愛普科斯的電解電容加固技術(shù)—堅(jiān)固耐用

　　在汽車應(yīng)用中，沖擊和振動(dòng)常會(huì)造成鋁電解電容的過早失效。愛普科斯已著力解決這一問題，目前的設(shè)計(jì)機(jī)械穩(wěn)定性已大大提高。

　　2~3g的沖擊與振動(dòng)耐受力對(duì)于大多數(shù)汽車電子應(yīng)用來說已經(jīng)夠用。許多鋁電解電容的制造商在其數(shù)據(jù)表中引用了一個(gè)10g的抗振強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。乍一看，這一指標(biāo)似乎完全夠用，而且留有充足的余量。但是，獲取這一看起來有著相當(dāng)余量的數(shù)字所采用的測(cè)試條件，卻與真實(shí)的工作條件大相徑庭：測(cè)試的持續(xù)時(shí)間不超過6個(gè)小時(shí)，而且是在室溫下進(jìn)行的，待測(cè)器件也是新出產(chǎn)的。


 圖1  電解電容的基本結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于殼體直徑在10mm以上的、體積較大的鋁電解電容而言，焊接到電路板上的引出端的連線盡管得到了加強(qiáng),仍屢次被證明是最脆弱的環(huán)節(jié)。出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，最大的問題出在引線的截面上。正因?yàn)槿绱耍瑦燮湛扑篂樗嗅槍?duì)汽車應(yīng)用的軸向引線電容提供了獨(dú)一無二的大線徑(1mm)引線。但這不是唯一一項(xiàng)可增強(qiáng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的措施。如果鋁電解電容要在高溫下工作更長(zhǎng)的時(shí)間，出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，殼體中繞組的固定方式也是薄弱環(huán)節(jié)。

　　繞組的固定點(diǎn)在連續(xù)工作條件下會(huì)變得薄弱，其原因有二。首先，安裝系統(tǒng)，即鋁罐連同蓋板，在高溫及固持力的聯(lián)合作用下會(huì)發(fā)生翹曲，以至于繞組不能再穩(wěn)定地保持在原來的位置上。其次，在長(zhǎng)期工作中，電解質(zhì)會(huì)從被安裝固定的繞組中擴(kuò)散出來，繞組將變軟，于是，固定系統(tǒng)中的夾持結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)受到影響。傳統(tǒng)的軸向固定機(jī)構(gòu)的拉伸力或者固定力來自于繞組末端高度彈性的區(qū)域(參見圖1)，往往可保證器件承受10g的過載。如果這一區(qū)域的電解質(zhì)含量減少，則夾持固定力會(huì)相應(yīng)減小。在極端情況下，軸向的夾持結(jié)構(gòu)會(huì)失去其作用。繞組和引線引出孔間的焊接點(diǎn)對(duì)于器件的工作來說非常關(guān)鍵，應(yīng)該受到固定機(jī)構(gòu)的保護(hù)，因此，必須確保該焊接點(diǎn)具有足夠的剩余抗振強(qiáng)度。

　　一般說來，繞組的本體對(duì)電解質(zhì)的損失的敏感度較低，因?yàn)樗讳X條夾持在預(yù)定位置上。它的直徑同樣如此。愛普科斯于是在所有采用軸向引線的汽車用系列的器件圓柱殼體中段添加一段褶皺狀區(qū)域，以便讓繞組具有徑向穩(wěn)定性。從對(duì)這些軸向引線的器件系列的測(cè)試可以看出，器件能確保20g的額定抗振能力，該指標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)版本的兩倍。同樣的，從長(zhǎng)期來看，即在它們的服務(wù)壽命的終結(jié)時(shí)，這些具有20g的額定抗振動(dòng)能力的鋁電解電容仍然具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出標(biāo)準(zhǔn)版本的抗振動(dòng)強(qiáng)度。

　　對(duì)高徑向力的承受能力

　　通常的徑向固定結(jié)構(gòu)對(duì)于軸向電解電容來說已經(jīng)夠用，但對(duì)于那些尺寸較大、直徑為22~35mm且?guī)в兄乩@組的電容(例如那些安裝在汽車引擎上的電容)來說，這些固定結(jié)構(gòu)不足以承受這些電容所承受的力。需要采用專門的、經(jīng)過加強(qiáng)的褶皺結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)即使在高溫下承受很高的徑向力也不會(huì)翹曲。圖2所示的褶皺區(qū)已經(jīng)證明在這些情況下是有效的。由于具有斷崖狀的外邊沿，在材料厚度相同的情況下，它可以保護(hù)繞組在不發(fā)生翹曲的情況下不至于受到更強(qiáng)的徑向反作用力。

 圖2  新褶曲結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)

