铝电解电容-3

1、01:41:27 上午BB材料研究專案鋁電解電容器原理與制程鋁電解電容器原理與制程研究研究 小組成員:倪學茹; 盛正朋 指導老師:簡怡芬;吳聲君01:41:27 上午鋁質電解電容器鋁質電解電容器大綱大綱一. 鋁質電解電容器特性簡介二. 鋁質電解電容器制程簡介三. 鋁質電解電容器失效模式分析四. 鋁質電解電容器檢測方法(Reliability)五. 鋁質電解電容器未來發展方向01:41:27 上午 鋁質電解電容器特性簡介第一部份01:41:27 上午 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容概述1. 何謂鋁電解電容英文名稱為 “Aluminum Electronic Capacitor也稱為 ” Con

2、denser ”其使用的主要原材料為鋁箔 故稱之2. 鋁電解電容的功能 (1) 瞬時儲電及瞬時放電 (2)隔直通交01:41:27 上午充放電濾波旁路整流 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要用途01:41:27 上午 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容組成01:41:27 上午單位：F：電容Farad e：介電常數As/Vm S：介電層表面積m2 t:：介電層厚度 m+-電容量電容量 ( Capacitance , uF ) 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要特性電容量電容量 ( Capacitance , uF )01:41:28 上午 漏電流漏電流 ( Leakage Current ,

3、 uA )當施加電壓時 , 流過E/C本體之電流稱之 I=KCV+M影響 Leakage Current 之因素 : 1. 電極絕緣體 (氧化皮膜) 之缺陷 2. 電極存在之導電雜物 3. 端子 (導線) 存在之導電雜物溫度過高 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要特性Lc測試儀01:41:28 上午損失角損失角(Dissipation Factor , tan)加電壓時 , 因等效串聯電阻之關係所產生之功率損耗比ICrrVrVcV影響損失角之因素 : 鋁箔或電解液所存在之電阻 Vr Irtan= - = - = Cr r Vc 1 I - Cr 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要特性LCR

4、測試儀 tan tan ESR = r = - = - C 2fC01:41:28 上午阻抗阻抗 ( Z , Impedance , )1. 電容本體所含之電阻值2. 電容的等效電路 A C L r BA-B端之電阻值即為電容器之阻抗值 3. 阻抗量測方式AVCx VZ = - I 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要特性01:41:28 上午 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容主要特性Z值、值、ESR值頻率特性值頻率特性01:41:28 上午nCharacteristic vs temperature and frequencyTemperatureincreaseFrequencyincre

5、aseESRCapacitanceDissipationFactor(tan d)Leakage Current- 鋁質電解電容器特性簡介鋁電解電容器温度与频率特性01:41:28 上午鋁質電解電容器制造流程第二部份01:41:28 上午鋁箔的處理 鋁電解電容器制造流程 01:41:28 上午鋁箔的處理 鋁電解電容器制造流程01:41:28 上午鋁箔表面 （3500X）鋁箔切面 （3500X）電蝕箔的種類低壓用鋁箔高壓用鋁箔鋁箔的處理 鋁電解電容器制造流程01:41:28 上午化成電壓與氧化鋁厚度的關係1) Al3+ + 6H2O Al(OH2)63+2) Al(OH2)63+ Al(OH)3

6、 + 3H2O + 3H+3) 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O20V20V100V250V 鋁電解電容器制造流程01:41:28 上午+組立組立+套管套管充電充電捲繞捲繞+裁切裁切 鋁電解電容器制造流程 制造流程圖01:41:29 上午 鋁電解電容器制造流程 裁切裁切目 的: 將鋁箔及電解紙裁成需求寬度01:41:29 上午裁切裁切管制重點: 1. 裁切刀片裁切數量 鋁電解電容器制造流程 裁切刀片裁切數量裁切刀片裁切數量01:41:29 上午管制重點: 2. 鋁箔灰 加裝吸塵裝置降低箔灰沾附機率吸箔灰裝置 鋁電解電容器制造流程 裁切裁切01:41:29 上午管制重點: 3. 鋁箔毛

