中心議題:
- 電容的選用注意事項(xiàng)
- 電容的安裝注意事項(xiàng)
- 電容的低電壓失效機(jī)理
- 電容引腳斷裂失效的機(jī)理和解決方法
電容的選用注意事項(xiàng)
在確認(rèn)使用及安裝環(huán)境時,作為按產(chǎn)品樣本設(shè)計說明書所規(guī)定的額定性能范圍內(nèi)使用的電容器,應(yīng)當(dāng)避免在下述情況下使用:
a、高溫(溫度超過最高使用溫度);
b、過流(電流超過額定紋波電流),施加紋波電流超過額定值后,會導(dǎo)致電容器體過熱,容量下降,壽命縮短;
c、過壓(電壓超過額定電壓),當(dāng)電容器上所施加電壓高于額定工作電壓時,電容器的漏電流將上升,其電氧物性將在短期內(nèi)劣化直至損壞;
d、施加反向電壓或交流電壓,當(dāng)直流鋁電解電容器按反極性接入電路時,電容器會導(dǎo)致電子線路短路,由此產(chǎn)生的電流會引致電容器損壞。若電路中有可能在負(fù)引線施加正極電壓,選用無極性電容器;
e、使用于反復(fù)多次急劇充放電的電路中,如快速充電用途,其使用壽命可能會因?yàn)槿萘肯陆?,溫度急劇上升等而縮減;
f、在直接與水、鹽水、油類相接觸或結(jié)露的環(huán)境、充滿有害氣體的環(huán)境(硫化物、氨水等)、直接日光照射、臭氧、紫外線及有放射性物質(zhì)的環(huán)境、振動及沖擊條件超過了樣本及說明書規(guī)定范圍的惡劣環(huán)境下,禁止使用電容器;
g、電容器安裝時,電容器防爆閥上方留有空間、爆閥上方避免配線及安裝其他元件、電容器四周及電路板避免安裝發(fā)熱元件。
電容安裝的注意事項(xiàng)
a、用過的電容器不能再使用,但作為周期檢查可卸下來測試電性能;
b、如果電容器已充電,使用前要用一個約1kΩ的電阻放電;
c、如果電容器在超過35℃,濕度大于70%的條件下存放,其漏電流可能上升,使用前可通過一個約1kΩ的電阻施加額定電壓處理;
d、安裝前要確認(rèn)電容器的額定容量、電壓和極性;
e、掉在地面的電容器不要使用;
f、變形的電容器不要使用;
g、電容器的正負(fù)引線間距應(yīng)與PCB板焊孔的位置相吻合。若將電容器強(qiáng)行插入孔距不配套的電路板,會有應(yīng)力作用于引出線,會導(dǎo)致電容器短路或漏電流上升;
h、安裝時把電容器引腳或焊針插入PCB板,直到電容器底部貼到PCB板表面;
i、不要施加超過規(guī)定的機(jī)械壓力。當(dāng)拉力施加到電容器引出線,該拉力將作用于電容器內(nèi)部,會導(dǎo)致電容器內(nèi)部短路,開路或漏電流上升。在電容器焊裝到電路板,不強(qiáng)烈搖動電容器。
電容低電壓失效的機(jī)理
在電路設(shè)計中,有一種常見的認(rèn)識,“器件的裕度設(shè)計在沒有把握的情況下,余量盡可能大就會可靠”,事實(shí)上這個觀點(diǎn)是錯誤的。對于安規(guī)電容來說,耐壓余量留的太大,也會導(dǎo)致一種失效,稱之為“低電壓失效”。
低電壓失效的機(jī)理是介質(zhì)漏電流的存在。在較大濕度情況下,因?yàn)殡娙莸牟幻芊庑?,會?dǎo)致潮氣滲入,在電容兩極加電壓時,滲入的潮氣表面會因其導(dǎo)電性形成漏電流,過量的漏電流會使電容的儲能特性大大降低,結(jié)果就表現(xiàn)為電容的特性喪失。這個現(xiàn)象在濕度儲存試驗(yàn)后加電運(yùn)行時最容易出現(xiàn)。
但經(jīng)過一段時間(不少于2h)的高溫儲存后,再開機(jī),該電容的性能又可以恢復(fù)。
或者將電容拆下,給兩端加較高電壓(不低于0.7倍額定電壓的電壓值,如50V的電容,加不低于35V,不高于50V的電壓),加壓一小段時間后,再將電容焊上電路板,開機(jī)后,失效現(xiàn)象消失。
填充介質(zhì)中,滲入潮氣,會形成如圖所示的漏電流通路,其上會產(chǎn)生漏電流,導(dǎo)通通路上有電阻,因此會產(chǎn)生熱量I2R,當(dāng)電容的額定耐壓值較大,而實(shí)際施加的電壓很小時(如施加10%的額定耐壓),熱量很小,不足以使潮氣揮發(fā)掉,因此表現(xiàn)為電容失效。但施加的電壓較大時,相同的電阻值,卻能產(chǎn)生較大的熱量,熱量會使潮氣快速揮發(fā),電容特性很快恢復(fù)。因此,電容的耐壓值降額幅度過大,容易引發(fā)低電壓失效。一般以按照**降額到額定值的70%為宜。
