CN113058882B - 一种可靠片式钽电容器的筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种可靠片式钽电容器了筛选方法，将封装完成后的电容器的封装进行固化、电镀后，对其进行老练剔除不合格电容；本发明通过调整可靠性试验和筛选参数，电容器中的隐藏缺陷被提前挖掘，电容器在使用过程中的稳定性和可靠性得到明显改善。

Description

一种可靠片式钽电容器的筛选方法

技术领域

本发明涉及一种可靠片式钽电容器的筛选方法。

背景技术

随着物联网、人工智能、汽车电子和5G通讯技术的高速发展，对电容器的功率密度、体积效率、使用环境和应用范围提出新的更高的要求，电子元器件的加工制造和封装技术面临新的更加严峻的考验。传统的二氧化锰型片式钽电容器因稳定性好，可靠性高，应用范围宽，基本不受辐照的影响，能够耐受各种严酷的环境，在很多特殊的应用领域有不可替代的作用。但二氧化锰型片式钽电容器的爆炸燃烧的失效模式和较高的等效串联电阻(ESR)在很多应用环境受到很大的限制，也为设计带来很多的顾忌，特别是上电瞬间的失效，为电容器的广泛应用带来很大的影响。片式钽电容器在出厂前要经过一系列严酷的试验，包括温冲、浪涌、回流焊、高低温筛选和老炼、老化等。但一些微缺陷电容器在各种可靠性试验和筛选中不能被发现，即没有电性能参数的恶化，也不会发生短路击穿。但在放置一段时间后，或者经过回流焊接、接通电源的瞬间发生失效，甚至产生爆炸、燃烧。

电解电容器的典型参数包括容量、损耗角正切、等效串联电阻(ESR)和漏电电流，其中漏电电流是对电介质缺陷最敏感的一个参数，并且与电容器的可靠性直接相关。电容器中的漏电电流主要包括两部分，其一是电容器的本征电流，

其中IA表示充电电流，在电容器两端施加电压时就会有IA存在，同时衰减也很快，电容器两端电压达到稳定后即消失。IB表示吸收电流，其变化较慢，且与介质极化有关，随时间变化关系可以表示为I_B＝kt^-n，其中k为比例常数，t为时间，n是与极化相关的常数。IC才是通常意义上的通过介质氧化膜绝缘电阻相关的直流电流，并且不随时间变化。本征电流为理想电容器中的漏电电流，漏电电流随环境条件的变化符合载流子运动规律。另一种是漏电电流与电介质中的缺陷相关，即流过电介质缺陷(薄区或者凸起，亦或裂缝、针孔)处的电流，并且会随着电容器应用条件或电容器的存储状况发生急剧变化。每一只电解电容器都存在缺陷，或大或小，或多或少。因此，缺陷与电容器的漏电电流具有非常重要的关联性。

缺陷相关的漏电电流是造成电容器失效的主要原因，显著的缺陷通常导致电容器的早期失效，而微缺陷是电容器在可靠性试验或使用过程中发生失效的主要诱因。

现有的对电容缺陷进行筛选方式是通过测量该批电容器中第一组电容器的第一漏电电流来筛选漏电电容，如公开号为CN103675515B的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电流，由此计算第一平均漏电电流，并从第一组中移除第一漏电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电流并计算第二平均漏电电流。从第二组中移除第二漏电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。但其直接进行了漏点电流测试。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可靠片式钽电容器的筛选方法。

本发明的目的在于提高钽电容器使用过程中的稳定性和可靠性，通过改变筛选方式的余量，调整试验参数的设置，尽可能将含有缺陷的电容器在试验过程中剔除，提高电容器使用过程中的安全性和稳定性。

