电解电容失效与电感失效分析

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电解电容失效模式
耗尽失效
9 |# [6 X3 Z: G3 |* u; u  X5 D耗尽失效(1)
8 N, Q7 g) F- ?4 k通常电解电容器寿命的终了评判依据是电容量下降到额定（初始值）的80%以下。由于早期铝电解电容器的电解液充盈，铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降。随着负荷过程中工作电解液不断修补倍杂质损伤的阳极氧化膜所致电解液逐渐减少。到使用后期，由于电解液挥发而减少，粘稠度增大的电解液就难于充分接触经腐蚀处理的粗糙的铝箔表面上的氧化膜层，这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小，即阳极、阴极铝箔容量减少，引起电容量急剧下降。因此，可以认为铝电解电容器的容量降低是由于电解液挥发造成。而造成电解液的挥发的最主要的原因就是高温环境或发热。
3 x2 X3 X8 |+ o7 K6 L耗尽失效(2)
由于应用条件使铝电解电容器发热的原因是铝电解电容器在工作在整流滤波（包括开关电源输出的高频整流滤波）、功率电炉的电源旁路时的纹波（或称脉动）电流流过铝电解电容器，在铝电解电容器的ESR产生损耗并转变成热使其发热。
& }# A; ^/ K$ w6 E当铝电解电容器电解液蒸发较多、溶液变稠时，电阻率因粘稠度增大而上升，使工作电解质的等效串联电阻增大，导致电容器损耗明显上升，损耗角增大。例如对于105度工作温度的电解电容器，其最大芯包温度高于125度时，电解液粘稠度骤增，电解液的ESR增加近十倍。.增大的等效串联电阻会产生更大热量，造成电解液的更大挥发。如此循环往复，铝电解电容器容量急剧下降，甚至会造成爆炸。
( O, h& G% F/ g耗尽失效(3)
漏电流增加往往导致铝电解电容器失效。
应用电压过高和温度过高都会引起漏电流的增加
压力释放装置动作
; v+ U% N( y3 P5 ^# w7 r压力释放装置动作
2 [7 u+ k$ w- T" ?& K+ j为了防止铝电解电容器中电解液由于内部高温沸腾的气体或电化学过程而产生的气体而引起内部高气压造成铝电解电容器的爆炸。为了消除铝电解电容器的爆炸，直径8毫米以上的铝电解电容器均设置了压力
释放装置，这些压力释放装置在铝电解电容器内部的气压达到尚未使铝电解电容器爆炸的危险压力前动作，泄放出气体。随着铝电解电容器的压力释放装置的动作，铝电解电容器即宣告失效。

电化学过程导致压力释放装置动作
铝电解电容器的漏电流就是电化学过程，前面已经详尽论述，不再赘述。电化学过程将产生气体，这些气体的聚积将造成铝电解电容器的内部气压上升，最终达到压力释放装置动作泄压。
温度过高导致压力释放装置动作
+ P. f& P5 f) c* M; D8 W铝电解电容器温度过高可能是环境温度过高，如铝电解电容器附近有发热元件或整个电子装置就出在高温环境；
( {& u. `! z; M7 z, L. y8 N铝电解电容器温度过高的第二个原因是芯包温度过高。铝电解电容器芯包温度过高的根本原因是铝电解电容器流过过高的纹波电流。过高的纹波电流在铝电解电容器的ESR中产生过度的损耗而产生过度的发热使电解液沸腾产生大量气体使铝电解电容器内部压力及急剧升高时压力释放装置动作。
瞬时超温
通常铝电解电容器的芯包核心温度每降低10℃，其寿命将增大到原来的一倍。这个核心大致位于电容器的中心，是电容器内部最热的点。可是，当电容器升温接近其最大允许温度时，对于大多数型号电容器在125℃时，其电解液要受到电容器芯包的排挤（driven），导致电容器的ESR增大到原来的10倍。在这种作用下，瞬间超温或过电流可以使ESR永久性的增大，从而造成电容器失效。在高温和大纹波电流的应用中特别要警惕瞬时超温发生的可能，还要额外注意铝电解电容器的冷却。
$ M  J0 a" Z8 u$ X) ]7 C5 R瞬时过电压的产生
5 K. m* ^9 w( [* l" Q上电冲击
上电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。

