利用X-RAY光電子能譜儀對(duì)125°下，通電15kV，96h后負(fù)極一端出現(xiàn)白色物質(zhì)的塑封電容器進(jìn)行分析。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)極一端白色物質(zhì)為氧化鋁富集所致。造成該現(xiàn)象的原因是，環(huán)氧塑封料中含有活性氧化鋁，由于固化不完全或吸潮導(dǎo)致環(huán)氧塑封料中殘留水分，殘留的水分與活性氧化鋁結(jié)合，在電應(yīng)力的作用下，有向電源負(fù)極遷移的趨勢(shì)；同時(shí)，由于溫度效應(yīng)的存在，塑封樹(shù)脂軟化，加速了水分與活性氧化鋁向電源負(fù)極遷移的速度，形成了氧化鋁在負(fù)極端富聚現(xiàn)象，使電容器負(fù)極端呈現(xiàn)白色。

　　分立電子元器件需要經(jīng)過(guò)封裝獲得很好的固定，通過(guò)封裝達(dá)到與外界絕緣，杜絕灰塵和水汽的侵入，保證器件性能的穩(wěn)定。同時(shí)封裝后的電子元器件便于安裝使用，便于保管。電子封裝分為塑料封裝、陶瓷封裝、金屬封裝三種形式，其中塑料封裝占集成電路和電子元器件封裝的90%以上，塑料封裝所用的封裝材料包括灌封膠、聚酰亞胺、環(huán)氧塑封料等，其中環(huán)氧塑封料占塑料封裝90% ～97%。

　　環(huán)氧塑封料中60%～90%(質(zhì)量比)是填充劑，因此填充劑的種類(lèi)、含量及性能都直接影響環(huán)氧塑封料的性能。填充劑可以有效地增加復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性模量和硬度；還影響塑封料的線(xiàn)膨脹系數(shù)、體積電阻率、吸濕性等物理性能。填充劑的顆粒大小從幾個(gè)納米到幾百微米之間不等。環(huán)氧塑封料中填充劑的主要作用是降低成本、提高熱導(dǎo)率、降低熱膨脹系數(shù)、增加強(qiáng)度，但填充劑物的不同對(duì)環(huán)氧塑封料的應(yīng)力、吸水率、黏度等性能有一定的影響。文獻(xiàn)報(bào)道，含有氧化鋁的填充料，在溫度反復(fù)變化過(guò)程中易產(chǎn)生熱應(yīng)力，并且會(huì)延長(zhǎng)環(huán)氧體系固化時(shí)間。

　　試驗(yàn)用電容器所使用的塑封料是添加了氧化鋁填充料的環(huán)氧塑封料，在125℃，通電15kV，96h后，電容器負(fù)極變白。且現(xiàn)象普遍存在，雖未失效，但影響外觀(guān)質(zhì)量，遂開(kāi)展電容器負(fù)極端變白現(xiàn)象原因分析。

1、試驗(yàn)

　　試驗(yàn)用儀器：PHI5000Versa Prode X-射線(xiàn)光電子能譜(XPS)儀。試驗(yàn)樣品選取：從變色電容器負(fù)極一端切取試驗(yàn)樣品，分別從正常顏色區(qū)域和白色區(qū)域切取試驗(yàn)樣品。圖1顯示電容器正極一端形貌和負(fù)極一端形貌，可見(jiàn)明顯的白色物質(zhì)存在。正極一端很堅(jiān)硬，用刀片手工切無(wú)法獲得試驗(yàn)樣品。

圖1 電容器正極形貌和負(fù)極形貌

　　利用XPS儀對(duì)電容器上正常區(qū)域和白色區(qū)域進(jìn)行成分對(duì)比分析，分析結(jié)果顯示：電容器負(fù)極端白色區(qū)域比正常區(qū)域主要多出氧化鋁。電容器負(fù)極端白色區(qū)域的XPS如圖2(a)所示，電容器負(fù)極端正常區(qū)域XPS如圖2(b)所示。對(duì)應(yīng)成分分析結(jié)果如表1、表2所示。

