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技術 電解コンデンサのための選別方法

出願人 エイヴィーエックスコーポレイション
発明者 ウィリアムエイミルマンマークヴィボーリューマイケルアイミラーマークレイノネン
出願日 2013年8月30日 (6年10ヶ月経過) 出願番号 2013-180009
公開日 2014年3月17日 (6年3ヶ月経過) 公開番号 2014-049767
状態 特許登録済
技術分野 電解コンデンサ 電解コンデンサの端子・電極等 固定コンデンサ及びコンデンサ製造装置
主要キーワード 封入ケース ロット変動 欠陥部品 故障基準 拘束物 促進係数 外部終端 樹脂ケーシング
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図面 (20)

課題

電解コンデンサ選別方法を提供する。

解決手段

所定の定格電圧を有する電解コンデンサのサンプルを反復的に選別する方法を提供する。本方法は、第1の組のコンデンサの第1の漏れ電流を測定する段階と、そこから第1の平均漏れ電流を計算する段階と、第1の所定の値に等しいか又はそれを超える第1の漏れ電流を有するコンデンサを第1の組から排除して第2の組のコンデンサを形成する段階とを含む。第2の組は、試験電圧印加することができるバーンイン熱処理掛けることができ、次に、第2の組のコンデンサの第2の漏れ電流を測定することができ、かつ第2の平均漏れ電流を計算することができる。第2の所定の値に等しいか又はそれを超える第2の漏れ電流を有するコンデンサは、第2の組から排除することができ、第3の組のコンデンサを形成する。このような反復選別により、第3の組のコンデンサは、低い故障率を有する。

概要

背景

電解コンデンサは、コンデンサ信頼性高く、非常に低い故障率を有することが重要である様々な医療事、航空宇宙、及び商業用途に使用される。従って、電解コンデンサを選別して欠陥部品を排除するために促進老化試験リフロー試験サージ電流試験、及び絶縁破壊電圧試験のような様々な選別方法が開発されている。しかし、これらの試験の多くは、最悪の故障(すなわち、ヒューズ故障)のみを調べる故障基準を有し、これは、欠陥部品が良好な母集団の中にリリースされることを可能にする可能性があり、これらの選別方法は、潜在的欠陥を検出することはできない。例えば、ヒューズは、高電圧及び高温のような高応力条件下では故障しなかったが、試験しているコンデンサは、選別中に更に損傷を受ける場合があり、これは、長期間不安定な状態をもたらす可能性がある。高い信頼できる電解コンデンサの選別及び供給のための従来の方法は、小数のコンデンサが、バーンイン中に高度に促進された電圧(例えば、定格電圧VR)の1.5倍)、温度(例えば、85℃)、及び時間(40時間又はそれよりも長い)条件を受けるロットサンプリングによるロットに基づくワイブル計算を伴っている。しかし、従来のワイブルバーンインは、早期故障によって部品を排除するプレバーンイン選別がないので、統計的に異なるプレバーンインである部品が正常な母集団のポストバーンインの中に移動することを可能にする。これらの部品の大部分は、長期間信頼性試験(例えば、寿命試験)を通して安定であると思われるが、場合によってバーンイン中の自己回復により、正常な母集団まで通過した部品の一部分は不安定であり、その分野において長期間の信頼性問題がある可能性がある。ワイブルの統計的計算は、MILPRF−55365Hに説明するように、格つけ目的のためにワイブル分布を生成することができるように、これらの不安定な部品を母集団の中に残す実施を容易にしている。その結果、ワイブル試験を使用する選別は、母集団から不安定な又は欠陥があるコンデンサの排除を確実にすることはできず、これは、信頼性のレベル許容できないコンデンサロットをもたらす可能性がある。

概要

電解コンデンサの選別方法を提供する。所定の定格電圧を有する電解コンデンサのサンプルを反復的に選別する方法を提供する。本方法は、第1の組のコンデンサの第1の漏れ電流を測定する段階と、そこから第1の平均漏れ電流を計算する段階と、第1の所定の値に等しいか又はそれを超える第1の漏れ電流を有するコンデンサを第1の組から排除して第2の組のコンデンサを形成する段階とを含む。第2の組は、試験電圧印加することができるバーンイン熱処理掛けることができ、次に、第2の組のコンデンサの第2の漏れ電流を測定することができ、かつ第2の平均漏れ電流を計算することができる。第2の所定の値に等しいか又はそれを超える第2の漏れ電流を有するコンデンサは、第2の組から排除することができ、第3の組のコンデンサを形成する。このような反復選別により、第3の組のコンデンサは、低い故障率を有する。

目的

一実施形態において、例えば、コンデンサは、患者に対して治療高電圧(例えば、約500ボルトから約850ボルト、又は望ましくは約600ボルトから約800ボルト)処置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

所定の定格電圧を有する電解コンデンサロットを反復的に選別する方法であって、前記ロット内の第1の組のコンデンサの第1の漏れ電流を測定し、そこから第1の平均漏れ電流を計算する段階と、前記第1の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい第1の所定の値に等しいか又はそれを超える測定された第1の漏れ電流を有するコンデンサを前記第1の組から排除し、それによって第2の組のコンデンサを形成する段階と、前記第2の組のコンデンサを前記定格電圧の約0.8倍から約1.2倍の所定の試験電圧を該コンデンサに印加する段階を含むバーンイン処理に掛ける段階と、前記バーンイン処理後に、前記第2の組のコンデンサの第2の漏れ電流を測定し、そこから第2の平均漏れ電流を計算する段階と、前記第2の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい第2の所定の値に等しいか又はそれを超える測定された第2の漏れ電流を有するコンデンサを前記第2の組から排除し、それによって第3の組のコンデンサを形成する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項2

前記第1の漏れ電流は、約20℃から約150℃に及ぶ温度で判断されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

前記第1の所定の値は、前記第1の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項4

前記バーンイン熱処理は、約25時間から約75時間に及ぶ期間にわたって行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項5

前記所定の試験電圧は、前記所定の定格電圧の約0.9から約1.1倍に及ぶことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項6

前記バーンイン熱処理は、約100℃から約150℃に及ぶ温度で行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項7

前記第2の漏れ電流は、約20℃から約150℃に及ぶ温度で判断されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項8

前記第2の所定の値は、前記第2の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項9

リフロー工程を通じて前記第1の組、第2の組、及び/又は第3の組のコンデンサを半田付けする段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項10

前記リフロー工程は、約200℃から約280℃に及ぶピーク温度プロフィール対流オーブンにおいて行われることを特徴とする請求項9に記載の方法。

請求項11

前記第2の組のコンデンサは、前記リフロー工程を通じて半田付けされ、前記半田付けは、前記バーンイン熱処理と前記第2の漏れ電流測定の間で行われる、ことを特徴とする請求項9に記載の方法。

請求項12

前記第3の組のコンデンサは、前記リフロー工程を通じて半田付けされることを特徴とする請求項9に記載の方法。

請求項13

前記第3の組のコンデンサの第3の漏れ電流を測定し、そこから第3の平均漏れ電流を計算する段階と、前記第3の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい第3の所定の値に等しいか又はそれを超える測定された第3の漏れ電流を有するコンデンサを前記第3の組から排除する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項14

前記第3の漏れ電流は、約15℃から約35℃に及ぶ温度で判断されることを特徴とする請求項13に記載の方法。

請求項15

前記第3の所定の値は、前記第3の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいことを特徴とする請求項13に記載の方法。

請求項16

前記コンデンサは、固体電解コンデンサであることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項17

前記固体電解コンデンサは、気密密封されることを特徴とする請求項16に記載の方法。

請求項18

前記コンデンサは、湿式電解コンデンサであることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項19

前記コンデンサは、タンタル又は酸化ニオビウムを含有するアノードを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項20

前記第1の所定の値は、0.01xキャパシタンスx前記コンデンサの前記定格電圧の積よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項21

前記第1の組は、前記ロット内の前記コンデンサの全てを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項22

コンデンサの複数のロットが、反復的に選別されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項23

コンデンサの前記複数のロットの各々に対して前記第2の組、前記第3の組、又は該ロット内の反復的に選別されたコンデンサのいずれか他のその後の組に対する平均漏れ電流である平均漏れ電流を使用してそこから総平均漏れ電流を計算する段階と、該総平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい第4の所定の値に等しいか又はそれを超える平均漏れ電流を有するあらゆるロットを排除する段階とを更に含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。

請求項24

前記第4の所定の値は、前記総平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいことを特徴とする請求項23に記載の方法。

請求項25

前記コンデンサのロットに対して予想故障率を判断する段階を更に含み、前記予想故障率を判断する計算には、前記第1の組から排除されたコンデンサが除外される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項26

前記予想故障率計算は、寿命試験工程中に前記コンデンサのロットに印加される電圧に基づく電圧促進係数と、該寿命試験工程が行われる温度に基づく温度促進係数とを利用することを特徴とする請求項25に記載の方法。

請求項27

前記予想故障率は、約99.9%の信頼レベルで判断される時に1000時間当たり約0.00001%故障から1000時間当たり約0.008%故障に及ぶことを特徴とする請求項25に記載の方法。

請求項28

コンデンサのロットを顧客に供給する方法であって、前記コンデンサに対して定格電圧を判断する段階と、前記コンデンサを反復的に選別し、各反復で測定された平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい所定の値を超える漏れ電流を有するコンデンサを各反復で前記ロットから排除する段階と、前記定格電圧を下げることなく前記コンデンサのロットを前記顧客に供給する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項29

コンデンサの複数のロットに対して総平均漏れ電流を計算し、前記顧客に供給される前記ロットが該総平均漏れ電流計算に含まれる段階と、該ロットに対する平均漏れ電流が、該総平均漏れ電流の1又はそれよりも大きい標準偏差内であることを検証する段階とを更に含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。

請求項30

前記ロットに対する前記平均漏れ電流は、前記総平均漏れ電流の3標準偏差内であることを特徴とする請求項29に記載の方法。

請求項31

前記コンデンサのロットに対する予想故障率を前記顧客に供給する段階を更に含み、前記予想故障率を判断する計算には、バーンイン熱処理前に行われる第1の反復選別中に前記ロットから排除されたコンデンサが除外される、ことを特徴とする請求項28に記載の方法。

請求項32

前記予想故障率計算は、寿命試験中に前記コンデンサのロットに印加される電圧に基づく電圧促進係数と、該寿命試験が行われる温度に基づく温度促進係数とを利用することを特徴とする請求項31に記載の方法。

請求項33

前記予想故障率は、約90%の信頼レベルで判断される時に1000時間当たり約0.00001%故障から1000時間当たり約0.008%故障に及ぶことを特徴とする請求項31に記載の方法。

請求項34

電解コンデンサに対して予想故障率を計算する方法であって、第1の期間にわたって第1の温度及び第1の電圧で前記コンデンサをバーンイン処理に掛ける段階と、第2の期間にわたって第2の温度及び第2の電圧で前記コンデンサを寿命試験に掛ける段階と、所定のレベルを超える漏れ電流を有するコンデンサの数に基づいて前記寿命試験後に故障したコンデンサの数を判断し、前記予想故障を判断する前記計算には、前記バーンイン処理前に故障したコンデンサが除外される段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項35

前記予想故障率計算は、前記寿命試験中にコンデンサのロットに印加される電圧に基づく電圧促進係数と該寿命試験が行われる温度に基づく温度促進係数とを利用する段階を更に含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。

