做大做強(qiáng)！
更大溫度范圍的鉭電容器
發(fā)布時(shí)間：
2008-06-23 00:00:00
汽車電子應(yīng)用不斷增多，從駕駛室娛樂、安全氣囊、ABS到發(fā)動(dòng)機(jī)。它們各自由于在車內(nèi)位置不同而要求不同，由此對(duì)工作溫度、過程電壓和可靠
汽車電子應(yīng)用不斷增多，從駕駛室娛樂、安全氣囊、ABS到發(fā)動(dòng)機(jī)。它們各自由于在車內(nèi)位置不同而要求不同，由此對(duì)工作溫度、過程電壓和可靠性提出了多種要求。
駕駛室應(yīng)用的最高工作溫度低于85℃，而發(fā)動(dòng)機(jī)艙則為低于175℃，但現(xiàn)在的趨勢(shì)是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度由于應(yīng)用的不斷整合而逐漸增高。
目前，對(duì)所有車載汽車電子的功率輸出要求已超過傳統(tǒng)14V電池的能力，現(xiàn)在正在研究42V電力系統(tǒng)以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功耗應(yīng)用的需求。
可靠性是汽車工業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)也是高溫度范圍電容器需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一。零件在高工作溫度下達(dá)到高性能需由可靠性的提高加以支持。
汽車工業(yè)對(duì)鉭電容器的新要求
● 工作溫度
標(biāo)準(zhǔn)鉭電容器技術(shù)的溫度范圍為-55℃～+125℃，因此只能用在駕駛室和其它低溫場(chǎng)合。要用到引擎里，鉭電容器的工作溫度就必須提高到150℃。未來，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫度可能達(dá)到175℃，甚至進(jìn)一步發(fā)展至200℃。
新研究著重于在有限的時(shí)間內(nèi)提高工作溫度，直至175℃。還要測(cè)量-55℃/+175℃熱沖擊的穩(wěn)定性和175℃下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以證明新設(shè)計(jì)的性能。不僅要達(dá)到175℃，在開發(fā)時(shí)還要考慮到鉭電容可能會(huì)用在200℃或更高的溫度條件下。
● 額定電壓
標(biāo)準(zhǔn)鉭電容技術(shù)的電壓范圍最高為50V，溫度為-55℃～125℃。用于175℃操作的高溫鉭電容器的額定電壓在寬范圍內(nèi)為35V，在有些限定情況下則為50V。將額定電壓增至60V是一個(gè)挑戰(zhàn)，目前的技術(shù)尚未達(dá)到。在過渡期間，可使用2個(gè)串聯(lián)的35V電容器來滿足高電壓要求[2]（參考文獻(xiàn)2）。14V和42V電池均由調(diào)至8V、5V甚至更低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。低電壓進(jìn)一步擴(kuò)大了用于汽車電子的電容器范圍。
● 可靠性
除了高溫特性，汽車工業(yè)對(duì)產(chǎn)品的使用壽命也有極高的要求。這就是能夠經(jīng)受諸如175℃高溫的鉭電容器需要達(dá)到優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鉭電容(1%/1000小時(shí))至少兩倍可靠性(0.5%/1000小時(shí))的原因。
材料開發(fā)
從化學(xué)和機(jī)械角度來說，高工作溫度要求用于生產(chǎn)電容器的所有材料具有溫度穩(wěn)定性。材料的設(shè)計(jì)須能經(jīng)受高溫應(yīng)力和存儲(chǔ)。
對(duì)材料的最高工作溫度進(jìn)行了研究，由此證明材料在升溫后(通過運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試模式)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。然后通過測(cè)試成品電容器的機(jī)電性能確定穩(wěn)定性。通過對(duì)電容器中使用的銀材料的TGA穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，證明其最高可在250℃下保持穩(wěn)定。
如果將電容器的工作溫度提高到175℃，要對(duì)三組材料予以特別注意，包括鉭陽(yáng)極、封裝材料和終端。但是，諸如碳、銀等其它材料也不容忽視。
● 鉭陽(yáng)極
可靠性測(cè)試證明，如果遵守特定的規(guī)則，配備氧化錳電極的鉭電容器可以在較高溫度下進(jìn)行存儲(chǔ)。由于采用了具有悠久可靠性歷史的材料、設(shè)計(jì)和工序，因此研制的新電容器在175℃下存儲(chǔ)或循環(huán)后仍高度可靠。
鉭粉類型對(duì)陽(yáng)極的耐用性至關(guān)重要。不同生產(chǎn)商的粉在粒度、孔隙度或純度方面略有不同，這在最終階段會(huì)影響電容器的穩(wěn)定性。