电容过电压失效的防范
. n9 l/ c. v$ _6 s7 w3 j7 s电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的瞬时高电压是经常出现的。
选择承受瞬时过电压性能好的铝电解电容器，RIFA有的铝电解电容器就给出了瞬时过电压值得参数。
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电解液干涸是铝电解电容器失效的最主要原因
* K5 U' ~- R7 g1 P1 |* c8 O* K电解液干涸的原因
电解液自然挥发
电解液的消耗
电解液自然挥发
电解液的挥发速度随温度的升高
电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性
电解液的消耗
漏电流所引起的电化学效应消耗电解液
2 h) t; t" W2 |. T4 h. c& {$ t8 e铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少
- n3 e) {; f8 k漏电流随温度的升高而增加：25℃时漏电流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一漏电流随施加电压升高而增加：耐压为400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。
电解液干涸的时间就是铝电解电容器的寿命
影响铝电解电容器寿命的的因素（温度1）
/ K& o- A" |/ ^根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：
7 ?0 y% P/ G& E9 [* y) n6 T! G1. 一般用途：85℃
) d8 ?$ ^3 Z" E2. 一般高温用途：105℃
' @3 h/ |3 `. S* n; ?9 ?3. 特殊高温用途：125℃
6 M( r6 H. b6 [4. 汽车发动机舱：140~150℃
影响铝电解电容器寿命的的因素（额定寿命小时数）
0 q3 p& c3 i/ e2 T% n% k. e# p按寿命小时数铝电解电容器可以分为：
1 k5 C' t! K/ c3 y3 [1. 一般用途（常温，3年以内）：1000小时
2. 一般用途（常温，希望比较长的时间）：2000小时以上
4 [4 I$ Q& O1 a, X( }工业级：更长的寿命小时数
% a) i" ~9 ~$ F4 j影响铝电解电容器寿命的的因素（温度2）
5 n0 b' c/ V5 v" I% t温度每升高10℃，寿命小时数减半
影响铝电解电容器寿命的的因素（电解液）
电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命
影响铝电解电容器寿命的的因素（应用条件）
1.高温缩短铝电解电容器寿命
% ^! g9 H( m: ]4 u! s2.高纹波电流缩短铝电解电容器寿命
3.工作电压过高缩短铝电解电容器寿命
5 v- w0 j- o; B4 o8 h6 p影响铝电解电容器寿命的参数与应用条件
工作电压与漏电流的关系

工作电压与漏电流的关系
; s& G) \- N! i某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系
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温度与漏电流的关系
某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系

温度、电压、纹波电流共同作用对寿命的影响
7 P# p! Y6 Y$ |. l+ Z. o; y以某电子镇流器用铝电解电容器为例。
在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同

某电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性

某电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性
% Y1 G7 o6 W  F8 _) ?; ~  Q

铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系

4 ]! ]* ]5 `8 }& C$ X* w$ b1 O电感器失效模式
电感量和其他性能的超差、开路、短路
) a1 W) k7 B, r9 N( Z' b5 q# C模压绕线片式电感失效机理
1.磁芯在加工过程中产生的机械应力较大，未得到释放
2.磁芯内有杂质或空洞磁芯材料本身不均匀，影响磁芯的磁场状况，使磁芯的磁导率发生了偏差；
3 C. m# W3 `! m" A$ a& j/ H3.由于烧结后产生的烧结裂纹；
4.铜线与铜带浸焊连接时，线圈部分溅到锡液，融化了漆包线的绝缘层，造成短路；
" V$ q+ C" y5 E5.铜线纤细，在与铜带连接时，造成假焊，开路失效
& w, d7 ~. x. p& [耐焊性
  ^' i- M% J% _1 }! ^1 X低频片感经回流焊后感量上升 < 20％
# K. O; @! F8 m/ w& t由于回流焊的温度超过了低频片感材料的居里温度，出现退磁现象。片感退磁后，片感材料的磁导率恢复到最大值，感量上升。一般要求的控制范围是片感耐焊接热后，感量上升幅度小于20%。
耐焊性可能造成的问题是有时小批量手工焊时，电路性能全部合格（此时片感未整体加热，感量上升小）。但大批量贴片时，发现有部分电路性能下降。这可能是由于过回流焊后，片感感量会上升，影响了线路的性能。在对片感感量精度要求较严格的地方（如信号接收发射电路），应加大对片感耐焊性的关注。
7 a. e5 [0 [# K& ]检测方法：先测量片感在常温时的感量值，再将片感浸入熔化的焊锡罐里10秒钟左右，取出。待片感彻底冷却后，测量片感新的感量值。感量增大的百分比既为该片感的耐焊性大小
) r  Q* w  b7 r1 y0 T9 w' W# w1 |7 Z可焊性
电镀简介
当达到回流焊的温度时，金属银（Ag）会跟金属锡（Sn）反应形成共熔物，因此不能在片感的银端头上直接镀锡。而是在银端头上先镀镍（2ｕm 左右） ，形成隔绝层，然后再镀锡（4－8ｕm ）。
4 E/ ]4 l3 j: K' t( Y. W# R可焊性检测
将待检测的片感的端头用酒精清洗干净，将片感在熔化的焊锡罐中浸入4秒钟左右，取出。如果片感端头的焊锡覆盖率达到90％以上，则可焊性合格。
; b+ ?' m) X+ }( _可焊性不良
3 @4 f* m% ^* }9 a* v1. 端头氧化：当片感受高温、潮湿、化学品、氧化性气体（SO2、NO2等）的影响， 或保存时间过长，造成片感端头上的金属Sn氧化成SnO2，片感端头变暗。由于SnO2不和Sn、 Ag、Cu等生成共熔物，导致片感可焊性下降。片感产品保质期：半年。如果片感端头被污染，比如油性物质，溶剂等，也会造成可焊性下降
& H! j! ?1 l7 ~2. 镀镍层太薄，吃银：如果镀镍时，镍层太薄不能起隔离作用。回流焊时，片感端头上的Sn和自身的Ag首先反应，而影响了片感端头上的Sn和焊盘上的焊膏共熔，造成吃银现象，片感的可焊性下降。
5 S1 T, S* R6 s) B% l( j, ?判断方法
将片感浸入熔化的焊锡罐中几秒钟，取出。如发现端头出现坑洼情况，甚至出现瓷体外露，则可判断是出现吃银现象的。
6 g+ F) w( a. B焊接不良
/ e' h% D4 z+ Q2 P  C/ I; h" j' a内应力
. a( h$ }4 Y; e/ a. x+ e" t1 z如果片感在制作过程中产生了较大的内部应力，且未采取措施消除应力，在回流焊过程中，贴好的片感会因为内应力的影响产生立片，俗称立碑效应。
. |4 m* O. j! K5 \# Q( d

判断片感是否存在较大的内应力，可采取一个较简便的方法
& f# i9 ~8 V% H' R取几百只的片感，放入一般的烤箱或低温炉中，升温至230℃左右，保温，观察炉内情况。如听见噼噼叭叭的响声，甚至有片子跳起来的声音，说明产品有较大的内应力。
* N; M0 a+ x, n: |8 }3 J元件变形
1 b  C6 [, i: X+ p) v如果片感产品有弯曲变形，焊接时会有放大效应。
" B' J- V" G! D/ h. h$ ?) D8 A焊接不良、虚焊