本发明专利的突出特点是改变电容器可靠性试验和筛选的相关参数设置，减小试验过程中的可靠性余量，使得含有缺陷的电容器在试验过程中的电参数劣化和失效。

本发明提供的一种可靠片式钽电容器的筛选方法，将封装完成后的电容器的封装进行固化、电镀后，对其进行老炼剔除不合格电容，其方法为：

1)固化电容的封装层，使线性树脂变成坚韧的体型固化树脂；

2)对固化后的电容依次进行喷砂、电镀处理；

3)切筋后使用带保险丝的夹具对电容进行老炼，老炼电压为额定电压的1.1～1.5倍；

4)采用阶段升压老炼，电压段分被为0.2～0.4Ur、0.45～0.7Ur、0.75～0.9Ur、0.95～1.0Ur、1.1～1.3Ur；

5)老炼结束后对电容器漏电电流进行测量，记录其充电后的初始电流数值；

6)采用阶段温度对电容进行老化，测试器漏电电流，剔除电介质中含有微缺陷的电容器；

7)在额定电压的1.1～1.2倍情况下进行温度筛选；

8)对电容依次进行热冲击测试、涌浪电压测、试寿命测试；

9)对测试合格后的电容进行编带、包装。

所述步骤1)中固化的温度为120～280℃，升温速率为0.5～10℃/min，恒温时间为2～12小时，固化后在烘箱内自然冷却。

所述电镀过程中对有凹陷的电容使用碱处理，碱处理液浓度为0.1～10％，处理时间为3～30min，温度为15～30℃。

所述老炼温度为75～100℃，老炼电压为额定电压的1.1～1.5倍，采用0.5～10℃/min的速度阶梯升温。

所述步骤4)中各段升压速率为0.2～5V/min，随着电压升高升压速率逐渐降低，每个电压段恒压时间为5～60min，保温恒压时常为2～10h。

所述漏电电流测量在75～100℃温度下进行，测试电压为额定电压的1.3倍，测量前给电容器充电3～10min，充电完成后读取电容10～30s后的电流数值。

所述老化的阶段温度分别为75～95℃、100～115℃、120～130℃，每个阶段温度分别使用额定电压的1.3～1.5倍、1.1～1.3倍、0.8～1.1倍电压，当前阶段温度升到下一阶段温度低的升温速率为0.2～5V/min，每个阶段维度恒压时间为8～96小时。

所述电介质中含有微缺陷的电容器为老化后漏电电流超过初始电流的1.2～1.5倍的电容器或在老化过程中出现剧烈抖动的电容器。

所述温度筛选需要分贝在-65～-45℃、20～30℃、80～90℃、120～130℃的温度分别进行。

1所述步骤9)中合格的电容器需满足以下三个调节：

①在-65℃～150℃温度下能够承受至少100次热冲击；

②能够承受在20A电流下，1.1倍额定电压的浪涌电流测试至少30个循环；

③能够承受在105℃温度和1.1倍额定电压下工作至少2000小时寿

本发明的有益效果在于：通过调整可靠性试验和筛选参数，电容器中的隐藏缺陷被提前挖掘，电容器在使用过程中的稳定性和可靠性得到明显改善。

附图说明

图1是发明实施例中实验组和对比组电容分别经中浪涌电压测试后漏电电流值对比图；

图2是发明实施例中实验组和对比组电容分别经85℃-85％RH-1000h寿命结束后的漏电电流分布图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1

以63V-10μF为试验产品，将5000μF·V/g的钽粉研制成1.85×3.2×5.1的嵌有钽丝的阳极块，在1680～1960℃的高真空环境中烧结，在磷酸、去离子水和晶化抑制剂的混合溶液中通过电化学的方法形成电介质Ta2O5，在介质氧化膜表面通过热分解的方式披覆二氧化锰。在二氧化锰表面被覆石墨银浆，粘接后完成封装。

对模压封装层进行固化，固化温度为160～220℃，视电解质类型选取，采用阶梯升压，升温速率为4℃/min，恒温时间为6小时，恒温结束后关闭电源，电容器在烘箱中自然冷却，烘箱温度85℃时将电容器取出。冷却后进行喷砂，电镀，切筋和打标。切筋后将电容器安装在带有1A保险丝的老炼夹具，放入烘箱并以1℃/min的速率升温至85℃，同时，以3V/min的升压速率依次升高老炼电压到18.9V，37.6V和50.4V，到压后分别恒压3min，3min和6min；再以1V/min的升压速率将电压升高到81.9V，保温恒压6h。对电容器进行测量，测量环境温度为85℃，测试电压为81.9V，测量前给电容器充电3min，读取10s后的电流表数值，剔除短路或者漏电电流超标的电容器。再对电容器进行老化，老化温度分别为85℃，105℃和125℃，老化电压分别为81.9V，69.3V和50.4V，采用阶梯升温，升温速率3℃/min，升压速率为0.5V/min，各电压段恒压保温时长分别为96h，40h和8h。经过-55℃，25℃，85℃，125℃和1.2倍额定电压条件下的高低温筛选，在经过20A，69.3V条件下的浪涌电流三次测试。

