大学课件铝电解电容测试失效分析及发展趋势

1、鋁電解電容測試鋁電解電容測試 失效分析及發展趨勢失效分析及發展趨勢jan.20071. 電解電容原理介紹電解電容原理介紹 2. 鋁電解電容制作工藝及流程介紹鋁電解電容制作工藝及流程介紹3. 產品特點及品質因素產品特點及品質因素4. 壽命預估及測試方法壽命預估及測試方法5. 設計選用注意事項設計選用注意事項6. 失效模式及案例分析失效模式及案例分析7. 業界發展趨勢業界發展趨勢1.電解電容器基本介紹1. 電容器簡介2. 電解電容器規格介紹與說明3. 電解電容器信賴性測試介紹與說明4. 電解電容器入料檢驗介紹與說明5. 電解電容器應用介紹與說明6. low esr type特性介紹與說明 7. 電

2、解電容器生產流程介紹與說明8. 電解電容器使用注意事項目目 錄錄1.在兩平行對立之金屬加以額定電壓,兩平行板間存在誘 電介質即可構成電容器.2.電容器以電氣功能而言,因具有充放電功能本身就是 小能量之電池. 3 3.電容器靜電容量(c ) 電容器電容量大小與兩極板的截面積成正比, 與距離成反比,與充填介質的介質係數成正比4.電容器功能: 旁路作用 濾波作用 耦合作用 移相作用 濾頻作用 諧振作用 振蕩作用5.電容器結構鋁殼cp線端子鋁端子電解紙陰極箔陽極箔cp線端子線端子封口橡膠蓋塑膠套管1. 定義 ce：鋁質非固體電解電容器(jis).2.外形: 04型(radial)：圓筒形金屬殼引線端子

3、同一方向 披覆套管.02型(axial)：圓筒形金屬殼引線端子反方向披覆套管.69型(snap-in)：圓筒形金屬殼 pcb用端子同方向自立型披覆套管. 33型(screw):圓筒型,金屬殼、端子為螺絲型且同方向pc板自立式之鋁質非固態電解電容器,披覆套管.32型(v-chip):圓筒形(附座板立式) 金屬殼表面黏著型端子同方向披覆套管或鍍樹脂膠膜. 3.製品基本電氣特性 cap.(f):製品容量值,f(法拉)為其單位, 為計數單位(10-6) w. v.:工作電壓(dc v.) tan:損失角,以小數點表示(如16v之損失角為0.16) df:散逸因素,以百分比表示(如16v之散逸因素為16

4、%) lc(a):洩漏電流,a(安培)為其單位,為計數單位(10-6) impedance():交流阻抗,(歐姆)為其單位 e. s. r.():等價直列阻抗,(歐姆)為其單位 ripple current:耐漣波電流(rms),a或ma為計數單位4. e s r值計算 3.1415 f 使用頻率(120hz) c製品容量(f) 例:立隆rea1000f/16v之esr值計算 16v之損失角為0.16 e s rfc()ta n2212.01010001201415.3216.0)(6esrw=-10%+100% m=-20%+20% t=-10%+50% k=-10%+10% q=-10%+

5、30% j=-5%+5% v=-10%+20% 6.損失角(tan)-以rea為例rated voltage 6.3101625355063100tan(max) 0.230.200.160.140.120.100.090.08rated voltage tan(max) 1600.122000.142500.173500.204000.254500.255.靜電容量(cap)容許誤差範圍 7.洩漏電流(lc)一般品低漏電品0.01cv or 3a/2分鐘(100v)0.02cv+25a/5分鐘(100v)0.002cv or 0.4a/2分鐘8.突破電壓(surge voltage)rate

6、d voltage 6.3101625355063100surge voltage 8132032446379125rated voltage surge voltage 1602002002502503003504004004504505009.對頻率變化 10.對溫度變化2. 制作工藝及流程介紹制作工藝及流程介紹製程別 使用材料 圖 示 功 能 說 明 釘接 陽極箔陰極箔導針 將電容器之容量經由導針引出使用 捲繞 電解紙捲繞固定用膠水或膠帶 1.有效的空間利用2.兩電極間絕緣3.電極與絕緣體固定 含浸 電解液 -以電解液做為兩極間之介電質 1.保存電解液,防止散逸2.防止電容器內部受污 染

7、 製程別 套管 充電選別 貼帶加工 切腳加工 使用材料 熱收縮套管 -熱溶膠帶台紙 圖 示 - 參考下一頁加工形式 功 能 說 明 1.規格及極性的標示2.絕緣3.美觀 修補氧化皮膜(電極於釘接捲繞及裁切時所損傷的氧化膜 依使用者插件需求做cp線成型加工 fcsdccbcsfscfoil slittingstitching and windingimpregnating and assemblingaging and sorting3. 產品特點及品質因素產品特點及品質因素各種電容器特點與影響品質因素比較特性characteristics電容器名稱capacitors name電解液elect

8、rolyte小型化volume/cv頻率特性frequency溫度特性temperature高電壓high voltage高容量big capacitance壽命life價格容量price鋁質電解al-lytic液態liquid鉭質電解ta-lytic固態solid積層陶瓷ceramic薄膜film有機半導體os-con(tcnq)固態solid功能性高分子oc-con固態solid註:優 劣4. 壽命預估及測試方法壽命預估及測試方法5100022ttttrxxll符號意義lx預估壽命(hrs)lr規格訂定最高工作溫度額定直流工作電壓與最高容許紋波電流壽命(hrs)t0規格訂定最高工作溫度()

