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电容引脚断裂失效的机理和解决方法

环境应力筛选试验(ESS试验)是考核产品整机质量的常用手段。在ESS试验中,随机振动的应力旨在考核产品在结构、装配、应力等方面的缺陷。体积较大的电容,在焊接后,如果没有施加单独的处理措施,在振动试验时容易发生引脚断裂的问题。这个实验模拟的是运输振动、运行振动、冲击碰撞跌落的应力条件。


断裂的机理是应力集中,一般发生在电容引出脚或焊盘连接点位置,如图。当振动环境下,电容引出脚和焊盘连接点承受的将是整个电容横向剪切和纵向拉伸方向的冲击力,尤其当电容较大的时候,如大的电解电容。


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电容引脚断裂机理示意图


此现象的发生机理简单,解决方案也不复杂,常规经验是在电容的底部涂1圈硅橡胶GD414以粘接固定,但这种处理方式是不行的。

硅橡胶拉伸强度为4-5MPa,伸长率为100%-200%,分子间作用力弱,粘附性差,粘接强度低;用于粘接电容时,表面上看是固定住了,但实际上冲击应力较大的时候,硅橡胶的被拉伸程度较大,电容自身依然会受到较大的拉伸应力和剪切应力;所以,固定用的材料推荐首选E-4X环氧树脂胶,其拉伸强度大于83MPa, 伸长率小于9%,粘合性好,粘接强度高,收缩率低,尺寸稳定。从性能上能明显看出,E-4X环氧树脂胶才能起到真正的固定作用。

对涂胶工序也须进行细化,要求环氧胶固定电容高度达到电容本体的1/3,并在两肋形成山脊状支撑,使电容与E-4X胶成为一体,振动中不再颤振,引脚得到保护。

另外,除了涂胶固定,电路板装配生产的流程也会引出,先装配电容,再装配其它元件,这样,立式电容为最高点,周转或放置时,易受到磕碰或外力而造成歪斜;更改工序,先装配其它元件和粘接立柱再装配高电容,这样周转或放置时,比电容稍高的立柱受力就保护了电容。

改进工序前,先对电路板真空涂覆(在电容陶瓷面上形成约15μm厚的派埃林薄膜材料),再涂硅橡胶固定。改进后,先在电容上涂环氧胶,再在整个电路板真空涂覆,这样在电容和胶外表面一体形成派埃林薄膜。由于派埃林薄膜表面粗糙度小于陶瓷面,胶在派埃林薄膜表而的接触角大于陶瓷表面(接触角越小润湿效果越好),改进后固定效果更好。

对以上问题和解决方法做一个总结结论有三:1、电容引脚断裂性质是疲劳断裂;2、装配方式设计不合理,固定胶粘接强度不够和工艺不完善是导致引脚断裂的原因;3、改用环氧树脂胶和调整生产流程从工程上解决此问题。

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