以最大安全比形成的均勻電介質(zhì)與牢固的陽(yáng)極墻結(jié)構(gòu)造就了可靠的鉭陽(yáng)極，其可以吸收熱機(jī)械應(yīng)力并承受不利的環(huán)境條件(如高溫或高濕)。
鉭電容器在生產(chǎn)過程中以加速條件進(jìn)行100%篩選，以消除潛在故障。堅(jiān)固的陽(yáng)極設(shè)計(jì)可以將篩選操作的溫度調(diào)至最高175℃。所有電容器在其生產(chǎn)過程中都經(jīng)歷了高溫的加速測(cè)試，從而可以保證到達(dá)最終用戶時(shí)的可靠性。
為確保高浪涌電流電阻，采用了具有超低串聯(lián)電阻的動(dòng)態(tài)多重浪涌測(cè)試，來模擬用戶可能遇到的最壞的浪涌情況，并找出可能在用戶使用時(shí)發(fā)生故障的薄弱零件。所有電容器均通過這種浪涌100%篩選，自動(dòng)消除潛在的故障。
● 封裝和鍍層
封裝材料的設(shè)計(jì)應(yīng)能減少來自熱沖擊的應(yīng)力，由此承受高溫并有效阻隔濕氣滲透?？篃釠_擊性可以通過模塑混合物的低熱膨脹和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。
高溫下的高強(qiáng)度以及對(duì)引腳的高粘附力減少了封裝材料開裂而為濕氣滲透提供可乘之機(jī)的可能。IPC 2級(jí)是對(duì)抗開裂性的最低要求水平，達(dá)到IPC 1級(jí)以提高濕度穩(wěn)定性的材料正在開發(fā)之中。封裝材料的低吸水性可以進(jìn)一步提高防潮性能。
無鉛技術(shù)開始在汽車工業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用。無鉛技術(shù)要求包括產(chǎn)品可以兼容峰值溫度最高達(dá)260℃的無鉛回流以及禁止將Sb/Br混合物用作阻燃劑的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。封裝材料的設(shè)計(jì)同時(shí)滿足上述兩種規(guī)范。
封裝材料應(yīng)顯示帶有標(biāo)記的穩(wěn)定顏色，并可在175℃下存儲(chǔ)后辨認(rèn)。
終端鍍層必須滿足高溫存儲(chǔ)和環(huán)境要求。暴露在175℃溫度下，用無鉛焊接方式焊到PCB的電鍍鉛仍具備出色的剪切力。目前常用的有鍍金、無鉛兼容鍍層、標(biāo)準(zhǔn)Sn/Pb鍍層三種焊接方式。
鍍金是一種環(huán)保、高度可靠且溫度穩(wěn)定的鍍層，特別推薦用于混合電路應(yīng)用。
隨著無鉛環(huán)保法規(guī)的出臺(tái)，市場(chǎng)上已經(jīng)有完全兼容無鉛工藝的純錫涂層可供使用。純錫鍍層為傳統(tǒng)的SnPb焊料帶來了具有同等可焊性的低成本解決方案，并具最高達(dá)260℃的更高回流溫度以滿足無鉛焊接的要求。
駕駛室應(yīng)用的最高工作溫度低于85℃，而發(fā)動(dòng)機(jī)艙則為低于175℃，但現(xiàn)在的趨勢(shì)是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度由于應(yīng)用的不斷整合而逐漸增高。
目前，對(duì)所有車載汽車電子的功率輸出要求已超過傳統(tǒng)14V電池的能力，現(xiàn)在正在研究42V電力系統(tǒng)以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功耗應(yīng)用的需求。
可靠性是汽車工業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)也是高溫度范圍電容器需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一。零件在高工作溫度下達(dá)到高性能需由可靠性的提高加以支持。
汽車工業(yè)對(duì)鉭電容器的新要求
● 工作溫度
標(biāo)準(zhǔn)鉭電容器技術(shù)的溫度范圍為-55℃～+125℃，因此只能用在駕駛室和其它低溫場(chǎng)合。要用到引擎里，鉭電容器的工作溫度就必須提高到150℃。未來，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫度可能達(dá)到175℃，甚至進(jìn)一步發(fā)展至200℃。
新研究著重于在有限的時(shí)間內(nèi)提高工作溫度，直至175℃。還要測(cè)量-55℃/+175℃熱沖擊的穩(wěn)定性和175℃下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以證明新設(shè)計(jì)的性能。不僅要達(dá)到175℃，在開發(fā)時(shí)還要考慮到鉭電容可能會(huì)用在200℃或更高的溫度條件下。
● 額定電壓
標(biāo)準(zhǔn)鉭電容技術(shù)的電壓范圍最高為50V，溫度為-55℃～125℃。用于175℃操作的高溫鉭電容器的額定電壓在寬范圍內(nèi)為35V，在有些限定情況下則為50V。將額定電壓增至60V是一個(gè)挑戰(zhàn)，目前的技術(shù)尚未達(dá)到。在過渡期間，可使用2個(gè)串聯(lián)的35V電容器來滿足高電壓要求[2]（參考文獻(xiàn)2）。14V和42V電池均由調(diào)至8V、5V甚至更低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。低電壓進(jìn)一步擴(kuò)大了用于汽車電子的電容器范圍。