請求項36

前記予想故障率は、約90%の信頼レベルで判断される時に1000時間当たり約0.00001%故障から1000時間当たり約0.008%故障に及ぶことを特徴とする請求項34に記載の方法。

技術分野

0001

〔関連出願への相互参照
本出願は、2012年8月31日の出願日を有する米国特許仮出願出願番号第61/695,657号及び2013年2月25日の出願日を有する米国特許仮出願出願番号第61/768,623号の恩典を請求するものである。

背景技術

0002

電解コンデンサは、コンデンサ信頼性高く、非常に低い故障率を有することが重要である様々な医療事、航空宇宙、及び商業用途に使用される。従って、電解コンデンサを選別して欠陥部品を排除するために促進老化試験リフロー試験サージ電流試験、及び絶縁破壊電圧試験のような様々な選別方法が開発されている。しかし、これらの試験の多くは、最悪の故障(すなわち、ヒューズ故障)のみを調べる故障基準を有し、これは、欠陥部品が良好な母集団の中にリリースされることを可能にする可能性があり、これらの選別方法は、潜在的欠陥を検出することはできない。例えば、ヒューズは、高電圧及び高温のような高応力条件下では故障しなかったが、試験しているコンデンサは、選別中に更に損傷を受ける場合があり、これは、長期間不安定な状態をもたらす可能性がある。高い信頼できる電解コンデンサの選別及び供給のための従来の方法は、小数のコンデンサが、バーンイン中に高度に促進された電圧(例えば、定格電圧VR)の1.5倍)、温度(例えば、85℃)、及び時間(40時間又はそれよりも長い)条件を受けるロットサンプリングによるロットに基づくワイブル計算を伴っている。しかし、従来のワイブルバーンインは、早期故障によって部品を排除するプレバーンイン選別がないので、統計的に異なるプレバーンインである部品が正常な母集団のポストバーンインの中に移動することを可能にする。これらの部品の大部分は、長期間信頼性試験(例えば、寿命試験)を通して安定であると思われるが、場合によってバーンイン中の自己回復により、正常な母集団まで通過した部品の一部分は不安定であり、その分野において長期間の信頼性問題がある可能性がある。ワイブルの統計的計算は、MILPRF−55365Hに説明するように、格つけ目的のためにワイブル分布を生成することができるように、これらの不安定な部品を母集団の中に残す実施を容易にしている。その結果、ワイブル試験を使用する選別は、母集団から不安定な又は欠陥があるコンデンサの排除を確実にすることはできず、これは、信頼性のレベル許容できないコンデンサロットをもたらす可能性がある。

0003

米国特許第5,357,399号明細書
米国特許第6,751,085号明細書
米国特許第6,643,121号明細書
米国特許第6,849,292号明細書
米国特許第6,673,389号明細書
米国特許第6,813,140号明細書
米国特許第6,699,767号明細書
米国特許出願公開第2006/0038304号明細書
米国特許第7,554,793号明細書

先行技術

0004

MIL−PRF−55365H
MIL−HDBK−217

発明が解決しようとする課題

0005

従って、得られる恩典にも関わらず、潜在的欠陥を有するコンデンサを検出して排除することができる電解コンデンサのための改良された選別方法、並びにワイブル法と異なり、排除されたコンデンサを考慮しない選別されたコンデンサの予想故障率を判断する方法の必要性が存在する。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一実施形態により、所定の定格電圧を有する電解コンデンサを反復的に選別する方法を開示する。本方法は、第1の組のコンデンサの第1の漏れ電流を測定する段階と、そこから第1の平均漏れ電流を計算する段階と、第1の所定の値に等しいか又はそれを超える測定された第1の漏れ電流を有するコンデンサを第1の組から排除し、それによって第2の組のコンデンサを形成する段階とを含む。第1の所定の値は、第1の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい。本方法は、第2の組のコンデンサをバーンイン処理に掛ける段階を更に含む。バーンイン処理は、定格電圧の約0.8倍から約1.2倍の所定の試験電圧をコンデンサに印加する段階を含む。バーンイン処理後、第2の組のコンデンサの第2の漏れ電流が測定され、第2の平均漏れ電流は、そこから計算される。次に、第2の所定の値に等しいか又はそれを超える測定された第2の漏れ電流を有する第2の組からのコンデンサは、第2の組から排除され、それによって第3の組のコンデンサを形成する。第2の所定の値は、第2の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい。

0007

別の実施形態において、コンデンサのロットを顧客に供給する方法を開示する。本方法は、コンデンサに対して定格電圧を判断する段階と、コンデンサを反復的に選別して各反復で所定の値を超える漏れ電流を有するコンデンサをロットから排除する段階とを含む。所定の値は、各反復で測定された平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しい。選別後に、コンデンサのロットは、定格電圧を下げることなく顧客に供給することができる。

0008

更に別の実施形態において、電解コンデンサに対して予想故障率を計算する方法を開示する。本方法は、第1の期間にわたって第1の温度及び第1の電圧でコンデンサをバーンイン処理に掛ける段階と、第2の期間にわたって第2の温度及び第2の電圧でコンデンサを寿命試験に掛ける段階と、所定のレベルを超える漏れ電流を有するコンデンサの数に基づいて寿命試験後に故障したコンデンサの数を判断する段階とを含み、予想故障率を判断する計算は、バーンイン処理前に故障したコンデンサを除外するものである。

0009

本発明の他の特徴及び態様を以下により詳細に説明する。

0010

業者のためのその最良のモードを含む本発明の完全かつ権限付与する開示は、添付の図の参照を含む本明細書の残りの部分においてより詳細に示される。

0011

本出願及び図面における参照文字の反復使用は、本発明の同じか又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。

図面の簡単な説明

0012

本発明の方法の一実施形態を示すブロック図である。
本発明の方法を通じて選別することができる固体電解コンデンサの一実施形態の断面図である。
本発明の方法を通じて選別することができる固体電解コンデンサの別の実施形態の断面図である。
本発明の方法を通じて選別することができる湿式電解コンデンサの一実施形態の断面図である。
コンデンサのサンプルに対して第1の漏れ電流をプロットし、漏れ電流を3つの区画に分けるグラフである。
図5の「区画1」部品の装着後漏れ電流を示すグラフである。
2/3定格電圧で1000時間125℃の寿命試験を受けた後の図5の「区画1」部品の漏れ電流を示すグラフである。
寿命試験の様々なステージにおいて2/3定格電圧、125℃、1000時間寿命試験を受けた「区画1」コンデンサの各々に対して漏れ電流を比較するグラフである。
図6から図7のコンデンサの各々に対して漏れ電流の変化を示すグラフである。
寿命試験の様々なステージにおいて定格電圧125℃バーンイン及び次に85℃2000時間寿命試験を受けた「区画1」コンデンサの3つの異なるロットの漏れ電流を示すグラフである。
寿命試験の様々なステージにおいて定格電圧125℃バーンイン及び次に85℃2000時間寿命試験を受けた「区画1」コンデンサの3つの異なるロットの漏れ電流を示すグラフである。
寿命試験の様々なステージにおいて定格電圧125℃バーンイン及び次に85℃2000時間寿命試験を受けた「区画1」コンデンサの2つの異なるロットの漏れ電流を示すグラフである。
寿命試験の様々なステージにおいて定格電圧125℃バーンイン及び次に85℃2000時間寿命試験を受けた「区画1」コンデンサの2つの異なるロットの漏れ電流を示すグラフである。
コンデンサが定格電圧85℃2000時間寿命試験を受けた時に10個の最も高い漏れ電流がポストバーンインであるが、第1の漏れ電流測定において依然として3標準偏差カットオフ限界内にあるコンデンサの漏れ電流を追跡するグラフである。
第1の漏れ電流プレバーンイン選別に失敗して「区画2」部品として最初に分類されたが、自己回復を示して後の試験で「区画1」部品になったと考えられるコンデンサの漏れ電流挙動を示すグラフである。
第1の漏れ電流選別に失敗したが、0.01*CV*12限界内にあったコンデンサの漏れ電流挙動を示すグラフである。
1群のコンデンサのプレバーンイン漏れ電流を本発明のバーンイン工程及びワイブルバーンイン工程を受けた後のコンデンサのポストバーンイン漏れ電流と比較したグラフである。
コンデンサを85℃寿命試験に掛けた後に本発明のプレバーンイン選別工程を通過したコンデンサの漏れ電流シフトをプレバーンイン漏れ電流選別工程に失敗したコンデンサの漏れ電流シフトと比較したグラフである。
25℃及び125℃で試験した時のコンデンサに対して漏れ電流を比較したグラフである。
コンデンサの1つのロットのプレバーンイン漏れ電流を本発明のバーンイン工程及びワイブルバーンイン工程を受けた後のコンデンサのポストバーンイン漏れ電流と比較したグラフである。
コンデンサの複数のロットのプレバーンイン漏れ電流を本発明のバーンイン工程及びワイブルバーンイン工程を受けた後のコンデンサのポストバーンイン漏れ電流と比較したグラフである。
本発明のプレバーンイン選別及びその後のバーンイン工程を受けたコンデンサの寿命試験をワイブルバーンイン工程と比較したグラフである。
本出願の選別及びバーンイン工程を受けたコンデンサの85℃寿命試験後の漏れ電流のシフトを示すグラフである。
ロットのコンデンサのプレ寿命試験漏れ電流をコンデンサのポスト寿命試験漏れ電流と比較し、図5に示すようにコンデンサを限界ユニットでの区画1ユニット及び区画2ユニットに分類したグラフである。
約0.25マイクロアンペア(μA)までの漏れ電流を示すようにスケーリングされた図24のグラフである。
コンデンサの他のロットと比較した時にコンデンサのロットが異常/異端であるかを判断するための1つの方法を示すグラフである。
本発明の方法を通じて選別することができる気密密封コンデンサの一実施形態の断面図である。

0013

本説明は、例示的な実施形態の説明に過ぎず、本発明のより広範な態様を制限するように考えられているものではないことを当業者は理解すべきである。

0014

一般的に、本発明は、反復的に電解コンデンサを選別する方法に関する。本出願に説明する電解コンデンサのロット又はサンプル(すなわち、2つ又はそれよりも多くのコンデンサ)を選別する方法は、試験工程において複数の反復でコンデンサの漏れ電流を測定する段階と、次に、各反復において統計的解析により判断されるような所定の値を超える漏れ電流を有するコンデンサをサンプル又はロットから排除する段階とを含む。例えば、ロットのコンデンサの全てを含むことができる第1の組のコンデンサの漏れ電流を測定することができ、第1の漏れ電流測定後に所定の値を超える漏れ電流を有する第1の組のコンデンサは、サンプル又はロットから排除することができ、残りのコンデンサは、更に別の試験を受けることができる第2の組のコンデンサを形成する。更に別の試験は、コンデンサの定格電圧のような所定の電圧でのコンデンサのバーンイン熱処理を含むことができ、所定の電圧は、85℃までの連続作動に対してDC定格電圧を意味する所定の定格である。バーンイン処理を使用して、コンデンサに応力を加えて、第2の組のコンデンサの漏れ電流を測定すると、あらゆる不安定な部品を検出することができる。

