电解电容器的筛选方法
【专利摘要】本发明公开了一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器样本的方法。这种方法能包括测量第一组电容器的第一漏电流，由此计算第一平均漏电流，并从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器。第二组可经过老化热处理，其中可使用测试电压，然后可测量第二组电容器的第二漏电流并计算第二平均漏电流。从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器。因为这种迭代筛选，第三组中的电容器具有低故障率。
【专利说明】电解电容器的筛选方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张享有2012年8月31日提交的序列号为61/695，657和2013年2月25日提交的序列号为61，768，623的美国临时申请的权益。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种电解电容器的筛选方法，尤其涉及一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器的方法。
【背景技术】
[0004]电解电容器用于各种医疗、军事、航天和商业应用，其中关键的是电容器是可靠的，且故障率极低。因此，各种筛选方法，如加速老化测试、回流焊测试、浪涌电流测试和击穿电压测试已经开发出来，用于筛选电解电容器，排除有缺陷的部件。然而，许多这些测试的失效标准是只筛选重大故障(例如保险丝故障)，其能允许有缺陷的部件通过测试进入到良好的产品中去，且这些筛选方法不能检测潜在缺陷。例如，尽管保险丝在高强度条件如高压或高温下可能不会出现故障，但是，测试过的电容器在筛选过程中仍然可能损坏，这可导致长期的不稳定。传统的高可靠性电解电容器的筛选和传送方法涉及基于逐批取样的威布尔计算，其中少量电容器在老化试验中经历高压(例如额定电压(VR)的1.5倍)，高温(如85°C)和长时间(如40小时或更长)条件。但是，传统的威布尔老化试验允许统计学上不同的老化前试验部件移动到老化试验后正常的总体中去，因为，在筛选中没有老化前试验来移除早期具有故障的部件。尽管可能由于在老化试验中进行了自我修复，这些部件的大多数通过长期可靠性测试(例如寿命测试)显示是稳定的，但是这些传送到正常的总体中的一部分是不稳定的，并且在实际应用中可能出现长期的可靠性问题。威布尔统计计算推动了将这些不稳定部件留在总体中的实践，从而能创建用于分级目的的威布尔分布，如MIL-PRF-55365H中所述。因此，使用威布尔测试的筛选方法无法保证能从总体中移除不稳定的或有缺陷的电容器，这将导致一批电容器的可靠性达到无法接受的程度。因此，尽管取得了收益，仍需要改善的电容器筛选方法，其能检测和移除具有潜在缺陷的电容器，以及需要一种确定筛选过的电容器的预测故障率的方法，与威布尔方法相比，其不考虑移除的电容器。
【发明内容】
[0005]在本发明的一个实施例中，公开了一种迭代筛选具有预定额定电压的电解电容器的方法。这种方法包括测量第一组电容器的第一漏电流和由此计算第一平均漏电流，从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器。第一预定值等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。该方法进一步包括将第二组电容器进行老化处理。老化处理包括应用一预定测试电压到电容器，其大小为额定电压的约0.8倍-约1.2倍。老化处理后，测量第二组电容器的第二漏电流并由此计算第二平均漏电流。下一步，从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器。第二预定值等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。
[0006]在另一个实施例中，公开了一种向顾客供应一批电容器的方法。该方法包括确定电容器的额定电压，进行迭代筛选以在每次迭代过程中从该批产品中移除那些漏电流值大于预定值的电容器。预定值等于在每次迭代过程中超过平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。筛选完成后，该批电容器可供应给顾客而不用降低额定电压。
[0007]在另一个实施例中，公开了一种计算电解电容器预测故障率的方法。该方法包括将电容器在第一温度和第一电压下经过第一时期的老化处理；在第二温度和第二电压下，将电容器经过第二时期的寿命测试；和基于具有高于预定水平的漏电流的电容器数量确定在寿命测试后出现故障的电容器数量，其中确定预测故障率的计算剔除了那些在老化处理之前出现故障的电容器。