高溫儲存試驗(yàn)后,潮氣在高溫下快速揮發(fā),電容特性可恢復(fù)。
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電容引腳斷裂失效的機(jī)理和解決方法
環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(ESS試驗(yàn))是考核產(chǎn)品整機(jī)質(zhì)量的常用手段。在ESS試驗(yàn)中,隨機(jī)振動的應(yīng)力旨在考核產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、裝配、應(yīng)力等方面的缺陷。體積較大的電容,在焊接后,如果沒有施加單獨(dú)的處理措施,在振動試驗(yàn)時容易發(fā)生引腳斷裂的問題。這個實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是運(yùn)輸振動、運(yùn)行振動、沖擊碰撞跌落的應(yīng)力條件。
斷裂的機(jī)理是應(yīng)力集中,一般發(fā)生在電容引出腳或焊盤連接點(diǎn)位置,如圖。當(dāng)振動環(huán)境下,電容引出腳和焊盤連接點(diǎn)承受的將是整個電容橫向剪切和縱向拉伸方向的沖擊力,尤其當(dāng)電容較大的時候,如大的電解電容。
電容引腳斷裂機(jī)理示意圖
此現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理簡單,解決方案也不復(fù)雜,常規(guī)經(jīng)驗(yàn)是在電容的底部涂1圈硅橡膠GD414以粘接固定,但這種處理方式是不行的。
硅橡膠拉伸強(qiáng)度為4-5MPa,伸長率為100%-200%,分子間作用力弱,粘附性差,粘接強(qiáng)度低;用于粘接電容時,表面上看是固定住了,但實(shí)際上沖擊應(yīng)力較大的時候,硅橡膠的被拉伸程度較大,電容自身依然會受到較大的拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力;所以,固定用的材料推薦首選E-4X環(huán)氧樹脂膠,其拉伸強(qiáng)度大于83MPa,伸長率小于9%,粘合性好,粘接強(qiáng)度高,收縮率低,尺寸穩(wěn)定。從性能上能明顯看出,E-4X環(huán)氧樹脂膠才能起到真正的固定作用。
對涂膠工序也須進(jìn)行細(xì)化,要求環(huán)氧膠固定電容高度達(dá)到電容本體的1/3,并在兩肋形成山脊?fàn)钪?,使電容與E-4X膠成為一體,振動中不再顫振,引腳得到保護(hù)。
另外,除了涂膠固定,電路板裝配生產(chǎn)的流程也會引出,先裝配電容,再裝配其它元件,這樣,立式電容為最高點(diǎn),周轉(zhuǎn)或放置時,易受到磕碰或外力而造成歪斜;更改工序,先裝配其它元件和粘接立柱再裝配高電容,這樣周轉(zhuǎn)或放置時,比電容稍高的立柱受力就保護(hù)了電容。
改進(jìn)工序前,先對電路板真空涂覆(在電容陶瓷面上形成約15μm厚的派埃林薄膜材料),再涂硅橡膠固定。改進(jìn)后,先在電容上涂環(huán)氧膠,再在整個電路板真空涂覆,這樣在電容和膠外表面一體形成派埃林薄膜。由于派埃林薄膜表面粗糙度小于陶瓷面,膠在派埃林薄膜表而的接觸角大于陶瓷表面(接觸角越小潤濕效果越好),改進(jìn)后固定效果更好。
對以上問題和解決方法做一個總結(jié)結(jié)論有三:
1、電容引腳斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂;
2、裝配方式設(shè)計不合理,固定膠粘接強(qiáng)度不夠和工藝不完善是導(dǎo)致引腳斷裂的原因;
3、改用環(huán)氧樹脂膠和調(diào)整生產(chǎn)流程從工程上解決此問題。