0015

バーンイン工程が終了した後、リフローのような付加的な処理を行うことができ、これは、コンデンサに更に別の応力を加えることができる。リフロー前又リフロー後のいずれかで、選別の第2の反復を行うことができ、ここで、第2の組のコンデンサの各々に対して漏れ電流が測定され、新しい第2の所定の値を超える漏れ電流を有する第2の組のコンデンサは、次に、第2の組から排除され、更に別の試験を受けることができる第3の組のコンデンサを形成する。更に、選別の第3の反復は、選別工程の終わりにおいて行うことができ、ここで、第3の組のコンデンサの各々に対する漏れ電流が測定され、第3の所定の値を超える漏れ電流を有する第3の組のコンデンサは、第3の組から排除され、第4の組のコンデンサを形成する。第1、第2、及び第3の所定の値は、統計的解析により判断される。漏れ電流に基づくコンデンサの選別に加えて、キャパシタンス等価直列抵抗ESR)、及び散逸率DF)のような他のパラメータを測定することができ、コンデンサは、平均キャパシタンス、ESR、及びDF結果の統計的解析に基づいて更に選別することができる。理論によって限定されることを意図しないが、各反復で所定の値を超えるあらゆるコンデンサを選別して除くようにコンデンサを漏れ電流試験の複数の反復に掛けることと組み合わせて、恒久的にコンデンサに損傷を与える可能性があるこれらの定格電圧の1.5倍の試験電圧とは対照的なこれらの定格電圧に近い所定の試験電圧で選別すべきコンデンサをバーンイン処理に掛けることで、不安定なコンデンサを有効に選別して除き、非常に高い信頼性及び非常に低い故障率を有するコンデンサのロットを生成することができると考えられる。このような高い信頼性及び低い故障コンデンサは、医療、軍事、及び航空宇宙用途を含む一部の用途において重要である。

0016

本発明の方法の一実施形態は、図1のブロック図に示されているが、ステップは、異なる順序で実施することができ、付加的な試験又は反復選別を終了して欠陥がある又は不安定なコンデンサを更に排除することができることは理解されるものとする。図1の反復選別方法100は、例えば、特定の出力106で到達するように実施される様々な工程ステップ102及び選別ステップ104を示している。工程ステップ102は、第1の反復(プレバーンイン)漏れ電流(DCL)測定108、バーンイン114、リフロー120、第2の反復(ポストバーンイン)漏れ電流(DCL)測定126、及び第3の反復漏れ電流(DCL)測定132を含む。

0017

ステップ108、126、及び132における漏れ電流は、最低10秒後に所定の温度及び定格電圧で漏れ電流(DCL)を測定するリーク試験セットを使用して測定される。例えば、漏れ電流は、定格電圧が印加されるコンデンサと直列に接続された1kΩの最小抵抗を有する充電抵抗器により約20℃から約85℃に及ぶ温度で3分後に測定することができる。漏れ電流はまた、より高い温度(すなわち、熱いDCL)で測定することができるが、印加された電圧は、約125℃でのような約140℃までの約85°よりも高い温度において定格電圧の約2/3とすることができる。漏れ電流又はDCLは、コンデンサを貫流する直流電圧がコンデンサの充電後に印加される時の電流の量を意味する。一般的に、漏れ電流を使用して、コンデンサが欠陥を有するか又は故障する可能性があるかを判断することができ、コンデンサは、それが所定の用途に使用するのに適格であるべきであるなら最小レベルよりも小さい漏れ電流を有する必要があると考えられる。漏れ電流は、コンデンサに印加された電圧、温度条件、及びコンデンサにおいて使用する電解質のタイプのような多数のファクタに依存する。以下に説明するように、選別工程の様々な反復で取った漏れ電流測定からの結果を使用して、コンデンサが許容可能であるか否か又はコンデンサを所定のロット又はサンプルから排除すべきか否かを判断することができる。

0018

ここで特定の工程ステップ、選別ステップ、及び出力に移ると、本発明の反復選別方法が説明されている。選別方法の第1の反復では、第1の漏れ電流は、図1の工程ステップ108に示すように、試験すべきコンデンサのロット又はサンプル(すなわち、第1の組のコンデンサ)に対して測定することができる。第1の漏れ電流は、一部の実施形態では約20℃から約150℃に及ぶ温度で判断することができる。例えば、DCLは、約25℃のように一部の実施形態では約20℃から約30℃、約85℃のように一部の実施形態では約75℃から約95℃、及び更に他の実施形態では約100℃から約150℃に及ぶ温度で測定することができる。例えば、温度は、約125℃のような約120℃から約130℃のような約110℃から約140℃に及ぶ可能性がある。しかし、漏れ電流が上述したように約85℃よりも高い温度で測定される時に、漏れ電流測定中に印加される電圧は、上述したように定格電圧の約2/3とすることができる。第1の漏れ電流が判断される温度に関係なく、第1の平均漏れ電流は、第1の組のコンデンサに対して第1の漏れ電流に関連して収集されたデータから計算することができる。第1の平均漏れ電流が判断された後に、第1の所定の値は、第1の組のコンデンサに対して計算することができ、これは、第1の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。一部の実施形態においては、しかし、第1の所定の値は、第1の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。これは、第1の限界(すなわち、所定の値)が判断される工程ステップ110によって明らかにされている。次に、第1の所定の値を超える第1の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、出力ステップ112に示すように、これらが潜在的に不安定なコンデンサ又は異常値を表すのでサンプル又はロットから排除することができる。その一方、第1の所定の値よりも小さい第1の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、選別の第1の反復を通過し、第1の反復選別を超えて更に選別するためにロット又はサンプルに残ることができ、従って、第2の組のコンデンサを形成する。

0019

第1の所定の値を超えるコンデンサを除去した後、第2の組のコンデンサ(すなわち、第1の反復選別112を通過したロット又はサンプルのコンデンサ)は、工程ステップ114に示すようにバーンイン処理に掛けられる。一般的に、バーンインは、コンデンサを厳しい条件に露出し、これらがこれらの使用寿命に対して早期に故障する傾向があることを判断することができる工程である。バーンイン処理114は、ステップ116に示すように、所定の試験電圧を選択的に制御してコンデンサに印加する段階を伴うことができる。バーンイン処理は、一部の実施形態において、約100℃から約150℃、他の実施形態では約110℃から約140℃、及び更に他の実施形態では約115℃から約130℃に及ぶ可能性がある温度で行うことができる。例えば、第2の温度は、125℃とすることができる。加熱又はバーンイン処理114を行う温度に関係なく、バーンイン処理は、一実施形態では約25時間から75時間に及ぶ時間量にわたって行うことができる。その一方、バーンイン工程時間は、他の実施形態では約40時間から約45時間のような約35時間から約50時間に及ぶ可能性がある。例えば、バーンイン工程時間は、42時間とすることができる。

0020

更に、バーンイン工程の温度又は時間枠に関係なく、バーンイン工程は、所定の電圧を選択的に制御して第2の組のコンデンサに印加する段階を含む。印加された電圧は、一般的に、試験すべきコンデンサの定格電圧の比率である。例えば、印加すべき電圧は、一部の実施形態では定格電圧の約0.7から約1.3倍、他の実施形態では定格電圧の約0.8から約1.2倍、及び更に他の実施形態では定格電圧の約0.9から約1.1倍に及ぶ可能性がある。例えば、バーンイン工程中に印加される電圧は、試験すべきサンプル又はロットに残っているコンデンサの定格電圧の約1.0倍とすることができる。コンデンサの定格電圧の約1.0倍で実施されるバーンイン処理に第2の組のコンデンサを掛けることで、ワイブル試験中に使用するようなより高い電圧で見られるコンデンサに損傷を引き起こすことなく、その後の選別反復において不安定な又は欠陥があるコンデンサの十分な選別を可能にすることが見出されている。一般的に、バーンイン処理ステップ116は、出力118に示すように、コンデンサの基礎母集団の漏れ電流の減少をもたらし、不安定なユニットを更に露出するのに使用することができる。このステージにおける漏れ電流の減少は、自己回復による可能性があるので、第2の反復漏れ電流選別ステップ130は、第1の反復漏れ電流選別ステップ112を通過し、バーンイン工程が終了した後のあらゆる異常値又は欠陥がある部品を排除した第2の組のコンデンサに対して行うことができることに注意すべきである。第2の反復漏れ電流選別ステップ130は、以下により詳細に説明するように、バーンイン後又はリフロー工程ステップ120後に実施することができる。

0021

必要に応じて、リフロー工程ステップ120を通じた半田付けは、第2の組のコンデンサに対して第2の反復漏れ電流126を測定する前に第2の組のコンデンサで実施することができる。リフロー工程ステップ120は、第2の反復漏れ電流選別130で付加的な不安定コンデンサを見いだすために、コンデンサに更に別の応力を掛けることができる。しかし、上述したように、この特定の工程順序は必要ではなく、一部の実施形態において、第2の反復漏れ電流選別130は、バーンイン処理114後であるがリフロー120前に終了することができることを理解すべきである。一部の例では、第1の組のコンデンサでリフローステップを実施することさえも可能とすることができる。

0022

リフロー工程ステップ120が、図1に示すように、第2の組のコンデンサを第2の反復漏れ電流選別ステップ130に掛ける前に終了する場合、それは、バーンイン処理後に終了することができる。一般的に、リフローは、コンデンサを基板に半田付けすることができる工程である。バーンイン後のリフロー半田付けは、第2の組のコンデンサが第2の反復漏れ電流選別130を受ける時に、図1の出力124に示すように、リフロー工程がコンデンサに作用する付加的な熱機械応力の結果として不安定になったコンデンサを露出することができる。この理由から、リフローは、第2の反復漏れ電流測定126前に実施し、あらゆる不安定な部品を選別して排除することができる。基礎リフロー半田工程は、FR−4基板のようなプリント基板(PCB)上の望ましいパッド半田ペーストを加えて、ペーストにコンデンサを置き、ペーストの半田溶融させる(リフローさせる)アセンブリに熱を加えるステップを含む。半田付けは、次に、PCB及びコンデンサ終端上で湿潤させて望ましい半田隅肉接続をもたらす。リフロー工程は、図1のステップ122に示すように、対流リニアオーブンにおいて行うことができる。対流リニアオーブンは、一部の実施形態では約200℃から約280℃、他の実施形態では約205℃から約270℃、更に他の実施形態では約210℃から約260℃のピーク温度プロフィールを有することができる。例えば、低温で溶融することができるSnPB(鉛ベース)半田付けを使用する医療、軍事、及び航空宇宙用途では、リフローは、約210℃から約225℃に及ぶ温度で行うことができる。その一方、より高い温度で溶融する鉛なし半田付けを使用する商業用途に対して、リフローは、約245℃から約260℃に及ぶ温度で行うことができる。上述のリフロー工程は、対流オーブンを使用するが、リフロー工程はまた、赤外線対流オーブン又は蒸気相オーブンを使用することができ、ウェーブ半田付けにより又はホットプレートを使用することによって行うことができることに注意すべきである。

