CN111521957A - 一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，该方法包括：观察电容的外观形貌和内部结构，并确定保险丝的位置和焊接状态；测试电容的电参数，并根据电参数初步确认电容的失效模式以及保险丝和焊接是否正常；机械去除保险丝周围的包封材料，并测试保险丝两端电极之间的第一电阻，解焊保险丝，再测试保险丝两端的第二电阻，根据第一电阻和第二电阻验证保险丝和焊接是否正常；对解焊后的电容进行化学开封，观察暴露钽芯形貌；根据各步骤结果确定电容失效原因；该方法能够准确确定保险丝状态和焊接状态，并通过开封前后进行初步确认和验证，能够高效、准确分析电容失效原因。

Description

一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法
技术领域
本发明涉及电容失效分析技术领域，尤其涉及一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法。
背景技术
固体钽电解电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中，形成多孔性非晶型Ta2O5介质膜，工作电解质可以是MnO2或高分子聚合物，再通过石墨层引出与阴极连接；固体钽电解电容的失效与其他类型的电容一样，有电参数变化失效、短路失效和开路失效三种。
目前，随着有可靠性要求的军用电子装备的整机性能的不断提高，整机电路对钽电容的可靠性要求也越来越严，根据钽电解电容的失效统计数据，近百分之九十的钽电解电容失效都是由漏电流大小増大引起的，因此，钽电解电容失效主要表现为短路性失效。钽电解电容短路失效危害较大，可引起过热爆裂、PCB板烧毁等不良后果；目前，为了避免短路失效引起的危害，在结构上设计了内置保险丝，当钽电解电容发生异常，漏电流大小增大致短路时，内置保险丝首先熔断，使电容变为开路失效模式，防止对电路的进一步损伤。
当钽电解电容失效后，为了分析失效原因，目前主要是采用化学开封法对钽电解电容进行开封，并观察内部钽芯形貌，然而，化学开封容易直接破坏内置保险丝的状态和焊接状态，无法识别保险丝失效模式，进而无法准确分析钽电解电容的失效原因。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，以解决现有分析方法中存在的无法识别保险丝失效模式的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，所述失效分析方法包括如下步骤：
(a)观察固体钽电解电容的外观形貌和内部结构，并确定保险丝的位置和焊接状态；
(b)测试固体钽电解电容的电参数，并根据电参数初步确认保险丝和焊接是否正常，以及固体钽电解电容的失效模式；
(c)机械去除保险丝周围的包封材料，并测试保险丝两端电极之间的第一电阻，随后解焊保险丝，再测试保险丝两端的第二电阻，根据第一电阻和第二电阻验证保险丝和焊接是否正常；
(d)对解焊后的固体钽电解电容进行化学开封，观察暴露钽芯形貌以确定钽芯是否存在缺陷；
(e)根据上述各步骤结果确定固体钽电解电容失效原因。
可选地，所述包封材料的去除方式为机械研磨。
可选地，所述电参数包括电容值、损耗值、漏电流大小、两端电极之间的第三电阻和保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻。
可选地，所述根据电参数初步确认固体钽电解电容的失效模式以及保险丝和焊接是否正常包括：
根据电容值、损耗值、漏电流大小和两端电极之间的第三电阻初步确认固体钽电解电容的失效模式；
根据保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻初步确认保险丝和焊接是否正常。
可选地，所述保险丝和焊接是否正常的初步确认方法如下：
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻小于1Ω，则初步确认保险丝和焊接正常；
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻为1Ω以上，则初步确认保险丝和焊接异常。
可选地，所述失效模式的初步确认方法如下：
若在规定的测试条件下，电容值、损耗值或漏电流大小超过检测固体钽电解电容的标称值允许的误差范围，则初步确认固体钽电解电容为电参数变化失效；
若在规定的测试条件下，两端电极之间的第三电阻为低阻状态，则初步确认固体钽电解电容为短路失效；
若在规定的测试条件下，无法测试到电容电参数，则初步确认固体钽电解电容为开路失效。
