更大温度范围的钽电容器
来源：         发布时间：2008-06-23 00:00:00               A⁺  A  A^-         【打印】

       汽车电子应用不断增多，从驾驶室娱乐、安全气囊、ABS到发动机。它们各自由于在车内位置不同而要求不同，由此对工作温度、过程电压和可靠性提出了多种要求。 
　　 驾驶室应用的最高工作温度低于85℃，而发动机舱则为低于175℃，但现在的趋势是发动机温度由于应用的不断整合而逐渐增高。
目前，对所有车载汽车电子的功率输出要求已超过传统14V电池的能力，现在正在研究42V电力系统以满足发动机高功耗应用的需求。
可靠性是汽车工业的驱动力，同时也是高温度范围电容器需要考虑的关键参数之一。零件在高工作温度下达到高性能需由可靠性的提高加以支持。
　　汽车工业对钽电容器的新要求
　　● 工作温度
标准钽电容器技术的温度范围为-55℃～+125℃，因此只能用在驾驶室和其它低温场合。要用到引擎里，钽电容器的工作温度就必须提高到150℃。未来，发动机舱的温度可能达到175℃，甚至进一步发展至200℃。
　　新研究着重于在有限的时间内提高工作温度，直至175℃。还要测量-55℃/+175℃热冲击的稳定性和175℃下的长期稳定性，以证明新设计的性能。不仅要达到175℃，在开发时还要考虑到钽电容可能会用在200℃或更高的温度条件下。
　　●    额定电压
　　标准钽电容技术的电压范围最高为50V，温度为-55℃～125℃。用于175℃操作的高温钽电容器的额定电压在宽范围内为35V，在有些限定情况下则为50V。将额定电压增至60V是一个挑战，目前的技术尚未达到。在过渡期间，可使用2个串联的35V电容器来满足高电压要求[2]（参考文献2）。14V和42V电池均由调至8V、5V甚至更低电压的DC/DC转换器构成。低电压进一步扩大了用于汽车电子的电容器范围。
　　● 可靠性
　　除了高温特性，汽车工业对产品的使用寿命也有极高的要求。这就是能够经受诸如175℃高温的钽电容器需要达到优于标准钽电容(1%/1000小时)至少两倍可靠性(0.5%/1000小时)的原因。
　　材料开发
　　从化学和机械角度来说，高工作温度要求用于生产电容器的所有材料具有温度稳定性。材料的设计须能经受高温应力和存储。
　　对材料的最高工作温度进行了研究，由此证明材料在升温后(通过运用实验室测试模式)的长期稳定性。然后通过测试成品电容器的机电性能确定稳定性。通过对电容器中使用的银材料的TGA稳定性进行测试，证明其最高可在250℃下保持稳定。
　　如果将电容器的工作温度提高到175℃，要对三组材料予以特别注意，包括钽阳极、封装材料和终端。但是，诸如碳、银等其它材料也不容忽视。
　　●    钽阳极
　　可靠性测试证明，如果遵守特定的规则，配备氧化锰电极的钽电容器可以在较高温度下进行存储。由于采用了具有悠久可靠性历史的材料、设计和工序，因此研制的新电容器在175℃下存储或循环后仍高度可靠。
　　钽粉类型对阳极的耐用性至关重要。不同生产商的粉在粒度、孔隙度或纯度方面略有不同，这在最终阶段会影响电容器的稳定性。
　　以最大安全比形成的均匀电介质与牢固的阳极墙结构造就了可靠的钽阳极，其可以吸收热机械应力并承受不利的环境条件(如高温或高湿)。
　　钽电容器在生产过程中以加速条件进行100%筛选，以消除潜在故障。坚固的阳极设计可以将筛选操作的温度调至最高175℃。所有电容器在其生产过程中都经历了高温的加速测试，从而可以保证到达最终用户时的可靠性。
　　为确保高浪涌电流电阻，采用了具有超低串联电阻的动态多重浪涌测试，来模拟用户可能遇到的最坏的浪涌情况，并找出可能在用户使用时发生故障的薄弱零件。所有电容器均通过这种浪涌100%筛选，自动消除潜在的故障。
　　●    封装和镀层
　　封装材料的设计应能减少来自热冲击的应力，由此承受高温并有效阻隔湿气渗透。抗热冲击性可以通过模塑混合物的低热膨胀和高玻璃化转变温度降低。
　　高温下的高强度以及对引脚的高粘附力减少了封装材料开裂而为湿气渗透提供可乘之机的可能。IPC 2级是对抗开裂性的最低要求水平，达到IPC 1级以提高湿度稳定性的材料正在开发之中。封装材料的低吸水性可以进一步提高防潮性能。 
　　无铅技术开始在汽车工业内广泛应用。无铅技术要求包括产品可以兼容峰值温度最高达260℃的无铅回流以及禁止将Sb/Br混合物用作阻燃剂的环境标准。封装材料的设计同时满足上述两种规范。
　　封装材料应显示带有标记的稳定颜色，并可在175℃下存储后辨认。
　　终端镀层必须满足高温存储和环境要求。暴露在175℃温度下，用无铅焊接方式焊到PCB的电镀铅仍具备出色的剪切力。目前常用的有镀金、无铅兼容镀层、标准Sn/Pb镀层三种焊接方式。
　　镀金是一种环保、高度可靠且温度稳定的镀层，特别推荐用于混合电路应用。
　　随着无铅环保法规的出台，市场上已经有完全兼容无铅工艺的纯锡涂层可供使用。纯锡镀层为传统的SnPb焊料带来了具有同等可焊性的低成本解决方案，并具最高达260℃的更高回流温度以满足无铅焊接的要求。