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氟化液浸泡下固态电容的容值稳定性与失效模型
文章出处：平尚科技
责任编辑：平尚科技
发表时间：2025-12-04
在追求极致散热效率的液冷AI服务器领域，氟化液凭借其优异的绝缘与冷却性能，已成为浸没式液冷方案的主流介质。然而，这种看似完美的冷却环境，对于内部的关键被动元件——电容，却构成了独特的可靠性挑战。东莞市平尚电子科技有限公司基于在工业级液冷领域的长期实践，针对氟化液浸泡这一严苛工况，对固态电容的长期容值稳定性与潜在失效模型进行了深入研究。
与传统的风冷或冷板式液冷不同，浸没式液冷使电容与冷却介质直接、持续地接触。氟化液虽为惰性介质，但在长期高温（通常为60℃-70℃）浸泡和电场作用下，其微量的渗透性与化学稳定性问题会被放大。对于采用导电高分子聚合物作为电解质的固态电容而言，其核心风险并非液态电解质的干涸，而是介质材料与封装体系的兼容性。平尚科技的测试表明，劣质的封装材料或存在微观缺陷的固态电容，在氟化液中长期运行后，可能因介质吸收微量水分或发生溶胀，导致等效串联电阻（ESR）缓慢上升和容值衰减加速。
失效模型对比：固态电容与液态电解电容为量化这一风险，我们设计了加速老化对比测试，将平尚科技的工业级固态电容与普通液态铝电解电容置于70℃的氟化液中，施加额定电压与纹波电流，持续运行3000小时。- 容值稳定性：测试结果显示，固态电容组的容值衰减中位数控制在-3.5%以内，表现出极高的稳定性。这得益于其固态电解质体系不存在挥发问题，且优质的高分子材料能有效抵抗氟化液的长期浸润。相比之下，液态电解电容组的容值衰减高达-15%至-25%。其液态电解质在高温下活性增强，即便在密封状态下，长期浸泡环境仍可能加速其与内部材料的副反应及微量挥发，导致容量显著下降。
- ESR变化趋势：ESR是衡量电容性能劣化的更敏感指标。固态电容的ESR在测试期内变化平缓，增长幅度普遍小于20%。而液态电解电容的ESR则呈现指数上升趋势，后期普遍增长超过150%。ESR的急剧增大意味着电容的滤波和瞬态响应能力严重退化，在AI服务器负载剧烈变化时，将无法有效抑制电压纹波，成为电源网络中的薄弱环节。
- 失效物理形态：解剖测试后的样品发现，性能严重劣化的液态电解电容常伴有内部压力升高、橡胶塞凸起等现象。而固态电容则主要表现为封装材料的轻微形变（如选用不耐氟化液的材料），其内部芯片结构依然完好，印证了其“软失效”的特性，系统风险更低。
平尚科技的解决方案：材料与工艺创新基于以上失效模型，平尚科技为适用于浸没式液冷的固态电容制定了针对性的技术规范：- 1.强化封装密封性：采用金属与高分子复合材料封装，并优化封口工艺，确保在氟化液长期浸泡和热胀冷缩应力下，仍能维持极高的密封等级，阻隔任何介质渗透路径。
- 2.介质材料优化：精选与氟化液兼容性极佳的高分子聚合物电解质，确保其在高温液体环境中化学性质高度稳定，从根源上保障容值与ESR的长期稳定。
- 3.端子抗腐蚀处理：对电容外部端子进行特殊镀层处理，以抵御可能因冷却液纯度或微量分解产物带来的电化学腐蚀，保证焊接点和电气连接的长期可靠性。
在实际应用中，采用此规范生产的固态电容，已成功部署于多个国产浸没式液冷AI服务器项目中。在满载、连续运行超过一年的系统中，其电源模块内的固态电容容值偏差率始终保持在±5%的技术要求内，有力支撑了GPU等核心计算单元供电的纯净与稳定。
浸没式液冷是AI算力基础设施散热演进的必然方向，而元器件的介质兼容性是这一变革中的关键细节。研究表明，固态电容凭借其固态电解质的天生优势，在氟化液浸泡环境下，其容值稳定性和长期可靠性远优于液态电解电容。平尚科技通过聚焦于封装、介质和端子的材料与工艺创新，已构建起应对此类极端工况的成熟工业级产品体系，为液冷AI服务器向着更高密度、更可靠运行的目标提供了坚实的元件级保障。