[0008]本发明的其他方面及特征将在下面进行更详细的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]本发明完整的和授权的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施例，将结合附图在【具体实施方式】中作进一步描述，其中:
[0010]图1是描述了本发明方法的一个实施例的框图；
[0011]图2是通过本发明方法能够筛选出的固体电解电容器的一个实施例的剖视图；
[0012]图3是通过本发明方法能够筛选出的固体电解电容器的另一个实施例的剖视图；
[0013]图4是通过本发明方法能够筛选出的湿式电解电容器的一个实施例的剖视图；
[0014]图5是绘制了电容器样本第一漏电流的图并将漏电流分为3个区域；
[0015]图6是显示了图5所示“区域I”部件安装后的漏电流图；
[0016]图7是显示了在125°C、2/3额定电压下，经过1000小时寿命测试后，图5的“区域I”部件的漏电流图；
[0017]图8比较了在125°C、2/3额定电压下，经过1000小时寿命测试中，每个“区域I”电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流；
[0018]图9是图6-图7的每个电容器的漏电流改变图；
[0019]图10显示了经历125°C老化试验，并在85°C、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域I” 3个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
[0020]图11显示了经历125°C老化试验，并在85°C、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域I” 3个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
[0021]图12显示了经历125°C老化试验，并在85°C、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域I” 2个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
[0022]图13显示了经历125°C老化试验，并在85°C、额定电压下，经过2000小时寿命测试后，“区域I” 2个不同批次的电容器在寿命测试的各个阶段的漏电流图；
[0023]图14显示了老化试验后具有十个最高漏电流但仍在三倍标准偏差临界值内的电容器在第一漏电流测量中漏电流的跟踪图，这些电容器在85°C、额定电压下经过2000小时的寿命测试；
[0024]图15显示了电容器的漏电行为，该电容器是在第一漏电流老化前试验筛选失败，并在开始被归为“区域2”部件但展示出自我修复，并在后续测试中变为“区域I”部件的电容器；
[0025]图16是显示了电容器的漏电行为，该电容器在第一漏电流筛选失败，但在0.01*CV*12的限值内；
[0026]图17显示了一组电容器老化前试验的漏电流与经过本发明老化试验步骤和威布尔老化试验步骤后的电容器的老化试验后漏电流的对照图；
[0027]图18显示了通过本发明老化前筛选步骤的电容器的漏电流变化和经过85°C寿命测试后在老化前漏电流筛选中失败的电容器的漏电流变化的比较图；
[0028]图19是比较在25°C和85°C测试时的电容器漏电流的图；
[0029]图20显示了一批电容器老化前的漏电流与经过本发明老化步骤和威布尔老化步骤后的电容器老化后漏电流的比较图；
[0030]图21显示了多批电容器老化前的漏电流与经过本发明老化步骤和威布尔老化步骤后的电容器老化后漏电流的比较图；
[0031]图22显示了经过老化前筛选以及随后的本发明的老化步骤后的电容器和经过威布尔老化步骤的电容器的寿命测试比较图；
[0032]图23显示了经过本发明的筛选和老化步骤的电容器在85°C寿命测试后的漏电流的变化图；
[0033]图24显示了一批电容器寿命测试前后的漏电流比较图，其中电容器分成如图5所示的区域I单元、区域I限值单元以及区域2单元；
[0034]图25是将图24的漏电流放大到能显示高达约0.25微安电流(μ Α)的图；
[0035]图26显示了用于确定一批电容器与另外批的电容器相比是否是异常产品/不合常规的产品的一种方法；和
[0036]图27是通过本发明方法能够筛选出的密封电容器的一个实施例的剖视图；
