回流焊是电子制造领域的常用工艺，通过回流焊使电子元器件上的焊料融化，实现与主板的粘结。由于回流焊是热传导过程，元器件在此过程中需经受常温到高温，高温再回到常温的冷热冲击。有时由于PCBA加工制造工艺的需求，产品需要多次过回流焊，或在回流焊后经受波峰焊等其它高温焊接，此过程可能对元器件的电性能造成损伤。片式固体钽电解电容器（以下简称钽电容）是常用的SMT元件，本文中佩特科技小编将对回流焊过程导致的钽电容失效进行讨论。

一、钽电容在回流焊后的失效表现

1、塑封体开裂

塑封体开裂是常见的钽电容失效模式，开裂后的产品一般电性能没有直接劣化，但由于裂纹的产生，电容的防潮能力下降，可能会由于吸潮或吸水导致产品漏电流增大或短路。

2、开路

由于开路，钽电容的电容特性失去，在电路中无法发挥储能/滤波作用，导致无法开机、次级电路不工作等问题。

3、漏电流增大/短路

漏电流（Leakage Current）是考评电容器的主要参数，与理想电容器不同，真正的电容器是会产生漏电流的，短路是漏电流增大的极端表现。漏电流增大/短路可能导致整机短路，对于采用二氧化锰作为阴极材料的钽电容，短路通常直接导致产品烧毁并对PCB板及周围元器件造成损伤。

4、阻抗增大

对于滤波/稳压电路，等效串联电阻（ESR）是影响波型输出的重要因素，ESR越小，滤波效果越好。ESR增大的极端表现是开路。

二、失效机理分析

1、水汽的影响

根据《J-STD-020D》，电子元件的湿度敏感等级可以划分为8级，数字越大，表示该元件对湿度越敏感，敏感等级对照表如下：   

敏感等级对照表

钽电容的防潮能力并不强，水气可通过引脚根部与环氧树脂的结合处进入内部钽芯。在回流焊的升温过程，钽电容内部钽芯吸收的水气产生膨胀，有可能导致产品开裂。

对于二氧化锰阴极的片式钽电容器，它的湿度敏感等级是3级，而对于阴极采用导电高分子材料的片式钽电容器，由于阴极材料有较强的亲水性，它的湿度敏感等级为5a级。顺络电子的高分子钽电容，采用改善的环氧树脂与引线框膨胀性匹配技术，湿度敏感等级可达到3级，计划未来进一步改善使之达到2a级。

对于高分子钽电容，其阴极聚合物中少量未挥发完的溶剂在回流焊过程产生挥发，也是造成电容开裂的诱因之一。下图是目前市场上高分子钽电容常用的阴极材料：聚3，4-乙烯二氧噻吩分散液制成的薄膜的热重分析（TG）图，可见从室温到240的过程其质量一直在减小，从而佐证此推论。

2、热致应力

金属钽的热膨胀系数为6.3 µm/(m·K) ，外包封的环氧树脂热膨胀系数为约10～100 µm/(m·K)，TG点（约140～180）后的热膨胀系数约为金属钽的10倍。因此，回流焊过程的温度变化将对钽芯产生机械应力，TG点以上温度持续的时间越长，钽芯承受的机械应力越大。在回流焊的升温过程中，钽电容内部的应力分布如下图：

钽电容内部应力分布图

如图所示，在回流焊升温过程，环氧树脂的膨胀程度大于钽芯，在阳极钽丝的焊点处产生一个横向的牵引力，此过程有可能造成焊点处的钽丝与引线框分离，从而造成产品ESR增大或开路。

3、冷致应力

在回流焊的后半程，即产品从峰值温度下降到室温过程中，环氧树脂的收缩大于钽芯的收缩，因此对钽芯造成挤压。钽芯的边缘和棱角处的冷却速度大于钽芯内部，加之收缩应力的作用，很有可能造成钽芯的边缘和棱角处发生断裂。

对于钽芯内部，从微观角度分析，钽粉在烧结熔融过程形成的闭合处是应力集中点。附着在闭合处的二氧化锰或聚合物，在回流焊过程的膨胀-收缩可能造成介质层Ta2O5发生断裂。但与二氧化锰相比，高分子材料的塑性更高，对介质层产生的应力冲击更小。

在钽芯内部、外部损伤的共同作用下，造成产品漏电流增大甚至短路。如果产品经受多次回流焊，还可能使钽芯内部阴极材料与外层石墨/银浆的接触电阻以及钽芯与引线框之间的接触电阻增大，造成产品ESR和损耗（Df）增大。

三、预防措施

1、使用前请检查真空包装袋和干燥剂包装袋有无破损，如有破损请及时更换密封性良好的包装袋，在包装盒转运时必须有严格的包封方式和明确的储存时间和温度及湿度要求；

2、产品在取出检测（或取用部分产品）后应尽快重新放入包装袋，利用自封功能密封。并在3个月内使用，如超过6个月仍未使用，建议按第4条方法安装使用；

3、产品取出后，当环境湿度≤50%，应在一周内完成再流焊安装，当环境湿度>50%，应在48h内完成再流焊安装；

4、当安装条件不满足第2、3条时，则应进行125，12h预烘干处理后，进行再流焊安装;

5、尽量避免手工焊接，如不可避免，应将PCBA手工焊接件进行标记，以便追溯；

6、产品的回流焊曲线，大于180时间尽量控制在90秒以内；

7、降额使用，为了补偿回流焊造成的破坏和电路纹波的影响，二氧化锰钽电容通常降额到额定电压的50%使用，高分子钽电容通常降额到额定电压的2/3（65%）使用。

四、讨论

本文针对回流焊过程造成的钽电容失效进行了讨论分析，除此之外，电路中的UI信号（纹波电压、纹波电流）、电容自身材料的选型以及钽芯设计的合理性等，都是造成钽电容失效的影响因素，在此不作讨论。

值得注意的是，许多单位使用回流焊和温度冲击作为二筛工序，事实上，回流焊和温度冲击同属快速的冷热冲击，都会对钽电容造成破坏。因此，应尽量减少产品经受回流焊和温度冲击的循环次数，进行了回流焊和温度冲击可靠性实验的产品，尽量不要再用于贴片。

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