不知所措的鉭電容器故障 致使PCB板無(wú)法修復(fù)

那年我在一家制造廠工作，當(dāng)時(shí)遇到了讓人不知所措的鉭電容器故障。這并不是簡(jiǎn)單的電容器故障，而是災(zāi)難性的故障，致使PCB板無(wú)法修復(fù)。這種小型專用微型計(jì)算機(jī)PCB并不存在使用不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，究竟是什么原因?qū)е铝斯收?？我們找不到任何合理的解釋。讓人不爽的是，供?yīng)商還怪罪我們。

電容器提供直流輸入電源旁路的功能。分析顯示，這些元件雖然有明顯的紋波電流，但是仍在其額定電流范圍之內(nèi)。在40°C的額定環(huán)境溫度下，其溫度僅升高13°C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于85°C的電容器規(guī)格。工作電壓為27V，也遠(yuǎn)低于50V的額定電壓，因此沒(méi)有問(wèn)題。

我們首先注意到兩個(gè)不太嚴(yán)重的故障，接著就發(fā)生了第一次爆炸。有一些貼片電容仍然是完整的。我向電容器供應(yīng)商送交了一顆從PCB上炸下來(lái)的電容器和一塊完整的PCB進(jìn)行分析，最后它們被送到了制造部門。制造部門得出了一個(gè)看似合理的診斷結(jié)果：電容芯子上的蛇形燃燒痕跡清楚地表明爆炸原因是電壓過(guò)高。

我自己也通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)鉭電容器的故障做了一些研究，發(fā)現(xiàn)鉭電容器的芯子有一些應(yīng)在制造過(guò)程中被清除的小缺陷。在板子工作中，電壓通過(guò)電阻器逐漸升至額定電壓加上保護(hù)帶。串聯(lián)電阻可防止因?yàn)闊崾Э囟茐碾娙菪咀?。我還了解到，在制造過(guò)程中，高溫下焊接PCB所產(chǎn)生的應(yīng)力可能導(dǎo)致電容芯子內(nèi)部出現(xiàn)小裂紋，這些小裂紋反過(guò)來(lái)可能導(dǎo)致低阻抗應(yīng)用中出現(xiàn)故障。小裂紋還會(huì)降低設(shè)備的額定電壓，因此故障分析顯示出爆炸原因是常見(jiàn)的過(guò)電壓故障。

引線框可減少電容芯子上產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高了可靠性。如果電容芯子不帶引線框，則必須直接焊接到PCB上，這樣會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，應(yīng)力隨電容芯子的尺寸而顯著增加。尺寸較大的鉭電容器的現(xiàn)代構(gòu)造技術(shù)是使用多個(gè)較小的芯子，這些芯子連接到公共的引線框。我們同時(shí)具備了所有這些條件：大電容芯子、不帶引線框、低阻抗電壓源和過(guò)壓故障。

一個(gè)技術(shù)支持注意到第一代產(chǎn)品是可靠的，這時(shí)又出人意料地發(fā)生了第二次爆炸。進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)，第一代PCB并聯(lián)了四個(gè)6.8μF鉭電容，而后來(lái)的PCB并聯(lián)了兩個(gè)6.8μF電容和一個(gè)15μF電容，以節(jié)省電路板空間。15μF電容正是發(fā)生故障的電容。

現(xiàn)在我們找到了可能的原因，但是還沒(méi)有解決辦法。供應(yīng)商仍然沒(méi)有回應(yīng)，因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品是專用的，所以我們的工作只能停下來(lái)。如果無(wú)法控制產(chǎn)品，我們?cè)趺纯赡芙鉀Q問(wèn)題或管理現(xiàn)場(chǎng)的所有元件？

我的想法是做一個(gè)電容器后處理夾具，用來(lái)緩慢增加施加到PCB上的電壓，并具有足夠大的電流容量為PCB上的所有元件供電，同時(shí)又有足夠大的內(nèi)部電阻來(lái)限制瞬態(tài)電容故障清除電流。沒(méi)想到后處理夾具真的管用！在對(duì)倉(cāng)庫(kù)或現(xiàn)場(chǎng)的元件進(jìn)行后處理時(shí)，沒(méi)有再發(fā)生故障。這一發(fā)現(xiàn)表明，串聯(lián)部件成功地限制了故障清除電流，假定10％到20％的元件可能會(huì)發(fā)生故障。

事實(shí)是最好的證據(jù)：從前大約每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)一兩次故障，現(xiàn)在超過(guò)18個(gè)月了，一次故障也沒(méi)有發(fā)生。確實(shí)有用！
編輯：hfy