鋁電解電容測試 ﹑ 失效分析及發展趨勢

LELON E-CapLELON E-Cap

鋁電解電容測試﹑ 失效分析及發展趨勢

Jan.2007

1. 電解電容原理介紹 2. 鋁電解電容制作工藝及流程介紹3. 產品特點及品質因素4. 壽命預估及測試方法5. 設計選用注意事項6. 失效模式及案例分析7. 業界發展趨勢


LELONLELON ELECTRONICS CORP.ELECTRONICS CORP.

1. 電解電容器基本介紹1.電解電容器基本介紹

主講人 :


1. 電容器簡介2. 電解電容器規格介紹與說明3. 電解電容器信賴性測試介紹與說明4. 電解電容器入料檢驗介紹與說明5. 電解電容器應用介紹與說明6. Low ESR Type 特性介紹與說明 7. 電解電容器生產流程介紹與說明8. 電解電容器使用注意事項

目錄目錄

LELON E-CapLELON E-Cap 電容器簡介電容器簡介

1. 在兩平行對立之金屬加以額定電壓 , 兩平行板間存在誘電介質即可構成電容器 .

2. 電容器以電氣功能而言 , 因具有充放電功能本身就是小能量之電池 .


3. 電容器靜電容量 (C ) 電容器電容量大小與兩極板的截面積成正比 , 與距離成反比 ,與充填介質的介質係數成正比

4. 電容器功能 :

旁路作用濾波作用耦合作用移相作用濾頻作用諧振作用振蕩作用

電容器簡介電容器簡介


5. 電容器結構

鋁殼

CP 線端子鋁端子電解紙陰極箔陽極箔

CP 線端子

線端子封口橡膠蓋

塑膠套管

素子基本結構素子基本結構

電容器簡介電容器簡介


1. 定義 CE ：鋁質非固體電解電容器 (JIS).

2. 外形 :

04 型 (Radial) ：圓筒形﹑金屬殼﹑引線端子同一方向﹑ 披覆套管 .

02 型 (Axial) ：圓筒形﹑金屬殼﹑引線端子反方向﹑披覆套管 .

69 型 (Snap-in) ：圓筒形﹑金屬殼﹑ PCB 用端子同方向自立型﹑披覆套管 .

電解電容器規格介紹與說明電解電容器規格介紹與說明


33 型 (Screw):圓筒型 , 金屬殼、端子為螺絲型且同方向 PC 板自立式之鋁質非固態電解電容器 , 披覆套管 .

32 型 (V-Chip):圓筒形 ( 附座板立式 ) ﹑金屬殼﹑表面黏著型端子同方向﹑披覆套管或鍍樹脂膠膜 .



3. 製品基本電氣特性 Cap.(μF): 製品容量值 ,F( 法拉 ) 為其單位 ,

μ 為計數單位 (10-6)

W. V.: 工作電壓 (DC V.)

Tanδ: 損失角 , 以小數點表示 ( 如 16V 之損失角為 0.16)

DF: 散逸因素 , 以百分比表示 ( 如 16V 之散逸因素為 16%)

LC(μA): 洩漏電流 ,A( 安培 ) 為其單位 ,μ 為計數單位 (10-6)

Impedance(Ω): 交流阻抗 ,Ω( 歐姆 ) 為其單位 E. S. R.(Ω): 等價直列阻抗 ,Ω( 歐姆 ) 為其單位 Ripple Current: 耐漣波電流 (rms),A 或 mA 為計數單位



4. E S R 值計算

π ＝ 3.1415 f ＝使用頻率 (120Hz) c ＝製品容量 (μF)

例 : 立隆 REA1000μF/16V 之 ESR 值計算 16V 之損失角為 0.16

ESRf c

( )tan

2

212.01010001201415.32

16.0)( 6

ESR



W=-10%~+100% M=-20%~+20%

T=-10%~+50% K=-10%~+10%

Q=-10%~+30% J=-5%~+5%

V=-10%~+20%

6. 損失角 (TANδ)- 以 REA 為例 Rated Voltage 6.3 10 16 25 35 50 63 100

Tanδ(max) 0.23 0.20 0.16 0.14 0.12 0.10 0.09 0.08

Rated Voltage 160 200 250 350 400 450

Tanδ(max) 0.12 0.14 0.17 0.20 0.25 0.25

5. 靜電容量 (CAP) 容許誤差範圍



7. 洩漏電流 (LC)

一般品0.01CV or 3μA/2 分鐘 (≤100V)

0.02CV+25μA/5 分鐘 (>100V)

低漏電品 0.002CV or 0.4μA/2 分鐘

8. 突破電壓 (Surge Voltage)