圖2 電容器白色區(qū)域和正常區(qū)域的XPS譜

表1 電容器負(fù)極端白色區(qū)域成分檢測(cè)分析結(jié)果

表2 電容器負(fù)極端正常區(qū)域成分檢測(cè)分析結(jié)果

2、分析與討論

　　試驗(yàn)電容器使用的環(huán)氧塑封料是結(jié)晶硅微粉中加入10%的氧化鋁，一方面提高了塑封料的導(dǎo)熱性能，另一方面降低了成本，但同時(shí)延長(zhǎng)了環(huán)氧體系的固化時(shí)間。由于氧化鋁成本低，若純度控制不當(dāng)，難免混入活性氧化鋁。活性氧化鋁是γ-Al2O3，又俗稱(chēng)活性礬土，分子式Al2O(3-x)(OH)2x，0 吸附了水分的氧化鋁，其存在形式主要以氫氧化物的形式存在，水是弱堿性電解質(zhì)，在通電的情況下，氧化鋁顆粒受極性的作用有向電源負(fù)極遷移的趨勢(shì)。

　　氫氧化鋁的堿式電離：

Al(OH)₃ →Al ³⁺ +3(OH)^-    (1)

　　環(huán)氧塑封料雖已固化，由于固化不徹底或環(huán)氧樹(shù)脂吸潮，使得環(huán)氧樹(shù)脂中有殘存的水分，該部分水分被塑封料中的活性氧化鋁吸附，常溫下通電，由于固化的塑封料間隙很小，其中顆粒很難移動(dòng)。但在125℃下，逐漸開(kāi)始軟化的環(huán)氧樹(shù)脂韌性增加，殘留或吸附的水分在溫度作用下也加速了塑封料軟化的進(jìn)程，同時(shí)活性氧化鋁中吸附的水分汽化，汽化后的水分升高了局部的壓力，作用于具有一定韌性的塑封料上，撐大了活性氧化鋁所在區(qū)域的空間，降低了活性氧化鋁移動(dòng)的阻力，形同探路者引導(dǎo)本身就有向電源負(fù)極運(yùn)動(dòng)傾向的活性氧化鋁無(wú)孔不入地向電源負(fù)極運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，帶有極性的活性氧化鋁和汽化的水分持續(xù)向負(fù)極端遷移，最終遷移到了電源負(fù)極端以富集的形式表現(xiàn)出來(lái)，既負(fù)極端出現(xiàn)白色物質(zhì)。塑封料中的水分是有限的，隨著向負(fù)極端遷移，其正極端如同被烘烤一樣，塑封料向著繼續(xù)固化的方向發(fā)展，結(jié)果是正極端隨著試驗(yàn)的繼續(xù)逐漸變硬，負(fù)極端由于水分和氧化鋁的匯聚呈現(xiàn)出比正極端軟且顏色現(xiàn)白色。

3、結(jié)論

　　塑封電容器經(jīng)125℃，15kV，96h通電試驗(yàn)后，負(fù)極一端出現(xiàn)的白色物質(zhì)，主要是氧化鋁富集所致。氧化鋁富集的形成原因：在電容器塑封過(guò)程中由于塑封料固化不徹底或塑封料吸潮導(dǎo)致固化的環(huán)氧樹(shù)脂中殘存水分，殘存的水分被塑封料中的活性氧化鋁吸附，在通電和加熱的情況下，氧化鋁與吸附的水分反應(yīng)后帶正電向負(fù)極方向移動(dòng)，常溫下移動(dòng)阻力大無(wú)法遷移到電源負(fù)極，但在125℃熱應(yīng)力作用下，塑封料軟化；與此同時(shí)，殘留的水分汽化撐大了所在區(qū)域的移動(dòng)空間，加速了帶極性的氧化鋁向負(fù)極方向遷移的速度，隨著時(shí)間的推移，呈現(xiàn)出負(fù)極端氧化鋁富集現(xiàn)象，表現(xiàn)為負(fù)極端顏色呈現(xiàn)白色。

　　為防止類(lèi)似事件的發(fā)生建議從以下三個(gè)方面開(kāi)展工作：①提高氧化鋁的純度盡量降低活性氧化鋁的殘留；② 采取措施避免填料吸潮；③ 適當(dāng)延長(zhǎng)固化時(shí)間確保塑封時(shí)充分固化。