CN103675515A - 电解电容器的筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器样本的方法。这种方法能包括测量第一组电容器的第一漏电流，由此计算第一平均漏电流，并从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器。第二组可经过老化热处理，其中可使用测试电压，然后可测量第二组电容器的第二漏电流并计算第二平均漏电流。从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器。因为这种迭代筛选，第三组中的电容器具有低故障率。

Description

电解电容器的筛选方法
相关申请的交叉引用
本申请主张享有2012年8月31日提交的序列号为61/695,657和2013年2月25日提交的序列号为61,768,623的美国临时申请的权益。
技术领域
本发明涉及一种电解电容器的筛选方法，尤其涉及一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器的方法。
背景技术
电解电容器用于各种医疗、军事、航天和商业应用，其中关键的是电容器是可靠的，且故障率极低。因此，各种筛选方法，如加速老化测试、回流焊测试、浪涌电流测试和击穿电压测试已经开发出来，用于筛选电解电容器，排除有缺陷的部件。然而，许多这些测试的失效标准是只筛选重大故障（例如保险丝故障），其能允许有缺陷的部件通过测试进入到良好的产品中去，且这些筛选方法不能检测潜在缺陷。例如，尽管保险丝在高强度条件如高压或高温下可能不会出现故障，但是，测试过的电容器在筛选过程中仍然可能损坏，这可导致长期的不稳定。传统的高可靠性电解电容器的筛选和传送方法涉及基于逐批取样的威布尔计算，其中少量电容器在老化试验中经历高压（例如额定电压（VR）的1.5倍），高温（如85℃）和长时间（如40小时或更长）条件。但是，传统的威布尔老化试验允许统计学上不同的老化前试验部件移动到老化试验后正常的总体中去，因为，在筛选中没有老化前试验来移除早期具有故障的部件。尽管可能由于在老化试验中进行了自我修复，这些部件的大多数通过长期可靠性测试（例如寿命测试）显示是稳定的，但是这些传送到正常的总体中的一部分是不稳定的，并且在实际应用中可能出现长期的可靠性问题。威布尔统计计算推动了将这些不稳定部件留在总体中的实践，从而能创建用于分级目的的威布尔分布，如MIL-PRF-55365H中所述。因此，使用威布尔测试的筛选方法无法保证能从总体中移除不稳定的或有缺陷的电容器，这将导致一批电容器的可靠性达到无法接受的程度。因此，尽管取得了收益，仍需要改善的电容器筛选方法，其能检测和移除具有潜在缺陷的电容器，以及需要一种确定筛选过的电容器的预测故障率的方法，与威布尔方法相比，其不考虑移除的电容器。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器的方法。这种方法包括测量第一组电容器的第一漏电流和由此计算第一平均漏电流，从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器。第一预定值等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。该方法进一步包括将第二组电容器进行老化处理。老化处理包括应用一预定测试电压到电容器，其大小为额定电压的约0.8倍-约1.2倍。老化处理后，测量第二组电容器的第二漏电流并由此计算第二平均漏电流。下一步，从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器。第二预定值等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。
在另一个实施例中，公开了一种向顾客供应一批电容器的方法。该方法包括确定电容器的额定电压，进行迭代筛选以在每次迭代过程中从该批产品中移除那些漏电流值大于预定值的电容器。预定值等于在每次迭代过程中超过平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。筛选完成后，该批电容器可供应给顾客而不用降低额定电压。
在另一个实施例中，公开了一种计算电解电容器预测故障率的方法。该方法包括将电容器在第一温度和第一电压下经过第一时期的老化处理；在第二温度和第二电压下，将电容器经过第二时期的寿命测试；和基于具有高于预定水平的漏电流的电容器数量确定在寿命测试后出现故障的电容器数量，其中确定预测故障率的计算剔除了那些在老化处理之前出现故障的电容器。
本发明的其他方面及特征将在下面进行更详细的描述。
附图说明
本发明完整的和授权的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，将结合附图在具体实施方式中作进一步描述，其中：
图1是描述了本发明方法的一个实施例的框图；
图2是通过本发明方法能够筛选出的固体电解电容器的一个实施例的剖视图；
图3是通过本发明方法能够筛选出的固体电解电容器的另一个实施例的剖视图；
图4是通过本发明方法能够筛选出的湿式电解电容器的一个实施例的剖视图；
图5是绘制了电容器样本第一漏电流的图并将漏电流分为3个区域；
图6是显示了图5所示“区域1”部件安装后的漏电流图；
图7是显示了在125℃、2/3额定电压下，经过1000小时寿命测试后，图5的“区域1”部件的漏电流图；
图8比较了在125℃、2/3额定电压下，经过1000小时寿命测试中，每个“区域1”电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流；
图9是图6-图7的每个电容器的漏电流改变图；
图10显示了经历125℃老化试验，并在85℃、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域1”3个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
图11显示了经历125℃老化试验，并在85℃、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域1”3个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
图12显示了经历125℃老化试验，并在85℃、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域1”2个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
图13显示了经历125℃老化试验，并在85℃、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域1”2个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
图14显示了老化试验后具有十个最高漏电流但仍在三倍标准偏差临界值内的电容器在第一漏电流测量中漏电流的跟踪图，这些电容器在85℃、额定电压下经过2000小时的寿命测试；
图15显示了电容器的漏电行为，该电容器是在第一漏电流老化前试验筛选失败，并在开始被归为“区域2”部件但展示出自我修复，并在后续测试中变为“区域1”部件的电容器；
图16是显示了电容器的漏电行为，该电容器在第一漏电流筛选失败，但在0.01*CV*12的限值内；
图17显示了一组电容器老化前试验的漏电流与经过本发明老化试验步骤和威布尔老化试验步骤后的电容器的老化试验后漏电流的对照图；
图18显示了通过本发明老化前筛选步骤的电容器的漏电流变化和经过85℃寿命测试后在老化前漏电流筛选中失败的电容器的漏电流变化的比较图；
图19是比较在25℃和85℃测试时的电容器漏电流的图；
图20显示了一批电容器老化前的漏电流与经过本发明老化步骤和威布尔老化步骤后的电容器老化后漏电流的比较图；
图21显示了多批电容器老化前的漏电流与经过本发明老化步骤和威布尔老化步骤后的电容器老化后漏电流的比较图；
图22显示了经过老化前筛选以及随后的本发明的老化步骤后的电容器和经过威布尔老化步骤的电容器的寿命测试比较图；
图23显示了经过本发明的筛选和老化步骤的电容器在85℃寿命测试后的漏电流的变化图；
图24显示了一批电容器寿命测试前后的漏电流比较图，其中电容器分成如图5所示的区域1单元、区域1限值单元以及区域2单元；
图25是将图24的漏电流放大到能显示高达约0.25微安电流（μA）的图；
图26显示了用于确定一批电容器与另外批的电容器相比是否是异常产品/不合常规的产品的一种方法；和
图27是通过本发明方法能够筛选出的密封电容器的一个实施例的剖视图；
在本说明书和附图中，重复使用附图标记是为了表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