Rated Voltage 6.3 10 16 25 35 50 63 100

Surge Voltage 8 13 20 32 44 63 79 125

Rated Voltage 160 200 250 350 400 450

Surge Voltage 200 250 300 400 450 500



9. 對頻率變化

10. 對溫度變化



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2. 制作工藝及流程介紹


製程別使用材料圖示功能說明

釘接陽極箔陰極箔導針

將電容器之容量經由導針引出使用

捲繞

電解紙捲繞固定用膠水或

膠帶

1. 有效的空間利用2. 兩電極間絕緣3. 電極與絕緣體固定

含浸電解液 -----以電解液做為兩極間之介電質

組立封口橡膠蓋鋁殼

1. 保存電解液 , 防止散逸2. 防止電容器內部受污染

電解電容器生產流程介紹與說明電解電容器生產流程介紹與說明


製程別使用材料圖示功能說明

套管熱收縮套管

1. 規格及極性的標示2. 絕緣3.美觀

充電選別 ----- --------- 修補氧化皮膜 ( 電極於釘接捲繞及裁切時所損傷的氧化膜

貼帶加工熱溶膠帶台紙

依使用者插件需求做CP 線成型加工

切腳加工參考下一頁加工形式

電解電容器生產流程介紹與說明電解電容器生產流程介紹與說明


FC SD

CC BC

SF SC

鋁質電解電容器加工形式鋁質電解電容器加工形式電解電容器生產流程介紹與說明電解電容器生產流程介紹與說明


Foil slitting


Stitching and Winding


Impregnating and assembling


Aging and Sorting

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3. 產品特點及品質因素


各種電容器特點與影響品質因素比較

特性Characteristics電容器名稱Capacitors name

電解液Electrolyte

小型化Volume/

CV

頻率特性

Frequency

溫度特性

Temperature

高電壓High Voltag

e

高容量Big Capacit

ance

壽命Life

價格容量Price

鋁質電解Al-Lytic

液態Liquid ◎ ╳ ╳ ○ ◎ ╳ ◎

鉭質電解Ta-Lytic

固態Solid ◎ ○ ○ △ △ ○ △

積層陶瓷Ceramic — ○ ◎ ╳ △ △ ◎ ╳

薄膜Film — ╳ ◎ ○ ◎ ○ ◎ ╳

有機半導體OS-Con(TCNQ)

固態Solid ○ ○ ○ ╳ △ ○ △

功能性高分子OC-Con

固態Solid ○ ◎ ◎ ╳ △ ◎ △

註 :優← ◎○△╳ →劣


4. 壽命預估及測試方法


51000

22TTTT

rX

X

LL

符號意義Lx 預估壽命 (hrs)

Lr規格訂定最高工作溫度額定直流工作電壓與最高容許紋波電流壽命 (hrs)

T0 規格訂定最高工作溫度 ( )℃Tx 實際工作環境溫度 ( )℃△T 實際印加紋波電流產生電容中心溫升 ( )℃△T0 最高容許電容中心溫升

(ΔT0=5 /105℃ ℃品 , 15 /85℃ ℃品 )

液態電解電容器壽命預估與測試法


項目試驗名稱試驗條件判定基准

1高溫負荷壽命試驗

溫度： 85 (105 )℃ ℃電壓：製品定額電壓時間： 1000Hr(2000Hr) (5000Hr)

CAP:初期值 ±20% 以內Tanδ: 製品規格值 200% 以下LC: 製品規格值以下Imp.: 製品規格值 200% 以下

2高溫無負荷壽命試驗

溫度： 85 (105 )℃ ℃時間： 1000Hr


3耐濕性無負荷試驗

溫度： 60℃濕度： 90%~95%時間： 500Hr


4 耐寒性試驗溫度： -40 (-55 )℃ ℃時間： 72Hr

CAP:初期值 ±10% 以內Tanδ: 製品規格值以下LC: 製品規格值以下Imp.: 製品規格值以下

電解電容器信賴性測試介紹與說明


固態電解電容器

壽命決定於電解液乾涸L=L0 × 2L0 = 在 105℃ 之壽命簡單法則 :溫度每下 10℃, 壽命增倍105℃ 1000 小時壽命之電解電容器於 85℃ 下操作壽命 =4000 小時

(105-T)/10

液態電解電容器

固態電解質 , 無電解液乾涸之虞 , 壽命長L=L0 × 10L0 = 在 105℃ 之壽命簡單法則 :溫度每下 20℃, 壽命增加 10 倍105℃ 1000 小時壽命之固態電容器於 85℃ 下操作壽命 =10000 小時