[0037]在本说明书和附图中，重复使用附图标记是为了表示本发明的相同或相似的特征或元件。
【具体实施方式】
[0038]对于本领域技术人员来说，应当理解下面的内容仅作为本发明的示范性实施例的描述，并不是对本发明更广泛保护范围的限制。
[0039]一般来说，本发明涉及一种迭代筛选电解电容器的方法。本发明描述的筛选一批电解电容器或电解电容器样本(例如2个或更多个电容器)的方法，包括在测试过程中多轮迭代测量电容器的漏电流，然后从样本或批中移除漏电流高于预定值的电容器，该预定值通过每轮迭代的统计学分析确定。例如，可测量包括该批中所有的电容器的第一组电容器的漏电流，并且在第一漏电流测量后，第一组中具有大于预定值漏电流的电容器从样本或批中移除，而剩下的电容器形成第二组电容器，其可进行进一步的测试。进一步测试可以包括在一预定电压如在电容器额定电压下对电容器进行老化加热处理，这一预定的额定值是指在高达85°C下用于持续操作的直流额定电压。该额定电压是基于介质层的厚度。老化处理可用于将应力施加到电容器上，以在测量第二组电容器的漏电流时检测任何不稳定的部件。[0040]在老化步骤完成后，可进行额外的处理，例如回流焊，其能施加进一步的应力到电容器上。在回流焊前或回流焊后，可进行第二轮迭代筛选，其中测量第二组中的每个电容器的漏电流，并且从第二组中移除具有在一新的第二预定值之上的漏电流的电容器，形成第三组电容器，其随后进行进一步测试。进一步的，在筛选步骤的最后进行第三轮迭代筛选，其中测量第三组中每个电容器的漏电流，并从第三组中移除高于第三预定值的漏电流的电容器，形成第四组电容器。第一、第二和第三预定值是通过统计分析确定的。除了基于漏电流筛选电容器外，还可以测量其他参数如电容、等效串联电阻(ESR)和耗散因数(DF)，并且还可以基于电容、ESR和DF的平均值的统计学分析进一步筛选电容器。不受理论的限制，可以认为，将待筛选电容器在与其额定电压相近的预定电压下(而不是在它们额定电压的1.5倍的测试电压下，该测试电压会造成电容器的永久损坏)经过老化处理，结合将电容器经过多轮迭代漏电流测试，以筛选出在每轮迭代中任何高于预定值的电容器，这能够有效筛选出不稳定的电容器从而产生一批具有极高可靠性和极低故障率的电容器。这种具有高可靠性和低故障电容器在某些应用中是至关重要的，包括医疗、军事、航空航天应用。
[0041]本发明的方法的一个实施例如图1的方框图所示，需要理解的是，这些步骤可以以不同的次序实施，并且可以完成额外的测试或迭代筛选从而进一步去除有缺陷或不稳定的电容器。例如，图1的迭代筛选方法100显示了各种不同工艺步骤102和筛选步骤104，实施这些步骤可达到特定的产出106。工艺步骤102包括:第一轮迭代(老化前)漏电流(DCL)测量108，老化114，回流焊120，第二轮迭代(老化后)漏电流(DCL)测量126，以及第三轮迭代漏电流(DCL)测量132。
[0042]在步骤108、126和132使用漏电流测试装置测试漏电流，该装置在一预定温度和额定电压下经过至少10秒后测量漏电流(DCL)。例如，在温度从约20°C至约85°C下，可以通过电容器与具有最小阻抗为IkQ的充电电阻串联，施加额定电压，3分钟后测量漏电流。漏电流也可以在更高温度下(如热DCL)测量，但在温度高于85°C，高达约140°C例如在约125°C时，施加电压约为额定电压的2/3，以将电容器上的应力归一化为在约85°C时经历的应力。漏电流，或DCL，指的是在电容器充电后，施加一直流电压时流过电容器的电流。一般情况下，漏电流可用于确定电容器是否有缺陷或可能会出现故障，如果需要电容器符合在给定应用中使用，则可要求其具有低于最小水平的漏电流。漏电流取决于多种因素，如应用于电容器的电压、温度条件，以及在电容器中使用的电解质的类型。正如下面将要讨论的，从筛选过程的各轮迭代中获取的漏电流测量结果可用于确定电容器是否可接受，或者是否应该将其从给定的批次或样本中去除。
[0043]现在转到具体的工艺步骤、筛选步骤、和产出，对本发明的迭代筛选方法进行讨论。在筛选方法的第一轮迭代中，可测量待测的一批电容器或样本(如第一组电容器)的第一漏电流，如图1的工艺步骤108所示。在一些实施例中，第一漏电流可在约20°C至约150°C温度下确定。例如，在一些实施例中，DCL可在约20°C至约30°C下，如在约25°C时测定，在一些实施例中，在75°C至约95°C下，如约85°C时测定，在另一些实施例中，在约100°C至约150°C时测定。例如，温度范围从约110°C至约140°C，例如，从约120°C至约130°C，如约125°C。但是，如上所述，当在温度超过85°C时测量漏电流，漏电流测量过程中施加的电压可为额定电压的约2/3，如上所述。