电解电容加速寿命试验的研究与应用

本文通过试验方法来探讨电解电容在不同温度条件下其容量、漏电流、损耗角正切值等参数的变化情况, 通过试验验证和对其寿命衰减曲线的研究分析, 得到一种加速电解电容寿命试验的有效方法, 大大缩短了电解电容寿命试验的检验周期, 极大地提高了检验效率, 节省了试验成本。

前言

1 元器件加速寿命试验简介

目前常用的加速寿命试验方法分以下三种:

该试验方法是在固定的高于正常工作条件下的应力水平下进行寿命试验。

该试验方法是在逐级递增的应力水平下进行寿命试验。

该试验方法是在应力水平随时间等速升高的条件下进行寿命试验。

2 元器件加速寿命试验的常用模型

但是, 电子元器件在实际使用过程中的失效机理是十分复杂的, 其可靠性往往受很多综合因素影响, 在试验室条件下是不可能用一种模型来模拟的, 但是可以考虑一些主要因素 (比如温度、湿度、电流、电压等) , 建立简化模型。

2.1 Arrhenius模型 (温度加速)

Ln为正常工作温度下的寿命 (单位为h) ;

Tn为正常工作温度 (单位K) ;

E为失效反应的活化能 (单位ev) ;

实践表明, 绝大多数电子元器件的失效符合Arrhenius模型。

2.3 Hallberg和Peak模型 (湿度加速)

2.4 Coffin-Mason模型 (温度变化加速)

3 电解电容加速寿命试验方法的探讨

3.1 研究方案

(1) 电解电容10μF/25V/85℃

(3) 电解电容10μF/25V/105℃

通常我们所说的电解电容的失效指的是其关键参数在一定条件下衰减到不符合我们的使用要求的程度, 而不是指完全意义上损坏。基于这一点, 我们就以电解电容的三个关键参数为基准:容量、漏电流、损耗角正切值, 通过具体试验来分析在不同温度条件下其性能参数的衰减情况, 通过对比分析, 从而得到其加速条件下和常规条件下的等效规律。

3.2 数据记录与分析

表1 研究样品分组 (1)

表3 试验数据记录 (示例)

那么按照将温度提高到105℃后的试验数据所拟合出的多项式方程 (方法与图1、图2和图3所示例的一样) 就可以推导出达到与表4中相同的衰减参数所需要的时间, 经过推算可得知加速之后所需要的时间大约为237.65h~266.67h。同理, 可以推算出相同容量的额定温度为105℃的电解电容在将试验温度提高到125℃后所需要的时间约为297.19h~316.95h。

电解电容加速寿命试验的研究与应用

以电解电容10μF/25V/85℃为例进行分析。通过对实际试验数据的分析, 依据“参数衰减量相同”的原则可以得知, 当温度提高20℃ (即105℃) 后其寿命试验的时间可以缩短为250h~300h之间, 因此加速因子A1为:

4 结论

4.2通过对试验数据的分析, 在额定电压、额定温度相同的情况下, 在同一工作温度条件下, 其容量越大, 失效越快 (即寿命越短) 。因此, 在设计选型的时候, 对于容量越大的电容就越要注意考虑周围环境温度因素对电容可靠性的影响。