施
电解纸或铝箔的Fe3+等含量过高
铝箔要求同上；电解纸：铁离子个数≤5个/1800cm2，
铁总量<20mg/Kg
其它
对250WV以上的产品每只进行高电压剔除，250WV：300V 315WV：450V 350WV：480V 400WV：510V
450WV：520V
铝电解电容器的通常失效模式与管控措施
引条腐蚀
芯子端面CL-超标
水份超标
外部人为带入
空气、电解液，电解纸
对乳胶手套每班检测一次；对出现异常的批次返85℃10小时，并
且漏电流检测标准由0.003VC降为0.0025CV以确保不良产品不流
入客户，视返工情况决定最终处理方案
同上
铝箔腐蚀
铝箔CL-或Fe3+超标
水份超标
铝箔本身
空气、电解液，电解纸
关系，在保证可靠性的基础上使产品的ESR值尽可能小
氧化膜质量较差
铝箔本身
采用无机酸体系化成的铝箔
3
短路击穿
铝箔切割时产生的铝屑、毛刺
铝箔折弯过低或刀片磨损过大
严格刀具管理(新刀10000m，再生刀8000m)，增加吸尘装置；铝箔
折弯大于110回
工作电解液耐压不足
提高电解液的耐毛刺能力
开发新的工作电解液并不断改进，特别是高压方面要求在520V高电压下不击穿
要求铝箔中CL-<0.5 ppm、
芯子发热
铝箔到达电压过低
铝箔本身
采用标准电压的铝箔并且对每一卷铝箔都检测到达电压，对有特殊要求的适当提高铝箔的到达电压
电容的ESR值过大
铝箔不良或电解液电导率过低或电解纸密度过高
采用无机酸体系化成的铝箔；充分考虑电解液与电解纸之间的配套
铝电解电容过压损坏
铝电解电容过压损坏
铝电解电容过压损坏的原因可以归纳为以下几点：
1.阳极铝箔的表面处理工艺问题。
若阳极铝箔的表面氧化处理不完整，会导致铝箔表面存在一层附着力差的氧化膜，从而在施加电压时产生大量气体，使铝电解电容过压损坏。
2.电解质内部的水分。
若电解质内部存在水分，在施加过电压时，水分会与铝产生反应生成氢气，导致电容产生大量气体，最终过压损坏。
3.铝电解电容额定电压不足。
如果额定电压不足，铝电解电容在长时间使用后，会逐渐失去特性，造成介质击穿损坏。
为了防止铝电解电容过压损坏，可以采取以下措施：
1.在使用前，对铝电解电容进行严格的电压测试，确保其能承受预期的电压。
2.确保电解质内部没有水分或其他杂质。
3.确保铝电解电容的额定电压符合要求。
4.考虑增加安全装置，如安全阀等，以防止过压时铝电解电容损坏。
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400V47电解电容失效分析报告
客户供应商问题发生处 市场反馈品
产品名/型号 400V47uF 部品名铝电解电容器收到反馈 品 时 间
Discipline1 组织成员
***（技术部长）*** ( 品保部长) *** （工艺工程师）
*** （材料工程师）***（制造部长）***（品质主管）
日期/时间：2009年12月29日
Discipline2 问题描述
收到***司400V47uF市场反馈品（14只，见下图1）。
图1
Discipline3 原因分析
一.外观质量：
1.不良品生产年代分类情况：
序号 套管线号 生产时间 数量
NO1 U-5 2006年 1
NO2 V-3 2007年 10
NO3 W-H 2008年 3
从以上不良品套管表面标识可知，反馈产品为本司2006年-2008年生产产品， 与前几次市场反馈品为同时期生产产品。
43.7nF 95.7 837
33.37nF 261.6 1540
测试结论：容量小、损耗及漏电流大。
有引线产品X线图片 断引线产品图片
透视检查结论：
以上X线透视检查结果表明：反馈品除芯包鼓凸外，其他内部结构无异常。
四、解剖电容器内部结构：