无论在什么温度下确定第一漏电流，可从收集到的与第一组电容器的第一漏电流测量值有关的数据中计算出第一漏电流平均值。在确定第一平均漏电流后，可为第一组电容器计算第一预定值，其可等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第一预定值可等于超过第一平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤110表现出来，在此确定第一限值(如预定值)。然后，从样本或该批产品中移除任何具有超过第一预定值的第一漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤112所示。同时，任何具有低于第一预定值的第一漏电流的电容器通过第一轮迭代筛选，并能留在该批产品或样本中用于第一轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第二组电容器。
[0044]在去除超过第一预定值的电容器后，第二组电容器(即，在该批次或样本中的通过了第一轮迭代筛选112的电容器)经过老化处理，如工艺步骤114所示。一般来说，老化工艺是指电容器能经受恶劣条件来确定它们是否会在它们使用寿命的早期有出现故障的倾向。老化处理114涉及可选择性对电容器控制和施加一预定的测试电压，如步骤116所示。在一些实施例中，老化处理可在约100°C到大约150°C的温度范围内实施，在其他实施例中，为在大约110°C到大约140°C的温度范围内，在另一些实施例中，是在大约115°C到大约130°C的温度范围内。例如，第二个温度可以在125°C。无论在什么温度下实施加热或老化处理114，在一个实施例中，老化处理时间为约25小时至约75小时。同时，在其他实施例中，老化工艺时间可为约35小时至约50小时，例如从约40小时至约45小时。例如，老化工艺时间可为42小时。
[0045]进一步，无论老化工艺的温度或时间框架为多少，老化工艺包括选择性控制和施加一预定电压到第二组电容器。施加的电压一般与待测电容器的额定电压成比例。例如，在一些实施例中，施加的电压可为额定电压的约0.7倍至约1.3倍，在另一些实施例中，为约0.8倍至约1.2倍，在另一些实施例中，为约0.9倍至约1.1倍。例如，在老化工艺中施加的电压可为留在样本或该批次中的待测电容器的额定电压的约1.0倍。已经发现，将第二组的电容器在电容器额定电压的约1.0倍时经过老化处理，足以筛选出在接下来的迭代筛选中不稳定的或有缺陷的电容器，而不会对电容器造成损坏，这如在威布尔测试中会使用更高的电压所看到的。一般来说，老化处理步骤116导致了电容器基本群体(basepopulation)的漏电流的减少，并能用于进一步暴露不稳定部件,如产出118所示。应当指出的是，在这个阶段的漏电流的减少可能是因为自我修复，因此对通过了第一轮迭代漏电流筛选步骤112的第二组电容器实施第二轮迭代漏电流筛选步骤130，以去除完成老化工艺后有任何异常或有缺陷的部件。在老化后或者在回焊炉工艺步骤120后，可实施第二轮迭代漏电流筛选步骤130，下文将详细论述。
[0046]如果需要，可在测量第二组电容器的第二轮迭代漏电流之前，通过回焊炉工艺步骤120在第二组电容器上进行焊接。回流焊工艺步骤120会使电容器经受进一步的应力，以通过第二迭代漏电流筛选130发现其他不稳定的电容器。不过，如上文所指出，这种特定的工艺次序并不是必需的，而且应该理解，在某些情况下，第二轮迭代漏电流筛选130可在老化处理114之后而在回流焊120之前完成。在一些情况下，甚至有可能对第一组电容器执行回流焊步骤。
[0047]如果回流焊工艺步骤120在第二组电容器经历第二轮迭代漏电流筛选步骤130之前完成，如图1所示，其可在老化处理之后完成。一般来说，回流焊是将电容器焊接到主板的工艺。当第二组电容器经受第二轮迭代漏电流筛选130时，老化后回流焊焊接能暴露那些因回焊炉工艺施加的额外热机械应力而变得不稳定的电容器，如图1产出124所示。由于这一原因，在第二轮迭代漏电流测量126之前可进行回流焊，以进一步筛选和去除任何不稳定的部件。基本的回流焊焊接工艺包括将焊锡膏应用到印刷电路板(PCB)如FR-4板的所需焊盘上，将电容器放到焊锡膏里，并加热组件，使得焊锡膏里的焊料融化(回流焊)。然后，用焊锡膏使印刷电路板和电容器端子湿润，从而使得所需的焊接圆角(solder fillet)连接。回流焊接过程可发生在对流的线性烤箱(convection linear oven)中，如图1步骤122所示。对流线性烤箱在一些实施例中具有约200°C到大约280°C的峰值温度，如在另一些实施例中，具有约205°C到大约270°C的峰值温度，在另外一些实施例中，具有约210°C到大约260°C的峰值温度。例如，在医疗、军事、航空航天应用中，使用的锡铅合金(基于铅)焊料可以在一较低的温度下融化，回流焊可在约210°C到225°C的温度范围内进行。同时，对于商业应用来说，无铅焊料在更高温度下融化，回流焊可在约245°C至约260°C的温度范围内进行。请注意，尽管上述讨论的回流焊工艺使用了对流烤箱，回流焊工艺也可使用红外对流烤箱或汽相烤箱，并可通过波峰焊接或使用热板进行。
