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陶瓷電容自出生以来，就朝着小尺寸、大容量的趋向成长。比年来，0201和0402封装已成為行業主流，這两種封装的需求量已跨越总需求的70%；0100五、008004等更小封装產物也接踵面世，且需求量逐年增长。在容值方面，100μF、220μF、保溫護膝,330μF等大容量產物已在行業内大量利用，日本太陽诱電在19年颁布發表了可量產1000μF陶瓷電容。陶瓷電容器容值的计较公式以下。式中，C為電容量，εr和ε0别离暗示陶瓷介質介電常数和真空介電常数，A暗示内電极有用面积，d暗示陶瓷介質厚度，N暗示内有用内電极层数。
（1）
由公式1可知，為实現小封装和大容量特色，就必需在不异尺寸的電容内重叠尽量多的层数（增大N值），且必要低落介質层的厚度（减小d值），今朝日系廠家介質厚度已能实現0.3μm如下。层数的增长和介質层厚度的减小，都對陶瓷電容原質料和制造工藝提出了庞大的挑战，出產進程中微小的异物或浮泛都将造成致命的影响。一样，因為小封装和大容量的成长，陶瓷電容設計的余量愈来愈小，對用户提出的请求愈来愈高，在選型時對陶瓷電容失效力和极限寿命的评估也顯得十分需要。
2. 浴盆曲线
实践@證%K432O%实大大%4m9VZ%都@装备的妨碍率是時候的函数，典范妨碍曲线因為外形顯現出两端高，中心低，以是被称為“浴盆曲线”。浴盆曲线一样合用于暗示陶瓷電容的妨碍率。浴盆曲线中第一阶段為初期失效，如前所述，陶瓷電容初期失效大都在廠家出產進程中的電機能加严挑選阶段被剔除，或產生在客户焊接電容進程中，如出產撞件和单板曲折應力；第二腳氣噴劑,阶段為偶尔失效期，此阶段失效力较低且处于安稳期，此阶段失效常見的原由于零散的電容内部存在没法剔除的渺小缺點，在消耗失效期条件前表露；第三阶段為消耗失效期，重要因為電容的老化造成，即靠近达到了電容的寿命终點，此阶段跟着時候的變革妨碍率顯現出敏捷上升趋向[1,2]。對付陶瓷電容，第一阶段失效可以或许被有用剔除和实時發明，以是重點存眷的是第二阶段的失效力，和進入第三阶段的時候，即极限寿命。
圖1 浴盆曲线
3. 陶瓷電容加快寿命换算與失效力计较公式
陶瓷電容一般經由過程加快实验的法子對寿命举行换算。常見的计较公式是基于Arrhenius加快模子获得，Mogilevsky和Shirn在陶瓷電容加快寿命实验文章中提出的公式為[3,4]：
（2）
式中，L1為必要换算前提下的寿命，L2為現实加快实验成果的寿命；V1和V2别离為需换算前提下的電压和現实加快实验前提的電压；T1和T2别离為需换算前提下的温度和現实加快实验前提的温度（開尔文温度）；n為電压加快因子，凡是取3~5；Ea為活化能，凡是取1.1~1.3eV；KB為玻尔兹曼常数（8.62×10-5eV/K）。失效力可用Fit来举行暗示，计较公式以下：
FR=（r/T）×K×109 （Fit）
(3)
公式中，r暗示实验進程中電容的失效数目（若是無失效，则式中r×K=0.917）；T暗示实验样品数目與实验時候（或换算時候）的乘积；K為60%置信度下的常数，详细取值見下表1。
表1 分歧失效数目對應K值
4. 偶發失效期失效力评估法子
為评估陶瓷電容在正常服役前提下偶發失效期的失效力，一般采纳大样品量（1000~10000颗）、低加快應力（1~1.5倍额定電压）、长時候（1000~2000h）的实验方案，按照实验成果计较评估現实利用前提下的Fit值。
4.1 实验法子與成果
拔取市場上某品牌温度特征：X7S，電压：6.3V，容值：47μF±20%，封装：1216（X7S-6.3V-47μF±20%-1210）的陶瓷電容，数目1000颗，将電容焊接在测試板上，在上限事情温度125℃、1.5倍额定電压9.45V前提下实验2000h。及時监控電容的IR值，當IR降低至必定水平後断定為失效。在此前提下這次实验完成2000h实验後该規格電容失效数目為2颗。
4.2 失效力计较
