固态叠层高分子电容的失效模式分析及设计优化

陈巧琳

（福建国光新业科技股份有限公司，福建 福州 350015)

摘  要：依据AIAG&VDAFMEA手册方法，对固态叠层高分子电容进行设计失效模式与影响分析(DFMEA)。简述了固态叠层高分子电容的结构原理和失效模式，并以某型号固态叠层高分子铝电解电容器为例，详细说明了结构分析、功能分析、失效分析、风险分析的实践结果；基于DFMEA的分析结果制定相应设计优化措施，措施经验证有效，该分析方法对提升固态叠层高分子电容的可靠性水平，实现在车载智能终端等高可靠性场景的应用具有现实意义。

关键词：电容；DFMEA;失效;功能；结构;风险

0 引言

固态叠层高分子电容（Multilayer Polymer Capaci-tor，简称MLPC)是一种使用导电聚合物作为固态电解质的新型电容。MLPC通常是以多片沉积有导电聚合物、碳浆和银浆的铝箔芯子并联，使用金属框架引出正负极形成芯包，再采用半导体封装工艺封装制成，其多层结构可以在较小的体积内提供较大的电容量。MLPC具有较低的等效串联电阻（ESR）、良好的高频特性、较高的纹波电流承受能力以及优异的高温性能，应用于计算机、通信、工控、汽车电子等诸多领域。虽然MLPC的全固态材质具有不燃烧不爆炸的特性，但在车载智能终端等高可靠性应用场景下，MLPC产品的可靠性直接关系到行车安全、用户体验及车辆功能的稳定运行。

失效模式与影响分析（FMEA)是1种通过系统化流程识别、评估及控制潜在风险的可靠性设计方法，由AIAG（汽车工业行动小组）和VDA(德国汽车工业协会）联合开发的AIAG&VDA FMEA方法在汽车制造领域得到广泛使用。以某型号固态叠层高分子铝电解电容器为例，基于AIAG&VDAFMEA方法进行设计失效模式与影响分析(DFMEA），并依据分析结果制定改进措施，优化产品设计，提高产品的可靠性。

1 MLPC结构原理及失效模式

1.1 结构原理

固态叠层高分子铝电解电容的核心材料为化成铝箔，化成铝箔呈两面多孔氧化铝膜层夹合金属铝芯的夹心结构，其中金属铝芯作为阳极，氧化铝作为电介质。将化成铝箔按照设计尺寸裁切后，对边缘被破坏的氧化膜部位进行二次化成，重新修复电介质层。利用绝缘阻隔材料在铝箔表面隔离出阳极区和阴极区，在阴极区的电介质表面先通过化学氧化、电化学氧化或者浸渍导电聚合物分散液的方法制备导电聚合物固态电解质层，作为第一阴极，再依次沉积导电碳浆层和导电银浆层，作为第二阴极和第三阴极，由此构成单片电容芯子；将多片电容芯子的阳极区之间通过焊接方式、阴极区之间通过导电银胶粘接的方式，并联堆叠在外设的金属引线框架上并实现阳极和阴极的引出，形成芯包，在芯包外部使用环氧树脂模塑料注塑封装形成外壳，并将露出外壳的引线弯折成型，制成电容。

1.2  失效模式

基于材质和结构的特性，固态叠层高分子铝电解电容既不会有如传统液体电解质铝电解电容的电解液泄露、干涸、外壳胀裂爆炸的问题，也不会有如钽电解电容失效时起火燃烧风险，其失效模式主要有开路、短路、电参数漂移3类。

（1) 开路：电容内部连接结构断开导致失去电容功能的失效，例如芯子与引线脱离连接、引线断裂、各层阴极材料之间剥离、聚合物固态电解质层与电介质层剥离等。

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