对于本领域技术人员来说，应当理解下面的内容仅作为本发明的示范性实施例的描述，并不是对本发明更广泛保护范围的限制。
一般来说，本发明涉及一种迭代筛选电解电容器的方法。本发明描述的筛选一批电解电容器或电解电容器样本（例如2个或更多个电容器）的方法，包括在测试过程中多轮迭代测量电容器的漏电流，然后从样本或批中移除漏电流高于预定值的电容器，该预定值通过每轮迭代的统计学分析确定。例如，可测量包括该批中所有的电容器的第一组电容器的漏电流，并且在第一漏电流测量后，第一组中具有大于预定值漏电流的电容器从样本或批中移除，而剩下的电容器形成第二组电容器，其可进行进一步的测试。进一步测试可以包括在一预定电压如在电容器额定电压下对电容器进行老化加热处理，这一预定的额定值是指在高达85℃下用于持续操作的直流额定电压。该额定电压是基于介质层的厚度。老化处理可用于将应力施加到电容器上，以在测量第二组电容器的漏电流时检测任何不稳定的部件。
在老化步骤完成后，可进行额外的处理，例如回流焊，其能施加进一步的应力到电容器上。在回流焊前或回流焊后，可进行第二轮迭代筛选，其中测量第二组中的每个电容器的漏电流，并且从第二组中移除具有在一新的第二预定值之上的漏电流的电容器，形成第三组电容器，其随后进行进一步测试。进一步的，在筛选步骤的最后进行第三轮迭代筛选，其中测量第三组中每个电容器的漏电流，并从第三组中移除高于第三预定值的漏电流的电容器，形成第四组电容器。第一、第二和第三预定值是通过统计分析确定的。除了基于漏电流筛选电容器外，还可以测量其他参数如电容、等效串联电阻（ESR）和耗散因数（DF），并且还可以基于电容、ESR和DF的平均值的统计学分析进一步筛选电容器。不受理论的限制，可以认为，将待筛选电容器在与其额定电压相近的预定电压下（而不是在它们额定电压的1.5倍的测试电压下，该测试电压会造成电容器的永久损坏）经过老化处理，结合将电容器经过多轮迭代漏电流测试，以筛选出在每轮迭代中任何高于预定值的电容器，这能够有效筛选出不稳定的电容器从而产生一批具有极高可靠性和极低故障率的电容器。这种具有高可靠性和低故障电容器在某些应用中是至关重要的，包括医疗、军事、航空航天应用。
本发明的方法的一个实施例如图1的方框图所示，需要理解的是，这些步骤可以以不同的次序实施，并且可以完成额外的测试或迭代筛选从而进一步去除有缺陷或不稳定的电容器。例如，图1的迭代筛选方法100显示了各种不同工艺步骤102和筛选步骤104，实施这些步骤可达到特定的产出106。工艺步骤102包括：第一轮迭代（老化前）漏电流（DCL）测量108，老化114，回流焊120，第二轮迭代（老化后）漏电流（DCL）测量126，以及第三轮迭代漏电流（DCL）测量132。
在步骤108、126和132使用漏电流测试装置测试漏电流，该装置在一预定温度和额定电压下经过至少10秒后测量漏电流（DCL）。例如，在温度从约20℃至约85℃下，可以通过电容器与具有最小阻抗为1kΩ的充电电阻串联，施加额定电压，3分钟后测量漏电流。漏电流也可以在更高温度下（如热DCL）测量，但在温度高于85℃，高达约140℃例如在约125℃时，施加电压约为额定电压的2/3，以将电容器上的应力归一化为在约85℃时经历的应力。漏电流，或DCL，指的是在电容器充电后,施加一直流电压时流过电容器的电流。一般情况下，漏电流可用于确定电容器是否有缺陷或可能会出现故障，如果需要电容器符合在给定应用中使用，则可要求其具有低于最小水平的漏电流。漏电流取决于多种因素，如应用于电容器的电压、温度条件，以及在电容器中使用的电解质的类型。正如下面将要讨论的，从筛选过程的各轮迭代中获取的漏电流测量结果可用于确定电容器是否可接受，或者是否应该将其从给定的批次或样本中去除。
现在转到具体的工艺步骤、筛选步骤、和产出，对本发明的迭代筛选方法进行讨论。在筛选方法的第一轮迭代中，可测量待测的一批电容器或样本（如第一组电容器）的第一漏电流，如图1的工艺步骤108所示。在一些实施例中，第一漏电流可在约20℃至约150℃温度下确定。例如，在一些实施例中，DCL可在约20℃至约30℃下，如在约25℃时测定，在一些实施例中，在75℃至约95℃下，如约85℃时测定，在另一些实施例中，在约100℃至约150℃时测定。例如，温度范围从约110℃至约140℃，例如，从约120℃至约130℃，如约125℃。但是，如上所述，当在温度超过85℃时测量漏电流，漏电流测量过程中施加的电压可为额定电压的约2/3，如上所述。无论在什么温度下确定第一漏电流，可从收集到的与第一组电容器的第一漏电流测量值有关的数据中计算出第一漏电流平均值。在确定第一平均漏电流后，可为第一组电容器计算第一预定值，其可等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第一预定值可等于超过第一平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤110表现出来，在此确定第一限值（如预定值）。然后，从样本或该批产品中移除任何具有超过第一预定值的第一漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤112所示。同时，任何具有低于第一预定值的第一漏电流的电容器通过第一轮迭代筛选，并能留在该批产品或样本中用于第一轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第二组电容器。
在去除超过第一预定值的电容器后，第二组电容器（即，在该批次或样本中的通过了第一轮迭代筛选112的电容器）经过老化处理，如工艺步骤114所示。一般来说，老化工艺是指电容器能经受恶劣条件来确定它们是否会在它们使用寿命的早期有出现故障的倾向。老化处理114涉及可选择性对电容器控制和施加一预定的测试电压，如步骤116所示。在一些实施例中，老化处理可在约100℃到大约150℃的温度范围内实施，在其他实施例中，为在大约110℃到大约140℃的温度范围内，在另一些实施例中，是在大约115℃到大约130℃的温度范围内。例如，第二个温度可以在125℃。无论在什么温度下实施加热或老化处理114，在一个实施例中，老化处理时间为约25小时至约75小时。同时，在其他实施例中，老化工艺时间可为约35小时至约50小时，例如从约40小时至约45小时。例如，老化工艺时间可为42小时。
进一步，无论老化工艺的温度或时间框架为多少，老化工艺包括选择性控制和施加一预定电压到第二组电容器。施加的电压一般与待测电容器的额定电压成比例。例如，在一些实施例中，施加的电压可为额定电压的约0.7倍至约1.3倍，在另一些实施例中，为约0.8倍至约1.2倍，在另一些实施例中，为约0.9倍至约1.1倍。例如，在老化工艺中施加的电压可为留在样本或该批次中的待测电容器的额定电压的约1.0倍。已经发现，将第二组的电容器在电容器额定电压的约1.0倍时经过老化处理，足以筛选出在接下来的迭代筛选中不稳定的或有缺陷的电容器，而不会对电容器造成损坏，这如在威布尔测试中会使用更高的电压所看到的。一般来说，老化处理步骤116导致了电容器基本群体（base population）的漏电流的减少，并能用于进一步暴露不稳定部件，如产出118所示。应当指出的是，在这个阶段的漏电流的减少可能是因为自我修复，因此对通过了第一轮迭代漏电流筛选步骤112的第二组电容器实施第二轮迭代漏电流筛选步骤130，以去除完成老化工艺后有任何异常或有缺陷的部件。在老化后或者在回焊炉工艺步骤120后，可实施第二轮迭代漏电流筛选步骤130，下文将详细论述。
如果需要，可在测量第二组电容器的第二轮迭代漏电流之前，通过回焊炉工艺步骤120在第二组电容器上进行焊接。回流焊工艺步骤120会使电容器经受进一步的应力，以通过第二迭代漏电流筛选130发现其他不稳定的电容器。不过，如上文所指出，这种特定的工艺次序并不是必需的，而且应该理解，在某些情况下，第二轮迭代漏电流筛选130可在老化处理114之后而在回流焊120之前完成。在一些情况下，甚至有可能对第一组电容器执行回流焊步骤。
如果回流焊工艺步骤120在第二组电容器经历第二轮迭代漏电流筛选步骤130之前完成，如图1所示，其可在老化处理之后完成。一般来说，回流焊是将电容器焊接到主板的工艺。当第二组电容器经受第二轮迭代漏电流筛选130时，老化后回流焊焊接能暴露那些因回焊炉工艺施加的额外热机械应力而变得不稳定的电容器，如图1产出124所示。由于这一原因，在第二轮迭代漏电流测量126之前可进行回流焊，以进一步筛选和去除任何不稳定的部件。基本的回流焊焊接工艺包括将焊锡膏应用到印刷电路板（PCB）如FR-4板的所需焊盘上，将电容器放到焊锡膏里，并加热组件，使得焊锡膏里的焊料融化（回流焊）。然后，用焊锡膏使印刷电路板和电容器端子湿润，从而使得所需的焊接圆角（solder fillet）连接。回流焊接过程可发生在对流的线性烤箱（convection linear oven）中，如图1步骤122所示。对流线性烤箱在一些实施例中具有约200℃到大约280℃的峰值温度，如在另一些实施例中，具有约205℃到大约270℃的峰值温度，在另外一些实施例中，具有约210℃到大约260℃的峰值温度。例如，在医疗、军事、航空航天应用中，使用的锡铅合金（基于铅）焊料可以在一较低的温度下融化，回流焊可在约210℃到225℃的温度范围内进行。同时，对于商业应用来说，无铅焊料在更高温度下融化，回流焊可在约245℃至约260℃的温度范围内进行。请注意，尽管上述讨论的回流焊工艺使用了对流烤箱，回流焊工艺也可使用红外对流烤箱或汽相烤箱，并可通过波峰焊接或使用热板进行。