　　在力的平行四邊形關(guān)系中，固持力直接傳遞給幾乎垂直的褶狀壁上，而不至于增加傳統(tǒng)的扁平褶紋所固有的較大的軸向力。這也可以讓愛普科斯大尺寸的B41605和B41607系列所使用的新的褶狀結(jié)構(gòu)能承受更大的徑向夾持力。這種設(shè)計(jì)已經(jīng)通過了高達(dá)40g和2kHz的全部振動(dòng)測(cè)試。這些鋁電解電容在承受2000小時(shí)、125°C的長(zhǎng)時(shí)間的熱預(yù)應(yīng)力后，仍然通過了30g、高達(dá)2kHz的振動(dòng)測(cè)試。進(jìn)行快速和慢速溫度循環(huán)處理而弱化后所進(jìn)行的振動(dòng)測(cè)試也得到了相同的結(jié)果。這種褶狀結(jié)構(gòu)(圖3)目前用于所有面向機(jī)動(dòng)車或者機(jī)床應(yīng)用的大尺寸鋁電解電容之中。

 圖3  帶有新添的中段皺曲的焊片式電解電容

　　鋁電解電容到電路板的固定方法也很關(guān)鍵。于是，從最初的焊片型號(hào)出發(fā)，開發(fā)了一種新的設(shè)計(jì)。它可以通過錫焊和熔接與引線焊接固定。決定因素在于這些線要具有足夠的柔性，這樣即使鋁電解電容相對(duì)于其固定點(diǎn)出現(xiàn)移動(dòng)，電氣連接也不至于中斷(圖4)。電路板上的焊點(diǎn)以及電容引線引出孔處的焊點(diǎn)就這樣得到了保護(hù)。

 圖4  經(jīng)過改進(jìn)的固定引線可以確保更高的抗振強(qiáng)度

　　大尺寸系列器件的外表與單端電容的外表類似。相比之下，它們的內(nèi)部構(gòu)造則與具有柔性條帶接觸的焊片式電解電容相類似。與愛普科斯所有的采用罐式外殼的電容一樣，該系列具有完全熔接的觸點(diǎn)，新的褶狀區(qū)還可以應(yīng)用于承受高振動(dòng)應(yīng)力的、尺寸較小的鋁電解電容上，例如那些采用軸向引線的產(chǎn)品和solder－star型產(chǎn)品。不過到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)的褶皺對(duì)于汽車應(yīng)用來說被證明已經(jīng)夠用。然而,愛普科斯可以向客戶提供添加了新的褶狀結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有型號(hào)的產(chǎn)品的樣品，這種樣品可以滿足更苛刻的抗振強(qiáng)度需求。

　　測(cè)試結(jié)果表明，這種新的褶形設(shè)計(jì)的運(yùn)用并不取決于殼體的尺寸。這意味著在未來也可以制造帶有中段褶紋、采用螺釘端子的大殼體。目前正在進(jìn)行初步的嘗試，以便讓鋁電解電容能與各種褶皺設(shè)計(jì)相匹配，從而不斷提高其耐振動(dòng)強(qiáng)度。

　　大尺寸系列簡(jiǎn)介

　　愛普科斯的B41605和B41607系列鋁電解電容具有很高的抗振強(qiáng)度，溫度穩(wěn)定性高達(dá)150 °C，可承受大電流，可靠性高，是要求苛刻的汽車和工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。

　　當(dāng)繞組的張力隨著壽命趨于結(jié)束而逐漸減小以及電容承受振動(dòng)，繞組和外殼間會(huì)形成縫隙。軸向的夾持將出現(xiàn)皺曲，僅靠焊接的電氣連接部分無法在振動(dòng)過程中確保機(jī)械固定功能的實(shí)現(xiàn)。

　　在材料厚度相同且不至于發(fā)生翹曲的情況下，新的斷崖狀褶曲可以保護(hù)繞組不會(huì)承受更強(qiáng)的徑向反力。

　　焊片型號(hào)補(bǔ)充了大尺寸的設(shè)計(jì)，在這種設(shè)計(jì)中，是引線而不是焊片夾被焊接到引線引出孔上。該版本也可以帶有客戶規(guī)定的彎折線并不帶絕緣。

　　這些導(dǎo)線的彎曲應(yīng)該保證電路板和電容間的任何可能的相對(duì)運(yùn)動(dòng)都不會(huì)給錫焊和熔接焊形成的接點(diǎn)帶來應(yīng)力，而這一要求與對(duì)準(zhǔn)無關(guān)。與通常的單端電容相比，由于具有內(nèi)部的條帶焊接，大尺寸的電容對(duì)于施加到引線引出孔處的軸向推力不敏感。