上述规定的测试条件为检测的固体钽电解电容厂家规定的测试条件。
可选地，所述第一电阻测试之前，对保险丝两端电极表面进行清理。
可选地，所述内部结构通过射线观察固体钽电解电容得到。
可选地，所述缺陷包括烧毁、击穿、开裂和瑕疵。
从上面所述可以看出，本发明提供的一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法至少包括如下技术效果：
本发明通过机械去除保险丝周围包封材料，完整保留内置保险丝，能够准确确定保险丝状态和焊接状态，进而准确分析钽电解电容的失效原因；此外，本发明失效分析方法通过开封前测试钽电解电容的电参数，能够初步确认失效模式，再通过开封后对保险丝、保险丝焊接状态以及钽芯的验证，能够高效、准确分析固体钽电解电容的失效原因。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中固体钽电解电容的正面外观图；
图2为本发明实施例中固体钽电解电容的背面外观图；
图3为本发明实施例中固体钽电解电容的内部结构图；
图4为本发明实施例中固体钽电解电容保险丝位置去除包封材料后的俯视图；
图5为本发明实施例中固体钽电解电容保险丝位置去除包封材料后的侧视图；
图6为本发明实施例中固体钽电解电容中保险丝的形貌图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
目前，当固体钽电解电容失效后，为了分析失效原因，主要是采用化学开封法对钽电解电容进行开封，并观察内部钽芯形貌，然而，化学开封容易直接破坏内置保险丝的状态和焊接状态，无法识别保险丝失效模式，进而无法准确分析钽电解电容的失效原因。
针对上述技术问题，本发明提供一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，该失效分析方法包括如下步骤：
(a)观察固体钽电解电容的外观形貌和内部结构，并确定保险丝的位置和焊接状态；
(b)测试固体钽电解电容的电参数，并根据电参数初步确认保险丝和焊接是否正常，以及固体钽电解电容的失效模式；
(c)机械去除保险丝周围的包封材料，并测试保险丝两端电极之间的第一电阻，随后解焊保险丝，再测试保险丝两端的第二电阻，根据第一电阻和第二电阻验证保险丝和焊接是否正常；
(d)对解焊后的固体钽电解电容进行化学开封，观察暴露钽芯形貌以确定钽芯是否存在缺陷；
(e)根据上述各步骤结果确定固体钽电解电容失效原因。
上述失效分析方法通过机械去除保险丝周围的包封材料，能够完整保留内置保险丝，能够准确确定保险丝状态和焊接状态，进而准确分析钽电解电容的失效原因。
本发明中化学开封是指采用化学溶剂或等离子蚀刻法将固体钽电解电容的包封层、金属层或电解质进行去除；本发明对化学开封的具体方法不作严格限制，例如可以采用本领域常规化学开封方法。
本发明中的焊接是指保险丝与金属框架通过焊料连接。
本发明对机械去除方式不作严格限制，例如可以采用机械切割和/或机械研磨去除保险丝周围的包封材料；在一实施方式中，可以采用机械研磨的方式去除保险丝周围的包封材料，该方式在去除包封材料的同时，能够避免外界应力对保险丝以及保险丝焊接造成影响。
在一实施方式中，固体钽电解电容的电参数包括但不限于电容值、损耗值、漏电流大小、两端电极之间的第三电阻和保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻。
进一步地，根据电容值、损耗值、漏电流大小和两端电极之间的第三电阻初步确认固体钽电解电容的失效模式，具体地：
若在规定的测试条件下，电容值、损耗值或漏电流大小超过检测固体钽电解电容的标称值允许的误差范围，则初步确认固体钽电解电容为电参数变化失效；
若在规定的测试条件下，两端电极之间的第三电阻为低阻状态，则初步确认固体钽电解电容为短路失效；
若在规定的测试条件下，无法测试到电容电参数，则初步确认固体钽电解电容为开路失效。
进一步地，根据保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻初步确认保险丝和焊接是否正常，具体地：
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻小于1Ω，则初步确认保险丝和焊接正常；
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻为1Ω以上，则初步确认保险丝和焊接异常。
在一实施方式中，在第一电阻测试之前，对保险丝两端电极表面进行清理；通过清理，能够和保障测量保险丝两端电极之间第一电阻的准确性。
在一实施方式中，钽芯存在缺陷包括但不限于烧毁、击穿、开裂和瑕疵。
