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电子元器件帝国的新征途

文章出处:电子元器件帝国的新征途 发布时间:2018-11-06

电容使用注意事项以及失效解决办法

电容的选用注意事项 
在确认使用及安装环境时,作为按产品样本设计说明书所规定的额定性能范围内使用的电容器,应当避免在下述情况下使用: 
a、高温(温度超过最高使用温度); 
b、过流(电流超过额定纹波电流),施加纹波电流超过额定值后,会导致电容器体过热,容量下降,寿命缩短; 
c、过压(电压超过额定电压),当电容器上所施加电压高于额定工作电压时,电容器的漏电流将上升,其电氧物性将在短期内劣化直至损坏; 
d、施加反向电压或交流电压,当直流铝电解电容器按反极性接入电路时,电容器会导致电子线路短路,由此产生的电流会引致电容器损坏。若电路中有可能在负引线施加正极电压,选用无极性电容器; 
e、使用于反复多次急剧充放电的电路中,如快速充电用途,其使用寿命可能会因为容量下降,温度急剧上升等而缩减; 
f、在直接与水、盐水、油类相接触或结露的环境、充满有害气体的环境(硫化物、氨水等)、直接日光照射、臭氧、紫外线及有放射性物质的环境、振动及冲击条件超过了样本及说明书规定范围的恶劣环境下,禁止使用电容器; 
g、电容器安装时,电容器防爆阀上方留有空间、爆阀上方避免配线及安装其他元件、电容器四周及电路板避免安装发热元件。 
电容安装的注意事项 
a、用过的电容器不能再使用,但作为周期检查可卸下来测试电性能; 
b、如果电容器已充电,使用前要用一个约1kΩ的电阻放电; 
c、如果电容器在超过35℃,湿度大于70%的条件下存放,其漏电流可能上升,使用前可通过一个约1kΩ的电阻施加额定电压处理; 
d、安装前要确认电容器的额定容量、电压和极性; 
e、掉在地面的电容器不要使用; 
f、变形的电容器不要使用; 
g、电容器的正负引线间距应与PCB板焊孔的位置相吻合。若将电容器强行插入孔距不配套的电路板,会有应力作用于引出线,会导致电容器短路或漏电流上升; 
h、安装时把电容器引脚或焊针插入PCB板,直到电容器底部贴到PCB板表面; 
i、不要施加超过规定的机械压力。当拉力施加到电容器引出线,该拉力将作用于电容器内部,会导致电容器内部短路,开路或漏电流上升。在电容器焊装到电路板,不强烈摇动电容器。 
电容低电压失效的机理 
在电路设计中,有一种常见的认识,“器件的裕度设计在没有把握的情况下,余量尽可能大就会可靠”,事实上这个观点是错误的。对于安规电容来说,耐压余量留的太大,也会导致一种失效,称之为“低电压失效”。 
低电压失效的机理是介质漏电流的存在。在较大湿度情况下,因为电容的不密封性,会导致潮气渗入,在电容两极加电压时,渗入的潮气表面会因其导电性形成漏电流,过量的漏电流会使电容的储能特性大大降低,结果就表现为电容的特性丧失。这个现象在湿度储存试验后加电运行时最容易出现。 
但经过一段时间(不少于2h)的高温储存后,再开机,该电容的性能又可以恢复。 
或者将电容拆下,给两端加较高电压(不低于0.7倍额定电压的电压值,如50V的电容,加不低于35V,不高于50V的电压),加压一小段时间后,再将电容焊上电路板,开机后,失效现象消失。 
以上现象产生的机理如图。填充介质中,渗入潮气,会形成如图所示的漏电流通路,其上会产生漏电流,导通通路上有电阻,因此会产生热量I2R,当电容的额定耐压值较大,而实际施加的电压很小时(如施加10%的额定耐压),热量很小,不足以使潮气挥发掉,因此表现为电容失效。但施加的电压较大时,相同的电阻值,却能产生较大的热量,热量会使潮气快速挥发,电容特性很快恢复。因此,电容的耐压值降额幅度过大,容易引发低电压失效。一般以按照**降额到额定值的70%为宜。 
高温储存试验后,潮气在高温下快速挥发,电容特性可恢复。 
电容引脚断裂失效的机理和解决方法 
环境应力筛选试验(ESS试验)是考核产品整机质量的常用手段。在ESS试验中,随机振动的应力旨在考核产品在结构、装配、应力等方面的缺陷。体积较大的电容,在焊接后,如果没有施加单独的处理措施,在振动试验时容易发生引脚断裂的问题。这个实验模拟的是运输振动、运行振动、冲击碰撞跌落的应力条件。 
断裂的机理是应力集中,一般发生在电容引出脚或焊盘连接点位置,如图。当振动环境下,电容引出脚和焊盘连接点承受的将是整个电容横向剪切和纵向拉伸方向的冲击力,尤其当电容较大的时候,如大的电解电容。 
此现象的发生机理简单,解决方案也不复杂,常规经验是在电容的底部涂1圈硅橡胶GD414以粘接固定,但这种处理方式是不行的。 
硅橡胶拉伸强度为4-5MPa,伸长率为100%-200%,分子间作用力弱,粘附性差,粘接强度低;用于粘接电容时,表面上看是固定住了,但实际上冲击应力较大的时候,硅橡胶的被拉伸程度较大,电容自身依然会受到较大的拉伸应力和剪切应力;所以,固定用的材料推荐首选E-4X环氧树脂胶,其拉伸强度大于83MPa,伸长率小于9%,粘合性好,粘接强度高,收缩率低,尺寸稳定。从性能上能明显看出,E-4X环氧树脂胶才能起到真正的固定作用。 
对涂胶工序也须进行细化,要求环氧胶固定电容高度达到电容本体的1/3,并在两肋形成山脊状支撑,使电容与E-4X胶成为一体,振动中不再颤振,引脚得到保护。 
另外,除了涂胶固定,电路板装配生产的流程也会引出,先装配电容,再装配其它元件,这样,立式电容为最高点,周转或放置时,易受到磕碰或外力而造成歪斜;更改工序,先装配其它元件和粘接立柱再装配高电容,这样周转或放置时,比电容稍高的立柱受力就保护了电容。 
改进工序前,先对电路板真空涂覆(在电容陶瓷面上形成约15μm厚的派埃林薄膜材料),再涂硅橡胶固定。改进后,先在电容上涂环氧胶,再在整个电路板真空涂覆,这样在电容和胶外表面一体形成派埃林薄膜。由于派埃林薄膜表面粗糙度小于陶瓷面,胶在派埃林薄膜表而的接触角大于陶瓷表面(接触角越小润湿效果越好),改进后固定效果更好。 
对以上问题和解决方法做一个总结结论有三:1、电容引脚断裂性质是疲劳断裂;2、装配方式设计不合理,固定胶粘接强度不够和工艺不完善是导致引脚断裂的原因;3、改用环氧树脂胶和调整生产流程从工程上解决此问题。

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