(105-T)/20

電容器壽命比較


5. 設計選用注意事項

LELON E-CapLELON E-Cap 電解電容器使用注意事項電解電容器使用注意事項

1. 鋁質電解電容器一般是有極性的 , 極性反接是造成鋁質電解

電容器短路損壞及漏液的原因。

2.請勿施加過電壓、過電流，當電壓、電流過載時電解電容

器的漏電流會急速增加 ,造成電容器的損壞。

3. 鋁質電解電容器的壽命取決於使用溫度，因此使用溫度請勿

超出最高使用溫度之設定範圍。

4. 電解電容器經過長時間放置後，通常其漏電流有增大之傾

向，因此在使用經過儲存時間長於 1年以上時之電解電容器

以前，需先串排 1KΩ 之保護電阻並施加定額電壓使其電氣特

性回復正常。


5. 有防爆孔設計之鋁質電解電容器其使用時，防爆孔側應與

其他機構保持相當之空間距離 ,如此條件不能滿足的話 ,防

爆孔將無法正常運作。

6.須儘量避免過高溫度及過長時間之焊錫，因可能造成表面

膠管之異常收縮破裂 , 有時高溫也會藉由導針及端子導熱至

素子內部 ,對產品造成不良影響。

7. 電解電容器儲存條件 - 溫度 :5~35 ;℃ 濕度 :less than 75% ，一

年之內

Case Diameter ψ6.3~16 ψ6.3~16 ψ40 or more

Clearance (min) 2mm 3mm 5mm


8.插件注意基板孔距應依組件空間需求、電容器 CP線加工間距來設計孔距尺寸。


6. 失效模式及案例分析


失效分析與案例分析失效模式內部現狀

案例分析

製造時誤使用時適當使用時

短路

電極間短路

酸化皮膜絕緣破壞

電極間絕緣破壞

釘接部 , 端子部斷線開路

釘接部 , 端子部接續不良

靜電容量減少Tan 增加

電解液減少

電解液熱分解

陽極箔容量減少

陰極箔容量減少

洩漏電流增加

防爆瓣開花

液漏

酸化皮膜劣化

腐蝕

內壓上升

封口不完全

氯離子侵入

封口不良

機械壓迫應力

接續不良

切斷毛刺 , 金屬微粒子

酸化皮膜部缺陷

外部壓迫應力

經時劣化

外部壓迫應力

過電壓印加

逆電壓印加

漣波電流過大

超過容許以上充放電

基板清洗時氯離子侵入

1

1

1

1

2

1

3

3

2

2

22

3

3

4

4

電氣化學反應


7. 業界發展趨勢


2004 2005 2006 2007 2008 2009

105C15,000h

170CMax.

150CMax.

- 20%(400V/120uF)

105C20,000h

105C8,000h

- 33%(Dia.8×8L)

Hi-grade85C

Hi-grade105C

- 50%(400V/150uF)1.1.

2.2.

4.4.

5.5.

6.6.

MiniaturizationC(Cap.) x V(Voltage)MiniaturizationC(Cap.) x V(Voltage)

Safety TypeSafety Type

Complying with high temperatureComplying with high temperature

Complying withLong lifeComplying withLong life

For AudioFor Audio

3.3. Life extension of the Low Impedance products

Life extension of the Low Impedance products

RZF Series 105deg.C 10,000hRXF Series 105deg.C 10,000h

RGA ＳｅｒｉｅｓEx. 400V/100uF : Dia.16x31.5L

RZD Series 4000h

OCRZ ＳｅｒｉｅｓEx. 4V/560uF : Dia.8x12L

RUA Series 125deg.C Max

RAA Series

Technology Road Map-1 <Alum. Cap.- Radial>

105C10,000h

PassiveFlammability

ActiveFlammability

RoHS Compliant


2004 2005 2006 2007 2008 2009

2. Life Extension

3. high temperature

5. RoHS compliant Reflow Soldering Resistance

1. Low Impedance Wide temperature

0.46ohms( -46% )

125C1000h

105C8,000h

105C5,000h

150C1000h

4. Durability for vibration 30G 50G

260Creflow

VGA Series 105deg.C, 2000h

Pb free

VEZ Series Ex. Dia 6.3 x 5.3L, 0.85Ohms

VEU Series 3000h

Technology Road Map-2 <Alum. Cap.-Technology Road Map-2 <Alum. Cap.- SMD>SMD>

RoHS Compliant


1.

2.

3.

4.

5.

LSK Series 105deg.C 5000h

Dia.90 x 157L

2004 2005 2006 2007 2008 2009

MiniaturizationC （ Cap ） x V （ Voltage ）

Safety Type Snap-in

Safety Type Screw

Long life

Very Large Screw typeDia.100x237L

105C10000h

-13%(Dia.30x35L)

LS ＳｅｒｉｅｓEx. 450V/330uF, Dia.30 x 40L

-37%(Dia.35x25L)

Technology Road Map-3 <Alum. Cap.-Technology Road Map-3 <Alum. Cap.- Large Can Type Large Can Type>>

PassiveFlammability

ActiveFlammability

ActiveFlammability

Long Life

PassiveFlammability

RoHS Compliant


1.

2.

3.

4.

5.

OCR/OCV Series 2.5 ~ 20V

Dia.6.3 x 6L

2004 2005 2006 2007 2008 2009

Low ESR

Life Extension

High Temperature

Voltage Extension

Smaller Sized

Dia.4 x 6L

2.5~25V

-25%6mOhm

OCRZ ＳｅｒｉｅｓEx. Dia.8 x 8L 8mOhm

（ The numerical value written in the above is calculated based on 2004 ）

Technology Road Map-Technology Road Map-44 <Alum. <Alum. Polymer Polymer Cap.-Cap.- OC-CON OC-CON>>

5000h 10000h

-37%5mOhm

OCR Ｓｅｒｉｅｓ 2000h

OCRU/OCVU Ｓｅｒｉｅｓ 1000/2000h

5000h

2~35V 2~50V

Dia.3 x 5L

RoHS Compliant

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