假如此規格電容在用户处正常事情前提為100℃、3.3V，要计较此前提下偶尔失效期的失效力，起首經由過程公式2将实验前提125℃、9.45V的2000h换算获得100℃、3.3V前提下的時候（取電压加快因子為3，Ea為1.1）：
计较成果L1=402000h，即電容在125℃、9.45V实验2000h，至關于在100℃、3.3V下事情约402000h。获得此時候後，再按照公式3来计较電容在100℃、3.3V前提下的偶發失效力：
FR=（2/1000*402000）×1.56×109 （Fit）=7Fit
综合以上计较，可获得這個規格電容在100℃、3.3V下事情，偶尔失效期的失效力约為7Fit。固然，按照現实环境，若是電容在分歧的前提下事情，經由過程以上公式也能获得分歧現实利用前提下的失效力。值得注重的是，此实验中失效電容是处于偶尔失效期，是以获得的实验成果只能用来评估失效力，而不克不及用于来权衡消耗失效期的寿命。此外，失效力计较成果可能會跟着实验样本量、实验時候和实验前提變革而變革，实验样本量越大、实验時候越长、实验前提越靠近于現实利用前提，获得的成果越真实，可是遭到实验装备和時候的限定，不克不及無穷的增大数目和耽误時候，以是可以按照現实环境调解样本量和实验前提。
5. 消耗失效期寿命评估法子
仅仅评估電容在偶尔失效期的失效力仍是不敷的，失效力虽低但若在短短两三年時候内就進入了止癢藥膏,磨丧失效那一样也是不克不及知足请求的。是以，用户還但愿晓得電容的利用寿命，晓得電容在何時會進入到消耗失效期。為评估電容的消耗期寿命，一般通太高加快應力实验（150℃或以上高温，3~5倍额定電压），使電容進入到消耗失效阶段產生大量失效，再按照实验成果連系韦伯散布拟合，评估電容在現实利用前提下的寿命。
5.1 实验法子
取某品牌規格為X7S-6.3V-47μF±20%-1210的陶瓷電容，数目20颗，焊接在测試板上，在150℃、20V電压下举行实验，及時监控每颗電容的洩電流值，當在高温下洩電流跨越必定值後断定為失效，实验延续举行直至20颗電容彻底失效。
圖2 测試電容焊接在测試板上
5.2 实验成果與寿命评估
記实此規格在150℃、20V下20颗样品失效時候以下表2。
表2 实验样品失效時候
韦伯散布是瑞典物理學家Weibull傳授提出的一個数學模子，是比年来在寿命靠得住性阐發中利用最遍及的模子之一。按照测試成果，經由過程韦伯散布拟合获得以下圖3曲线。
圖3 实验成果韦伯拟合曲线
在此類实验中，凡是环境下陶瓷電容行業内日系品牌取B1時候（1%失效力時候）来换算現实利用前提下寿命，此实验成果經由過程韦伯散布拟合获得B1為337min。一样，假如此規格電容在用户处正常事情前提為100℃、3.3V，那末經由過程公式2和B1可获得在此前提下此電容的寿命约8.12年（取電压加快因子為3，Ea為1.1）。一样，若是電容在其他前提下事情，也能够經由過程一样的法子计较分歧前提下對應的寿命。
综合以上成果，该規格為X7S-6.3V-47μF±20%-1210的電容，如在100℃、3.3V下事情，應用以上两種法子，經由過程计较获得偶尔失效期失效力约為7Fit，事情约莫8.12年後會進入到磨丧失效期。經由過程以上实行，不但能评估電容在服役時代的偶發失效力，還可以或许评估電容的進入消耗失效期的時候。更首要的是，經由過程实验可觉得用户供给選型引导，如斯利用前提下（100℃、3.3V）计较获得的失效力或寿命不克不及知足產物需求，用户可以举行更大水平的降额，從而低落失效力和延长命命。
6. 竣事语
本文連系浴盆曲线，别离先容了陶瓷電容在偶尔失效期的失效力，和在消耗失效期的寿命计较法子，并提出應用两種法子同步举行评估，综合两個实验成果對選型举自動跳繩,行引导。應用此法子可以或许對陶瓷電容的总體機能有周全的把控，用户也能够按照实验成果调解降额前提，使電容在得當的情况下持久不乱的事情，防止電容在服役進程中產生高比率失效或過早進入消耗期。 |
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發表於 2023-1-9 19:58:13
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