No.006 电解电容器在无铅再流焊接中外壳鼓胀

1.现象描述及分析

（1） 现象描述

在实施产品的无铅制程中，某产品的直流电源PCBA上的贴片铝电解电容器的防爆纹，在无铅再流焊接中大范围地出现鼓胀，如图No.006-1所示。

（2） 现象分析

① 铝电解电容器采用铝圆筒外壳作为负极，里面装有液体电解质，插入卷绕状的铝带作为正极制成，再经过直流电压处理，在正极上形成一层氧化铝膜作为介质。铝电解电容器结构如图No.006-2所示。

② 由于铝氧化膜介质上浸有液体电解液，在施加电压重新形成氧化膜或修复氧化膜时，会产生一种很小的被称之为漏电流的电流。通常，漏电流会随着温度和电压的升高而增大。正常使用情况下，最大的影响就是温度，因为温度越高电解液的挥发损耗越快，而且铝电解电容器的工作温度每增高10℃，寿命就要减少一半。例如，在105℃时其寿命为1000 h，当温度降至55℃时使用，由于温度差了50℃，故其寿命可望达到1000×2⁵ h，即32000 h。

③ 当铝电解电容器的特性恶化到使其失效时，它的寿命也就终止了。温度和纹波电压是影响其寿命的两个重要因素，厂商通常会将铝电解电容器纹波电压和测试温度标注在电容器本体上。

④ 当产品制造实施无铅制程中，由于无铅再流焊接温度高，导致其内部液体电解质膨胀甚至汽化产生很大的内压，从而导致外壳鼓胀甚至炸裂。

2.形成原因及机理

（1） 形成原因

元件的技术属性不符合无铅元件的定义，是造成此次事故的真正原因。元件不含铅不等于就一定是适合无铅制程的元件。不含铅仅仅是满足了ROHS要求，而只有同时具备无铅元件应用的温度特性要求，才是真正的适合无铅制程的元件，概念不能混淆。

无铅元器件的准确定义，必须满足下述两个条件：

● 符合ROHS规定：P b＜10^-3；

● 极限耐温须达到260℃ （有铅为240℃）。

（2） 形成机理

① 非工作状态下温度超过安全的耐温范围时导致的鼓胀损坏：经过长时间的存储之后，无论是否装配在设备中，铝电解电容的漏电流都会增加，当周围温度较高时，这种趋势将更为显著。因为温度越高液体电解液的挥发损耗越快，铝壳内的压力增大，当达到铝金属的塑变强度时，便使铝外壳发生鼓胀。

② 再流焊接属于一种浸泡式焊接，即整个元件都必须置于高温气氛之中，而且浸泡的时间都很长，一般都在60秒以上。这种浸泡式受热的特点是，元件内外整体受热，温度变化较缓慢，峰值稳定 （受再流焊接峰值温度制约），虽然不会形成因瞬时温度骤变而导致突变性的超强内压引起爆炸，但会引起铝外壳鼓胀变形。

3.解决措施

① 采用钽电解电容器替代铝电解电容器：与铝电解电容相比，钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势，但是它的工作电压较低。

② 采用耐高温 （例如260℃） 的液体电解质，即选择适合无铅制程要求的铝电解电容器。

③ 在满足无铅再流焊接质量要求的前提下，应尽量控制再流焊接的峰值温度，不要使其超过250℃。