電容低電壓失效的機理和解決措施

在電路設計中，有一種常見(jiàn)的認識，“器件的裕度設計在沒(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(guān)點(diǎn)是錯誤的。對于安規電容來(lái)說(shuō)，耐壓余量留的太大，也會(huì )導致一種失效，稱(chēng)之為“低電壓失效”。

低電壓失效的機理是介質(zhì)漏電流的存在。在較大濕度情況下，因為電容的不密封性，會(huì )導致潮氣滲入，在電容兩極加電壓時(shí)，滲入的潮氣表面會(huì )因其導電性形成漏電流，過(guò)量的漏電流會(huì )使電容的儲能特性大大降低，結果就表現為電容的特性喪失。這個(gè)現象在濕度儲存試驗后加電運行時(shí)最容易出現。

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)的高溫儲存后，再開(kāi)機，該電容的性能又可以恢復?；蛘邔㈦娙莶鹣?，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)機后，失效現象消失。

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，導通通路上有電阻，因此會(huì )產(chǎn)生熱量I2R，當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。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。高溫儲存試驗后，潮氣在高溫下快速揮發(fā)，電容特性可恢復。

電容引腳斷裂失效的機理和解決措施

環(huán)境應力篩選試驗(ESS試驗)是考核產(chǎn)品整機質(zhì)量的常用手段。在ESS試驗中，隨機振動(dòng)的應力旨在考核產(chǎn)品在結構、裝配、應力等方面的缺陷。體積較大的電容，在焊接后，如果沒(méi)有施加單獨的處理措施，在振動(dòng)試驗時(shí)容易發(fā)生引腳斷裂的問(wèn)題。這個(gè)實(shí)驗模擬的是運輸振動(dòng)、運行振動(dòng)、沖擊碰撞跌落的應力條件。

斷裂的機理是應力集中，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，尤其當電容較大的時(shí)候，如大的電解電容。

此現象的發(fā)生機理簡(jiǎn)單，解決方案也不復雜，常規經(jīng)驗是在電容的底部涂1圈硅橡膠GD414以粘接固定，但這種處理方式是不行的。

硅橡膠拉伸強度為4-5MPa，伸長(cháng)率為100%-200%，分子間作用力弱，粘附性差，粘接強度低；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 )受到較大的拉伸應力和剪切應力；所以，固定用的材料推薦首選E-4X環(huán)氧樹(shù)脂膠，其拉伸強度大于83MPa，伸長(cháng)率小于9%，粘合性好，粘接強度高，收縮率低，尺寸穩定。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。

對涂膠工序也須進(jìn)行細化，要求環(huán)氧膠固定電容高度達到電容本體的1/3，并在兩肋形成山脊狀支撐，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。

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，這樣周轉或放置時(shí)，比電容稍高的立柱受力就保護了電容。

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(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(接觸角越小潤濕效果越好)，改進(jìn)后固定效果更好。

對以上問(wèn)題和解決方法做一個(gè)總結結論有三：1、電容引腳斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂；2、裝配方式設計不合理，固定膠粘接強度不夠和工藝不完善是導致引腳斷裂的原因；3、改用環(huán)氧樹(shù)脂膠和調整生產(chǎn)流程從工程上解決此問(wèn)題。