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电容器毁灭性的故障,怎么让PCB板直接报废的?
来源: 时间:2021-04-03

那一年,我在一个制造工厂工作,遇到了一个令人难以置信的钽电容器故障。它不是一个简单的电容器故障,而是一个灾难性的故障,导致PCB无法修复。这款小巧的专用微机PCB不存在使用不当的问题,到底是什么原因造成故障?对此,我们无法做出合理的解释。令人不快的是,供应商仍然指责我们。

该电容具有直流输入电源的旁路功能。研究结果表明,这些元件虽然有明显的纹波电流,但仍在其额定电流范围内。额定环境温度为40°C时,温度只上升了13°C,远低于85°C电容器规格。运行电压是27V,也比额定电压低50V,所以不会有问题。

电容器毁灭性的故障,怎么让PCB板直接报废的?

第一次爆炸发生时,我们发现有两处不太严重的故障。有些贴片电容仍保持完整。我把一个从PCB上炸下来的电容器送给电容器供应商,然后用一个完整的PCB进行分析,最后把分析结果送到制造部门。制造厂得到了一个似乎合理的诊断结果:电容芯上蛇形燃烧痕迹清楚地表明,爆炸原因是电压过高。

本人也在网上做过一些关于钽电容器故障的研究,发现钽电容器芯子有一些小缺陷,应该在生产过程中排除。当平板运行时,电压通过电阻逐渐上升到额定电压加上保护带。串接电阻可以防止由于热失控损坏电容芯。同时也了解到PCB在制作过程中因高温而产生的应力可能会导致电容芯内部出现小裂纹,而小裂纹又会导致低阻抗应用失败。微小的裂痕也会降低设备的额定电压,因此故障分析表明爆炸原因为过电压故障。

引线框架可以降低电容芯所产生的应力,提高可靠性。若电容芯子没有引线框,则必须直接焊接在PCB上,这样会产生机械应力,而且应力会随着芯子尺寸的增大而明显增大。现代构造更大钽电容器的技术是使用多个连接到通用引线框上的更小的芯子。这些条件包括:大电容芯子、无引线框架、低阻抗电压源、过压失效等。

当另一次意外爆发发生时,一位技术支持发现第一代产品是可靠的。通过进一步检查发现,第一代PCB并联了四个6.8μF钽电容,而后期PCB则并联了两个6.8μF和一个15μF电容,以节省电路板的空间。十五μF电容就是发生故障的电容。

目前,我们已经找到了原因,但还没有解决方案。供货商依然没有回应,因为产品是专用的,所以我们只能停止工作。不能控制产品,我们如何能解决问题或管理好现场的所有部件?

这个想法是做一个电容后处理夹具,它可以缓慢地提高对PCB的电压,并且有足够大的电流容量给所有PCB元件供电,同时又有足够大的内部电阻,以限制瞬时电容故障清除电流。不料后处理夹具真的有用!经过后期处理,仓库或现场的零件不会再出现故障。研究结果表明,假设有10%-20%的元件可能出现故障,串联部件可以成功地限制故障排除电流。