0023

リフロー工程が終了した後、第2の反復漏れ電流は、工程ステップ126として図1に示すように、第2の組のコンデンサに対して測定することができるが、一部の実施形態において、第2の漏れ電流はまた、リフロー前に測定することができる。第2の漏れ電流は、図1に示すように、同様に、バーンイン処理114及びリフロー120を受けた第1の反復漏れ電流選別112を通過したコンデンサ(すなわち、第2の組のコンデンサ)に対して測定することができる。第2の漏れ電流は、一部の実施形態では約20℃から約150℃に及ぶ温度で判断することができる。例えば、DCLは、約25℃のように一部の実施形態では約20℃から約30℃、約85℃のように一部の実施形態では約75℃から約95℃、更に他の実施形態では約100℃から約150℃に及ぶ温度で測定することができる。例えば、温度は、約125℃のような約120℃から130℃に及ぶことができる。しかし、漏れ電流を上述したように約85℃よりも高い温度で測定する時に、漏れ電流測定中に印加される電圧は、上述したように定格電圧の約2/3とすることができる。第2の漏れ電流を判断する温度に関係なく、第2の平均漏れ電流は、第2の組のコンデンサに対して第2の漏れ電流測定に関連して収集されたデータから計算することができる。第2の平均漏れ電流が判断された後、第2の所定の値は、第2の組のコンデンサに対して計算することができ、これらは、第2の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。一部の実施形態においては、しかし、第2の所定の値は、第2の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。これは、第2の限界(すなわち、所定の値)を判断する工程ステップ128によって明らかにされている。次に、第2の所定の値を超える第2の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、出力ステップ130に示すように、これらが潜在的に不安定なコンデンサ又は異常値を表すので、サンプル又はロットから排除することができる。その一方、第2の所定の値よりも小さい第2の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、選別の第2の反復を通過し、第2の反復選別を超えて更に選別するためにロット又はサンプルに残ることができ、従って、第3の組のコンデンサを形成する。リフロー工程120が、第2の組のコンデンサに対して第2の漏れ電流を測定する前に実施されなかった場合、漏れ電流選別の第2の反復後、得られる第3の組のコンデンサは、上述したようにリフロー工程120を受けることができることに注意すべきである。

0024

付加的な工程ステップとして、機能性試験132を行って、上述の第1の反復漏れ電流選別112及び第2の反復漏れ電流選別130の両方を通過したコンデンサ(すなわち、第3組のコンデンサ)に対して標準コンデンサ特性を判断することができる。このステージにおいて、付加的な不安定な又は欠陥があるコンデンサは、更に別の統計的解析に基づいてロット又はサンプルから選別されて排除することができる。機能性試験は、一部の実施形態では約15℃からでは約35℃、又は他の実施形態では約20℃から約30℃に及ぶ温度で実施することができる。例えば、試験は、25℃で実施することができる。

0025

機能性試験132が行われる温度に関係なく、第3の反復漏れ電流は、図1に示すように、サンプルに残っているコンデンサ(すなわち、第3の組のコンデンサ)に対して測定することができる。第3の漏れ電流を判断する温度に関係なく、第3の平均漏れ電流は、第3の組のコンデンサに対して第3の漏れ電流測定に関連して収集されたデータから計算することができる。第3の平均漏れ電流が判断された後、第3の所定の値は、第3の組のコンデンサに対して計算することができ、これは、第3の平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。一部の実施形態においては、しかし、第3の所定の値は、第3の平均漏れ電流を超える3又はそれよりも大きい標準偏差に等しいとすることができる。これは、第3の限界(すなわち、所定の値)を判断する工程ステップ134によって明らかにされている。次に、第3の所定の値を超える第3の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、出力ステップ136に示すように、これらが潜在的に不安定なコンデンサ又は異常値を表すので、サンプル又はロットから排除することができる。その一方、第3の所定の値よりも小さい第3の漏れ電流を有するあらゆるコンデンサは、選別の第3の反復を通過し、リリースするために又は第3の反復選別を超えて更に選別するためにロット又はサンプルに残ることができ、従って、第4の組のコンデンサを形成する。従って、これらのコンデンサは、統計的解析に基づいて漏れ電流選別の少なくとも3つの反復を受け、ロットに残っているコンデンサは、非常に低い故障の危険を有する高い信頼性があることが保証される。

0026

付加的な試験(図1には示さず)は、第3の反復132で選別されたコンデンサに対して行うことができる。漏れ電流に基づく選別に加えて、漏れ電流選別の最初の2つの反復を通過したコンデンサ(すなわち、第3の組のコンデンサ)は、それらの等価直列抵抗(ESR)、散逸率(DF)、及びキャパシタンス測定に対して試験することができる。これらのコンデンサは、次に、更に選別され、ESR、DF、及びキャパシタンスに関して収集された統計的解析に基づいてあらゆる不安定な部品を排除することができる。例えば、キャパシタンスが測定される場合、コンデンサは、保護周波数許容限界満足度に基づいて選別することができるが、ESR及び/又はDFが測定される場合、平均カットオフ限界を超える1又はそれよりも大きな標準偏差を超えて存在するあらゆる異常値のものは、使用するためにリリースされるロット又はサンプルから廃棄されることになる。

0027

本発明に説明するような選別方法は、固体及び湿式電解コンデンサの両方で実施することができる。本発明の方法によって選別される固体又は湿式電解コンデンサは、以下に限定されるものではないが、埋め込み可能除細動器ペースメーカー心臓除細動器神経刺激器薬品投与デバイスなどのような医療デバイス自動車用途、「レーダー」システムのような軍事用途、ラジオテレビなどのような消費者向けエレクトロニクスなどを含む様々な用途と共に使用することができる。一実施形態において、例えば、コンデンサは、患者に対して治療高電圧(例えば、約500ボルトから約850ボルト、又は望ましくは約600ボルトから約800ボルト)処置を提供するように構成された埋め込み可能医療デバイスに使用することができる。デバイスは、密封されて生物学的に不活性である容器又はハウジングを収容することができる。1つ又はそれよりも多くのリードは、静脈を通じてデバイスと患者の心臓との間に電気的に接続される。心臓の電極は、心臓活動を検知し及び/又は電圧を心臓に提供するように設けられる。リードの少なくとも一部分(例えば、リードの端部部分)は、心臓の心室及び心房のうちの1つ又はそれよりも多くと隣接するか又はそれに接触して設けることができる。デバイスはまた、典型的には、デバイスの内部又は外部にあるバッテリに直列で接続され、これに結合された2つ又はそれよりも多くのコンデンサを収容するコンデンサバンクを収容し、エネルギをコンデンサバンクに供給する。一部は高い伝導性により、本発明の方法によって選別されたコンデンサは、優れた電気特性を達成し、従って、埋め込み可能医療デバイスのコンデンサバンクに使用するのに適する可能性がある。例えば、等価直列抵抗(「ESR」)は、電子回路において充電及び放電する時にコンデンサが抵抗器のように作用する限り、1000HZの周波数において2ボルトバイアス及び1ボルト信号で測定された約1500ミリオーム未満、一部の実施形態では約1000ミリオーム未満、及び一部の実施形態では約500ミリオーム未満とすることができる。

0028

コンデンサのサンプル又はロットが、本発明の方法によって選別された後、コンデンサのロットのサンプルは、コンデンサを使用することができる電圧を所定の定格電圧よりも低いレベルまで最初に下げる必要なく顧客に供給することができる。言い換えると、選別方法は、顧客に供給されるコンデンサが、より低い(すなわち、下げた)電圧とは対照的にこれらの定格電圧と共に使用することができるように、不安定なコンデンサを取り除くことができる。

0029

上述の反復選別方法により選別されているコンデンサのロットにおいて潜在的欠陥の存在の危険を更に最小にするために、コンデンサの選別ロットの他の選別ロットとの比較に基づく付加的な選別ステップがセーフガードとして実施され、平均漏れ電流を有する選別ロットを取り除くことができ、平均漏れ電流は、全体として考えられる選別ロットの全ての平均漏れ電流と比較した異常/異端である。全体として考えられる選別ロットの全ての平均漏れ電流は、総平均漏れ電流と見なされる。図26に示すように、これらを選別した後のコンデンサの複数のロットの総平均漏れ電流を判断することができる。選別ロットの各々に対する平均漏れ電流は、バーンイン熱処理又はあらゆる付加的な処理及び/又は選別を受けたコンデンサに対するような第1の漏れ電流選別を通過したロットのコンデンサを使用して判断することができる。次に、ロットの全てに対して総平均漏れ電流を超える1又はそれよりも大きい標準偏差である漏れ電流値のような所定の値を超える平均漏れ電流を有するあらゆるコンデンサロットは、顧客に供給されるロットとしては拒絶することができる。例えば、総平均漏れ電流を超える3よりも大きい標準偏差である平均漏れ電流を有するロットは、拒絶することができる。付加的な選別ステップは、そのロットを顧客に供給されるコンデンサのロット変動に制限することができる。

0030

その一方、本出願の選別方法は、コンデンサが早期故障又は幼児死亡と呼ばれるバーンイン工程前に所定のレベルを超える初期漏れ電流を有するあらゆるコンデンサをコンデンサのロットから排除する段階を伴うので、MIL−PRF−55365Hに説明するような従来のワイブルモデルを用いて予想故障率を計算することはできない。更に、ワイブル法は、基板上への表面実施部品のマルチサイドリフローの影響をその予想故障率計算に考慮することができないことに注意されたい。従って、本発明の選別方法を利用すると、予想故障率は、以下に説明するように新しい方法により計算することができることは理解されるものとする。

0031

初期の問題として、顧客に供給されるコンデンサのロットの予想故障率を判断するために、あらゆる計算を実施する前に、両面リフローを含む模擬生産ルーチンが母集団からのサンプルに対して完了されることは理解されるものとする。次に、計算は、模擬の生産ルーチンを通したサンプルの挙動に基づいて実施される。一般的に、予想故障率計算は、特定の時間量にわたって促進温度(例えば、125℃)及び電圧(例えば、定格電圧の2/3)でいくつかの部品を寿命試験した結果が、25℃において同等数のコンポーネント/デバイス時間に変換される2つの主要ステップに基づいている。次に、故障の数及び等価コンポーネント/デバイス時間を使用して、予想故障率及び故障間の平均時間を計算する。同等デバイス/コンポーネント時間の決定は、固体タンタルコンデンサに適用される時のアレニウスモデルを使用するMIL−HDBK−217の信頼性予想に基づいており、ここでアレニウスのモデルは、温度増加による故障促進を予想するために使用され、MIL−HDBK−217ハンドブックは、全ての目的のために本明細書にその全内容が引用により組み込まれている。同等デバイス/コンポーネント時間計算はまた、タンタルコンデンサの活性化エネルギを考慮に入れ、活性化エネルギは、約1.08eVから約1.15eVに及ぶ可能性がある。

0032

その一方、故障率計算は、時間限定サンプル試験に対するカイ二乗計算に基づいており、ここで自由度は、故障の数と1の合計に2を乗じたものに等しい。故障率計算の中に入力すべきパラメータは、コンデンサの定格電圧、試験するコンデンサの数、コンデンサ部品を試験した時間数、試験温度、試験電圧、故障の数、望ましい信頼レベル、望ましい適用温度、及び望ましい適用電圧を含む。得られる計算された出力は、特定の試験時間の量に対して特定の電圧及び温度での特定のサンプル数の寿命試験によって明らかにされたように25℃で同等数のコンポーネント/デバイス時間を含み、これは、試験温度促進係数、試験電圧促進係数、及び寿命試験中に起こった故障の数及び等価コンポーネント/デバイス時間の総数に基づいてサンプルを選択したコンデンサの総母集団に対する故障率の予想計算を考慮に入れ、これは、適用電圧促進係数を更に考慮に入れる。最終的に、予想故障率計算から、時間での故障間平均時間(MTBF)を判断することができる。

0033

最初に、選別されているコンデンサの最終用途適用温度での等価コンポーネント時間を判断するために、試験/選別温度促進係数ベース及び試験/選別電圧促進係数を判断することができる。以下の式1は、試験/選別温度促進係数(TTAF)を判断することができる方法を示し、適用及び試験温度のケルビン度への変換を含む(式1)。

