爱普科斯的电解电容加固技术—坚固耐用

　　在汽车应用中，冲击和振动常会造成铝电解电容的过早失效。爱普科斯已着力解决这一问题，目前的设计机械稳定性已大大提高。

　　2~3g的冲击与振动耐受力对于大多数汽车电子应用来说已经够用。许多铝电解电容的制造商在其数据表中引用了一个10g的抗振强度的数据。乍一看，这一指标似乎完全够用，而且留有充足的余量。但是，获取这一看起来有着相当余量的数字所采用的测试条件，却与真实的工作条件大相径庭：测试的持续时间不超过6个小时，而且是在室温下进行的，待测器件也是新出产的。


图1 电解电容的基本结构

　　对于壳体直径在10mm以上的、体积较大的铝电解电容而言，焊接到电路板上的引出端的连线尽管得到了加强,仍屡次被证明是最脆弱的环节。出现振动时，最大的问题出在引线的截面上。正因为如此，爱普科斯为所有针对汽车应用的轴向引线电容提供了独一无二的大线径(1mm)引线。但这不是唯一一项可增强长期稳定性的措施。如果铝电解电容要在高温下工作更长的时间，出现振动时，壳体中绕组的固定方式也是薄弱环节。

　　绕组的固定点在连续工作条件下会变得薄弱，其原因有二。首先，安装系统，即铝罐连同盖板，在高温及固持力的联合作用下会发生翘曲，以至于绕组不能再稳定地保持在原来的位置上。其次，在长期工作中，电解质会从被安装固定的绕组中扩散出来，绕组将变软，于是，固定系统中的夹持结构也会相应受到影响。传统的轴向固定机构的拉伸力或者固定力来自于绕组末端高度弹性的区域(参见图1)，往往可保证器件承受10g的过载。如果这一区域的电解质含量减少，则夹持固定力会相应减小。在极端情况下，轴向的夹持结构会失去其作用。绕组和引线引出孔间的焊接点对于器件的工作来说非常关键，应该受到固定机构的保护，因此，必须确保该焊接点具有足够的剩余抗振强度。

　　一般说来，绕组的本体对电解质的损失的敏感度较低，因为它被铝条夹持在预定位置上。它的直径同样如此。爱普科斯于是在所有采用轴向引线的汽车用系列的器件圆柱壳体中段添加一段褶皱状区域，以便让绕组具有径向稳定性。从对这些轴向引线的器件系列的测试可以看出，器件能确保20g的额定抗振能力，该指标是标准版本的两倍。同样的，从长期来看，即在它们的服务寿命的终结时，这些具有20g的额定抗振动能力的铝电解电容仍然具有远远高出标准版本的抗振动强度。

　　对高径向力的承受能力

　　通常的径向固定结构对于轴向电解电容来说已经够用，但对于那些尺寸较大、直径为22~35mm且带有重绕组的电容(例如那些安装在汽车引擎上的电容)来说，这些固定结构不足以承受这些电容所承受的力。需要采用专门的、经过加强的褶皱结构，这种结构即使在高温下承受很高的径向力也不会翘曲。图2所示的褶皱区已经证明在这些情况下是有效的。由于具有断崖状的外边沿，在材料厚度相同的情况下，它可以保护绕组在不发生翘曲的情况下不至于受到更强的径向反作用力。

图2 新褶曲结构的细节

　　在力的平行四边形关系中，固持力直接传递给几乎垂直的褶状壁上，而不至于增加传统的扁平褶纹所固有的较大的轴向力。这也可以让爱普科斯大尺寸的B41605和B41607系列所使用的新的褶状结构能承受更大的径向夹持力。这种设计已经通过了高达40g和2kHz的全部振动测试。这些铝电解电容在承受2000小时、125°C的长时间的热预应力后，仍然通过了30g、高达2kHz的振动测试。进行快速和慢速温度循环处理而弱化后所进行的振动测试也得到了相同的结果。这种褶状结构(图3)目前用于所有面向机动车或者机床应用的大尺寸铝电解电容之中。

图3 带有新添的中段皱曲的焊片式电解电容

　　铝电解电容到电路板的固定方法也很关键。于是，从最初的焊片型号出发，开发了一种新的设计。它可以通过锡焊和熔接与引线焊接固定。决定因素在于这些线要具有足够的柔性，这样即使铝电解电容相对于其固定点出现移动，电气连接也不至于中断(图4)。电路板上的焊点以及电容引线引出孔处的焊点就这样得到了保护。

图4 经过改进的固定引线可以确保更高的抗振强度

　　大尺寸系列器件的外表与单端电容的外表类似。相比之下，它们的内部构造则与具有柔性条带接触的焊片式电解电容相类似。与爱普科斯所有的采用罐式外壳的电容一样，该系列具有完全熔接的触点，新的褶状区还可以应用于承受高振动应力的、尺寸较小的铝电解电容上，例如那些采用轴向引线的产品和solder－star型产品。不过到目前为止，标准的褶皱对于汽车应用来说被证明已经够用。然而,爱普科斯可以向客户提供添加了新的褶状结构的现有型号的产品的样品，这种样品可以满足更苛刻的抗振强度需求。

　　测试结果表明，这种新的褶形设计的运用并不取决于壳体的尺寸。这意味着在未来也可以制造带有中段褶纹、采用螺钉端子的大壳体。目前正在进行初步的尝试，以便让铝电解电容能与各种褶皱设计相匹配，从而不断提高其耐振动强度。

　　大尺寸系列简介

　　爱普科斯的B41605和B41607系列铝电解电容具有很高的抗振强度，温度稳定性高达150 °C，可承受大电流，可靠性高，是要求苛刻的汽车和工业应用的理想选择。

　　当绕组的张力随着寿命趋于结束而逐渐减小以及电容承受振动，绕组和外壳间会形成缝隙。轴向的夹持将出现皱曲，仅靠焊接的电气连接部分无法在振动过程中确保机械固定功能的实现。

　　在材料厚度相同且不至于发生翘曲的情况下，新的断崖状褶曲可以保护绕组不会承受更强的径向反力。

　　焊片型号补充了大尺寸的设计，在这种设计中，是引线而不是焊片夹被焊接到引线引出孔上。该版本也可以带有客户规定的弯折线并不带绝缘。

　　这些导线的弯曲应该保证电路板和电容间的任何可能的相对运动都不会给锡焊和熔接焊形成的接点带来应力，而这一要求与对准无关。与通常的单端电容相比，由于具有内部的条带焊接，大尺寸的电容对于施加到引线引出孔处的轴向推力不敏感。