鉭電容失效的原因

引言  

經常碰到很多客戶討論鉭電容爆炸問題，特別在開關電源、LED電源等行業，鉭電容燒毀或爆炸是令研發技術人員最頭痛的，讓他們百思不得其解。正因為鉭電容失效模式的危險性， 讓很多研發技術人員都不敢再使用鉭電容了，其實如果我們能夠全面的了解鉭電容的特性， 找到鉭電容失效（表現形式為燒毀或爆炸）的原因，鉭電容並沒有那麼可怕。畢竟鉭電容的好處是顯而易見的。

鉭電容失效的原因總的來說可以分為鉭電容本身的質量問題和電路設計，問題兩大類：電路設計和產品選型。

要求鉭電容的產品性能參數可以滿足電路信號特點，但是,往往我們不能保證上述兩項工作 都做的很到位,因此,在使用過程中就必然會出現這樣那樣的失效問題;現簡單總結如下。

1. 低阻抗電路使用電壓過高導致的失效  

對於鉭電容器使用的電路,只有兩種;有電阻保護的電路和沒有電阻保護的低阻抗電路. 對於有電阻保護的電路,由於電阻會起到降壓和抑制大電流通過的效果,因此,使用電壓可以達到鉭電容器額定電壓的60%. 沒有電阻保護的電路有兩種;

一;前級輸入已經經過整流和濾波, 輸出穩定的充放電電路.在此類電路,電容器被當作放電電源來使用,由於輸入參數穩定沒有浪湧,因此,儘管是低阻抗電路,可安全使用的電壓仍然可以達到額定電壓的50%都可以保證相當高的可靠性. 二;電子整機的電源部分;電容器並聯使用在此類電路, 除了要求對輸入的信號進行濾波外,往往同時還兼有按照一定頻率和功率進行放電的要求. 

因為是電源電路, 因此,此類電路的迴路阻抗非常低,以保證電源的輸出功率密度足夠. 在此類開關電源電路中 [也叫 DC-DC 電路], 在每次開機和關機的瞬間,電路中會產生一個持續時間小於 1 微秒的高強度尖峰脈衝,其脈衝電壓值至少可以達到穩定的輸入值的 3 倍以上,電流可以達到穩態值的10 倍以上,由於持續時間極短,因此,其單位時間內的能量密度非常高, 如果電容器的使用電壓偏高,此時實際加在產品上的脈衝電壓就會遠遠超過產品的額定值而被擊穿. 因此,使用在此類電路中的鉭電解電容器容許的使用電壓不能超過額定值的 1/3. 

如果不分電路的迴路阻抗類型,一概降額 50%, 在迴路阻抗最低的 DC-DC 電路,一開機就有可能瞬間出現擊穿短路 或爆炸現象.在此類電路中使用的電容器應該降額多少,一定要考慮到電路阻抗值的高低和 輸入輸出功率的大小和電路中存在的交流紋波值的高低.因為電路阻抗高低可以決定開關瞬間浪湧幅度的大小。內阻越低的電路降額幅度就應該越多。對於降額幅度大小,切不可一概而論. 必須經過精確的可靠性計算來確定降額幅度.

2.電路峰值輸出電流過大(使用電壓合適)  

鉭電容器在工作時可以安全承受的最大直流電流衝擊 I,與產品自身等效串聯電阻 ESR 及額定電壓 UR 存在如下數學關係;

I=UR/1 ESR

如果一隻容量偏低的鉭電容器使用在峰值輸出電流很大的電路,這隻產品就有可能由於電流過載而燒毀.這非常容易理解.

3. 鉭電容器等效串聯電阻ESR過高和電路中交流紋波過高導致的失效  

當某隻 ESR 過高的鉭電容器使用在存在過高交流紋波的濾波電路,即使是使用電壓遠低於應該的降額幅度, 有時候,在開機的瞬間仍然會發生突然的擊穿現象; 出現此類問題的主要原因是電容器的 ESR 和電路中的交流紋波大小嚴重不匹配. 電容器是極性元氣件,在通過交 流紋波時會發熱,而不同殼號大小的產品能夠維持熱平衡的容許發熱量不同.由於不同容量的產品的 ESR 值相差較高,因此,不同規格的鉭電容器能夠安全耐受的交流紋波值也相差很大, 因此,如果某電路中存在的交流紋波超過使用的電容器可以安全承受的交流紋波值,產品就會出現熱致擊穿的現象.同樣,如果電路中的交流紋波一定,而選擇的鉭電容器的實際 ESR 值過高,產品也會出現相同的現象.

一般來說,在濾波和大功率充放電電路,必須使用 ESR 值儘可能低的鉭電容器. 對於電路中存在的交流紋波過高而導致的電容器失效問題,很多電路設計師都忽略其危害性或認識不夠. 只是簡單認定電容器質量存在問題. 此現象很多.

4 . 鉭電容器漏電流偏大導致實際耐壓不夠  

此問題的出現一般都由於鉭電容器的實際耐壓不夠造成.當電容器上長時間施加一定場強時, 如果其介質層的絕緣電阻偏低,此時產品的實際漏電流將偏大.而漏電流偏大的產品,實際耐壓就會下降.

出現此問題的另外一個原因是關於鉭電容器的漏電流標準制定的過於寬鬆,導致有些根本不具備鉭電解電容器生產能力的公司在生產質量低劣的鉭電容器. 普通的室溫時漏電流就偏大的產品,如果工作在較高的溫度下,其漏電流會成指數倍增加,因此其高溫下的實際耐壓就會大幅度下降. 在使用溫度較高時就會非常容易出現擊穿現象.