在一实施方式中，可以采用射线观察固体钽电解电容的内部结构；在其它实施方式中，还可以采用能够观察固体电容内部结构的其它方法观察固体钽电解电容的内部结构。
上述失效分析方法通过机械去除保险丝周围包封材料，完整保留内置保险丝，能够准确确定保险丝状态和焊接状态，进而准确分析钽电解电容的失效原因；此外，本发明失效分析方法通过开封前测试钽电解电容的电参数，能够初步确认失效模式，再通过开封后对保险丝、保险丝焊接状态以及钽芯的验证，能够高效、准确分析固体钽电解电容的失效原因。
以下通过具体实施例对本发明技术方案作进一步解释说明。
实施例
本实施例为一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，该失效分析方法包括如下步骤：
如图1、图2、图3所示，观察固体钽电解电容的外观形貌，以及采用射线观察固体钽电解电容内部结构，由图1、图2、图3可以确定保险丝的位置为图3中的A区域，由图3可知，固体钽电解电容阳极一侧存在保险丝，保险丝通过焊料连接金属框架，另一侧焊料不均匀；
测试固体钽电解电容的电参数为两侧端电极无法测试到电容参数，且保险丝测试点与临近端电极间为开路，由此初步确认固体钽电解电容的失效模式为开路失效，且保险丝和焊接存在异常；
机械去除保险丝周围的包封材料，去除包封材料后保险丝如图4、图5所示，随后对保险丝两端电极表面的残余物进行清理，并测试保险丝两端电极之间的第一电阻，随后解焊保险丝，解焊后的保险丝如图6所示，再测试保险丝两端的第二电阻，根据第一电阻和第二电阻确定保险丝两端电极之间处于开路失效，而保险丝两端正常；
(d)对解焊后的固体钽电解电容进行化学开封，观察暴露钽芯形貌，确定钽芯不存在缺陷；
(e)根据上述结果分析得到该固体钽电解电容失效是由于保险丝焊接不良导致。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内置保险丝固体钽电解电容的失效分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)观察固体钽电解电容的外观形貌和内部结构，并确定保险丝的位置和焊接状态；
(b)测试固体钽电解电容的电参数，并根据电参数初步确认保险丝和焊接是否正常，以及固体钽电解电容的失效模式；
(c)机械去除保险丝周围的包封材料，并测试保险丝两端电极之间的第一电阻，随后解焊保险丝，再测试保险丝两端的第二电阻，根据第一电阻和第二电阻验证保险丝和焊接是否正常；
(d)对解焊后的固体钽电解电容进行化学开封，观察暴露钽芯形貌以确定钽芯是否存在缺陷；
(e)根据上述各步骤结果确定固体钽电解电容失效原因。
2.根据权利要求1所述的失效分析方法，其特征在于，所述包封材料的去除方式为机械研磨。
3.根据权利要求1所述的失效分析方法，其特征在于，所述电参数包括电容值、损耗值、漏电流大小、两端电极之间的第三电阻和保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻。
4.根据权利要求3所述的失效分析方法，其特征在于，所述根据电参数初步确认固体钽电解电容的失效模式以及保险丝和焊接是否正常包括：
根据电容值、损耗值、漏电流大小和两端电极之间的第三电阻初步确认固体钽电解电容的失效模式；
根据保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻初步确认保险丝和焊接是否正常。
5.根据权利要求4所述的失效分析方法，其特征在于，所述保险丝和焊接是否正常的初步确认方法如下：
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻小于1Ω，则初步确认保险丝和焊接正常；
若保险丝测试点与临近端电极之间的第四电阻为1Ω以上，则初步确认保险丝和焊接异常。
6.根据权利要求4所述的失效分析方法，其特征在于，所述失效模式的初步确认方法如下：
若在规定的测试条件下，电容值、损耗值或漏电流大小超过检测固体钽电解电容的标称值允许的误差范围，则初步确认固体钽电解电容为电参数变化失效；
若在规定的测试条件下，两端电极之间的第三电阻为低阻状态，则初步确认固体钽电解电容为短路失效；
若在规定的测试条件下，无法测试到电容电参数，则初步确认固体钽电解电容为开路失效。
7.根据权利要求1所述的失效分析方法，其特征在于，所述第一电阻测试之前，对保险丝两端电极表面进行清理。
8.根据权利要求1所述的失效分析方法，其特征在于，所述内部结构通过射线观察固体钽电解电容得到。
9.根据权利要求1所述的失效分析方法，其特征在于，所述缺陷包括烧毁、击穿、开裂和瑕疵。
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