在回流焊完成后，可测量第二组电容器的第二迭代漏电流，如图1中工艺步骤126所示，但是在一些实施例中，第二漏电流也可在回流焊之前测量。可对通过第一轮迭代漏电流筛选112的电容器（即第二组电容器）进行第二漏电流筛选，如图1所示，经过老化处理114和回流焊120。在一些实施例中，第二漏电流可在约20℃至约150℃的温度下确定。例如，DCL可在约20℃至约30℃的温度范围，如在约25℃时测定，在一些实施例中，在75℃至约95℃的温度范围，如约85℃时测定，在一些实施例中，在约100℃至约150℃的温度范围测定。例如，温度范围从约120℃至约130℃，如约125℃。但是，如上所述，当在温度超过85℃时测量漏电流，漏电流测量过程中施加的电压可为额定电压的约2/3。无论在什么温度下确定第二漏电流，可从收集到的与第二组电容器的第二漏电流测量值有关的数据中计算出第二漏电流平均值。在第二平均漏电流确定后，可为第二组电容器计算第二预定值，其可等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第二预定值可等于超过第二平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤128表现出来，在此确定第二限度（如预定值）。然后，从样本或该批次产品中移除任何具有超过第二预定值的第二漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤130所示。同时，任何具有低于第二预定值的第二漏电流的电容器通过第二轮迭代筛选，并能留在该批次或样本中用于第二轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第三组电容器。请注意，如果回流焊工艺120没有在测量第二组电容器的第二漏电流之前执行，在漏电流筛选的第二轮迭代过程之后，获得的第三组电容器可经过如上所述的回流焊工艺120。
作为附加的工艺步骤，可进行功能测试132，以确定通过了上述第一轮迭代漏电流筛选112和第二轮迭代漏电流筛选130的标准电容器特性。在这一阶段，基于进一步的统计学分析，能从该批次或样本中筛选和去除其他不稳定或有缺陷的电容器。功能测试在一些实施例中可在约15℃至约35℃的温度范围进行，在另外的实施例中，可在约20℃至约30℃下进行。例如，测试可在25℃下进行。
无论在什么温度下进行功能测试132，可测量留在样本中的电容器（即第三组电容器）的第三轮迭代漏电流，如图1所示。无论在什么温度下确定第三漏电流，可从收集到的与第三组电容器的第三漏电流测量值有关的数据中计算出第三漏电流平均值。在第三平均漏电流确定后，可为第三组电容器计算第三预定值，其可为超过第三平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第三预定值可等于超过第三平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤134表现出来，在此确定第三限度（如预定值）。然后，从样本或该批次中移除任何具有超过第三预定值的第三漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤136所示。同时，任何具有低于第三预定值的第三漏电流的电容器通过第三轮迭代筛选，并能留在该批次或样本中用于第三轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第四组电容器。因此，这些电容器将经过至少3轮基于统计分析的漏电流迭代筛选，以确保保留在该批次中的电容器具有很高的可靠性和极低的故障风险。
可对在第三轮迭代132中筛选的电容器上进行其他测试（未显示在图1中）。除了基于漏电流的筛选外，可测试通过了前两轮漏电流迭代筛选的电容器（即第三组电容器）的等效串联电阻（ESR）、耗散因数（DF）和电容。可基于收集到的与ESR、DF和电容有关的数据的统计分析进一步筛选这些电容器，以去除任何不稳定部件。例如，如果测量了电容，可基于电容器是否符合保护段（guard banded）容许限来筛选电容器，而如果测量了ESR和/或DF，任何超过平均临界值1倍或更多倍标准偏差限度的异常电容器会从待出厂使用的批次或样本中去除。
本发明中描述的筛选方法可用于固体电容器和湿式电解电容器。本发明的筛选固体或湿式电解电容器的方法可用于各种应用，包括但不限于医疗设备，如植入式除纤颤器、起搏器、心律转变器、神经刺激器、给药装置等；汽车应用；军事应用，如雷达系统；消费者电子产品，如收音机、电视等。例如，在一个实施例中，电容器可用于植入式医疗设备中，为患者提供高电压治疗（如约为500伏特到约为850伏特之间，或者，如果需要的话，大约600到约800伏特之间）。该设备可包含一全密封并生物惰性的容器或外壳。通过血管，一根或多根引线将设备与患者心脏电连接。心脏电极的配备用以感应心脏活动和/或向心脏提供电压。在心脏的一个或多个心室和心房附近，配备至少一部分引线（如引线末端），或至少一部分引线与心脏的一个或多个心室和心房接触。该设备还包含一个电容器组，所述电容器组一般包含两个或多个串联连接的电容器，并与设备内部或外部的电池连接，为电容器组提供能量。部分是由于电导率较高，通过本发明方法筛选的电容器具有优异的电气性能，因此，适合用于植入式医疗器械的电容器组。例如，在频率1000Hz，偏压2伏特，信号1伏特条件下测定时，等效串联电阻（“ESR”）-当电容器在电子电路中充电和放电时，电容器充当电阻的程度-低于约1500毫欧，在一些实施例中，低于约1000毫欧，在一些实施例中，低于500约毫欧。
在用本发明方法筛选电容器样本或批次后，其可提供给顾客而不需要首先将电容器本来能用的电压降到低于预定额定电压的水平。换句话说，该筛选方法可以过滤掉不稳定的电容器，使得提供给顾客的电容器能在它们的额定电压下，而不用在较低（如降低）的电压下使用。
为进一步将根据上述迭代方法筛选的一批电容器潜在缺陷出现的风险最小化，基于筛选的电容器批次和其他筛选的批次比较的额外筛选步骤可作为保障措施实行，从而过滤掉那些与所有筛选批次作为整体的平均漏电流相比，平均漏电流是异常值/不合常规值的筛选批次。所有筛选批次作为整体的平均漏电流是指总平均漏电流。如图26所示，可确定筛选后的多个电容器批次的总平均漏电流。每个筛选批次的平均漏电流可采用通过了第一漏电流筛选的批次中的电容器确定，例如经过老化热处理或任何额外处理和/或筛选的电容器。然后，任何具有大于预定值的平均漏电流的电容器批次，例如漏电流比所有批次的总平均漏电流大一倍或多倍标准偏差的电容器，可作为拒绝提供给客户的批次。例如，可拒绝大于总平均漏电流三倍标准偏差的批次。这种额外的筛选步骤可以限制提供给客户的各电容器批次之间的差异。
同时，由于本申请的筛选方法涉及到从电容器批次中去除任何在老化工艺前具有超出预定水平的初始漏电流的电容器，其中这种电容器可被称作早期故障品或初期淘汰品，如MIL-PRF-55365H所述的传统温布尔模型不可能计算预测的故障率。进一步指出，温布尔方法没法在预测故障率计算中考虑表面安装部件在基板上的多侧回流焊的影响。这样，当使用本发明的筛查方法，应该理解的是可通过如下所述的新方法计算预测故障率。
作为一个起始问题，应该理解的是，为了计算供应给顾客的电容器批次的预测故障率，在任何计算开始前，对总体中的样本完成模拟生产程序，其中生产程序包括双侧回流焊。然后，通过模拟的生产程序基于样本的行为进行计算。一般情况下，预测故障率计算基于两个主要步骤，其中在加速温度（如125℃）和电压（如2/3额定电压）条件下，在特定时长多个部件寿命测试的结果被转化成在25℃下部件/设备小时当量数。然后，故障数量和部件/设备当量小时数被用于计算预测故障率和平均故障间隔时间。设备/部件当量小时数的确定基于MIL-HDBK-217可靠性预测，其使用应用于固体钽电容器的阿伦尼斯模型，其中阿伦尼斯模型用于预测由于升温导致的故障加速，其中MIL-HDBK-217手册的全文以引用的方式结合到本文中。该设备/部件当量小时数的计算也考虑了钽电容器的激活能量，其约为1.08eV至约1.15eV。
同时，故障率计算是基于有时限的样本测试的卡方计算，其中自由度等于故障数量与1之和再乘以2。输入故障率计算的参数包括电容器的额定电压、待测试电容器数量、电容器部件的测试小时数、测试温度、测试电压、故障数量、所需置信水平、所需使用温度和所需使用电压。计算后输出的结果包括在25℃下部件/设备当量小时数，通过在特定电压和温度下，在特定测试时长内，特定数量的样本的寿命测试所展示的那样，其考虑了测试温度加速因子、测试电压加速因子；以及电容器总体中选择的样本的故障率预测计算是基于在寿命测试过程中的故障数量和部件/设备当量小时总数，该计算进一步考虑了应用电压加速因子。最后，从预测的故障率计算确定平均故障间隔时间（MTBF）（小时）。