高溫時漏電流變化較小是所有電容器生產商努力的最重要目標之一,因此,此指標對可靠性的決定性影響不言而愈.如果你選擇使用的鉭電容器的漏電流偏大,實際上它已經是廢品,出問題因此成為必然.

5 .鉭電容器使用時的生產過程因素導致的失效  

很多用戶往往只注意到鉭電容器性能的選擇和設計,而對於貼片鉭電容安裝使用時容易出現的問題視而不見;舉例如下;

A, 不使用自動貼裝而使用手工焊接, 產品不加預熱,直接使用溫度高於300度的電烙鐵較長 時間加熱電容器,導致電容器性能受到過高溫度衝擊而失效.

B,手工焊接不使用預熱臺加熱,焊接時一出現冷焊和虛焊就反覆使用烙鐵加熱產品.

C,使用的烙鐵頭溫度甚至達到 500 度. 這樣可以焊接很快,但非常容易導致片式元氣件失效.

貼片鉭電容實際使用時的可靠性實際上可以通過計算得出來,而我們的很多用戶使用時設計餘量不夠,魯棒性很差,小批實驗通過純屬僥倖,在批生產時出現一致性質量問題. 

此時,問題 原因往往簡單被推到電容器生產商身上,忽略對設計可靠性的查找. 鉭電容器使用時的無故 障間隔時間 MTBF 對於很多用戶來講還是一個陌生的概念. 很多使用者對可靠性工程認識 膚淺.過於重視實驗而忽略數學計算. 導致分電路設計可靠性比整機可靠性低,因此,批量生 產時不斷出現問題. 不懂得失效是一個概率問題,非簡單的個體問題.實際上鉭電容器使用時 容易出現的故障原因和現象還很多, 無法在此一一論述.如果有使用時的新問題,可以及時交流.

鉭電容質量問題  

目前來說 AVX 和 KEMET 兩個品牌算是一線品牌，佔了市場份額很大，其質量好，當然價格也是最貴的。國內也有幾家生產鉭電容的工廠，但因為生產工藝和原材料質量問題，與 AVX 和 KEMET 的質量相差還是非常大的，國產鉭電容的 ESR 普遍要高一個等級。鉭電容器如果性能不過關,其可靠性不光很低,而且非常容易失效.因此,選擇正確且合適的產品是保證可靠性的首要條件.? 質量差的鉭電容器如果被裝到電路上,與安裝了一個小炸彈沒有什麼區別. 如果不能保證你選擇的產品質量絕對過硬,我建議你不要使用鉭電容器.特別是在DC-DC電路和大功率充 放電電路.

如何識別 AVX 鉭電容假貨？  

很多採購朋友對 AVX 鉭電容假貨問題非常頭痛，貼片鉭電容假貨讓他們傷透了腦筋。在百度查了下，類似貼片鉭電容假貨、AVX 鉭電容假貨、識別鉭電容假貨這樣問題的人很多。答案也是五花八門，都不是很理想，有些還會誤導大家。那麼有沒有一個簡單的方法來識別 鉭電容假貨呢？帶著這個目的，根據自己以往處理客訴的經驗，跟大家分享以下五點，相信會對你有所幫助。

1. 鉭電解電容焊腳形狀，原裝 AVX 鉭電容焊腳正極跟負極不一樣，正極的為「凹」型， 也就是凹進去的，負極的是「口」型。

2. 編帶上的印字，把貨拆開，透明的編帶上面大概每間隔 25CM 有打 AVX 的印字（是機器直接凹印上去的，沒有顏色的），假貨編帶一般沒有印 AVX 字的。

3. 貼片鉭電容本體印字內容。鉭電容本體印字分上下兩行，包括了 AVX 的 LOGO 標識、容量值、電壓值、生產批號等 4 個信息，這些信息都是缺一不可的，如果對不上一般就是假貨 （碰到最多的情況是本體的左上角沒有 AVX 的 LOGO 標識）。鉭電容封裝尺寸大的，印字也會看得清晰點，有 AVX 鉭電容規格尺寸太小，要藉助放大鏡才能看清楚。

4. 貼片鉭電容本體印字的一致性和質量，很多翻新的 AVX 鉭電容從以上三點是看不出它是假貨的，因為它是用原裝的舊貨或者折機貨或低壓貨（低一個電壓低檔，比如用 10V 的給你當 16V 的用）重新打磨後印字上去的，這個時候就要從本體印字的成色和一致性來判斷了，翻新貨的印字在內容和版式上與原裝的不會有區別，但畢竟沒有原廠的設備和模具好， 所以細節上還是有明細的區別。這些細節的區別分兩個方面，一方面是成色，翻新的顏色一 般要偏深紅色一些而且深淺不一；另一方面是一致性，原裝的一致性很好，印的字方方正正， 翻新的會出現東倒西歪，本體之間相互比較感覺就像兩個模具印出來的一樣（是模具精度不 好造成的）。—–對於這一點，要正確、快速的判斷出來是有一定難度的，這與個人的經驗有一定關係。

5. 查規格書：如果你要的規格是規格書上如果沒有的，那你買到假貨的機率是非常大。規格書上沒有的規格雖然不敢說原廠 100%不生產，至少說明不是常用的規格，代理商那肯定是沒有庫存的（不會有代理商會去訂一些偏門的物料作庫存），要訂貨的話，訂貨周期、最小訂貨量、預付款比例都是一般客戶不能接受的。所以我們建議客戶在選型的時候一定要選擇標準品，選擇非標品到最後只會將自己搞死。

責任編輯：lq

 

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