焊接正常
: H2 V6 p2 ~2 C/ k

1.焊盘两端应对称设计，避免大小不一，否则两端的熔融时间和润湿力会不同
( N  m2 p# o: v) R' G3 w! v8 [2.焊合的长度在0.3mm以上（即片感的金属端头和焊盘的重合长度）
0 K% b. [: _( `0 ]/ K7 \" M2 h3.焊盘余地的长度尽量小，一般不超过0.5mm。
  _, ^9 Q. ^- L) N9 `+ r7 `  q4.焊盘的本身宽度不宜太宽，其合理宽度和MLCI宽度相比，不宜超过0.25mm
: N/ r9 ^0 l! T# j5 l  w2 c贴片不良
7 k/ a3 \3 u; Y+ e. o) @7 m( p当贴片时，由于焊垫的不平或焊膏的滑动，造成片感偏移了θ角。由于焊垫熔融时产生的润湿力，可能形成以上三种情况，其中自行归正为主，但有时会出现拉的更斜，或者单点拉正的情况，片感被拉到一个焊盘上，甚至被拉起来，斜立或直立（立碑现象）。目前带θ角偏移视觉检测的贴片机可减少此类失效的发生　　

焊接温度
回流焊机的焊接温度曲线须根据焊料的要求设定，应该尽量保证片感两端的焊料同时熔融，以避免两端产生润湿力的时间不同，导致片感在焊接过程中出现移位。如出现焊接不良，可先确认一下，回流焊机温度是否出现异常，或者焊料有所变更。
电感在急冷、急热或局部加热的情况下易破损，因此焊接时应特别注意焊接温度的控制，同时尽可能缩短焊接接触时间
* a: |% \. Q9 m0 D2 e

上机开路
虚焊、焊接接触不良
- q8 A- Y* y6 F2 z" n4 B. Z" `& W从线路板上取下片感测试，片感性能是否正常
8 D* S& H# U$ C+ V电流烧穿
+ t0 L6 S. l9 ~如选取的片感，磁珠的额定电流较小，或电路中存在大的冲击电流会造成电流烧穿，片感或磁珠 失效，导致电路开路。 从线路板上取下片感测试，片感失效，有时有烧坏的痕迹。如果出现电流烧穿，失效的产品数量会较多，同批次中失效产品一般达到百分级以上。
5 z8 K# x9 a6 X焊接开路
& A. `' L/ N$ r$ z回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，导致有极少部分的内部存在开路隐患的片感的缺陷变大，造成片感开路。从线路板上取下片感测试，片感失效。如果出现焊接开路，失效的产品数量一般较少，同批次中失效产品一般小于千分级。
磁体破损
9 z* T6 m3 h6 p磁体强度
2 g& g/ D4 f9 J: ~片感烧结不好或其它原因，造成瓷体强度不够，脆性大，在贴片时，或产品受外力冲击造成瓷体破损
& [" \6 \' P7 P/ ^5 |  K( ?附着力
3 M" b! \, z0 C4 P9 J如果片感端头银层的附着力差，回流焊时，片感急冷急热，热胀冷缩产生应力，以及瓷体受外力冲击，均有可能会造成片感端头和瓷体分离、脱落；或者焊盘太大，回流焊时，焊膏熔融和端头反应时产生的润湿力大于端头附着力，造成端头破坏。
7 x  m* i* w+ ]' h片感过烧或生烧，或者制造过程中，内部产生微裂纹。回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，出现晶裂，或微裂纹扩大，造成瓷体破损。

weqewq

电容电感如果失效可以用很简单的办法测试出来吗?如果到了后期测试才发现就会浪费很多工时也会浪费人力啊

Zjianeng

了不起了不起，电容电阻失效的不多，电感多一点

冬夜

了不起了不起，电容电阻失效的不多，电感多一点

fordies1

冬夜 发表于 2020-8-14 14:16
了不起了不起，电容电阻失效的不多，电感多一点

哈哈哈  哈哈