聚合物铝电解电容器关于故障和寿命

Polymer Al Capacitor

Main failure modes

ECAS系列的主要故障模式是因老化而导致的“开路模式”(1)
在本公司的工序中进行了充分的调试和筛选,所以发生故障的可能性基本上很低,特性也很稳定,但发生故障的可能性并不是零。此外,在负载超过允许极限等恶劣的条件下,有可能会出现短路模式(2)。

  • (1)磨损故障:由于静电容量不足而导致的开路模式

    在高温环境下,电解质(高分子)持续劣化,导致进入静电容量偏离标准值的状态,最终进入开路模式。这属于ECAS系列的寿命问题。ECAS系列采用导电性高分子,因此具有比会发生干涸故障的电解液型传统电解电容器的寿命更长的特点,自2000年商品化以来,已被众多客户使用,尚未出现问题。

  • (2)偶发故障:由于漏电电流增加而导致的短路模式

    如果偶然向电路施加超过允许极限的负载(热应力/电应力/机械应力),在非常少的数情况下可能会导致电介质氧化膜的绝缘层被击穿,从而导致短路模式。

Failure Mode in Market

Failure Mode in Market is Open mode mainly.

Estimated life of wear-out failure

导电性高分子铝电解电容器会因环境温度和湿度等使用条件而缓慢劣化。
具体而言,内部构成材料——氧化铝(电介质)及导电性高分子、碳糊等的有机成分发生电化学反应,从而导致静电容量降低和ESR增加,出现劣化。

图1. 由于静电容量和ESR的老化劣化而引起的变化

The decrease in capacitance and the increase in ESR due to aging are caused by the decrease in the active area of the electrode and the decrease in the contact area between layers due to the products generated by the electrochemical reaction, as shown in the figure below.

图2. 时间与活性表面减少之间的关系(模型)

如果像这样将电容器的寿命定义为ESR达到一定数量或静电容量发生劣化的状态,则也可以推算出达到该寿命所需的时间。
温度依赖性遵循反应动力学,即阿伦尼乌斯定律,电压依赖性遵循将阿伦尼乌斯定律扩展后的艾林定律。

村田制作所提供基于这种可靠性逻辑的自创预期寿命计算仿真工具。
通过该仿真,可以预测实际使用环境下的静电容量/ESR的劣化程度,并将其反映到设计中。

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