0034

その一方、以下の式2は、試験/選別電圧促進係数(TVAF)を判断することができる方法を示す(式2)。

0035

更に、以下の式3は、コンデンサの適用の温度での等価コンポーネント時間を判断する方法を示す(式3)。

0036

次に、等価コンポーネント時間は、必要に応じて等価コンポーネント年に変換することができる。次に、適用電圧促進係数(AVAF)は、以下の式4に示すように判断することができる(式4)。

0037

ここで、上記式からの計算を使用して、故障率を計算することができ、ここで故障率は、1000時間当たりのパーセント故障で示されている。故障率は、カイ二乗分布に基づいて、カイ二乗分布の片側確率の逆数の決定を含む。式5は、故障率を判断する方程式を示す(式5)。

0038

「CHIINV」関数は、信頼レベル係数と自由度係数の2つの係数の「カイ二乗値」を計算する。信頼「係数」は、1マイナス入力信頼レベルを小数点で表している。自由度係数は、コンデンサの寿命試験中に観察された故障の数プラス1の合計の2倍である。この係数は、故障の数とは無関係に特定の長さの時間にわたるサンプル試験を表している。カイ二乗値は、次に、式3で判断された「等価コンポーネント時間」の2倍で割り算される。結果は、次に、最初にAVAFを2で割った後、式4で判断される適用電圧促進係数(AVAF)を乗じる。次に、この結果は、100の1000倍の係数、すなわち、100,000を乗じて、最終予想故障率を「1000時間当たりのパーセント故障」にする。

0039

1000時間当たりパーセント故障の予想故障率が式5で上に示すように判断された後、故障率は、式6で下に示すように、時間での「故障間平均時間(MTBF)」に変換することができる(式6)。

0040

上に示す式5が、本出願の方法により選別されたコンデンサの予想故障率を判断する寿命試験後に使用される時に、コンデンサの予想故障率は、約60%から約90%のような約55%から約95%のような約50%から約99.9%の信頼レベルで判断する時に、1000時間当たり約0.00001%故障から1000時間当たり約0.008%故障のような1000時間当たり約0.000008%故障から1000時間当たり約0.009%故障のような1000時間当たり約0.000005%故障から1000時間当たり約0.01%故障に及ぶ可能性がある。1つの特定的な実施形態において、コンデンサの予想故障率は、約90%の信頼レベルで1000時間当たり約0.00001%故障から1000時間当たり約0.008%故障に及ぶ可能性がある。

0041

上述したように、本発明の方法により選別されたコンデンサは、固体又は湿式電解コンデンサとすることができる。固体電解コンデンサは、一般的に、アノード本体、誘電体層、及び固体電解質を含むコンデンサ要素を含有する。コンデンサはまた、アノード端子に接続するためにアノード本体に電気的に接続されたアノードリード(例えば、リボンワイヤシート、その他)を収容することができる。バルブ金属組成物は、タンタルニオビウムアルミニウムハフニウムチタン、これらの合金、これらの酸化物、これらの窒化物、及びその他のようなバルブ金属(すなわち、酸化可能な金属)又はバルブ金属ベース化合物を含有することができる。例えば、バルブ金属組成物は、1:1.0±1.0、一部の実施形態では1:1.0±0.3、一部の実施形態では1:1.0±0.1、及び一部の実施形態では1:1.0±0.05のニオビウム対酸素原子比率を有する酸化ニオビウムのようなニオビウムの導電性酸化物を含有することができる。例えば、酸化ニオビウムは、NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1、及びNbO2とすることができる。一実施形態において、あらゆる従来の粉末プレス成形を使用して圧縮されて多孔性のアノード本体を形成するバルブ金属ベース粉末を使用する。その後、多孔性のアノード本体は、焼結されて多孔性の統合本体を形成する。

0042

構成された状態で、誘電体層は、焼結アノード本体を陽極酸化する(「陽極酸化処理する」)ことによって形成することができる。これは、アノード本体の孔隙にわたって及び/又は孔隙内に形成された誘電体層の形成をもたらす。例えば、タンタル(Ta)アノードは、五酸化タンタル(Ta2O5)に陽極酸化処理することができる。典型的には、陽極酸化処理は、アノードを電解質の中に浸漬するなどによって電解質をアノードに最初に付加することによって行われる。コンデンサ要素はまた、コンデンサに対してカソードとして機能する固体電解質を含有する。

0043

一実施形態において、固体電解コンデンサのカソードは、原則として二酸化マンガンから作ることができ、一般的にマンガン化と呼ばれる工程によって形成される。この工程では、導電対電極コーティングは、陽極酸化処理から形成された誘電体の上に形成される。マンガン化ステップは、典型的には、硝酸塩を固体導電二酸化マンガンに変換するために、硝酸マンガン溶液中に陽極酸化処理デバイスを浸漬し、湿った雰囲気中で含浸デバイスを加熱することによって行われる。言い換えると、二酸化マンガン固体電解質は、硝酸マンガン(Mn(NO3)2)の熱分解によって形成することができる。二酸化マンガンから形成されたカソードを有するこのようなコンデンサは、コンデンサが、以下により詳細に説明する密封コンデンサである時に、約230℃までのような約250℃までのような高温で作動させることができる。

0044

別の実施形態において、固体電解質はまた、1つ又はそれよりも多くの導電ポリマー層から形成することができる。導電ポリマーは、ポリピロールポリチオフェンポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)、ポリアニリンポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンポリフェノラートなど、及びこれらの誘導体を含むことができる。アノード部にはまた、任意的に、炭素層(例えば、グラファイト)及び銀層それぞれを付加することができる。銀コーティングは、例えば、コンデンサに対して半田付け可能導体接触層、及び/又充電コレクターとして作用することができ、単層コーティングは、固体電解質と銀コーティングの接触を制限することができる。このようなコーティングは、固体電解質の一部又は全てを覆うことができる。

0045

コンデンサを形成する特定の方式に関係なく、コンデンサは、当業技術で公知のように終端に接続することができる。例えば、アノード及びカソード終端は、アノードリード(例えば、シート又はワイヤ)及びカソードそれぞれに電気的に接続することができる。一般的には、コンデンサが望ましい方式で機能するように、アノード終端をカソード終端から絶縁することが望ましい。このような隔離を達成するために、様々な技術を実施することができる。一実施形態において、例えば、リード上に形成されたあらゆる酸化物及び/又はカソード層は、エッチング処理(例えば、化学的レーザ、その他)により簡単に排除することができる。

0046

上述したように、本発明の方法によって選別することができる固体電解コンデンサは、コンデンサ要素のアノードリードが電気的に接続されるアノード終端と、コンデンサ要素のカソードが電気的に接続されるカソード終端とを収容する。あらゆる導電材料を使用して、導電金属のような終端を形成することができる。終端は、溶接接着結合耐熱金属ペーストなどのような当業技術で公知のあらゆる技術を使用して接続することができる。コンデンサ要素が取りつけられた状態で、リードフレーム/終端は、ケーシング内に封入することができ、ケーシングは、次に、シリカ又はいずれかの他の公知の封入材料充填することができる。ケースの幅及び長さは、意図する用途に応じて異なる場合がある。好ましいケーシングは、以下に限定されるものではないが、例えば、「A」、「B」、「C」、「D」、「E」、「F」、「G」、「H」、「I」、「J」、「K」、「L」、「M」、「N」、「P」、「R」、「S」、「T」、「V」、「W」、「Y」、又は「X」ケース(AVXコーポレーション)を含むことができる。使用するケースサイズに関係なく、コンデンサ要素は、アノード及びカソード終端の少なくとも一部分が露出されるように封入される。封入後、アノード及びカソード終端の露出部分は、エージングされ、選別され、かつ望ましいサイズに切り取ることができる。

0047

上述したように、アノードリードは、シート又はワイヤなどの形態にすることができ、タンタル、ニオビウム、酸化ニオビウムなどのようなバルブ金属化合物から形成することができる。例えば、本発明の選別方法を使用して、図2及び図3に示すように、固体電解コンデンサのような電解コンデンサの多数の実施形態を選別することができる。図2に示すように、固体電解コンデンサは、シートの形態であるアノードリードを使用することができる。更に、図3に示すように、固体電解コンデンサは、ワイヤの形態のアノードリードを使用することができる。

0048

例えば、一実施形態において、選別すべきコンデンサは、図2に示すように、アノード本体に結合されたシート(例えば、プレートホイル、その他)を使用することができる。このようなコンデンサの様々な例は、例えば、全ての目的のために本明細書にその全内容が引用により組み込まれるSalisburyの米国特許第5,357,399号明細書、Huntingtonの米国特許第6,751,085号明細書、Huntingtonの米国特許第6,643,121号明細書、Huntingtonの米国特許第6,849,292号明細書、Huntingtonの米国特許第6,673,389号明細書、Huntingtonの米国特許第6,813,140号明細書、及びHuntingtonの米国特許第6,699,767号明細書に説明されている。図2では、本発明の方法によって選別することができる固体電解コンデンサ200の一実施形態が、シートの形態のアノードリード210を含むように示されている。アノードリード210は、バルブ金属組成物(例えば、タンタル)から作られた圧縮アノード本体213に結合される。結合の他の手段を使用することができるが、1つの特定的な実施形態において、アノードリード210は、接着剤212を使用してアノード本体213に結合される。接着剤212は、アノードリード210の表面に最初に付加することができる。その後、圧縮アノード本体213は、接着剤212の上に配置することができる。アノード本体213及びアノードリード210は、次に、焼結され、アノード本体及びアノードリードの両方の接着剤と金属の間に結合剤を形成することを可能にすることができる。取りつけられた状態で、アノード本体213は、次に、上述したように陽極酸化処理されて固体電解質を付加することができる。必要に応じて、同様に上述したように炭素層227及び/又は1つ又はそれよりも多くの銀層221又は222のような付加的な層を使用することができる。コンデンサ200はまた、アノード本体213を覆う側壁224に封入樹脂を含むことができる。末端キャップ228及び229は、コンデンサ200のカソード及びアノード終端としてそれぞれ提供される。

0049

本発明の方法によって選別することができる固体電解コンデンサの別の実施形態は、図3に示されている。固体電解コンデンサ300は、多孔性のアノード本体に組み込まれたワイヤの形態のアノードリード360を使用することができる。このような実施形態において、コンデンサ要素330の形成後、アノード及びカソード終端は、アノードワイヤ360及び固体電解質層354に電気的に接続することができる。終端の特定の構成は、当業技術で公知のように異なる場合がある。図3を参照して、例えば、一実施形態は、アノード終端370及びカソード終端380を含むように示されている。この特定的な実施形態において、カソード終端380は、コンデンサ要素330の下面339と電気的接触した部分382を収容する。コンデンサ要素330をカソード終端380に取りつけるために、導電接着剤を当業技術で公知のように使用することができる。