7、刺 毛刺0.02mm 鋁電解電容器制造流程 裁切裁切01:41:29 上午+=+= 鋁電解電容器制造流程 釘繞釘繞目 的: 以鉚釘的方式使導針與鋁箔有效的鉚合 以捲繞方式使正負箔相互對應，並以電解紙做為隔絕及吸附 電解液之作用 01:41:29 上午管制重點: 1. 釘接阻抗釘接釘接箔寬(mm) 正箔(m)負箔(m)2.21.11.141.01.04.570.90.870.70.7微電阻表 鋁電解電容器制造流程 01:41:29 上午管制重點: 2. 壓花厚度 依壓花工藝標準 20um釘接釘接 鋁電解電容器制造流程 導針導針針接針針接針01:41:29 上午n管制重點: 3. 壓花狀態釘接釘接

8、 鋁電解電容器制造流程 01:41:29 上午n管制重點: 4. 鋁箔灰管制釘接釘接吸箔灰裝置吸箔灰裝置 鋁電解電容器制造流程 01:41:29 上午管制重點: 1. X-Ray 檢視內部捲繞狀態 (依限度樣品判定)捲繞捲繞 鋁電解電容器制造流程 01:41:29 上午管制重點: 2. 素子短路測試 檢測條件 1520Vdc , 100mA捲繞捲繞短路檢測短路檢測 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午管制重點: 3. 鋁箔灰管制捲繞捲繞短路檢測短路檢測吸灰裝置吸灰裝置 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午+= 鋁電解電容器制造流程 含浸含浸01:41:30 上午目 的: 藉由真

9、空及加壓方式使素子充分被電解液濡濕 , 以達到 驅動電容之功能管制重點: 1. 含浸後素子之 CAP、DF 2. 儲存桶電解液特性 (PH、電導度、含水率、閃火電壓)含浸含浸 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午+= 鋁電解電容器制造流程 組立組立01:41:30 上午目 的: 將含浸後素子放於鋁殼內 , 並以封口橡膠使達到密封效果.管制重點: 1. 氣密性 置於1205乙二醇30.5分鐘，不可有氣泡冒出 組立組立 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午管制重點: 2. 氣密性 - 防爆測試 反向 1.5 x WV , 1A / pcs 。必須自防爆孔爆裂 組立組立 鋁電解電容器

10、制造流程 01:41:30 上午管制重點: 3. 封口狀況及封腰位置 組立組立 鋁電解電容器制造流程 X-Ray 機機01:41:30 上午管制點: 4. 組立後尺寸 (封腰深度、成品高度)組立組立DL 鋁電解電容器制造流程 精密測量顯微鏡精密測量顯微鏡01:41:30 上午+= 鋁電解電容器制造流程 套管套管01:41:30 上午目 的: 以超音波振動將導針及鋁殼表面殘留油質或電解液清除 , 防止導針氧化及膠管二次收縮清洗清洗 鋁電解電容器制造流程 全自動清洗機全自動清洗機01:41:30 上午目 的: 於裸品套上熱縮膠管以做絕緣及標示之功能管制重點: 1. 熱收縮狀態 置於160恆溫槽5分

11、鐘，檢視膠管外觀及膠管覆蓋量 2. 極性套管套管 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午 鋁電解電容器制造流程 老化充電選別老化充電選別01:41:30 上午目 的: 修補鋁箔氧化皮膜並使之更穩定 , 同時做成品特性值篩選控制重點: 1. 老化充電條件 ( 電壓、溫度、時間 ) 2. 選別值標準 ( Cap 、DF 、LC )老化充電選別老化充電選別 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午目 的: 100% 檢驗將外觀不良品剔除 外觀檢查外觀檢查 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午目 的: 依需求將導針長度剪短管制點: 1. 導針長度 2. 導針腳距(pitch) 3.