[0048]在回流焊完成后，可测量第二组电容器的第二迭代漏电流，如图1中工艺步骤126所示，但是在一些实施例中，第二漏电流也可在回流焊之前测量。可对通过第一轮迭代漏电流筛选112的电容器(即第二组电容器)进行第二漏电流筛选，如图1所示，经过老化处理114和回流焊120。在一些实施例中，第二漏电流可在约20°C至约150°C的温度下确定。例如，DCL可在约20 V至约30 V的温度范围，如在约25 °C时测定，在一些实施例中，在75 °C至约95°C的温度范围，如约85°C时测定，在一些实施例中，在约100°C至约150°C的温度范围测定。例如，温度范围从约120°C至约130°C，如约125°C。但是，如上所述，当在温度超过85°C时测量漏电流，漏电流测量过程中施加的电压可为额定电压的约2/3。无论在什么温度下确定第二漏电流，可从收集到的与第二组电容器的第二漏电流测量值有关的数据中计算出第二漏电流平均值。在第二平均漏电流确定后，可为第二组电容器计算第二预定值，其可等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第二预定值可等于超过第二平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤128表现出来，在此确定第二限度(如预定值)。然后，从样本或该批次产品中移除任何具有超过第二预定值的第二漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤130所示。同时，任何具有低于第二预定值的第二漏电流的电容器通过第二轮迭代筛选，并能留在该批次或样本中用于第二轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第三组电容器。请注意，如果回流焊工艺120没有在测量第二组电容器的第二漏电流之前执行，在漏电流筛选的第二轮迭代过程之后，获得的第三组电容器可经过如上所述的回流焊工艺120。
[0049]作为附加的工艺步骤，可进行功能测试132，以确定通过了上述第一轮迭代漏电流筛选112和第二轮迭代漏电流筛选130的标准电容器特性。在这一阶段，基于进一步的统计学分析，能从该批次或样本中筛选和去除其他不稳定或有缺陷的电容器。功能测试在一些实施例中可在约15°C至约35°C的温度范围进行，在另外的实施例中，可在约20°C至约30°C下进行。例如，测试可在25°C下进行。
[0050]无论在什么温度下进行功能测试132，可测量留在样本中的电容器(即第三组电容器)的第三轮迭代漏电流，如图1所示。无论在什么温度下确定第三漏电流，可从收集到的与第三组电容器的第三漏电流测量值有关的数据中计算出第三漏电流平均值。在第三平均漏电流确定后，可为第三组电容器计算第三预定值，其可为超过第三平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。但是，在一些实施例中，第三预定值可等于超过第三平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。这通过工艺步骤134表现出来，在此确定第三限度(如预定值)。然后，从样本或该批次中移除任何具有超过第三预定值的第三漏电流的电容器，因为它们代表潜在的不稳定的电容器或异常电容器，如产出步骤136所示。同时，任何具有低于第三预定值的第三漏电流的电容器通过第三轮迭代筛选，并能留在该批次或样本中用于第三轮迭代筛选之后的进一步筛选，因此形成第四组电容器。因此，这些电容器将经过至少3轮基于统计分析的漏电流迭代筛选，以确保保留在该批次中的电容器具有很高的可靠性和极低的故障风险。
[0051]可对在第三轮迭代132中筛选的电容器上进行其他测试(未显示在图1中)。除了基于漏电流的筛选外，可测试通过了前两轮漏电流迭代筛选的电容器(即第三组电容器)的等效串联电阻(ESR)、耗散因数(DF)和电容。可基于收集到的与ESR、DF和电容有关的数据的统计分析进一步筛选这些电容器，以去除任何不稳定部件。例如，如果测量了电容，可基于电容器是否符合保护段(guard banded)容许限来筛选电容器，而如果测量了 ESR和/或DF，任何超过平均临界值I倍或更多倍标准偏差限度的异常电容器会从待出厂使用的批次或样本中去除。