解剖电容器内部结构：橡皮塞老化变形、表面局部有电解液残余（图3），芯包发热干 枯、电解液挥发，但铝壳内壁无击穿打火痕迹（图4）。
进一步展开检查芯包内部结构，电
解纸发热局部部位呈焦黄色、阳极箔片脆干，但电解纸及箔片表面无击穿点，而且引线与
箔片铆接质量良好（图5）。
图3 图4
图5
五、原因分析：
以上测试、解析结果表明：此次反馈不良品大部分为同时期生产产品，而且不良现象基本相同，均为典型的长时间使用后的发热失效品。
根据电容器发热失效机理，以及我们对该产品的材料工艺配套和制程的进一步追溯分析、组织相关部门的多方讨论意见等，我们分析认为造成该产品多次市场失效的可能原因是：
1.该产品生产时间偏长。
虽然 08年才开始陆续使用，存在一定的装机、储存、发运或后续
储存后使用周期，但毕竟最长生产时间的产品已达3-4年之久。
根据电容器固有特性：长时间生产产品，其储存和应用过程中漏电流将发生变化，最终导致电容器使用时发热。
加之，不同应用条件或使用环境的诱导作用，加剧电容器内部循环发热、最终电解液汽化失效。
另外，橡皮塞长期处于高温环境下，加之，电容器使用过程中芯包发热，内部气压增加，橡皮塞内侧受压将不断增大，而且随着使用时间的推延，橡胶硬度不断劣变，并逐步失去应有的弹性，最终将造成橡皮塞孔与引线铝梗间以及封口卷边四周密封性下降，电解液就会不断从橡皮塞孔周围或卷边处逃逸，导致芯包干枯失效、电性能衰变。
2.从失效品橡皮塞外观状态来看，大部分产品引线端橡皮塞表面有电解液结晶痕迹，表明电容器使用过程中，电解液很可能从此处慢慢渗漏，最终导致芯包干枯。
而从X线透视情况来分析，封口束腰位置基本无异常，密封性能良好，表明电解液渗漏的地点很可能就在该橡皮塞孔洞处。
虽然在橡皮塞入料抽测记录中无异常记载，但不能完全排除少量橡皮塞供应商因制程因素，导致个别裂孔橡皮塞产品漏检现象的发生，类似裂孔橡皮塞装配电容器后短时间不会发生问题，但长时间使用后、特别是持续高温状态下，会导致该裂孔部位逐渐变大，最终导致电解液渗漏现象的发生。
但此不良现象仅发生在橡皮塞供应商的模具调整或其他偶然性因素产生的制程中，不会因此形成批量问题。
3.该产品体积小、芯包直径粗大，浸渍或高温状态下，芯包将进一步膨胀，所以，芯包与铝壳内壁间散热空间小，电容器散热性能差。
另外，不同的应用环境和使用条件等，也是导致以上电容器早期失效的重要影响或诱导因素。
Discipline 4 改善对策措施
该产品失效属于长期使用后的正常失效品。
针对以上存在问题及原因分析内容，我们组织相关工程技术人员从产品设计和工艺配套方面进行改善提高，制订了以下预防与改善对策并逐步付诸实施：
1.对现有库存及在制品进行检查，未发现类似不良现象。
2.继续实施工艺改良方案：为减少电容器使用过程中内部发热，延长电容器的使用寿命，改用更高一电压挡450V47 产品（工作电压已由400V提高至450V，体积由原来的18X20或18X25，现
改为18X31.5，目前，该改良方案已经付诸实施）。
2.改良橡皮塞配套，后续配套产品的橡皮塞将由原来的EPT改为EPT+IIR，不断增加橡皮塞的密封性和耐高温性能。
3.完善制程管理：
1）采取芯包自动循环浸渍、提高浸渍效率和芯包浸渍质量；
2）缩短芯包暴露时间、控制芯包投入量；
图6 图7
3）为了保证铝箔氧化膜充分修复，提高产品的老化效率，降低产品的漏电流，我们进一步加严控制老化分选时生产线该规格漏电流测试标准
4）抽取改良后的CD263 450V47与CD263 400V47产品，增做105℃ 2000h耐久性对比试验，进一步验证改良后电容器的寿命性能。
Discipline 5 总结
此次贵司市场反馈品的发生，给贵司带来不便，在此再表歉意！
制作人确认批准
日期日期日期。