12、導針外觀(不可受傷或露銅影響吃錫性)加工加工/剪腳剪腳 鋁電解電容器制造流程 01:41:30 上午 鋁電解電容器制造流程 目 的: 依客戶要求進行包裝入庫管制點: 1. 包裝方式 2. 包裝數量 3. FIFO 管制包裝包裝/入庫入庫01:41:30 上午第三部份鋁質電解電容器失效模式分析01:41:30 上午電容器成品故障透析不良項目原因短路1.鋁箔裁切時邊緣出現毛刺,刺破電解紙;端子有棱角, 刺鉚不好或未壓平而刺破電解紙2.電解紙密度不夠或時稀時密;電解紙破裂;捲繞不齊3.過度充放電而產生火花開路1.端子結構連接不良,斷裂機;械張力過大,造成嵌釘膜脫落或折斷2.電解液乾涸3. 端子引線腐

13、蝕CAP下降，DF上升1.氣密性不好,導致電解液蒸發;電解液過熱分解(環境溫度過高)2.逆電壓3.電解液粘度變高,電阻增加4.氯離子滲入LC偏大1.電解電容長期放置,氧化皮膜劣化;氯離子與鋁箔反映導致2.老化時間不足,破損氧化皮膜未修補完全3.陽極箔腐蝕或表面刮傷,破損電解液外漏1.封口密閉不良2.印加電壓異常,溫度過高,造成內壓過大3.端子張力過大,腳距不符4.逆電壓防爆孔作用1.逆電壓,紋波電流,交流電壓過大2.使用環境溫度過高電容失效分析01:41:31 上午 失效型式失效型式:假性短路假性短路假性短路異常現象假性短路異常現象:電容在較低電壓及電流下使用時電容在較低電壓及電流下使用時,表

14、現為短路表現為短路.測量方法測量方法:用萬用表用萬用表200歐檔位測試歐檔位測試,其電阻小於其電阻小於50歐歐.假性短路消失條件假性短路消失條件:施加電容額定電壓施加電容額定電壓60S 即消失即消失.假性短路假性短路施加施加額定額定電壓電壓短路短路消失消失假性短路電容正常使用均不影響各特性值及電容固有的功能,其壽命同正常品假性短路常發假性短路常發生於生於ICT測試測試電容失效分析01:41:31 上午失效型式失效型式:假性短路假性短路假性短路産品解剖後於超大倍顯微鏡下觀察，有細小的鋁箔灰存在：假性短路産品解剖後於超大倍顯微鏡下觀察，有細小的鋁箔灰存在：解析電解析電容，內部電解容，內部電解紙上有

15、細小箔灰存在紙上有細小箔灰存在於於200倍顯微鏡下倍顯微鏡下有黑色點為鋁箔灰有黑色點為鋁箔灰電容失效分析01:41:31 上午失效型式失效型式:假性短路假性短路假性短路産生原由：假性短路産生原由：為了配合M/B 使用條件要求鋁電解電容器要有更低的ESR值使用密度、厚度小電解紙使用密度、厚度小電解紙采用采用氧化氧化膜膜致密的（致密的（AL2O3AL2O3）鋁箔鋁箔采用高導電性能電解液采用高導電性能電解液采用低壓化成采用低壓化成（AL2O3AL2O3）負極鋁箔負極鋁箔導致生産過程極導致生産過程極少數鋁箔灰浸透少數鋁箔灰浸透過電解紙使鋁質過電解紙使鋁質電解電容産生假電解電容産生假性短路性短路電容失效

16、分析01:41:31 上午失效型式失效型式:假性短路假性短路鋁箔灰産生原由：鋁箔灰産生原由：鋁箔裁切過程之鋁銷鋁箔裁切過程之鋁銷& &掉落掉落AL2O3AL2O3釘接釘接過程鋁箔與機械過程鋁箔與機械之間産生之鋁箔灰之間産生之鋁箔灰鋁箔灰産生鋁箔灰産生裁切裁切釘接釘接捲繞捲繞電容失效分析01:41:31 上午失效型式失效型式:假性短路假性短路控制假性短路産生措施：控制假性短路産生措施：配合客戶配合客戶M/B使用條件下使用條件下,采用采用密度、厚度大電解紙密度、厚度大電解紙鋁箔裁切過程采用吸塵裝置、無塵室鋁箔裁切過程采用吸塵裝置、無塵室控制假性短路控制假性短路開發更開發更高導電性能