● 可靠性
除了高溫特性，汽車工業(yè)對(duì)產(chǎn)品的使用壽命也有極高的要求。這就是能夠經(jīng)受諸如175℃高溫的鉭電容器需要達(dá)到優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鉭電容(1%/1000小時(shí))至少兩倍可靠性(0.5%/1000小時(shí))的原因。
材料開發(fā)
從化學(xué)和機(jī)械角度來說，高工作溫度要求用于生產(chǎn)電容器的所有材料具有溫度穩(wěn)定性。材料的設(shè)計(jì)須能經(jīng)受高溫應(yīng)力和存儲(chǔ)。
對(duì)材料的最高工作溫度進(jìn)行了研究，由此證明材料在升溫后(通過運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試模式)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。然后通過測(cè)試成品電容器的機(jī)電性能確定穩(wěn)定性。通過對(duì)電容器中使用的銀材料的TGA穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，證明其最高可在250℃下保持穩(wěn)定。
如果將電容器的工作溫度提高到175℃，要對(duì)三組材料予以特別注意，包括鉭陽(yáng)極、封裝材料和終端。但是，諸如碳、銀等其它材料也不容忽視。
● 鉭陽(yáng)極
可靠性測(cè)試證明，如果遵守特定的規(guī)則，配備氧化錳電極的鉭電容器可以在較高溫度下進(jìn)行存儲(chǔ)。由于采用了具有悠久可靠性歷史的材料、設(shè)計(jì)和工序，因此研制的新電容器在175℃下存儲(chǔ)或循環(huán)后仍高度可靠。
鉭粉類型對(duì)陽(yáng)極的耐用性至關(guān)重要。不同生產(chǎn)商的粉在粒度、孔隙度或純度方面略有不同，這在最終階段會(huì)影響電容器的穩(wěn)定性。
以最大安全比形成的均勻電介質(zhì)與牢固的陽(yáng)極墻結(jié)構(gòu)造就了可靠的鉭陽(yáng)極，其可以吸收熱機(jī)械應(yīng)力并承受不利的環(huán)境條件(如高溫或高濕)。
鉭電容器在生產(chǎn)過程中以加速條件進(jìn)行100%篩選，以消除潛在故障。堅(jiān)固的陽(yáng)極設(shè)計(jì)可以將篩選操作的溫度調(diào)至最高175℃。所有電容器在其生產(chǎn)過程中都經(jīng)歷了高溫的加速測(cè)試，從而可以保證到達(dá)最終用戶時(shí)的可靠性。
為確保高浪涌電流電阻，采用了具有超低串聯(lián)電阻的動(dòng)態(tài)多重浪涌測(cè)試，來模擬用戶可能遇到的最壞的浪涌情況，并找出可能在用戶使用時(shí)發(fā)生故障的薄弱零件。所有電容器均通過這種浪涌100%篩選，自動(dòng)消除潛在的故障。
● 封裝和鍍層
封裝材料的設(shè)計(jì)應(yīng)能減少來自熱沖擊的應(yīng)力，由此承受高溫并有效阻隔濕氣滲透?？篃釠_擊性可以通過模塑混合物的低熱膨脹和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。
高溫下的高強(qiáng)度以及對(duì)引腳的高粘附力減少了封裝材料開裂而為濕氣滲透提供可乘之機(jī)的可能。IPC 2級(jí)是對(duì)抗開裂性的最低要求水平，達(dá)到IPC 1級(jí)以提高濕度穩(wěn)定性的材料正在開發(fā)之中。封裝材料的低吸水性可以進(jìn)一步提高防潮性能。
無鉛技術(shù)開始在汽車工業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用。無鉛技術(shù)要求包括產(chǎn)品可以兼容峰值溫度最高達(dá)260℃的無鉛回流以及禁止將Sb/Br混合物用作阻燃劑的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。封裝材料的設(shè)計(jì)同時(shí)滿足上述兩種規(guī)范。
封裝材料應(yīng)顯示帶有標(biāo)記的穩(wěn)定顏色，并可在175℃下存儲(chǔ)后辨認(rèn)。
終端鍍層必須滿足高溫存儲(chǔ)和環(huán)境要求。暴露在175℃溫度下，用無鉛焊接方式焊到PCB的電鍍鉛仍具備出色的剪切力。目前常用的有鍍金、無鉛兼容鍍層、標(biāo)準(zhǔn)Sn/Pb鍍層三種焊接方式。
鍍金是一種環(huán)保、高度可靠且溫度穩(wěn)定的鍍層，特別推薦用于混合電路應(yīng)用。
隨著無鉛環(huán)保法規(guī)的出臺(tái)，市場(chǎng)上已經(jīng)有完全兼容無鉛工藝的純錫涂層可供使用。純錫鍍層為傳統(tǒng)的SnPb焊料帶來了具有同等可焊性的低成本解決方案，并具最高達(dá)260℃的更高回流溫度以滿足無鉛焊接的要求。
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