通過增強材料技術提升電容器壽命
發布時間:2016-05-31 責任編輯:wenwei
【導讀】可ke靠kao性xing是shi當dang今jin市shi場chang上shang所suo有you電dian子zi產chan品pin的de一yi個ge重zhong要yao考kao慮lv因yin素su。盡jin管guan並bing非fei所suo有you的de應ying用yong都dou是shi安an全quan關guan鍵jian或huo任ren務wu關guan鍵jian的de應ying用yong,但dan即ji使shi是shi最zui簡jian單dan的de消xiao費fei類lei設she備bei,其qi後hou的de品pin牌pai也ye需xu要yao有you良liang好hao的de用yong戶hu評ping論lun來lai保bao持chi它ta們men的de聲sheng譽yu。在zai元yuan器qi件jian選xuan擇ze階jie段duan作zuo出chu明ming智zhi選xuan擇ze,可ke以yi幫bang助zhu確que保bao產chan品pin在zai預yu期qi壽shou命ming內nei正zheng確que工gong作zuo。
設計人員的選擇標準
在選擇電容器時,容積效率、頻率穩定性、工作溫度, 或等效串聯電阻(ESR)等deng特te性xing往wang往wang是shi決jue定ding技ji術shu選xuan擇ze的de主zhu要yao因yin素su。在zai這zhe些xie情qing況kuang下xia,了le解jie哪na些xie因yin素su會hui影ying響xiang壽shou命ming,可ke以yi幫bang助zhu工gong程cheng師shi確que保bao產chan品pin提ti供gong所suo需xu的de可ke靠kao性xing。另ling一yi方fang麵mian,長chang工gong作zuo壽shou命ming可ke能neng是shi最zui終zhong產chan品pin的de一yi個ge關guan鍵jian要yao求qiu,並bing會hui最zui終zhong決jue定ding器qi件jian的de選xuan擇ze。電dian容rong器qi的de製zhi造zao工gong藝yi(如材料純度與製程工藝的管控,生產過程中的在線篩選)可提供更好的可靠性保證,而允許工程師減少電路內電容器的數量,從而在不損害可靠性的情況下,減少解決方案的尺寸和成本。
電容特性
例如,我們知道,用金屬化聚酯或聚丙烯薄膜製成的電容器(圖1)具(ju)有(you)長(chang)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)。高(gao)壓(ya)或(huo)高(gao)溫(wen)特(te)性(xing)使(shi)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)於(yu)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)或(huo)電(dian)燈(deng)鎮(zhen)流(liu)器(qi)等(deng)應(ying)用(yong),而(er)自(zi)修(xiu)複(fu)特(te)性(xing)有(you)助(zhu)於(yu)克(ke)服(fu)電(dian)介(jie)質(zhi)中(zhong)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)的(de)微(wei)小(xiao)缺(que)陷(xian)的(de)效(xiao)應(ying)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),隨(sui)著(zhe)這(zhe)些(xie)缺(que)陷(xian)的(de)修(xiu)複(fu),總(zong)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)開(kai)始(shi)下(xia)降(jiang),等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)(ESR)開kai始shi上shang升sheng。這zhe最zui終zhong決jue定ding了le器qi件jian的de壽shou命ming。采cai用yong高gao質zhi量liang的de材cai料liao和he電dian介jie質zhi製zhi造zao工gong藝yi可ke以yi最zui大da限xian度du地di減jian少shao對dui自zi修xiu複fu的de依yi賴lai。在zai新xin型xing能neng源yuan應ying用yong中zhong,為wei了le最zui大da限xian度du地di降jiang低di能neng量liang損sun失shi,我wo們men特te別bie希xi望wangESR降低。 KEMET公司在這類應用中已經能夠證實即使是在70℃或以上的工作溫度下此類薄膜電容器可達到幾十年的工作壽命。

圖1. 聚丙烯薄膜電容器的內部結構。