第一，使用待筛选电容器的应用温度来最后确定当量小时数，以测试/筛选温度加速因子为底，可以确定测试/筛选电压加速因子。下面的公式1显示了如何确定测试/筛选温度加速因子（TTAF），包括应用温度和测试温度转换为开尔文（Kelvin）温度：
Figure BDA0000370641580000101
（公式1）
同时，下面的公式2显示了如何确定测试/筛选电压加速因子（TVAF）：
Figure BDA0000370641580000102
（公式2）
进一步的，下面的公式3显示了如何确定电容器应用温度下的部件当量小时数：
在应用温度下的部件当量小时数=（#测试电容器）（测试小时数）（TTAF）（TVAF）
          （公式3）
下一步，若有需要，部件当量小时数可转化为部件当量年数。然后，可确定应用电压加速因子（AVAF），如下面的公式4所示：
Figure BDA0000370641580000103
（公式4）
现在，使用上述公式可计算故障率，其中故障率显示为每1000小时的故障百分数。故障率基于卡方分布，包括确定卡方分布的单尾概率的倒数（the inverse）。公式5显示了确定故障率的方程式：
Figure BDA0000370641580000104
（公式5）
“CHIINV”函数计算两个因子的卡方分布值-置信水平因子和自由度因子。置信因子为1减去输入的用小数表示的置信水平。自由度因子为在电容器寿命测试过程中观察到的故障数量与1之和的两倍。该因子代表了特定时长内的样本测试不依赖故障数量。然后，用卡方值除以公式3中确定的部件当量小时数的两倍。然后，将式4中确定的应用电压加速因子（AVAF）除以2再乘以上述结果。下一步，这一结果乘以一个1000×100或者100000的因子，将最终的预测故障率变成“每1000小时的故障百分数”。
在以每1000小时的故障百分数表示的预测故障率确定后（如式5中所示），故障率可转化为故障之间的平均间隔时间（MTBF）（小时），如下式6所示：
Figure BDA0000370641580000111
（公式6）
当在寿命测试之后用上述公式5来确定根据本发明方法筛选的电容器的预测故障率时，当置信水平为约50%至约99.9%时，例如约55%至约95%，例如约60%至约90%，该预测故障率可为约每1000小时0.000005%至每1000小时约0.01%，例如，从每1000小时约0.000008%至每1000小时约0.009%，例如，从每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%。在一个具体实施例中，在置信水平为约90%时，电容器的预测故障率约为每1000小时0.00001%至每1000小时约0.008%。
如上文所述，通过本发明方法筛选的电容器可为固体或湿式电解电容器。固体电解电容器一般包含包括阳极体、介质层和固体电解质的电容器元件。电容器还可包含一阳极引线（例如带、导线或薄板等），其以电连接方式连接到阳极体，用于连接一阳极端子。阀金属组合物包含一种阀金属（即能够氧化的金属）或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛及它们的合金、氧化物、氮化物等。例如，阀金属组合物可以包含一种铌的导电氧化物，如铌氧原子比为1:1.0±1.0的铌的氧化物，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.3，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.1，在一些实施例中，铌氧原子比为1:1.0±0.05。例如，铌的氧化物可能是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。在一个实施例中，使用基于阀金属的粉末，使用任何传统粉末压制模具将其压制成多孔阳极体。然后，烧结多孔阳极体，形成多孔的整体。
一旦构建完成，可通过对烧结的阳极体进行阳极氧化（“阳极氧化”）形成一介质层。这导致在阳极体的孔上或者孔里面形成一介质层。例如，钽（Ta）阳极可经阳极氧化变为五氧化二钽（Ta2O2）。通常，阳极氧化首先是在阳极上涂覆一电解质，例如将阳极浸到电解质中。电容器元件还包含作为电容器阴极的固体电解质。
在一个实施例中，固体电解电容器的阴极可主要由二氧化锰制造，并通过一通常称为渗锰（manganizing）的工艺形成。在这一工艺中，在由阳极氧化形成的介质上形成一导电反电极涂层。渗锰步骤一般通过将阳极氧化设备浸入硝酸锰溶液中，并在潮湿气氛中加热浸渍的设备，将硝酸盐转变成固态导电的二氧化锰。换言之，二氧化锰固体电解质可通过硝酸锰（Mn（NO3）2）热解形成。当电容器是一种密封电容器时，这种具有由二氧化锰形成的阴极的电容器能够在高温下运行，例如高达约250℃，例如高达约230℃，以下将进行更详细的讨论。
在另一个实施例中，固体电解质可以由一层或多层导电聚合物层形成。导电聚合物可包括聚吡咯；聚噻吩、聚（3，4-乙烯基二氧噻吩）（PEDT）；聚苯胺；聚乙炔；聚对苯撑；聚苯酚盐等；以及它们的衍生物。阳极部件还可分别涂覆碳层（如石墨）和银层。例如，银层可作为电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，而碳层可以限制银层与固体电解质接触。这类涂层可以覆盖部分或整个固体电解质。
不管采用哪种具体的方式制造电容器，正如本领域人们已知的那样，它都可与端子连接。例如，阳极端子和阴极端子可分别与阳极引线（如薄板或导线）和阴极进行电连接。一般来说，最好是将阳极端子和阴极端子进行电隔离，使得电容器以所需方式运行。为了实现这种隔离，可是执行多种技术。例如，在一个实施例中，在引线上形成的任何氧化物和/或阴极层可通过蚀刻工艺（如化学、激光等）去除。
如上所述，可通过本发明方法筛选的固体电解电容器包括一阳极端子和一阴极端子，电容器元件的阳极引线与阳极端子电连接，电容器元件的阴极与阴极端子电连接。任何导电材料都可以用于形成端子，例如导电金属。连接端子可使用任何现有技术，例如焊接、黏接、耐熔金属膏等。一旦电容器元件连接好，引线框架/端子可封装在一个外壳中，然后，采用二氧化硅或任何其它已知的封装材料填充外壳。外壳的宽度和长度随预期用途而变化。例如，合适的外壳包括，“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”、“H”、“J”、“K”、“L”、“M”、“N”、“P”、“R”、“S”、“T”、、“V”、“W”、“Y”、“X”或“Z”外壳（AVX公司）。不管所用外壳规格如何，电容器元件封装时，至少一部分阳极端子和阴极端子暴露在外。在封装后，阳极端子和阴极端子的暴露部分可以进行老化、筛选和修整到所需尺寸。
如上文所述，阳极引线可以是薄板或导线等的形式，由阀金属化合物如钽、铌、铌氧化物等形成。例如，本发明的筛选方法用于筛选许多电解电容器实施例，例如图2和图3所示的固体电解电容器。如图2所示，固体电解电容器能使用一薄板状阳极引线。进一步的，如图3所示，固体电解电容器能使用一导线形式的阳极引线。
例如，在一个实施例中，待筛选电容器使用结合到阳极体的薄板（如板、箔等），如图2所示。例如，这种电容器的各种例子在Salisbury的美国专利US5,357,399中，Huntington的美国专利US6,643,121、US6,643,121、US6,849,292、US6,673,389、US6,813,140和US6,699,767中也进行了描述，以上专利的全部内容以引用方式结合到本文中。在图2中，显示了可通过本发明方法筛选的固体电解电容器200的一个实施例，其包括薄板形式的阳极引线210。将阳极引线210结合到由阀金属组合物（如钽）制成的压制阳极体213上。虽然可使用其他结合手段，在一个特定实施例中，使用胶粘剂212将阳极引线210接合到阳极体213上。胶粘剂212最初可用于阳极引线210的表面。然后，在胶粘剂212上配置压制的阳极体213。可烧结阳极体213和阳极引线210，使得在胶粘剂和阳极体及阳极引线的金属之间形成连接。一旦连接完毕，可对阳极体213进行阳极氧化并在其上涂覆固体电解质，如上文所述。如果需要，可采用附加层，例如一碳层227和/或一个或多个银层221或222，如上文所述。电容器200还可在侧壁224包括一封装树脂，其覆盖阳极体213。端帽228和229分别作为电容器200的阴极和阳极端子提供。
