電容低電壓失效的機(jī)理和解決措施

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”，事實上這個觀點是錯誤的。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，因為電容的不密封性，會導(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)象在濕度儲存試驗后加電運行時最容易出現(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(ESS試驗)是考核產(chǎn)品整機(jī)質(zhì)量的常用手段。在ESS試驗中，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，如果沒有施加單獨的處理措施，在振動試驗時容易發(fā)生引腳斷裂的問題。這個實驗?zāi)M的是運輸振動、運行振動、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位置，如圖。當(dāng)振動環(huán)境下，電容引出腳和焊盤連接點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。

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危闺娙菖cE-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，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。