[0052]本发明中描述的筛选方法可用于固体电容器和湿式电解电容器。本发明的筛选固体或湿式电解电容器的方法可用于各种应用，包括但不限于医疗设备，如植入式除纤颤器、起搏器、心律转变器、神经刺激器、给药装置等；汽车应用；军事应用，如雷达系统；消费者电子产品，如收音机、电视等。例如，在一个实施例中，电容器可用于植入式医疗设备中，为患者提供高电压治疗(如约为500伏特到约为850伏特之间，或者，如果需要的话，大约600到约800伏特之间)。该设备可包含一全密封并生物惰性的容器或外壳。通过血管，一根或多根引线将设备与患者心脏电连接。心脏电极的配备用以感应心脏活动和/或向心脏提供电压。在心脏的一个或多个心室和心房附近，配备至少一部分引线(如引线末端)，或至少一部分引线与心脏的一个或多个心室和心房接触。该设备还包含一个电容器组，所述电容器组一般包含两个或多个串联连接的电容器，并与设备内部或外部的电池连接，为电容器组提供能量。部分是由于电导率较高，通过本发明方法筛选的电容器具有优异的电气性能，因此，适合用于植入式医疗器械的电容器组。例如，在频率1000Hz，偏压2伏特，信号I伏特条件下测定时，等效串联电阻(“ESR”)-当电容器在电子电路中充电和放电时，电容器充当电阻的程度-低于约1500毫欧，在一些实施例中，低于约1000毫欧，在一些实施例中，低于500约毫欧。
[0053]在用本发明方法筛选电容器样本或批次后，其可提供给顾客而不需要首先将电容器本来能用的电压降到低于预定额定电压的水平。换句话说，该筛选方法可以过滤掉不稳定的电容器，使得提供给顾客的电容器能在它们的额定电压下，而不用在较低(如降低)的电压下使用。
[0054]为进一步将根据上述迭代方法筛选的一批电容器潜在缺陷出现的风险最小化，基于筛选的电容器批次和其他筛选的批次比较的额外筛选步骤可作为保障措施实行，从而过滤掉那些与所有筛选批次作为整体的平均漏电流相比，平均漏电流是异常值/不合常规值的筛选批次。所有筛选批次作为整体的平均漏电流是指总平均漏电流。如图26所示，可确定筛选后的多个电容器批次的总平均漏电流。每个筛选批次的平均漏电流可采用通过了第一漏电流筛选的批次中的电容器确定，例如经过老化热处理或任何额外处理和/或筛选的电容器。然后，任何具有大于预定值的平均漏电流的电容器批次，例如漏电流比所有批次的总平均漏电流大一倍或多倍标准偏差的电容器，可作为拒绝提供给客户的批次。例如，可拒绝大于总平均漏电流三倍标准偏差的批次。这种额外的筛选步骤可以限制提供给客户的各电容器批次之间的差异。
[0055]同时，由于本申请的筛选方法涉及到从电容器批次中去除任何在老化工艺前具有超出预定水平的初始漏电流的电容器，其中这种电容器可被称作早期故障品或初期淘汰品，如MIL-PRF-55365H所述的传统温布尔模型不可能计算预测的故障率。进一步指出，温布尔方法没法在预测故障率计算中考虑表面安装部件在基板上的多侧回流焊的影响。这样，当使用本发明的筛查方法，应该理解的是可通过如下所述的新方法计算预测故障率。
[0056]作为一个起始问题，应该理解的是，为了计算供应给顾客的电容器批次的预测故障率，在任何计算开始前，对总体中的样本完成模拟生产程序，其中生产程序包括双侧回流焊。然后，通过模拟的生产程序基于样本的行为进行计算。一般情况下，预测故障率计算基于两个主要步骤，其中在加速温度(如125°C)和电压(如2/3额定电压)条件下，在特定时长多个部件寿命测试的结果被转化成在25°C下部件/设备小时当量数。然后，故障数量和部件/设备当量小时数被用于计算预测故障率和平均故障间隔时间。设备/部件当量小时数的确定基于MIL-HDBK-217可靠性预测，其使用应用于固体钽电容器的阿伦尼斯模型，其中阿伦尼斯模型用于预测由于升温导致的故障加速，其中MIL-HDBK-217手册的全文以引用的方式结合到本文中。该设备/部件当量小时数的计算也考虑了钽电容器的激活能量，其约为 1.08eV 至约 1.15eV0
[0057]同时，故障率计算是基于有时限的样本测试的卡方计算，其中自由度等于故障数量与I之和再乘以2。输入故障率计算的参数包括电容器的额定电压、待测试电容器数量、电容器部件的测试小时数、测试温度、测试电压、故障数量、所需置信水平、所需使用温度和所需使用电压。计算后输出的结果包括在25°C下部件/设备当量小时数，通过在特定电压和温度下，在特定测试时长内`，特定数量的样本的寿命测试所展示的那样，其考虑了测试温度加速因子、测试电压加速因子；以及电容器总体中选择的样本的故障率预测计算是基于在寿命测试过程中的故障数量和部件/设备当量小时总数，该计算进一步考虑了应用电压加速因子。最后，从预测的故障率计算确定平均故障间隔时间(MTBF)(小时)。