可通过本发明方法筛选的固体电解电容器的另一个实施例显示在图3中。固体电解电容器300可采用一阳极引线360，其以导线的形式嵌入多孔阳极体。在这样一种实施例中，形成电容器元件330后，阳极和阴极端子可电连接到阳极导线360和固体介质层354。正如本领域所熟知的那样，各端子的具体结构可以有所不同。例如，参考图3，图中所示的一个实施例包括一阳极端子370和一阴极端子380。在这个特定实施例中，阴极端子380包括一部分382，与电容器元件330的下表面339电接触。为了将电容器330与阴极端子380连接，正如本领域已知的那样，可以使用导电粘合剂（adhesive）。
阳极端子370包括第一部分376和基本与第一部分垂直的第二部分374。第二部分374包含一负载阳极导线360的区域351。如果需要，区域351可能为“U-形”，以进一步增强导线360的表面接触和机械稳定性。然后，阳极导线360采用激光或其他任何合适的方法焊接到区域351。一旦电容器元件连接到端子，便被封装在树脂外壳内，随后填充硅胶或其他已知的封装材料。例如，参考图3，电容器300的此类封装外壳的一个具体实施例作为元件388在图中显示。封装外壳388为电容器300提供了额外的结构保护和热保护。在封装后，各阳极端子和阴极端子的暴露部分可以进行老化、筛选和修饰。如果需要的话，暴露部分可选择性的沿外壳388的外侧弯曲两次（如大约90°）。
可通过本发明方法筛选的固体电解电容器的另一个实施例是一封装电容器，如图27中显示的电容器。如图27所示，固体电解电容器元件520封装在外壳522中，形成电容器500。可以采用各种不同的材料制造外壳，例如金属、塑料、陶瓷等。例如，在一个实施例中，外壳包括一层或多层金属，例如钽、铌、铝、镍、铪、钛、铜、银、钢（如不锈钢）及它们的合金（如导电氧化物）、它们的复合物（如涂覆导电氧化物的金属）等。在另一个实施例中，外壳可包括一层或多层陶瓷材料，如氮化铝、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙、玻璃等以及它们的组合。
外壳可以为任何所需的形状，如圆柱形、D形，矩形，三角形、棱柱型等。例如，参考图27，图中示出了包括外壳522和电容器元件520的电容器总成500的一个实施例。为了增加体积效率，电容器元件520可具有一长度（不包括阳极引线560的长度），该长度与由外壳522定义的内部空腔526的长度相近。进一步，应该理解的是，即使只有一个电容器元件520显示在图27中，外壳522可包括多个电容器元件520。还应该理解的是，每个电容器元件520在封装到外壳内之前都可通过本公开的方法单独进行筛选。作为替代方案，也应理解，电容器元件520可以密封在壳体522中，之后，电容器总成500本身可通过本公开内容的方法进行筛选。
虽然并不要求，但是，电容器元件可以以这样的方式与外壳连接，使得阳极端子与阴极端子露在外壳外面，以便以后集成到电路中。端子的具体结构取决于预期的用途。例如，在一个实施例中，形成的电容器总成可以表面贴装，但仍然具有机械稳定性。例如，阳极引线可与外部、表面可贴装的阳极端子及阴极端子（如垫、片、板、架等）电连接。这种端子可穿过外壳与电容器连接。通常选择的端子的厚度或高度可以最大程度地减少电容器总成的厚度。若需要，如本领域已知的，各端子的表面可以电镀有镍、银、金、锡等，以便保证成品可以安装在电路板上。在一个具体的实施例中，端子分别镀有亮镍和亮银，而贴装表面也镀有锡焊层。在另一个实施例中，各端子的基本金属层（如，铜合金）上再电镀薄的外部金属层（例如，金），以进一步增加电导率。
在某些实施例中，在外壳的内部空腔内可以使用连接元件，以方便以机械稳定的方式与各端子连接。例如，再次参考图27，电容器总成500可包括一个由第一部分567与第二部分565形成的连接构件562。连接构件562可采用与外部端子类似的导电材料制造。第一部分567和第二部分565可以是一个整体或者是独立的部件，独立的部件可以是直接连接在一起或是通过另外的导电元件（如金属）连接在一起。在所示实施例中，第二部分565位于通常与引线560延伸的侧向（即–y向）平行的平面中。第一部分567是“直立的”，即其位于通常与引线560延伸的横向垂直的平面中。采用这种方式，第一部分567可以限制引线560在水平方向的运动，增强使用期间的表面接触和机械稳定性。如果需要的话，在引线560周围可以使用绝缘材料570（如TeflonTM垫片）。
第一部分567可具有一个与阳极引线560连接的贴装区（未画出）。该区为“U-形”，用于进一步增强引线560的表面接触和机械稳定性。贴装区与引线560的连接可采用任何已知的技术完成，例如，焊接、激光焊接、导电粘合剂粘接等。例如，在一个具体实施例中，该区域是通过激光焊接到阳极引线560的。然而，不管选择哪种技术，第一部分567可以使阳极引线560保持大体上水平对齐，进一步增强了电容器总成500的尺寸稳定性。
再次参考图27，图中示出了本发明的一个实施例，其中连接构件562和电容器元件520分别通过阳极端子527和阴极端子529与外壳522连接。阳极端子527包含位于外壳522内并与连接元件562电连接的第一区域527a，及位于外壳522外并提供一贴装表面201的第二区域527b。同样，阴极端子529包含位于外壳522内并与电容器元件520的固体电解质电连接的第一区域529a，及位于外壳522外并提供一贴装表面503的第二区域529b。应该理解的是，这些区域的所有部分不必全部位于外壳内部或外部。
在所示实施例中，导电迹线527c在外壳基板523中延伸，以连接第一区域527a和第二区域527b。同样，导电迹线529c在外壳基板523中延伸，以连接第一区域527a和第二区域527b。导电迹线与/或端子区可以是独立的或整体的。除延伸通过外壳外壁外，迹线还可位于其它位置，如外壁外部。当然，本发明并不限于使用导电迹线来形成要求的端子。
不管具体采用什么结构，端子527和529与电容器元件520的连接可采用任何已知的技术完成，如焊接、激光焊接、导电粘合剂等。例如，在一个具体实施例中，导电粘合剂531用于将连接元件562的第二部分565连接到阳极端子527上。同样，采用导电粘合剂533将电容器元件520的阴极与阴极端子529连接。导电粘合剂可以由包含树脂组合物的导电金属颗粒形成。金属颗粒可为银、铜、金、铂、镍、锌和铋等。树脂组合物可以包括热固性树脂（如环氧树脂）、固化剂（如酸酐）和偶联剂（如硅烷偶联剂）。合适的导电粘合剂在Osako等人的美国专利申请公开US2006/0038304中有所说明，其全文以引用的方式结合到本专利中。
任选地，一种聚合物限制材料（polymeric restraint）也可以与电容器元件的一个或多个表面接触，如后表面、前表面、上表面、下表面、侧表面或任何它们的组合。这种聚合物限制材料可以降低电容器元件从外壳剥离的可能性。在这方面，聚合物限制材料可具有某种程度的强度，即使在电容器受到振动力时也能够将电容器元件保持在相对固定位置，但强度并不大到使电容器开裂。例如，聚合物限制材料在温度大约25℃时测定的拉伸强度是从大约1兆帕至大约150兆帕（“MPa”），在一些实施例中，是从大约2MPa至大约100MPa，在一些实施例中，是从大约10MPa至大约80MPa，在一些实施例中，是从大约20MPa至大约70MPa。通常需要限制材料是非导电的。
虽然可以使用具有上述强度的任何材料，但是，我们发现，可固化的热固性树脂尤其适合用于本发明。此类树脂的实例包括，例如，环氧树脂、聚酰亚胺、蜜胺树脂、脲醛树脂、聚氨酯、硅酮聚合物、酚醛树脂等。例如，在一些实施例中，限制材料可使用一个或多个聚硅氧烷。环氧树脂也尤其适合用作聚合物限制材料。其它合适的导电粘合剂树脂（conductiveadhesive resins）还在Osako等人公开的美国专利申请公开US2006/0038304和Chacko的美国专利US7,554,793中进行了描述，以上专利全文以引用的方式结合到本专利中。
如果需要的话，在聚合物限制材料中还可以使用固化剂，以帮助促进固化。固化剂一般占聚合物限制材料的大约0.1wt%至大约20wt%。还可以使用其它添加剂，如光引发剂、粘度改进剂、悬浮助剂、颜料、应力降低剂、耦合剂（如硅烷耦合剂）、非导电性填料（如粘土、二氧化硅、氧化铝等）、稳定剂等。使用时，这种添加剂一般占组合物总量的大约0.1wt%至大约20wt%。
再次参考图27，例如，图中示出了一个实施例，其中单块聚合物限制材料597与电容器元件520的上表面581和后表面577接触布置。虽然图27中所示为单块聚合物限制材料，但是，应该理解的是，为了完成同样的功能，也可以使用分开的聚合物限制材料。实际上，更普通的是，可以使用任何数量的聚合物限制材料，使其接触电容器元件的任何要求表面。当使用几块聚合物限制材料时，它们可能彼此接触或物理上保持分开。例如，在一个实施例中，采用与电容器元件520的上表面581和前表面579接触的第二聚合物限制材料（未画出）。第一聚合物限制材料597和第二聚合物限制材料（未画出）可能互相接触或者不互相接触。而在另一个实施例中，聚合物限制材料还与电容器元件520的下表面583和/或侧表面接触，同时接触其它表面或代替其它表面。