对比例1

相同批次电容器模压封装后对模压封装层进行固化，固化温度为160～220℃，视电解质类型选取，采用阶梯升压，升温速率为4℃/min，恒温时间为6小时，恒温结束后关闭电源，电容器在烘箱中自然冷却，烘箱温度85℃时将电容器取出。冷却后进行喷砂，电镀，切筋和打标。切筋后将电容器安装在带有1A保险丝的老炼夹具，放入85℃烘箱，同时，以3V/min的升压速率升高老炼电压到81.9V，保温恒压6h。对电容器进行测量，测量环境温度为25℃，测试电压为75.6V，剔除短路或者漏电电流超标的电容器。再对电容器进行老化，老化温度为85℃，老化电压75.6V，恒压保温时长为96h。经过-55℃，25℃，85℃，125℃和1.2倍额定电压条件下的高低温筛选，在经过20A，63V条件下的浪涌电流三次测试。

将试验组和对比组电容器送试质量一致性检验A组和C组。对比浪涌电压和85℃-85％RH-1000h寿命结束后的漏电电流如图1和图2。

Claims (8)

1.一种可靠片式钽电容器的筛选方法，将封装完成后的电容器的封装进行固化、电镀后，对其进行老炼剔除不合格电容，其方法为：

1）固化电容的封装层,使线性树脂变成坚韧的体型固化树脂；

2）对固化后的电容依次进行喷砂、电镀处理；

3）切筋后将电容器安装在带有1A保险丝的老炼夹具上，放入烘箱并以1℃/min的速率升温至85℃,同时，以3V/min的升压速率依次升高老炼电压到18.9V、37.6V和50.4V,到压后分别恒压3min、3min和6min；

4）采用升压老炼，老炼电压以1V/min的升压速率将电压升高到81.9V，保温恒压6h；

5）老炼结束后对电容器漏电电流进行测量，记录其充电后的初始电流数值，剔除短路或漏电电流超过初始电流的1.2~1.5倍的电容器；

6）采用阶段温度对电容进行老化；

7）在额定电压的1.1~1.2倍情况下进行温度筛选；

8）对电容依次进行热冲击测试、浪涌电流测试、寿命测试；

9）对测试合格后的电容进行编带、包装。

2.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述步骤1）中固化的温度为120～280℃，升温速率为0.5～10℃/min，恒温时间为2～12小时，固化后在烘箱内自然冷却。

3.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述电镀过程中对有凹陷的电容使用碱处理，碱处理液浓度为0.1～10%，处理时间为3～30min，温度为15～30℃。

4.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述步骤4）中各段升压速率为0.2~5V/min，随着电压升高升压速率逐渐降低，每个电压段恒压时间为5～60min，保温恒压时长为2～10h。

5.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述步骤5）中漏电电流测量在75~100℃温度下进行，测试电压为额定电压的1.3倍，测量前给电容器充电3～10min，充电完成后读取电容10～30s后的电流数值。

6.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述老化的阶段温度分别为75~95℃、100~115℃、120~130℃，当前阶段温度升到下一阶段温度的升温速率为3℃/min，每个阶段温度分别使用额定电压的1.3～1.5倍、1.1～1.3倍、0.8～1.1倍电压，当前阶段电压升到下一阶段电压的升温速率为0.5V/min，每个阶段恒压时间为5～60min，保温恒压时长为2～10h。

7.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述温度筛选需要分别在-65～-45℃、20～30℃、80～90℃、120～130℃的温度中分别进行。

8.如权利要求1所述的可靠片式钽电容器的筛选方法，其特征在于：所述步骤9）中合格的电容器需满足以下三个条件 ：

①在-65℃～150℃温度下能够承受至少100次热冲击；

②能够承受在20A电流下，1.1倍额定电压的浪涌电流测试至少30个循环；

③能够承受在105℃温度和1.1倍额定电压下工作至少2000小时寿命。

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