電容低電壓失效的機(jī)理和解決措施

在電路設(shè)計(jì)中，有一種常見(jiàn)的認(rèn)識(shí)，“器件的裕度設(shè)計(jì)在沒(méi)有把握的情況下，余量盡可能大就會(huì)可靠”，事實(shí)上這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。對(duì)于安規(guī)電容來(lái)說(shuō)，耐壓余量留的太大，也會(huì)導(dǎo)致一種失效，稱(chēng)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?，?huì)導(dǎo)致潮氣滲入，在電容兩極加電壓時(shí)，滲入的潮氣表面會(huì)因其導(dǎo)電性形成漏電流，過(guò)量的漏電流會(huì)使電容的儲(chǔ)能特性大大降低，結(jié)果就表現(xiàn)為電容的特性喪失。這個(gè)現(xiàn)象在濕度儲(chǔ)存試驗(yàn)后加電運(yùn)行時(shí)最容易出現(xiàn)。

圖題：電容失效的兩種情況的探討及解決措施

但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(不少于2h)的高溫儲(chǔ)存后，再開(kāi)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(shí)間后，再將電容焊上電路板，開(kāi)機(jī)后，失效現(xiàn)象消失。

填充介質(zhì)中，滲入潮氣，會(huì)形成漏電流通路，其上會(huì)產(chǎn)生漏電流，導(dǎo)通通路上有電阻，因此會(huì)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(shí)(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(shí)，相同的電阻值，卻能產(chǎn)生較大的熱量，熱量會(huì)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(guò)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(chǔ)存試驗(yàn)后，潮氣在高溫下快速揮發(fā)，電容特性可恢復(fù)。

電容引腳斷裂失效的機(jī)理和解決措施

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(dòng)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(méi)有施加單獨(dú)的處理措施，在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)容易發(fā)生引腳斷裂的問(wèn)題。這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是運(yùn)輸振動(dòng)、運(yùn)行振動(dòng)、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(pán)連接點(diǎn)位置，如圖。當(dāng)振動(dòng)環(huán)境下，電容引出腳和焊盤(pán)連接點(diǎn)承受的將是整個(gè)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(shí)候，如大的電解電容。

此現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理簡(jiǎn)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(zhǎng)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(shí)，表面上看是固定住了，但實(shí)際上沖擊應(yīng)力較大的時(shí)候，硅橡膠的被拉伸程度較大，電容自身依然會(huì)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(shù)脂膠，其拉伸強(qiáng)度大于83MPa，伸長(zhǎng)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(shù)脂膠才能起到真正的固定作用。

對(duì)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(dòng)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(huì)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(gè)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(rùn)濕效果越好)，改進(jìn)后固定效果更好。

對(duì)以上問(wèn)題和解決方法做一個(gè)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(jì)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(shù)脂膠和調(diào)整生產(chǎn)流程從工程上解決此問(wèn)題。