0050

アノード終端370は、第2の部分374に実質的に垂直に位置決めされた第1の部分376を収容する。第2の部分374は、アノードワイヤ360を担持する領域351を収容する。必要に応じて、領域351は、ワイヤ360の表面接触及び機械的安定性を更に高めるために「U字形」を有することができる。アノードワイヤ360は、次に、レーザで又はいずれかの他の適切な方法によって領域351に溶接することができる。コンデンサ要素が終端に取りつけられた状態で、コンデンサ要素は、樹脂ケーシング内に封入され、樹脂ケーシングは、次に、シリカ又はいずれかの他の公知の封入材料で充填することができる。更に図3を参照して、例えば、コンデンサ300に対するこのような封入ケースの1つの特定的な実施形態が要素388として示されている。封入ケース388は、コンデンサ300に対して付加的な構造及び熱保護を提供する。封入後、それぞれのアノード及びカソード終端の露出部分は、エージングされ、選別され、かつ切り取ることができる。必要に応じて、露出部分は、任意的に、ケーシング388の外側に沿って2回曲げることができる(例えば、約90度で)。

0051

本発明の方法によって選別することができる固体電解コンデンサの別の実施形態は、図27に示すコンデンサのような密封コンデンサである。図27に示すように、固体電解コンデンサ要素520は、ハウジング522内に密封され、コンデンサ500を形成した。金属、プラスチックセラミック、及びその他のような様々な異なる材料のいずれを使用してもハウジングを形成することができる。一実施形態において、例えば、ハウジングは、タンタル、ニオビウム、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼(例えば、ステンレス)、これらの合金(例えば、導電性酸化物)、これらの複合材(例えば、導電性酸化物で被覆した金属)、及びその他のような金属の1つ又はそれよりも多くの層を含む。別の実施形態において、ハウジングは、窒化アルミニウム酸化アルミニウム酸化珪素酸化マグネシウム酸化カルシウムガラスなど、並びにこれらの組合せのようなセラミック材料の1つ又はそれよりも多くの層を含むことができる。

0052

ハウジングは、円筒形、D字形、矩形三角形プリズム状などのようなあらゆる望ましい形状を有することができる。図27を参照して、例えば、コンデンサアセンブリ500の一実施形態は、ハウジング522及びコンデンサ要素520を収容するように示されている。体積効率を増大させるために、コンデンサ要素520は、ハウジング522によって定められた内部空洞526の長さに比較的類似している長さ(アノードリード560の長さを除外する)を有することができる。更に、1つのコンデンサ要素520のみが図27に示されているが、ハウジング522は、複数のコンデンサ要素520を含むことができることは理解されるものとする。コンデンサ要素520の各々は、ハウジングに密封される前に個別に本発明の方法によって選別することができる点も理解すべきである。代替形態では、コンデンサ要素520は、ハウジング522に密封することができ、その後、コンデンサアセンブリ500自体は、本発明の開示の方法によって選別することができる点も同様に理解すべきである。

0053

決して必須ではないが、コンデンサ要素は、アノード終端及びカソード終端がその後回路の中に一体化されるようにハウジングの外部に形成されるような方式でハウジングに取りつけることができる。終端の特定の構成は、意図する用途に依存する場合がある。一実施形態において、例えば、コンデンサアセンブリは、それが表面実施可能であり、更に機械的に堅牢であるように形成することができる。例えば、アノードリードは、外部の表面実施可能なアノード及びカソード終端(例えば、パッド、シート、プレート、フレーム、その他)に電気的に接続することができる。このような終端は、ハウジングを通って延びて、コンデンサと接続することができる。終端の厚み又は高さは、一般的に、コンデンサアセンブリの厚みを最小にするように選択される。必要に応じて、終端の表面は、当業技術で公知のように、ニッケル、銀、金、スズなどで電気メッキし、最終部分回路基板に装着可能であることを保証することができる。1つの特定的な実施形態において、終端は、ニッケル及び銀フラッシュでそれぞれ堆積され、装着面はまた、スズ半田層メッキされる。別の実施形態において、終端は、ベース金属層(例えば、銅合金)の上に薄い外側金属層(例えば、筋)で堆積され、伝導性を更に増大させる。

0054

ある一定の実施形態において、接続部材をハウジングの内部空洞内に使用して、機械的に安定な方式で終端への接続を容易にすることができる。例えば、更に図27を参照して、コンデンサアセンブリ500は、第1の部分567及び第2の部分565から形成された接続部材562を含むことができる。接続部材562は、外部終端に類似する導電材料から形成することができる。第1の部分567及び第2の部分565は、直接に又は付加的な導電要素(例えば、金属)を通じてのいずれかで互いに接続された一体化又は個別の断片とすることができる。図示の実施形態において、第2の部分565は、リード560が延びる横方向(例えば、y方向)にほぼ平行な平面に設けられる。第1の部分567は、リード560が延びる横方向にほぼ垂直な平面に第1の部分567をもたらすという意味で1の部分567は「直立している」。このようにして、第1の部分567は、水平方向のリード560の移動を制限し、使用中表面接触及び機械的安定性を高めることができる。必要に応じて、絶縁材料570(例えば、Teflon(登録商標ワッシャ)は、リード560の周囲と共に使用することができる。

0055

第1の部分567は、アノードリード560に接続された装着領域(図示せず)を保有することができる。その領域は、リード560の表面接触及び機械的安定性を更に高めるために「U字形」を有することができる。リード560への領域の接続は、溶接、レーザ溶接、導電接着剤などのような様々な公知の技術のいずれかを使用して達成することができる。1つの特定的な実施形態において、例えば、領域は、アノードリード560にレーザ溶接される。しかし、選択した技術に関係なく、第1の部分567は、実質的な水平アラインメントでアノードリード560を保持し、コンデンサアセンブリ500の寸法安定性を更に高めることができる。

0056

更に図27を参照して、本発明の一実施形態が示されており、そこで、接続部材562及びコンデンサ要素520は、アノード及びカソード終端527及び529それぞれによりハウジング522に接続される。アノード終端527は、ハウジング522内に位置決めされ、接続部材562に電気的に接続された第1の領域527aと、ハウジング522の外部に位置決めされ、装着面201を提供する第2の領域527bとを収容する。同様に、カソード終端529は、ハウジング522内に位置決めされ、コンデンサ要素520の固体電解質に電気的に接続された第1の領域529aと、ハウジング522の外部に位置決めされ、装着面503を提供する第2の領域529bとを収容する。このような領域の全体部分は、ハウジング内又はその外部に位置する必要はないことは理解されるものとする。

0057

図示の実施形態において、導電トレース527cは、ハウジングの基部523で延びて、第1の領域527a及び第2の領域527bを接続する。同様に、導電トレース529cは、ハウジングの基部523で延びて、第1の領域527a及び第2の領域527bを接続する。導電トレース及び/又は終端の領域は、個別又は一体化することができる。ハウジングの外壁を通って延びるのに加えて、トレースはまた、外壁の外部のような他の位置に位置することができる。勿論、本発明は、望ましい終端を形成するように決して導電トレースの使用に限定されない。

0058

使用する特定の構成に関係なく、コンデンサ要素520への終端527及び529の接続は、溶接、レーザ溶接、導電接着剤などのようなあらゆる公知の技術を使用して行うことができる。1つの特定的な実施形態において、例えば、導電接着剤431を使用して、接続部材562の第2の部分565をアノード終端527に接続する。同様に、導電接着剤533を使用して、コンデンサ要素520のカソードをカソード終端529に接続する。導電接着剤は、樹脂組成物と共に含まれる導電金属粒子から形成することができる。金属粒子は、銀、銅、金、プラチナ、ニッケル、亜リード、ビスマスなどとすることができる。樹脂組成物は、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)、硬化剤(例えば、酸無水物)、及び結合剤(例えば、シラン結合剤)を含むことができる。好ましい導電接着剤は、全ての目的のためにそこに本明細書にその全内容が引用により組み込まれているOsako他に付与された米国特許出願公開第2006/0038304号明細書に説明されている。

0059

任意的に、ポリマー拘束物も、後面、前面、上面、下面、側面、又はあらゆるこれらの組合せのようなコンデンサ要素の1つ又はそれよりも多くの表面に接触して配置することができる。ポリマー拘束物は、ハウジングからコンデンサ要素による層間剥離の可能性を低下させることができる。この点に関し、ポリマー拘束物は、それが振動力を受け、しかもそれほど強くないのでそれが割れる時でさえも、ポリマー拘束物が比較的固定して位置決めされた状態でコンデンサ要素を保持することを可能にするある程度の強度を保有することができる。例えば、拘束物は、約25℃の温度で測定された約1から約150メガパスカル(「MPa」)、一部の実施形態では約2から約100MPa、一部の実施形態では約10から約80MPa、及び一部の実施形態では約20から約70MPaの引張強度を保有することができる。拘束物は、導電性でないのが一般的に望ましい。

0060

上述の望ましい強度特性を有する様々な材料のいずれを使用することもできるが、硬化型の熱硬化性樹脂は、特に本発明と共に使用するのに適することが見出されている。このような樹脂の例は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミドメラミン樹脂尿素ホルムアルデヒド樹脂ポリウレタンシリコーンポリマーフェノール樹脂、その他を含む。一部の実施形態において、例えば、拘束物は、1つ又はそれよりも多くのポリオルガノシロキサンを使用することができる。エポキシ樹脂はまた、ポリマー拘束物として使用するのに特に適している。更に他の適切な導電接着剤樹脂も、全ての目的のために本明細書にその全内容が引用により組み込まれているOsako他に付与された米国特許出願公開第2006/0038304号明細書及びChackoの米国特許第7,554,793号明細書に説明されている。

0061

必要に応じて、硬化剤はまた、ポリマー拘束物に使用して、硬化を容易にするのに役立たせることができる。硬化剤は、典型的には、拘束物の約0.1から約20重量パーセントを構成する。光開始剤、粘度調節剤、懸濁助剤色素応力低減剤、結合剤(例えば、シラン結合剤)、非導電充填剤(例えば、粘土、シリカ、アルミナ、その他)、安定剤などのような更に他の添加剤も使用することができる。使用する時に、このような添加剤は、典型的には、総組成物の約0.1から約20重量パーセントを構成する。

0062

再度図27を参照して、例えば、単一ポリマー拘束物597がコンデンサ要素520の上面581及び後面577に接触して配置される一実施形態が示されている。単一拘束物が図27に示されているが、同じ機能を達成するのに個別の拘束物を使用することができることは理解されるものとする。実際に、より一般的には、任意的な数のポリマー拘束物を使用して、コンデンサ要素のあらゆる望ましい表面と接触することができる。複数の拘束物を使用する時に、これらは、互いに接触状態になり、又は物理的に分離したままにすることができる。例えば、一実施形態において、コンデンサ要素520の上面581及び前面579と接触する第2のポリマー拘束物(図示せず)を使用することができる。第1のポリマー拘束物597及び第2のポリマー拘束物(図示せず)は、互いに接触することができ、又は接触しないとすることができる。更に別の実施形態において、ポリマー拘束物はまた、他の表面と共に又はその代わりとしてのいずれかでコンデンサ要素520の下面583及び/又は側面と接触することができる。

0063

それをどのように付加するかに関係なく、典型的には、ポリマー拘束物はまた、ハウジングの少なくとも1つの表面と接触状態になり、潜在的な層間剥離に対してコンデンサ要素を更に機械的に安定化させるのを補助することが望ましい。例えば、拘束物は、1つ又はそれよりも多くの側壁、外壁、蓋などの内面と接触状態にすることができる。図27では、例えば、ポリマー拘束物597は、ハウジング522の内面507及び509と接触する。ハウジングと接触にあるが、ハウジングによって定められた空洞の少なくとも一部分が空いた状態を保って、不活性気体が空洞を貫流し、酸素と固体電解質の接触を制限することを可能にすることがそれでもなお望ましい。例えば、空洞容積の少なくとも約5%、一部の実施形態では空洞容積の約10%から約50%は、典型的には、コンデンサ要素及びポリマー拘束物によって空いた状態を保つ。