[0058]第一，使用待筛选电容器的应用温度来最后确定当量小时数，以测试/筛选温度加速因子为底，可以确定测试/筛选电压加速因子。下面的公式I显示了如何确定测试/筛选温度加速因子(TTAF)，包括应用温度和测试温度转换为开尔文(Kelvin)温度:
[0059]TOJir,I (公式 ?)
TTAF = eV/.[0060]同时，下面的公式2显示了如何确定测试/筛选电压加速因子(TVAF):
[0061]TVAF = f 生空(公式 2)[0062]进一步的，下面的公式3显示了如何确定电容器应用温度下的部件当量小时数:
[0063]在应用温度下的部件当量小时数=(#测试电容器)(测试小时数)(TTAF) (TVAF)
[0064](公式 3)
[0065]下一步，若有需要，部件当量小时数可转化为部件当量年数。然后，可确定应用电压加速因子(AVAF)，如下面的公式4所示:
【权利要求】
1.一种迭代筛选一批具有预定额定电压的电解电容器的方法，所述方法包括: 测量该批电容器中第一组电容器的第一漏电流，并由此计算第一平均漏电流； 从第一组中移除第一漏电流测量值等于或高于第一预定值的电容器，从而形成第二组电容器，所述第一预定值等于超过第一平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值； 将第二组电容器经过老化处理，其中所述老化处理包括施加一预定测试电压到电容器，其为额定电压的约0.8倍至约1.2倍； 老化处理后，测量第二组电容器的第二漏电流，并由此计算第二平均漏电流；和从第二组中移除第二漏电流测量值等于或高于第二预定值的电容器，从而形成第三组电容器，所述第二预定值等于超过第二平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一漏电流在大约20°C至大约150°C的温度下确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定值是等于超过第一平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化热处理时间为约25小时至约75小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定测试电压为预定额定电压的约0.9倍至约1.1倍。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述老化热处理在约100°C至大约150°C的温度下进行。
7.根据权利要求1`所述的方法，其中所述第二漏电流在大约20°C至大约150°C的温度下确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二预定值等于超过第二平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过回流焊工艺焊接第一组、第二组和/或第三组电容器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述回流焊工艺在对流炉中进行，峰值温度为约200°C 至约 280 °C。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二组电容器通过回流焊工艺焊接，其中所述焊接发生在老化热处理和第二漏电流测量之间。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第三组电容器通过回流焊工艺焊接。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤: 测量第三组电容器的第三漏电流，并由此计算第三平均漏电流；和从第三组中移除第三漏电流测量值等于或高于第三预定值的电容器，所述第三预定值等于超过第三平均漏电流一倍或更多倍标准偏差的值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三漏电流在大约15°C至大约35°C的温度下确定。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三预定值是等于超过第三平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器是固体电解电容器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述固体电解电容器是密封的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器是湿式电解电容器。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容器包括一包含钽或铌氧化物的阳极。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一预定值小于电容器电容与额定电压的乘积的0.01倍。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组包括该批中的所有电容器。