不管如何应用，通常都希望聚合物限制材料还接触外壳的至少一个表面，以帮助进一步机械稳定电容器元件，防止可能的剥离。例如，聚合物限制材料可与一个或多个侧壁、外壁、盖等的内表面接触。例如，在图27中，聚合物限制材料597与外壳522的内部表面507和509接触。虽然与外壳接触，但是，仍然希望外壳定义的内腔至少一部分仍然保持未被占据，以允许惰性气体流过空腔，并限制固体电解质与氧气接触。例如，至少大约5%的空腔体积通常仍然保持未被电容器元件和聚合物限制材料占据，在一些实施例中，大约10%至大约50%空腔体积未被占据。
一旦按照要求的方式连接，将所得包装物进行密封。例如，参考图27，外壳522包括基板523和盖子525，在基板523和盖子525之间形成空腔526。盖子525和基板523可由陶瓷、金属（如铁、铜、镍、钴等及它们的合金）、塑料等形成。在一个实施例中，例如，基板523由陶瓷材料形成，盖子525由金属材料形成。盖子525包括与至少一个侧壁524一体成型的外壁521。例如，在所示实施例中，在剖视图中画出了两个相对的侧壁524。侧壁524的高度通常应使盖子525不与电容器元件520的任何表面接触，这样，它就不会被污染。外壁521和基板523均沿侧向（-y向）延伸，两者通常彼此平行，并与阳极引线560的侧向平行。侧壁524从外壁521沿通常与基板523垂直的纵向延伸。盖子525的远端506由外壁521定义，近端501由侧壁524的唇部553定义。
尤其是，唇部553从侧壁524沿通常与基板523侧向平行的侧向延伸。唇部553还定义了一个通常与纵向垂直的外围边缘551，唇部553和外壁523在此纵向方向上延伸。外围边缘551位于侧壁524外围外，并通常与基板523的边缘571共平面。可采用任何已知的技术，如焊接（如电阻焊或激光焊）、钎焊、粘合等将唇部553密封到基板523。例如，在所示实施例中，在部件之间采用一密封元件587（如玻璃-金属密封、
Figure BDA0000370641580000161
环等），以方便其连接。不管怎样，使用上文所述的唇部可以使部件之间的连接更稳定，并改善电容器总成的密封和机械稳定性。
密封通常在包含至少一种惰性气体的气体氛围中进行，以抑制固体电解质在使用期间的氧化。惰性气体包括，例如，氮气、氦气、氩气、氙气、氖气、氪气、氡气等，也可以使用它们的混合物。一般来说，惰性气体占外壳内气氛的大部分组成，如约占气氛的50wt%至100wt%，在一些实施例中，约占75wt%至100wt%，在一些实施例中，约占90wt%至约99wt%。如果需要，可使用相对较小量的非惰性气体，如二氧化碳、氧气、水蒸气等。不过，在这种情况下，非惰性气体通常占外壳气氛的15wt%或更低，在一些实施例中，占10wt%或更低，在一些实施例中，大约占5wt%或更低，在一些实施例中，大约占1wt%或更低，在一些实施例中，占大约0.01wt%至大约1wt%。例如，水分含量（以相对湿度表示）大约为10%或更低，在一些实施例中，大约为5%或更低，在一些实施例中，大约为1%或更低，在一些实施例中，大约为0.01到大约5%。
如上文所述，本发明筛选方法也可用于筛选湿式电解电容器。一种湿式电解电容器，包括一包含介质层的多孔阳极体、一包含涂覆有电化学活性涂层（如导电聚合物）的金属基板的阴极及含水电解质。电解质的离子导电性可选择性地控制在某一特定范围内，使电容器可承受高电压。通过本发明方法筛选的湿式电解电容器的阳极、阴极和工作电解质的物理排列一般可以不同，这是众所周知的。例如，参考图4，所示的湿式电解电容器400的一个实施例包括置于阳极450和阴极430之间的工作电解质440。阳极450包含介质膜460，并被嵌入入一引线420（如钽导线）。阴极430可以利用阴极基体410和一电化学活性材料490制成。尽管未显示，在阴极430和阳极450之间还可放置一分隔器，避免阳极和阴极直接接触，但能够允许电解质440的离子电流流向各电极。还可以采用密封470（如玻璃-金属（glass-to-metal）），将阳极450与阴极430连接并密封。尽管未显示，电容器400还可包括一垫片（未显示），该垫片将阳极450稳定的保持在阴极430内。例如，该垫片可以由塑料制成，可以为垫圈形状。
通过下述实例可以更好地理解本发明，这些实例参考图5-25并显示了本发明的电解电容器筛选方法的有效性和可靠性。实例1-3和10使用图5作为起点，绘制了分10批测试的所有电容器的第一漏电流，并将他们分区。“区域1”包含的部件的第一漏电流值在第一平均漏电流值的三倍标准偏差之内，在这种情况下，第一漏电流在125℃、2/3额定电压下测定。“区域1界区”包含的部件的第一漏电流值在第一平均漏电流值的三倍标准偏差之内，而且接近限值。“区域2”包含的部件的第一漏电流值超过第一平均漏电流值的三倍标准偏差。但是，在“区域2”中的电容器具有比0.001*C*VR*12的硬切限值（hard cut limit）小的第一漏电流。请注意，硬切限值是通过下面的公式来计算：
DCL限值=0.001×电容（C）×额定电压（VR）×温度系数（TF），其中，TF在125℃为12。因此，常量（在计算图5的漏电流限值时为0.001）乘以电容和额定电压值的乘积，进一步乘以系数12（考虑到125℃的升高温度）。请注意，在商业或军事应用中常量可为0.01，而在医疗或航空航天应用中，常量可为0.001。在图5中，基于上述变量或产品设计能力获得的硬切限值是0.225μA。同时，“区域3”包含的电容器的第一漏电流既超过第一平均漏电流三倍标准偏差，也超过0.001*C*VR*12的硬切限值。
实例1
125℃2/3额定电压寿命测试
参考图6-9，10批中每批100个电容器落入上述图5中的“区域1”，这些电容器在125℃、1倍电容器额定电压下老化42小时。然后将这些部件安装到FR-4板上并在125℃、2/3额定电压下经过1000小时的寿命测试。在1000小时测试完成后，在25℃、额定电压下确定部件的漏电流（DCL）。
如图6中所示，图5中“区域1”的电容器在图6中贴装后与图5相比表现出略高的漏电流，这如上所述，代表第一漏电流的确定。但是，电容器的漏电流依然低于电容器的预定的0.225μA的硬切/故障限值。同样，如图7中所示，在2/3额定电压、125℃下经历1000小时寿命测试后，图5的“区域1”电容器在图7中与图5和图6相比表现出略高的漏电流。但是，电容器的漏电流依然低于电容器的0.225μA的故障限值。
同时，图8显示了在寿命测试中各个时间点确定的“区域1”电容器的漏电流测量值。如虚线椭圆所示，一个电容器因在整个测试过程中表现出高于0.225μA限值的漏电流而不合格，而三个其他电容器在24小时DCL漏电流测量中表现出高于0.225μA限值的漏电流，但是在进一步的高达1000小时的寿命测试中变得稳定。请注意，这些不合格电容器使用本发明筛选方法已经移除，但是可在不合格电容器上进行进一步的测试来观察它们在长期测试中的表现。如图所示，一些电容器的漏电流在测试过程中在临界值之上，但是在测试结束时在临界值以下。因此，不遵循本发明方法而只看最终的寿命测试值可导致接受具有不稳定特性的电容器。
接下来，图9中显示了每个“区域1”部件在图7所示125℃、2/3额定电压下经过1000小时寿命测试的漏电流（DCL），与图6的贴装后漏电流相比的变化。如图所示，表现良好的总体具有可忽略的平均DCL变化，其体现在125℃测试1000小时过程中观察到的DCL变化图中。
实例2
85℃额定电压寿命测试
参考图10-13，10批中每批10个电容器落入上述图5中的“区域1”，这些电容器在125℃、1倍电容器额定电压下老化42小时。然后将这些部件安装到FR-4板上并在85℃、额定电压下经过2000小时的寿命测试。然后在2000小时寿命测试的不同阶段确定部件的漏电流（DCL）。从代表10个批次的10个图可以看出，在2000小时寿命测试后，所有电容器都在DCL临界值之下（如粗线所示），表明未决权利要求的迭代筛选方法在从测试批次中移除不稳定电容器方面是有效的。请注意，临界值是通过下面的公式来计算：
DCL限值=0.0025*电容（C）*额定电压（VR）*温度系数（TF），其中，TF在25℃为1，在85℃为10，在125℃为12。
实例3
85℃额定电压寿命测试，非标准总体
下一步，通过125℃老化，捕获具有边缘或反常表现的单个电容器，归为“区域1界区”一类（如图14）、“区域2到区域1移动区”（如图15）或者“区域2”（如图16）部件，并在额定电压下经过85℃寿命测试。
参考图14，该图追踪了在图5的第一迭代漏电流测量中，十个具有最高漏电流值但其仍在3倍标准偏差临界值内（如“区域1”）的电容器的漏电流。虽然这10个电容器有接近三倍标准偏差临界值的第一漏电流测量值，但它们在整个寿命测试过程中保持稳定，表明在待决的权利要求中的迭代筛选方法中使用的3倍标准偏差漏电流临界值的相对有效性。
转到图15，其追踪了由于具有超过3倍标准偏差临界值的漏电流而在第一漏电流老化前筛选中失效的电容器的漏电流行为，并因此最初将这些电容器归为“区域2”部件。但是，在老化过程中，这些“区域2”部件展示了自我修复能力，使得它们的第二轮迭代漏电流减小落入三倍标准偏差之内的第二漏电流临界值内（老化后）。尽管这些电容器在2000测试小时后由于处于三倍标准偏差限值内而通过寿命测试，但待决权利要求的迭代筛选方法拒绝了这些电容器。虽然在技术上这些电容器通过了寿命测试，但是在寿命测试期间的不稳定性成为需要从各自的批次中移除这些电容器的证据。
