原理圖技術

電容毀滅性故障,如何讓PCB板直接報廢!

主題: ? | 作者:pcbsheji工程師 | 點擊: | 來源:專業PCB制板網(www.sacred-key-academy.com)
01
Mar
2021
當遇到了讓人不知所措的鉭電容器故障。這并不是簡單的電容器故障,而是災難性的故障,致使PCB板無法修復。這種小型專用微型計算機PCB并不存在使用不當的問題,究竟是什么原因導致了故障?我們找不到任何合理的解釋。
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。在40°C的額定環境溫度下,其溫度僅升高13°C,遠遠低于85°C的電容器規格。工作電壓為27V,也遠低于50V的額定電壓,因此沒有問題。
我們首先注意到兩個不太嚴重的故障,接著就發生了第一次爆炸。有一些貼片電容仍然是完整的。我向電容器供應商送交了一顆從PCB上炸下來的電容器和一塊完整的PCB進行分析,最后它們被送到了制造部門。制造部門得出了一個看似合理的診斷結果: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高。
我自己也通過互聯網對鉭電容器的故障做了一些研究,發現鉭電容器的芯子有一些應在制造過程中被清除的小缺陷。在板子工作中,電壓通過電阻器逐漸升至額定電壓加上保護帶。串聯電阻可防止因為熱失控而破壞電容芯子。我還了解到,在制造過程中,高溫下焊接PCB所產生的應力可能導致電容芯子內部出現小裂紋,這些小裂紋反過來可能導致低阻抗應用中出現故障。小裂紋還會降低設備的額定電壓,因此故障分析顯示出爆炸原因是常見的過電壓故障。
引線框可減少電容芯子上產生的應力,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,這樣會產生機械應力,應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代構造技術是使用多個較小的芯子,這些芯子連接到公共的引線框。我們同時具備了所有這些條件:大電容芯子、不帶引線框、低阻抗電壓源和過壓故障。
一個技術支持注意到第一代產品是可靠的,這時又出人意料地發生了第二次爆炸。進一步的檢查發現,第一代PCB并聯了四個6.8μF鉭電容,而后來的PCB并聯了兩個6.8μF電容和一個15μF電容,以節省電路板空間。15μF電容正是發生故障的電容。
現在我們找到了可能的原因,但是還沒有解決辦法。供應商仍然沒有回應,因為這個產品是專用的,所以我們的工作只能停下來。如果無法控制產品,我們怎么可能解決問題或管理現場的所有元件?
我的想法是做一個電容器后處理夾具,用來緩慢增加施加到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,同時又有足夠大的內部電阻來限制瞬態電容故障清除電流。沒想到后處理夾具真的管用!在對倉庫或現場的元件進行后處理時,沒有再發生故障。這一發現表明,串聯部件成功地限制了故障清除電流,假定10%到20%的元件可能會發生故障。
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