22.根据权利要求1所述的方法，其中迭代筛选多批电容器。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括使用多批电容器中的每一批的平均漏电流计算总平均漏电流，其中多批电容器中的每批电容器的平均漏电流是第二组、第三组或者该批中任何其他随后进行迭代筛选的电容器组的平均漏电流；并移除平均漏电流等于或大于第四预定值的任何批电容器，所述第四预定值等于超过总平均漏电流一倍或更多倍标准偏差的值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第四预定值是等于超过总平均漏电流三倍或更多倍标准偏差的值。
25.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定该批电容器的预测故障率，其中确定预测故障率的计算不包括从第一组中移除的电容器。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述预测故障率计算利用了基于在寿命测试过程中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试过程进行时的温度的温度加速因子。
27.根据权利要求25的 方法，其中在约99.9%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%O
28.一种供应一批电容器给客户的方法，所述方法包括: 确定电容器的额定电压； 以迭代筛选电容器方式从该批中移除每轮迭代过程中漏电流值大于预定值的电容器，所述预定值等于超过每轮迭代过程中测量的平均漏电流一倍或多倍标准偏差的值；以及 不用降低额定电压，将该批电容器供应给客户。
29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括计算多批电容器的总平均漏电流，其中待供应给客户的该批电容器包括在总平均漏电流计算中，并确定该批电容器的平均漏电流落入总平均漏电流的一倍或更多倍标准偏差内。
30.根据权利要求29所述的方法，其中该批电容器的平均漏电流在总平均漏电流的三倍标准偏差内。
31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括将所述批次电容器的预测故障率供应给客户，其中确定所述预测故障率的计算不包括在老化热处理之前发生的第一轮迭代筛选过程中从该批中移除的电容器。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述预测故障率计算利用了基于在寿命测试中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试进行时的温度的温度加速因子。
33.根据权利要求31的方法，其中在约90%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%O
34.一种计算电解电容器预测故障率的方法，所述方法包括:在第一温度和第一电压下，使电容器经受第一时间段的老化处理； 在第二温度和第二电压下，使电容器经受第二时时间段的寿命测试；和基于漏电流高于预定水平的电容器数量确定在寿命测试后淘汰的电容器数量，其中确定预测故障率的计算剔除了那些在老化处理之前淘汰的电容器。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述预测故障率计算进一步包括利用基于在寿命测试中施加到该批电容器的电压的电压加速因子以及基于寿命测试进行时的温度的温度加速因子。
36.根据权利要求34的方法，其中在约90%的置信水平确定的预测故障率为每1000小时约0.00001%至每1000小时约0.008%.
【文档编号】G01R31/00GK103675515SQ201310370965
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】W·A·米尔曼, M·V·比利, M·I·米勒, M·W·莱诺宁 申请人:Avx公司