0064

望ましい方式で接続された状態で、得られるパッケージが密封される。更に図27を参照して、例えば、ハウジング522は、基部523と、空洞526を形成する蓋525とを含む。蓋525及び基部523は、セラミック、金属(例えば、鉄、銅、ニッケル、コバルト、その他に、並びにこれらの合金)、プラスチックなどから形成することができる。一実施形態において、例えば、基部523は、セラミック材料から形成され、蓋525は、金属材料から形成される。蓋525は、少なくとも1つの側壁524と一体化された外壁521を含む。図示の実施形態において、例えば、2つの対向する側壁524は、断面で示されている。側壁524の高さは、一般的に、蓋525が汚染されないように、蓋525がコンデンサ要素520のいずれの表面とも接触しないようなものである。外壁521及び基部523の両方は、横方向(y方向)に延び、互いに及びアノードリード560の横方向にほぼ平行である。側壁524は、基部523にほぼ垂直な縦方向に外壁521から延びる。蓋525の遠位端506は、外壁521によって定められ、近位端501は、側壁524のリップ553によって定められる。

0065

より具体的には、リップ553は、横方向に側壁524から延び、横方向は、基部523の横方向にほぼ平行とすることができる。リップ553はまた、周縁551を形成し、周縁551は、リップ553及び基部523が延びる横方向にほぼ垂直とすることができる。周縁551は、側壁524の外周を超えて位置し、基部523の縁部571と略同一平面上とすることができる。リップ553は、溶接(例えば、抵抗又はレーザ溶接)、半田付け、接着などのようなあらゆる公知の技術を使用して基部523に密封することができる。例えば、図示の実施形態において、密封部材587をコンポーネントの間に使用し(例えば、ガラスペ金属シール、Kovar(登録商標)リング、その他)、これらのアタッチメントを容易にする。それにも関わらず、上述のリップの使用は、コンポーネントの間により安定な接続を可能にし、コンデンサアセンブリのシール及び機械的安定性を改良することができる。

0066

気密シールは、典型的には、使用中に固体電解質の酸化を抑制するように、少なくとも1つの不活性気体を含有する気体雰囲気の存在下で行われる。不活性気体は、例えば、窒素ヘリウムアルゴンキセノンネオンクリプトンラドンなど、並びにこれらの混合物を含むことができる。典型的には、雰囲気の約50重量パーセントから100重量パーセント、一部の実施形態では約75重量パーセントから100重量パーセント、及び一部の実施形態では約90重量パーセントから約99重量パーセントのようなハウジング内の雰囲気の大部分を構成する。必要に応じて、二酸化炭素、酸素、水蒸気などのような比較的少量の不活性気体も使用することができる。このような場合、しかし、不活性気体は、典型的には、ハウジング内の雰囲気の15重量パーセント又はそれ未満、一部の実施形態では10重量パーセント又はそれ未満、一部の実施形態では約5重量パーセント又はそれ未満、一部の実施形態では約1重量パーセント又はそれ未満、及び一部の実施形態では約0.01重量パーセントから約1重量パーセントを構成する。例えば、含水率相対湿度に関して表される)は、約10%又はそれ未満、一部の実施形態では約5%又はそれ未満、一部の実施形態では約1%又はそれ未満、及び一部の実施形態では約0.01から約5%とすることができる。

0067

上述したように、本発明の選別方法も使用して、湿式電解コンデンサを選別することができる。湿式電解コンデンサは、一般的に、誘電体層を収容する多孔性のアノード本体、電気化学的に活性なコーティング(例えば、導電ポリマー)で被覆した金属基板を収容するカソード、及び水性電解質を含む。電解質のイオン伝導性は、コンデンサを高電圧まで充電することができるように、特定の範囲で選択的に制御される。本発明の方法によって選別された湿式電解コンデンサのアノード、カソード、及び作動電解質物理的配置は、一般的に、当業技術で公知のように異なる場合がある。図4を参照して、例えば、湿式電解コンデンサ400の一実施形態は、アノード450とカソード430の間に配置された作動電解質440を含むように示されている。アノード450は、誘電体膜460を収容し、リード420(例えば、タンタルワイヤ)と共に組み込まれている。カソード430は、カソード基板410及び電気化学的に活性な材料490から形成することができる。図示していないが、分離器は、カソード430とアノード450の間に位置決めされ、アノードとカソードの間の直接に接触を阻止し、なお電極への作動電解質440のイオン電流フロー満足できる。アノード450及びカソード430に接続されて密封するシール470(例えば、ガラスペア金属)も使用することができる。図示していないが、コンデンサ400はまた、アノード450をカソード430内に安定して保持するスペーサ(図示せず)を含むことができる。スペーサは、例えば、プラスチックで作ることができ、ワッシャ形とすることができる。

0068

本発明は、以下の実施例を参照してより良く理解することができ、以下の実施例は、図5図25を参照して、本発明の電解コンデンサ選別方法の有効性及び信頼性を示している。実施例1〜3及び10は、開始点として図5を使用し、開始点は、10ロットで試験したコンデンサの全てに対して第1の漏れ電流をプロットし、これらを区画に分ける。「区画1」は、第1の平均漏れ電流の3標準偏差内にある第1の漏れ電流を有する部品を含み、第1の平均漏れ電流は、この場合、125℃の温度及び定格電圧の2/3の電圧で測定される。「限界での区画1」は、第1の平均漏れ電流の3標準偏差内にある第1の漏れ電流を有するが、限界に近い部品を含む。「区画2」は、第1の平均漏れ電流の3標準偏差を超える第1の漏れ電流を有する部品を含む。しかし、「区画2」のコンデンサは、0.001*C*VR*12のハードカット限界よりも小さい第1の漏れ電流を有する。ハードカット限界は、以下の方程式から計算される点に注目されたい:DCL限界=0.001*キャパシタンス(C)*定格電圧(VR)*温度係数(TF)、式中、TFは、125℃に対して12である。従って、図5と共に使用する漏れ電流限界を計算するのに0.001である定数は、キャパシタンスと定格電圧(VR)の積を乗じ、更に12の係数を乗じて125℃の高温を可能にする。使用する定数は、商業又は軍事用途に対して0.01とすることができるが、使用する定数は、医療又は航空宇宙用途では0.001とすることができることに注意すべきである。図5では、上述の変数又は製品設計機能に基づいて得られるハードカット限界は、0.225μAである。その一方、「区画3」は、第1の平均漏れ電流の3標準偏差を上回り、かつ0.001*C*VR*12のハードカット限界よりも大きい第1の漏れ電流を有するコンデンサを含む。

0069

125℃2/3定格電圧寿命試験
図6図9を参照して、上の図5の「区画1」に入る10ロットから1ロット当たり100コンデンサは、コンデンサの定格電圧の10倍で42時間の期間にわたって125℃でバーンインされた。部品は、次に、FR−4基板上に装着され、125℃及び2/3定格電圧で1000時間寿命試験を受けた。漏れ電流(DCL)は、次に、1000時間試験の終了後側品に対して25℃の温度及び定格電圧で判断された。

0070

図6で認められるように、図5全体の「区画1」コンデンサは、上述したように漏れ電流決定を表す図5に比較して図6の装着後において僅かに高い漏れ電流を示している。しかし、コンデンサは、コンデンサに対して依然として所定の0.225μAハードカット/故障限界よりも小さい漏れ電流を有する。同様に、図7で認められるように、2/3定格電圧における1000時間125℃寿命試験の終わりに、図5全体の「区画1」コンデンサは、図5及び図6に比較して図7において僅かに高い漏れ電流を示している。しかし、コンデンサは、このコンデンサに対する0.225μA故障限界よりも小さい漏れ電流を依然として有する。

0071

その一方、図8は、寿命試験中に様々な時点で判断される「区画1」のコンデンサに対する漏れ電流測定を示している。1つのコンデンサは、点線楕円形に示すように、試験にわたって0.225μAを超える漏れ電流を示すことによって故障したが、3つの他のコンデンサは、24時間DCL漏れ電流測定で0.225μAを超える漏れ電流を示すが、最大1000時間まで更に寿命試験をした結果安定化した。これらの故障したコンデンサは、本発明の選別方法を使用して排除されていると考えられるが、試験は、これらが長期試験に基づいてどのように挙動するかが認められるように故障したコンデンサに関して続けられたことに注意すべきである。図示のように、いくつかのコンデンサの漏れ電流は、試験中にカットオフ限界を上回ったが、次に、試験の終わりにカットオフ限界を下回った。従って、本発明の選別方法に従うことなく、終点寿命試験データを見るだけでは、不安定な特性を有するコンデンサを受け入れる結果をもたらす可能性がある。

0072

次に、図9は、図6の装着後漏れ電流と比較して、図7の2/3定格電圧の125℃で1000時間寿命試験を受けた「区画1」部品の各々に対する漏れ電流(DCL)の変化を示している。図示のように、1000時間125℃試験中に観察されたDCLシフトのグラフは、無視することができるほどの平均DCLシフトを有する正常に挙動する母集団によって表される。

0073

85℃定格電圧寿命試験
図10図13を参照して、上の図5の「区画1」に入る10ロットから1ロット当たり10コンデンサは、コンデンサの定格電圧の1.0倍で42時間の期間にわたって125℃でバーンインされた。部品は、次に、FR−4基板上に装着され、85℃及び定格電圧で2000時間寿命試験を受けた。漏れ電流(DCL)は、次に、2000時間試験の様々なステージで部品に対して判断された。10ロットを表す10のグラフから認められるように、全てのコンデンサは、寿命試験の2000時間後DCLカットオフ限界(太線に示すように)を下回り、従属請求項の反復選別方法は、試験したロットから不安定なコンデンサを排除する上で有効であることを示している。カットオフ限界は、以下の方程式から計算される点に注目されたい:DCL限界=0.0025*キャパシタンス(C)*定格電圧(VR)*温度係数(TF)、式中、TFは、25℃に対して1、85℃に対して10、及び125℃に対して12である。

0074

85℃定格電圧寿命試験、非標準母集団
次に、125℃バーンインによる限界又は異常性能を有する個々のコンデンサが捕捉され、「限界での区画1」(すなわち、図14)、「区画2から区画1へのムーバ」(すなわち、図15)、又は「区画2」(すなわち、図16)部品に分類され、かつ定格電圧で85℃寿命試験を受けた。

0075

図14を参照して、グラフは、図5の第1の反復漏れ電流測定において依然として3標準偏差カットオフ限界(すなわち、「区画1」)内にあった10回の最も高い第1の漏れ電流測定でのコンデンサの漏れ電流を追跡するように示されている。これらの10のコンデンサは、3標準偏差カットオフ限界に近い第1の漏れ電流測定を有するが、コンデンサは寿命試験にわたって安定なままであり、従属請求項の反復選別方法と共に使用する3標準偏差漏れ電流カットオフ限界の相対的有効性を示している。