9、tx實際工作環境溫度()t實際印加紋波電流產生電容中心溫升()t0最高容許電容中心溫升(t0=5/105品, 15/85品)液態電解電容器壽命預估與測試法液態電解電容器壽命預估與測試法項目試驗名稱試驗條件判定基准 1高溫負荷壽高溫負荷壽命試驗命試驗 溫度：85(105)電壓：製品定額電壓時間：1000hr(2000hr) (5000hr) cap:初期值20%以內tan:製品規格值200%以下lc:製品規格值以下imp.:製品規格值200%以下2高溫無負荷高溫無負荷壽命試驗壽命試驗 溫度：85(105)時間：1000hr cap:初期值20%以內tan:製品規格值200%以下lc:製品規格值以

10、下imp.:製品規格值200%以下3耐濕性無負耐濕性無負荷試驗荷試驗 溫度：60濕度：90%95%時間：500hr cap:初期值10%以內tan:製品規格值120%以下lc:製品規格值以下imp.:製品規格值120%以下電解電容器信賴性測試介紹與說明固態電解電容器壽命決定於電解液乾涸l=l0 2l0 =在105之壽命簡單法則 :溫度每下10,壽命增倍105 1000小時壽命之電解電容器於85下操作壽命=4000小時(105-t)/10液態電解電容器固態電解質,無電解液乾涸之虞,壽命長l=l0 10l0 =在105之壽命簡單法則 :溫度每下20,壽命增加10倍105 1000小時壽命之固態電容

11、器於85下操作壽命=10000小時 (105-t)/20電容器壽命比較5. 設計選用注意事項設計選用注意事項1.鋁質電解電容器一般是有極性的,極性反接是造成鋁質電解 電容器短路損壞及漏液的原因。 2.請勿施加過電壓、過電流，當電壓、電流過載時電解電容 器的漏電流會急速增加,造成電容器的損壞。 3.鋁質電解電容器的壽命取決於使用溫度，因此使用溫度請勿 超出最高使用溫度之設定範圍。 4.電解電容器經過長時間放置後，通常其漏電流有增大之傾 向，因此在使用經過儲存時間長於1年以上時之電解電容器 以前，需先串排1k之保護電阻並施加定額電壓使其電氣特 性回復正常。 5.有防爆孔設計之鋁質電解電容器其使用時

12、，防爆孔側應與 其他機構保持相當之空間距離,如此條件不能滿足的話,防 爆孔將無法正常運作。6.須儘量避免過高溫度及過長時間之焊錫，因可能造成表面 膠管之異常收縮破裂,有時高溫也會藉由導針及端子導熱至 素子內部,對產品造成不良影響。7.電解電容器儲存條件-溫度:535;濕度:less than 75% ，一 年之內case diameter 6.316 6.316 40 or more clearance (min) 2mm3mm5mm8.插件注意 基板孔距應依組件空間需求、電容器cp線加工間距來設 計孔距尺寸。6.失效模式及案例分析失效模式及案例分析失效分析與案例分析失效分析與案例分析失效模式

13、內部現狀案例分析製造時誤使用時適當使用時短路電極間短路酸化皮膜絕緣破壞電極間絕緣破壞釘接部,端子部斷線開路釘接部,端子部接續不良靜電容量減少tan 增加電解液減少電解液熱分解陽極箔容量減少陰極箔容量減少洩漏電流增加防爆瓣開花液漏酸化皮膜劣化腐蝕內壓上升封口不完全氯離子侵入封口不良機械壓迫應力接續不良切斷毛刺,金屬微粒子酸化皮膜部缺陷外部壓迫應力經時劣化外部壓迫應力過電壓印加逆電壓印加漣波電流過大超過容許以上充放電基板清洗時氯離子侵入1111213322223344電氣化學反應7. 業界發展趨勢 200420052006200720082009105c15,000h170cmax.150cmax

14、. - 20%(400v/120uf)105c20,000h105c8,000h - 33%(dia.88l)hi-grade85chi-grade105c - 50%(400v/150uf)1.2.4.5.6.miniaturizationc(cap.) x v(voltage)safety typecomplying with high temperaturecomplying withlong lifefor audio3.life extension of the low impedance productsrzf series 105deg.c 10,000hrxf series 1

15、05deg.c 10,000hrga ex. 400v/100uf : dia.16x31.5lrzd series 4000hocrz ex. 4v/560uf : dia.8x12lrua series 125deg.c maxraa series technology road map-1 105c10,000hpassiveflammabilityactiveflammabilityrohs compliant2004200520062007200820092. life extension3. high temperature5. rohs compliant reflow sold

16、ering resistance1. low impedance wide temperature0.46ohms( -46% )125c1000h105c8,000h105c5,000h150c1000h4. durability for vibration30g50g260creflowvga series 105deg.c, 2000hpb freevez series ex. dia 6.3 x 5.3l, 0.85ohmsveu series 3000hrohs compliant1. 1.2. 2.3. 3.4. 4.5. 5. lsk series 105deg.c 5000h

17、dia.90 x 157l 200420042005200520062006200720072008200820092009miniaturizationminiaturizationc c（ （capcap） ） x vx v（ （voltagevoltage） ）safety type snap-insafety type snap-insafety type screwsafety type screwlong lifelong lifevery large screw typevery large screw typedia.100 x237ldia.100 x237l105c10000h-13%(dia.30 x35l)ls ex. 450v/330uf, dia.30 x 40l-37%(dia.35x25l)passiveflammabilityactiveflammabilityactiveflammabilitylong lifepassiveflammabilityrohs compliant1.2.3.4.5. ocr/ocv series 2.5 20v dia.6.3 x 6l 200420042005200520062006200720072008200820092009low esrlife extensi