17、電解液高導電性能電解液設計方面設計方面釘接設備采用吸塵裝置、刷塵裝置釘接設備采用吸塵裝置、刷塵裝置釘接設備安裝假性短路檢測裝置釘接設備安裝假性短路檢測裝置分選設備采用模擬客戶分選設備采用模擬客戶ICT條件進行篩選條件進行篩選制程方面制程方面導入更高要求導入更高要求的制程管控的制程管控降低假性短路降低假性短路在客戶端發生在客戶端發生電容失效分析01:41:31 上午1.必須注意極性，否則極性錯誤將會導致電容壽命減短、短路甚至電容爆炸。2.不得過電壓使用，否則將導致洩漏電流上升而損壞並減短壽命。3.一般品電容不得用於快速的充放電，否則將導致容量衰減壽命減短以及溫度上升。4.不可過電流使用。5.避免

18、導針有過大的力量或撞擊，如 拉拔推壓彎曲 (1) 將吃錫後的電容搖動或彎下 (2) 導針距離與PC板孔距不相符 (3) 藉由吃錫後的電容將PCB拿起 (4) 避免吃錫後的電容受到碰撞，尤其是吃錫後PCB的存放方式 (5) 不可將焊於PCB的電容躺下或轉動鋁電解電容使用注意事項電容失效分析01:41:31 上午6. 使用在規格的適用溫度，溫度上升10壽命即會減少一半。7. 防爆閥的頂部必須預留足夠的空間以供其動作。 Dia.16 ：預留2mm以上。 Dia.1835：預留3mm以上。 Dia.40：預留5mm以上。8. 吃錫的溫度或預熱時間過高，將使產品特性失效或膠管裂開及過度收縮。9. 產品於

19、室內 溫度:535C ，溼度75%以下 可以放置1年，超過以上的條件於使用前必須再重新老化充電。鋁電解電容使用注意事項電容失效分析01:41:31 上午 鋁電解電容器之選用濾波電容器濾波電容器 交流電（工頻或高頻）經整流後需用電容器濾波使輸出電壓平滑， 要求電容器容量大，一般多採用鋁電解電容器。鋁電解電容器應用時主要問題是溫度與壽命關係，如廉價型環境溫度多為85，可在2000h內保證各性能參數在很多要求高溫和高可靠性場合下，應選用長壽命（如5000h以上，甚至105,5000h）電解電容器。一般體積小的電解電容器。濾波電容器中流過較大的高頻電流，當電解電容器等效串聯電阻（ESR）較大時，將產生

20、較大損耗，導致電解電容器發熱。而低ESR電解電容器則可明顯減小紋波（特別是高頻紋波）電流產生的發熱。01:41:31 上午鋁質電解電容器檢測方法(Reliability)第四部份JIS-5141&JIS-540201:41:31 上午鋁電解電容器檢測方法(Reliability)高溫負載測試 (Load Life Test)高溫無負載測試 (Shelf Life Test)高溫紋波負載測試 (Ripple Load Life Test)高低溫循環測試 ( Temperature Cycle Test)濕度測試 (Humidity Test)湧浪電壓測試 (Surge Voltage T

21、est)成品防爆測試 (Vent Test)成品振動測試 (Vibration Test)成品端子抗拉強度測試 (Pull Test)01:41:31 上午失效原因及可靠性篩選方法失效原因及可靠性篩選方法失效情況篩 選 方 法高溫負載高溫無負載高低溫循環濕度測試振動試驗湧浪電壓反相電壓防爆試驗溫度特性X光透視鉚釘缺陷封口氣密不良電解液不良電解液乾凅防爆閥缺陷鋁箔不良裝配不良註: 最佳 ; 有效鋁電解電容器檢測方法(Reliability)01:41:31 上午Load Life Test (DC)電源供應器 10High Temperature ChamberE/C 並聯印加額定電壓，置於 Chamber 最高使用溫度5測試後判定標準: Cap 20(25)% of Initial value DF 200% of specified value LC Specified value Impedance Specified value