接下来，图16显示了超过三倍标准偏差的第一漏电流临界值但是在硬切漏电流限值（为0.01*C*VR*12）内的电容器的漏电流行为。虽然通过85℃寿命测试，大多数的电容器表现稳定，但是这个总体可能含有不稳定的电容器，如由三条虚线表示的三个故障单元所示。
如实例1-3所示，本发明的迭代筛选方法是高度可靠的，因为在125℃、2/3额定电压下测试1000小时和在85℃、满额定电压测试2000小时，样本大小为1000个待筛选电容器的样本结果为0个故障，质量漏电流（qualification leakage current）限值高达0.005*C*VR，这是用于寿命测量的军事标准要求电流（为0.01*C*VR）的一半。
实例4
老化前后DCL比较
进一步，在使用本发明方法和作为比较的威布尔方法老化前，电容器经受15秒均热处理后在125℃、2/3工作电压下确定电容器的漏电流。在本发明方法中，老化在125℃下进行，而在威布尔方法中，老化在85℃下进行。如图17所示，老化前漏电流通常高于老化后漏电流，为约0.7μA至约1.2μA。同时，威布尔方法的老化后漏电流范围为约0.6μA至约1.3μA，而本申请方法的老化后漏电流范围为约0.4μA至约1.0μA。虽然图17展示了由本申请老化工艺造成的DC漏电流中的参量变化，其中整个DC漏电流显著下降，图17也显示了潜在损坏的部件（如具有约0.8μA至约1.0μA的部件）的DC漏电流提高了，这能提高本发明统计筛选方法的效率。
实例5
通过或未通过第一DCL筛选的电容器的85℃寿命测试
下一步，对一批中的两组电容器在85℃寿命测试后的漏电流变化进行了比较，其中的一组电容器通过了第一漏电流（老化前）筛选，一组没有通过第一漏电流（老化前）筛选。在寿命测试在85℃下进行，时间为2000小时，完成后，确定每组电容器的漏电流变化。结果如图18中所示，其中指出，在本申请方法的第一漏电流（老化前）筛选中已经被去除的电容器在寿命测试之后具有相当大的漏电流变化，而通过了第一漏电流（老化前）筛选并被接受用于随后的筛选的电容器在寿命测试后漏电流变化很小。
因此图18表明了在老化前，通过基于漏电流的筛选步骤，本申请方法能在测试的电容器中移除非齐次的不合格品，该筛选步骤能移除潜在不稳定的电容器。如果没有这种筛选步骤，这些潜在不稳定的电容器由于在老化过程中诱导修复过程，在老化后可能移入代表良好电容器的DCL分布中，然而在寿命测试后，如图18中所示，这些潜在不稳定的电容器可显示出较大的漏电流变化，表明这些电容器具有与该批次中其余电容器不同的缺陷。另一方面，如本发明应用中描述，在125℃老化之前，使用统计筛选减少或消除了在发售批次中存在的少量潜在的参量不稳定电容器的可能性。
实例6
在25℃和125℃漏电流确定的比较
如上文所述，本申请筛选方法确定了在高温中待筛选的电容器的漏电流。图19显示了在高温中确定漏电流如何提高检测一批电容器中的单个电容器的漏电流差异的能力，这些差异在25℃（室温）测试中通常是检测不到的。如图所示，在25℃测试不显示漏电流参量变化的电容器，在125℃测试时，一部分这些电容器确实显示了漏电流的参量变化，其中这些电容器的漏电流为约2μA至约10μA。假设测量漏电流的温度没有升高，这些异常电容器将不会被检测到并从该批次中筛选出来，这意味着潜在不稳定的电容器可能通过筛选。
实例7
展示高温老化的DCL改善
图20和21显示了当老化温度升高时，与在威布尔方法中相关的传统的85℃老化相比，整体漏电流的改善。例如，图20显示了本申请所述的125℃老化过程后与威布尔方法相关的85℃老化过程后的漏电流相比，一批次的电容器老化前漏电流。在升高的125℃温度下老化的电容器的漏电流一般比使用威布尔方法老化的电容器的漏电流低，同时，任何异常电容器能也更容易暴露。同时，图21显示了本申请描述的125℃老化过程后减少的DCL在多个批次中可重复。
实例8
在125℃和2/3工作电压下进行1000小时寿命测试
下一步，图22对本申请描述的经过初始漏电流筛选和125℃老化过程的电容器与经过125℃、2/3工作电压下进行1000小时的寿命测试（其中特定硬切漏电流限值设置为0.225μA）后，根据威布尔方法的85℃老化的电容器的漏电流进行了比较。在25℃、电容器工作电压下30秒均热处理后确定漏电流。通过本申请描述的方法，从10个批次中筛选10个电容器进行测试，同时，通过传统的威布尔方法在85℃老化的170个电容器也进行测试。
如图所示，使用威布尔方法老化的两个电容器在寿命测试后失效，其漏电流在预定限值0.225μA以上。特别是，这两个故障部件老化后具有约0.4μA和0.5μA的漏电流。在另一方面，使用本申请的方法筛选和老化的电容器没有出现故障，因为没有电容器表现出0.225μA限值之上的漏电流。
实例9
筛选方法对漏电流的影响
进一步，在85℃、额定电压下进行2000小时寿命测试后，经过本申请筛选方法，从10个批次取10个电容器样本的漏电流与其寿命测试前的漏电流进行了比较。如图23所示，在2000小时的寿命测试后，在寿命测试前后的漏电流变化可以忽略。
实例10
区域1、区域1界区和区域2部件在85℃、2000小时的寿命测试
在另一个实施例中，在125℃老化后确定10批电容器的漏电流。这些电容器然后分为“区域1”电容器、“区域1界区”电容器和“区域2”电容器，如基于图5所讨论的。“区域1”包含漏电流处于平均漏电流的三倍标准偏差内的电容器，在这种情况下，该漏电流在125℃、2/3额定电压条件下测定。“区域1界区”包含漏电流处于平均漏电流的三倍标准偏差内，但也接近三倍标准偏差限值的电容器（例如具有十个最高漏电流值但仍在3倍标准偏差临界值内的电容器）。“区域2”包含漏电流超过平均漏电流三倍标准偏差并且大于0.225μA的硬切限值的电容器。在将电容器分到合适的区域后，电容器在85℃经过2000小时的寿命测试。然后，每个区域的每个电容器的漏电流在25℃测得。
如图24所示，分在“区域2”的三个电容器在寿命测试前落入0.225μA的硬切漏电流限值内，在寿命测试后失效，其漏电流分别为0.75μA、1.5μA和2.75μA。另外，所有的“区域1”部件和“区域1界区”部件在寿命测试后漏电流在0.225μA限值以下。这表明，传统硬切限值并不能有效地移除在后续过程中具有可靠性问题的部件，如那些开始时漏电流在硬切限值内但在寿命测试后漏电流在硬切限值之上的电容器。
图25是图24的一个放大视图，显示了与“区域1”和“区域1界区”部件相比，“区域2”部件漏电流的增加，表明“区域2”部件可能存在可靠性问题。
实例11
60%置信水平的故障率计算
在实例11中，下表1显示了使用上面讨论的公式进行故障率计算的输入值和输出值。在实例11中选择60%的置信水平，30个额定电压为10的电容器在125℃、2/3额定电压（即6.6V）下测试6小时。假设客户将在25℃和5伏电压下使用电容器，以此计算预测故障率。如表1所示，在125℃、6.6V电压下测试6小时相当于在25℃和5伏电压下测试2000000小时，结果是每1000小时约0.0029%故障的预测故障率。
表1
公式中的假设和因子：
1激活能量是可调节的
2部件当量小时数是基于固体钽电容器的MIL-HDBK-217模型，在测试温度下，总共的部件测试小时数乘以测试温度加速因子和测试电压加速因子，以得到用于故障率计算的部件当量小时数
3测试温度加速因子基于Arrhenius模型；温度是开尔文温度，波尔兹曼常数=8.63E-5eV/K
4测试电压加速因子是测试电压除以额定电压所得值的立方
5应用电压加速因子是应用电压除以额定电压所得值的立方
6故障率预测基于卡方分布；在使用卡方分布中的自由度是故障量减1之后乘以2；计算的故障率乘以应用电压加速因子，以得到最终的故障率。
实例12
90%置信水平的故障率计算
在实例12中，下表2显示了使用上面讨论的公式进行故障率计算的输入值和输出值。在实例12中选择90%的置信水平，30个额定电压为10的电容器在125℃、2/3额定电压（即6.6V）下测试6小时。假设客户将在25℃和5伏电压下使用电容器，以此计算预测故障率。如表1所示，在125℃、6.6V电压下测试6小时相当于在25℃和5伏电压下测试2000000小时，结果是每1000小时约0.0072%故障的预测故障率。
表2
Figure BDA0000370641580000231
公式中的假设和因子：
1激活能量是可调节的
2部件当量小时数是基于固体钽电容器的MIL-HDBK-217模型，在测试温度下，总共的部件测试小时数乘以测试温度加速因子和测试电压加速因子，以得到用于故障率计算的部件当量小时数
3测试温度加速因子基于Arrhenius模型；温度是开尔文温度，波尔兹曼常数=8.63E-5eV/K
4测试电压加速因子是测试电压除以额定电压所得值的立方
5应用电压加速因子是应用电压除以额定电压所得值的立方
