愛(ài)普科斯的電解電容加固技術(shù)—堅固耐用

　　在汽車(chē)應用中，沖擊和振動(dòng)常會(huì )造成鋁電解電容的過(guò)早失效。愛(ài)普科斯已著(zhù)力解決這一問(wèn)題，目前的設計機械穩定性已大大提高。

　　2~3g的沖擊與振動(dòng)耐受力對于大多數汽車(chē)電子應用來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用。許多鋁電解電容的制造商在其數據表中引用了一個(gè)10g的抗振強度的數據。乍一看，這一指標似乎完全夠用，而且留有充足的余量。但是，獲取這一看起來(lái)有著(zhù)相當余量的數字所采用的測試條件，卻與真實(shí)的工作條件大相徑庭：測試的持續時(shí)間不超過(guò)6個(gè)小時(shí)，而且是在室溫下進(jìn)行的，待測器件也是新出產(chǎn)的。


 圖1  電解電容的基本結構

　　對于殼體直徑在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(xiàn)盡管得到了加強,仍屢次被證明是最脆弱的環(huán)節。出現振動(dòng)時(shí)，最大的問(wèn)題出在引線(xiàn)的截面上。正因為如此，愛(ài)普科斯為所有針對汽車(chē)應用的軸向引線(xiàn)電容提供了獨一無(wú)二的大線(xiàn)徑(1mm)引線(xiàn)。但這不是唯一一項可增強長(cháng)期穩定性的措施。如果鋁電解電容要在高溫下工作更長(cháng)的時(shí)間，出現振動(dòng)時(shí)，殼體中繞組的固定方式也是薄弱環(huán)節。

　　繞組的固定點(diǎn)在連續工作條件下會(huì )變得薄弱，其原因有二。首先，安裝系統，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定地保持在原來(lái)的位置上。其次，在長(cháng)期工作中，電解質(zhì)會(huì )從被安裝固定的繞組中擴散出來(lái)，繞組將變軟，于是，固定系統中的夾持結構也會(huì )相應受到影響。傳統的軸向固定機構的拉伸力或者固定力來(lái)自于繞組末端高度彈性的區域(參見(jiàn)圖1)，往往可保證器件承受10g的過(guò)載。如果這一區域的電解質(zhì)含量減少，則夾持固定力會(huì )相應減小。在極端情況下，軸向的夾持結構會(huì )失去其作用。繞組和引線(xiàn)引出孔間的焊接點(diǎn)對于器件的工作來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，應該受到固定機構的保護，因此，必須確保該焊接點(diǎn)具有足夠的剩余抗振強度。

　　一般說(shuō)來(lái)，繞組的本體對電解質(zhì)的損失的敏感度較低，因為它被鋁條夾持在預定位置上。它的直徑同樣如此。愛(ài)普科斯于是在所有采用軸向引線(xiàn)的汽車(chē)用系列的器件圓柱殼體中段添加一段褶皺狀區域，以便讓繞組具有徑向穩定性。從對這些軸向引線(xiàn)的器件系列的測試可以看出，器件能確保20g的額定抗振能力，該指標是標準版本的兩倍。同樣的，從長(cháng)期來(lái)看，即在它們的服務(wù)壽命的終結時(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遠高出標準版本的抗振動(dòng)強度。

　　對高徑向力的承受能力

　　通常的徑向固定結構對于軸向電解電容來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用，但對于那些尺寸較大、直徑為22~35mm且帶有重繞組的電容(例如那些安裝在汽車(chē)引擎上的電容)來(lái)說(shuō)，這些固定結構不足以承受這些電容所承受的力。需要采用專(zhuān)門(mén)的、經(jīng)過(guò)加強的褶皺結構，這種結構即使在高溫下承受很高的徑向力也不會(huì )翹曲。圖2所示的褶皺區已經(jīng)證明在這些情況下是有效的。由于具有斷崖?tīng)畹耐膺呇?，在材料厚度相同的情況下，它可以保護繞組在不發(fā)生翹曲的情況下不至于受到更強的徑向反作用力。

 圖2  新褶曲結構的細節

　　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，而不至于增加傳統的扁平褶紋所固有的較大的軸向力。這也可以讓愛(ài)普科斯大尺寸的B41605和B41607系列所使用的新的褶狀結構能承受更大的徑向夾持力。這種設計已經(jīng)通過(guò)了高達40g和2kHz的全部振動(dòng)測試。這些鋁電解電容在承受2000小時(shí)、125°C的長(cháng)時(shí)間的熱預應力后，仍然通過(guò)了30g、高達2kHz的振動(dòng)測試。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)測試也得到了相同的結果。這種褶狀結構(圖3)目前用于所有面向機動(dòng)車(chē)或者機床應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，從最初的焊片型號出發(fā)，開(kāi)發(fā)了一種新的設計。它可以通過(guò)錫焊和熔接與引線(xiàn)焊接固定。決定因素在于這些線(xiàn)要具有足夠的柔性，這樣即使鋁電解電容相對于其固定點(diǎn)出現移動(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(xiàn)引出孔處的焊點(diǎn)就這樣得到了保護。

 圖4  經(jīng)過(guò)改進(jìn)的固定引線(xiàn)可以確保更高的抗振強度

　　大尺寸系列器件的外表與單端電容的外表類(lèi)似。相比之下，它們的內部構造則與具有柔性條帶接觸的焊片式電解電容相類(lèi)似。與愛(ài)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)，新的褶狀區還可以應用于承受高振動(dòng)應力的、尺寸較小的鋁電解電容上，例如那些采用軸向引線(xiàn)的產(chǎn)品和solder－star型產(chǎn)品。不過(guò)到目前為止，標準的褶皺對于汽車(chē)應用來(lái)說(shuō)被證明已經(jīng)夠用。然而,愛(ài)普科斯可以向客戶(hù)提供添加了新的褶狀結構的現有型號的產(chǎn)品的樣品，這種樣品可以滿(mǎn)足更苛刻的抗振強度需求。

　　測試結果表明，這種新的褶形設計的運用并不取決于殼體的尺寸。這意味著(zhù)在未來(lái)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計相匹配，從而不斷提高其耐振動(dòng)強度。

　　大尺寸系列簡(jiǎn)介

　　愛(ài)普科斯的B41605和B41607系列鋁電解電容具有很高的抗振強度，溫度穩定性高達150 °C，可承受大電流，可靠性高，是要求苛刻的汽車(chē)和工業(yè)應用的理想選擇。

　　當繞組的張力隨著(zhù)壽命趨于結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。軸向的夾持將出現皺曲，僅靠焊接的電氣連接部分無(wú)法在振動(dòng)過(guò)程中確保機械固定功能的實(shí)現。

　　在材料厚度相同且不至于發(fā)生翹曲的情況下，新的斷崖?tīng)铖耷梢员Ｗo繞組不會(huì )承受更強的徑向反力。

　　焊片型號補充了大尺寸的設計，在這種設計中，是引線(xiàn)而不是焊片夾被焊接到引線(xiàn)引出孔上。該版本也可以帶有客戶(hù)規定的彎折線(xiàn)并不帶絕緣。

　　這些導線(xiàn)的彎曲應該保證電路板和電容間的任何可能的相對運動(dòng)都不會(huì )給錫焊和熔接焊形成的接點(diǎn)帶來(lái)應力，而這一要求與對準無(wú)關(guān)。與通常的單端電容相比，由于具有內部的條帶焊接，大尺寸的電容對于施加到引線(xiàn)引出孔處的軸向推力不敏感。