鋁電容器包含許多不同類型的結構,其中每種結構的壽命性能都非常不同。例如,電解液電容器的磨損機製非常明確、xianeryijian。dianjiezhichengruosuanxing,yincihuisuishijianfenjiedianjiezhi。lingyifangmian,dianjiezhiyetigongledianjiezhizhongxinshengchangsuoxudeyang。zhejiushiwomenbixuyaokaolvweitongdianlvdianjieyedianrongqi(無論是在貨架上還是在電路板上)“貨架期”的原因。一個有趣的情況是,直徑為30mmhuoyishangdelvdianrongqiwangwanghuicaiyonggengjiazhongxingerfeisuanxingdedianjiezhi,yincizaixiangduishidudehuanjingxiahuojiaqikeyiyouerzhisinian。dangran,zhexieshuzihuisuimeigechanpinxiliezhongsuoyongdedianjiezhiergaibian。
另一方麵,固態“鋁聚合物”或“有機聚合物”電容器的壽命特性非常不同。這些器件(例如KEMET公司的AO-CAP®電容器)的成品中沒有液態電解質。相反,陰極是固態的導電高分子材料。因此,它們在額定條件下具有超長的工作壽命——可接近於其他的固態電容。一些數據手冊根據1000小時工作後的電容變化、ESR和外觀等特性,描述了這些類型的器件的耐久性。請注意,這1000小時並不代表電容器的工作壽命。相反,該耐久性測試與通常用於評估認證無源元件的各種加速壽命測試相類似。
就商業級陶瓷電容器而言,典型的電極係統是使用鎳的賤金屬電極(BME)係統(圖2)。相比於早期的貴金屬電極(PME)係統,BME可以承受更高的電壓。現時流行的X7R和X5R型電介質基於鈦酸鋇製造,並添加了諸如二氧化錳的添加劑 — 這些添加劑可與BME化hua學xue成cheng分fen共gong存cun,並bing防fang止zhi電dian容rong器qi製zhi造zao過guo程cheng中zhong燒shao結jie工gong藝yi中zhong可ke能neng造zao成cheng的de電dian介jie質zhi的de還hai原yuan。電dian介jie質zhi成cheng分fen的de不bu斷duan改gai進jin極ji大da提ti高gao了le陶tao瓷ci電dian容rong器qi的de可ke靠kao性xing和he壽shou命ming。KEMET公司的一項研究成果 發現,即使在惡劣條件下,BME陶瓷電容器也可輕易達到數十年的壽命。

圖2. 結合鎳基BME和摻雜鈦酸鋇電介質的X5R和X7R多層陶瓷電容器(MLCC)。
鉭電容器的可靠性
用五氧化二鉭電介質製作的電容器具有超長的工作壽命。鉭電容作為一種全固態器件,磨損期極長。鉭基器件最常見的故障是所謂的“開機”guzhang。zhezaishijiajieyuedianyaerdianrongqinenggouxishoudachushidianliudeqingkuangxiakenengfasheng。zhehuijihuodianjiezhizhongdequexian。ruguodianjiezhiwufaxiufu,gaiquexianhuiyinqiqijianguzhang。juhewutanqijiannenggoucongmingxiandezixiufunenglizhonghuoyi,duizheleiguzhangjuyoulianghaodediyuxing。KEMET公司的研究成果表明,該類電容器的壽命可長達數百年甚至是數千年。這可能比電容器結構中所用的其它材料(如環氧樹脂)的壽命要長得多。
電容器製造商往往會通過對鉭電容進行測試(例如有控製的電壓和電流衝擊測試),來篩選踢除質量可能較差的器件。然而,值得注意的是,電容器組成材料的熱膨脹係數(CTE)之zhi間jian的de失shi配pei會hui產chan生sheng應ying力li,從cong而er削xue弱ruo電dian容rong器qi的de可ke靠kao性xing。因yin此ci,電dian容rong器qi在zai最zui終zhong的de電dian路lu組zu裝zhuang過guo程cheng中zhong所suo經jing受shou的de回hui流liu焊han條tiao件jian和he回hui流liu次ci數shu可ke能neng會hui對dui器qi件jian故gu障zhang的de易yi發fa程cheng度du產chan生sheng影ying響xiang。
另ling一yi方fang麵mian,器qi件jian的de額e定ding電dian壓ya與yu實shi際ji工gong作zuo施shi加jia電dian壓ya比bi值zhi,通tong常chang會hui顯xian著zhu影ying響xiang電dian容rong器qi的de壽shou命ming。因yin此ci,聚ju合he物wu鉭tan電dian容rong器qi近jin期qi的de開kai發fa致zhi力li於yu實shi現xian更geng高gao的de定ding額e電dian壓ya(如63V及以上),以供常用的電源電壓(如24V或28V航空電子電源軌)使用。
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