6故障率预测基于卡方分布；在使用卡方分布中的自由度是故障量减1之后乘以2；计算的故障率乘以应用电压加速因子，以得到最终的故障率。
在不偏离本发明的实质和范围下，本领域技术人员可实施本发明的这些和其它的变形或替换。另外，应该理解各个实施例的方面可在整体上或部分相互替换。并且，本领域技术人员应该明白上文仅以实例的方式对本发明进行具体说明，其不用于对本发明进行限制，将在权利要求书中对其做进一步说明。

Claims (36)

1.一种迭代筛选一批具有预定额定电压的电解电容器的方法，所述方法包括：
测量该批电容器中第一组电容器的第一漏电流，并由此计算第一平均漏电流；
从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器，所述第一预定值等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值；
将第二组电容器经过老化处理，其中所述老化处理包括施加一预定测试电压到电容器，其为额定电压的约0.8倍至约1.2倍；
老化处理后，测量第二组电容器的第二漏电流，并由此计算第二平均漏电流；和
从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器，所述第二预定值等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一漏电流在大约20℃至大约150℃的温度下确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定值是等于超过第一平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化热处理时间为约25小时至约75小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定测试电压为预定额定电压的约0.9倍至约1.1倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化热处理在约100℃至大约150℃的温度下进行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二漏电流在大约20℃至大约150℃的温度下确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二预定值等于超过第二平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过回流焊工艺焊接第一组、第二组和/或第三组电容器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述回流焊工艺在对流炉中进行，峰值温度为约200℃至约280℃。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二组电容器通过回流焊工艺焊接，其中所述焊接发生在老化热处理和第二漏电流测量之间。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第三组电容器通过回流焊工艺焊接。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
测量第三组电容器的第三漏电流，并由此计算第三平均漏电流；和
从第三组中移除第三漏电流测量值等于或高于第三预定值的电容器，所述第三预定值等于超过第三平均漏电流一倍或更多倍标准偏差的值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三漏电流在大约15℃至大约35℃的温度下确定。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三预定值是等于超过第三平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器是固体电解电容器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述固体电解电容器是密封的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器是湿式电解电容器。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器包括一包含钽或铌氧化物的阳极。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定值小于电容器电容与额定电压的乘积的0.01倍。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组包括该批中的所有电容器。
22.根据权利要求1所述的方法，其中迭代筛选多批电容器。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括使用多批电容器中的每一批的平均漏电流计算总平均漏电流，其中多批电容器中的每批电容器的平均漏电流是第二组、第三组或者该批中任何其他随后进行迭代筛选的电容器组的平均漏电流；并移除平均漏电流等于或大于第四预定值的任何批电容器，所述第四预定值等于超过总平均漏电流一倍或更多倍标准偏差的值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第四预定值是等于超过总平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
25.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定该批电容器的预测故障率，其中确定预测故障率的计算不包括从第一组中移除的电容器。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述预测故障率计算利用了基于在寿命测试过程中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试过程进行时的温度的温度加速因子。
27.根据权利要求25的方法，其中在约99.9%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%。
28.一种供应一批电容器给客户的方法，所述方法包括：
确定电容器的额定电压；
以迭代筛选电容器方式从该批中移除每轮迭代过程中漏电流值大于预定值的电容器，所述预定值等于超过每轮迭代过程中测量的平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值；以及
不用降低额定电压，将该批电容器供应给客户。
29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括计算多批电容器的总平均漏电流，其中待供应给客户的该批电容器包括在总平均漏电流计算中，并确定该批电容器的平均漏电流落入总平均漏电流的一倍或更多倍标准偏差内。
30.根据权利要求29所述的方法，其中该批电容器的平均漏电流在总平均漏电流的三倍标准偏差内。
31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括将所述批次电容器的预测故障率供应给客户，其中确定所述预测故障率的计算不包括在老化热处理之前发生的第一轮迭代筛选过程中从该批中移除的电容器。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述预测故障率计算利用了基于在寿命测试中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试进行时的温度的温度加速因子。
33.根据权利要求31的方法，其中在约90%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%。
34.一种计算电解电容器预测故障率的方法，所述方法包括：
在第一温度和第一电压下，使电容器经受第一时间段的老化处理；
在第二温度和第二电压下，使电容器经受第二时时间段的寿命测试；和
基于漏电流高于预定水平的电容器数量确定在寿命测试后淘汰的电容器数量，其中确定预测故障率的计算剔除了那些在老化处理之前淘汰的电容器。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述预测故障率计算进一步包括利用基于在寿命测试中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试进行时的温度的温度加速因子。
36.根据权利要求34的方法，其中在约90%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%。
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