0076

図15に移ると、グラフは、3標準偏差カットオフ限界を超える漏れ電流を有することによって第1の漏れ電流プレバーンイン選別に失敗し、従って、最初に「区画2」部品として分類されたコンデンサの漏れ電流挙動を追跡するように示されている。しかし、バーンイン中に、これらの「区画2」部品は、これらの第2の反復漏れ電流が減少し、3標準偏差の第2の漏れ電流カットオフ限界の範囲に入るような(バーンイン後に)自己回復を示している。これらのコンデンサは、2000時間後に3標準偏差限界内にあることによって寿命試験を通過するが、従属請求項の反復選別方法は、これらのコンデンサを拒絶する。コンデンサは、技術的には寿命試験を通過するであろうが、寿命試験中の不安定性は、これらのそれぞれのロットからのこのようなコンデンサの排除を保証する。

0077

次に、図16は、3標準偏差の第1の漏れ電流カットオフ限界を超えたが、0.001*C*VR*12のハードカット漏れ電流限界内であったコンデンサの漏れ電流挙動を示すグラフである。コンデンサの大部分は、85℃寿命試験により安定であるように見えるが、この母集団は、3つの点線によって表された3つの故障ユニットによって明らかにされるように不安定なコンデンサを収容する可能性が高い。

0078

図1図3から認められるように、本発明の反復選別方法は、1000時間にわたって2/3定格電圧の125℃及び2000時間にわたって全定格電圧の85℃での1000の選別されたコンデンサのサンプルサイズの寿命試験が、寿命試験に対する現在の軍の標準要件である0.01*C*VRの半分である最大0.005*C*VRの合格漏れ電流限度までゼロ故障をもたらすという点で、より高い信頼性がある。

0079

DCLプレバーンインとポストバーンインの比較
更に、コンデンサの漏れ電流は、本発明の方法及び比較ワイブル法を使用してバーン前に15秒浸漬した後に125℃及び2/3作動電圧で判断された。本発明の方法の下で、バーンインは、125℃で実施されたが、ワイブル法バーンインは、85℃で実施された。図17に示すように、プレバーンイン漏れ電流は、一般的に、両ポストバーンイン漏れ電流よりも高く、約0.7μAから約1.2μAに及んだ。その一方、ワイブル法のポストバーンイン漏れ電流は、約0.6μAから約1.3μAに、及び本出願の方法のポストバーンイン漏れ電流は、約0.4μAから約1.0μAに及んだ。図17は、本出願のバーンイン処理から生じるDC漏れ電流のパラメータシフトを明らかにし、ここで、全体のDC漏れ電流は有意に低いが、図17はまた、約0.8μAから約1.0μAの漏れ電流を有する部品のような潜在的に損傷を受けた部品のDC漏れ電流が高められていることを示し、これは、本発明の統計的選別方法の有効性を改善することができる。

0080

第1のDCL選別を通過又は失敗したコンデンサの85℃寿命試験
次に、ロットからの2組のコンデンサ、すなわち、第1の漏れ電流(プレバーンイン)選別を通過した1組と、第1の漏れ電流(プレバーンイン)選別に失敗した1組に対する85℃ポスト寿命試験の漏れ電流のシフトを比較した。2000時間にわたって85℃で実施した時の寿命試験では、その後のコンデンサの各組に対する漏れ電流のシフトが判断された。結果は図18に示されており、ここで、本出願の方法において第1の漏れ電流(プレバーンイン)選別中に排除されていると考えられるコンデンサは、ポスト寿命試験漏れ電流のかなり大きいシフトを示すように示されているが、第1の漏れ電流(プレバーンイン)選別を通過し、後の選別に対して受け入れられたコンデンサは、ポスト寿命試験漏れ電流のシフトを殆ど示さなかった。

0081

図18は、従って、本出願の方法が、潜在的に不安定なコンデンサを排除する漏れ電流に基づく選別ステップを通じてバーンイン処理前に試験コンデンサにおいて不均質な欠陥を排除することができることを明らかにするものである。この選別ステップなしには、これらの潜在的に不安定なコンデンサは、バーンイン中に誘起された回復工程による選別中のバーンイン後、なお図18に示すような寿命試験後良好なコンデンサを表すDCL分布の中に移動することができ、これらの潜在的に不安定なコンデンサは、かなり大きい漏れ電流シフトを示す可能性があり、これらのコンデンサが、ロットのコンデンサの残りの部分に特徴的ではない欠陥を有することを示している。他方、本出願に説明するような125℃バーンイン前の統計的選別の利用は、この少量の潜在的にパラメトリックに不安定なコンデンサがリリースされたロットにある可能性を低下又は排除する。

0082

25℃及び125℃での漏れ電流決定の比較
上述したように、本出願の選別方法は、高温で選別されているコンデンサの漏れ電流を判断する。図19は、高温における漏れ電流が、25℃(室温)試験中に一般的に検出されないと考えられるコンデンサのロット内で漏れ電流の個々のコンデンサ変動を検出する機能をどのようにして高めるかを示している。図示のように、25℃で試験するコンデンサは、漏れ電流のパラメータシフトを示さないが、125℃で試験するコンデンサの一部分は、これらのコンデンサの漏れ電流が約2μAから約10μAに及ぶ漏れ電流のパラメータシフトを示している。漏れ電流が測定される温度が上昇していないとすれば、これらの異常値のコンデンサは、ロットから検出されて選別されて除かれることはないと考えられ、これは、潜在的に不安定なコンデンサが選別を通過したことを意味する。

0083

高温バーンインにより明らかにされたDCLの改良
図20及び図21は、バーンイン温度がワイブル法に関連付けられた従来の85℃バーンインと比較すると上昇している時の全体の漏れ電流の改良を示している。例えば、図20は、本出願に説明する125℃バーンイン工程及びワイブル法に関連付けられた85℃バーンイン工程後の漏れ電流と比較したコンデンサロットに対するプレバーンイン漏れ電流を示している。上昇した125℃の温度でバーンインされたコンデンサに対する漏れ電流は、一般的に、ワイブル法を使用してバーンインされたコンデンサよりも低い漏れ電流を有するが、同時に、あらゆる異常値は、より簡単に露出することができる。その一方、図21は、本出願に説明する125℃バーンイン工程の後の減少したDCLは、複数のロットにわたって繰り返すことができることを示している。

0084

1000時間にわたる125℃及び2/3作動電圧での寿命試験
次に、図22は、本出願に説明するような初期漏れ電流選別及び125℃バーンイン工程を受けたコンデンサの漏れ電流と、指定されたハードカット漏れ電流限界が0.225μAで設定された125℃及び作動電圧の2/3における寿命試験の1000時間後のワイブル法に従って85℃バーンイン工程を受けたコンデンサの漏れ電流とを比較する。漏れ電流は、30秒浸漬時間後にコンデンサの作動電圧の25度で判断された。本出願に説明する方法により選別された10ロットからの10コンデンサは、85℃で従来のワイブル法による170コンデンサバーンインと共に試験された。

0085

従って、ワイブル法を使用してバーンインされた2つのコンデンサは、これらの漏れ電流が0.225μAの所定の限界を超えると寿命試験後に故障した。特に、2つの故障した部品は、約0.4μA及び0.5μAの漏れ電流ポストバーンインを有した。他方、本出願の方法を使用して選別されてバーンインされたコンデンサのどれも、コンデンサのどれもが0.225μA限界を超える漏れ電流を明らかにしなかったとういう点で故障はなかった。

0086

漏れ電流に対する選別方法の効果
更に、2000時間にわたって85℃及び定格電圧で寿命試験した後に本発明の選別方法を受けたコンデンサの10ロットからサンプリングした10コンデンサの漏れ電流は、これらのプレ寿命試験漏れ電流と比較された。図23に示すように、寿命試験の2000時間後、寿命試験前と後の漏れ電流のシフトは、無視することができるほどであった。

0087

2000時間にわたる85℃での区画1、限界での区画1、及び区画2の部品の寿命試験
別の実施形態において、10ロットのコンデンサに対する漏れ電流が、125℃バーンイン後に判断された。コンデンサは、次に、図5に基づいて上述したように、「区画1」コンデンサ、「限界での区画1」コンデンサ、及び「区画2」コンデンサに分類された。「区画1」は、平均漏れ電流の3標準偏差内にあった漏れ電流を有するコンデンサを含み、平均漏れ電流は、この場合125℃の温度及び2/3定格電圧の電圧で測定された。「限界での区画1」は、平均漏れ電流の3標準偏差内の漏れ電流を有するが、3標準偏差限界に近い漏れ電流を同様に有したコンデンサ(すなわち、3標準偏差限界内であったという点で10個の最も高い漏れ電流ポストバーンインを有するコンデンサ)を含む。「区画2」は、平均漏れ電流の3標準偏差を超える漏れ電流を有するが、同じく0.225μAのハードカット限界よりも小さかったコンデンサを含む。コンデンサを適切な区画に分類した後、コンデンサは、次に、85℃で寿命試験を2000時間にわたって受けた。次に、各区画におけるコンデンサの各々に対する漏れ電流が、25℃で測定された。

0088

図24に示すように、寿命試験前に0.225μAのハードカット漏れ電流限界内にあった「区画2」に分類した3つのコンデンサは、寿命試験後に故障し、かつ約0.75μA、1.5μA、及び2.75μAの漏れ電流を有した。その一方、「区画1」部品及び「限界での区画1」部品の全ては、寿命試験後に0.225μA限界よりも小さい漏れ電流を有した。これは、従来のハードカット限界が、最初はハードカット限界内にあった漏れ電流を有したが、寿命試験後にハードカット限界を超える漏れ電流を有したコンデンサのような後で信頼性問題を有する部品を実質的に排除しないことを示している。

0089

図25は、図24ズームイン図であり、「区画2」部品の漏れ電流が「区画1」及び「限界での区画1」部品と比較すると増加していることを示し、「区画2」部品の信頼性に関する問題が起こる場合があることを示す

0090

60%信頼レベルに対する故障率計算
実施例11において、以下の表1は、上述の式を使用する故障率計算のための入力及び出力を示している。実施例11では、60%信頼レベルが選択され、10の定格電圧を有する30コンデンサは、6.6ボルトであった定格電圧の2/3の125℃の温度及び6時間にわたって試験された。予想故障率は、次に、コンデンサが25℃及び5ボルトの電圧で顧客によって使用されるであろうと仮定して計算された。表1に示すように、6.6ボルトで6時間にわたって125℃でコンデンサを試験することは、25℃及び5ボルトでの約2,000,000時間と同等であり、1000時間当たり約0.0029%故障の予想故障率をもたらした。

0091

(表1)

0092

90%信頼レベルに対する故障率計算
例12において、以下の表2は、上述の式を使用する故障率計算のための入力及び出力を示している。実施例12では、90%信頼レベルが選択され、10の定格電圧を有する30コンデンサは、125℃の温度及び6.6ボルトであった定格電圧の2/3で6時間にわたって試験された。予想故障率は、次に、コンデンサが25℃及び5ボルトの電圧で顧客によって使用されるであろうと仮定して計算された。表1に示すように、6.6ボルトで6時間にわたって125℃でコンデンサを試験することは、25℃及び5ボルトでの約2,000,000時間と同等であり、1000時間当たり約0.0072%故障の予想故障率をもたらした。

0093

(表2)

実施例

0094

本発明のこれら及び他の修正及び変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって実施することができる。更に、様々な実施形態の態様は、全体として又は部分的にその両方で交換することができることは理解されるものとする。更に、当業者は、以上の説明が例示に過ぎず、本発明を限定するように考えられておらず、従って、添付の特許請求の範囲に更に説明されていることを認めるであろう。

0095

100 反復選別方法
102工程ステップ
104選別ステップ
106 出力
114 バーンイン

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