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钽电容器如何实现高可靠性 摘要 威布尔可靠性鉴定多年以前受到MIL标准的影响，被用于钽电容器特性的评价中。多年过去，钽电容器的过程、材料、试验、设备和其他过程控制等方面都发生了重要变化。 那么，威布尔分布对于今天的钽电容器制造技术和高可靠性应用仍是最适合的吗？ 由于目前确保产品可靠性的威布尔等级是有缺陷的，因此需要找到一种的新方法，尤其是，这种方法针对早期寿命失效以及在为确保威布尔加速因子最大化的工作中过载电压的潜在危害应用。 本文所讨论的内容与现有的老化过程、DC漏电流筛选技术以及过程监视中改进相关的修正有关。这些修正可改善钽电容器DC漏电流的一致性，也就是消除电场感应给电介质所造成的潜在损害。其结果是钽电容器在零失效误差使用中可获得最好的性能。 前言 有这样一个已建立起来的概念，钽阳极块中所存在的杂质会对Ta2O5电介质层造成破坏。除了由于其他制造过程导致的缺陷之外，这些破坏会导致漏电流增加、参数缺乏稳定性或是出现灾难性的电介质击穿。这些非同质缺陷的出现可通过对材料和过程的控制来实现减小，事实上通过实施适当的试验方法可消除此类非同质缺陷。 批次产品的非同质缺陷点消除之后，依然会有大量的同质缺陷存在，在参数上表现为漏电流，在现象上表现为电子陷阱。电介质鲁棒性能具有两种特性，一种特性是阻碍灾难性的介质失效，另外一种特性是保持参数泄漏的稳定性。通过热化学模型方式，可将这两种特性能模型化，至少是在最开始的时候，这一模型可得到McPherson的支持，并通过Teverovsky得以证实。通过热化学模型可得到的一个关键性的结论，即Ta2O5电介质与时间之间存在潜在的敏感性，通过施加老化电压这样一个潜在加速条件，随着时间的推移电介质会出现击穿。 为了控制生产过程中出现的缺陷以及批次电容器中所固有的缺陷，可使用Q-过程方法进行应对，此方法由如下六个要素组成： ? 过程监视：3D控制图 ? 125℃，优化电压老化 ? 不同温度下的统计筛查，预老化/老化 ? 提高在线回流焊条件 ? 特定的批次识别 ? 产品水平标号 下面对这些要素逐一进行说明。 过程监视：3D控制图 要通过对原材料和过程的控制来降低非同质缺陷，这需要对相关工艺过程进行精确的监控，特别是对重要致因事件的识别。传统意义上的SPC控制图并不能精确地反映出正态过程变异，这是因为此类控制图错误地以批次内变异为基础，从而代替批次间的变异。 传统的SPC控制图在批次间控制图(X-bar控制图)中，在计算控制限过程中错误地使用批次内西格玛（以西格玛控制图的中心线作为基础）。通常这会引起图１中所示的图形： 图1 X-bar控制图上所计算出的控制限并不是代表标绘点。在此例中控制限非常紧密。这清晰地表示出批次内变异相比较批次间变异要更小。如果使用此类控制图来控制过程，操作者和工程师只能简单地追求正常过程变异，不能将注意力集中在特殊原因事件上，因为多数批次是“不受控”的。 实施3D控制图 将如下两种控制图用于追踪变异可为真实过程的变差提供一种更为准确表达方式： ? 用于表示批次间变异的移动极差控制图 ? 用于表示批次内变异的西格玛控制图 AVX目前是将批次间移动极差控制图的中心线应用在批次间X-bar控制图中。图2是将同样的数据显示在另外一个移动极差控制图，并在X-bar控制图上标出正确的控制限。最上面的一张控制图被处理成一张单独的IX控制图。 图2 移动R控制图显示的是批次间变异，S（批次内）控制图显示的是批次内变异。最上部控制图上的控制限是以移动R图的中心线为基础。 IX控制图标绘点上的垂直线代表的是批次内变异。注意批次#7的批次内变异要明显高于其他的批次内变异。这种变异只限定在批次内，不会作为特殊原因显现在IX控制图上或是移动R控制图上。 在钽电容器的制造过程中，有许多情况既包含分组内的变异源，也包含分组间的变异源，这两种情况均需要进行监视。一旦在制造工厂实施适合的控制图，生产和工艺设计都能将视角聚焦在特殊原因事件上。这些特殊原因事件是持续改进的关键驱动力。一旦特殊原因事件得到识别，那么就应开始进行根本原因调查。每个根本原因调查均要识别出相应的区域，在这些区域里，要么过程可以进行优化，要么产品或是过程能被改善。在开发Q-过程期间有如下一些产品/过程提高的例子： 1、对阳极压制密度的控制 2、使用SPC对烧结进行监视和控制 3、对形成设备进行MES控制和SPC监视 4、对MnO2 浸渍设备进行MES控制 5、优化焊接过程 6、对每一个产品进行稳定性检验 这些改善的结果包括但不限于在较少受到特殊原因变异影响的情况下漏电流特性会更低更集中(图3)。 图3 老化优化 温度和电压的施加所引发的加速老化过程具有如下两