广告

PCB上6个同样的电容器,为什么总是烧毁那一个?

2021-05-06 Samuel Kerem,约翰·霍普金斯大学,应用物理实验室,太空总署 阅读:
我突然想起了PCB的布局图片。这5个没有发生故障的电容器的布局是相同的:过孔靠近两个端子并向下通往内部层。而发生故障的那颗电容器的正极端子上有一个过孔,但在负极端子上,有一条较粗的走线进入电容器下方的焊垫内,然后再到外部。我知道问题出在哪了。

我曾在一家光通信公司担任设计工程师,该公司生产的1000台设备安装在世界各地。现场的模块很多,送回公司返修的也很多,我的工作便是搞清这些模块出了什么故障。其中一次故障查找经历给我上了精彩的一课,我至今记忆犹新。SiXednc

客户寄回来一个模块,其故障原因很容易找到:一个烧焦的钽电容。这个电容短路了,导致价值数万美元的模块无法运行。这种表面贴装电容器(7343封装,额定电压为20V)贴装在12Vdc电源层上。这段时间内,大约10,000个电容器中只有一个电容器出现故障,这一数据大大低于根据统计数据 预测的故障率。我给这颗烧焦的电容拍了照片,把这个案子结了。SiXednc

几周后,另一个客户又退回了一个类似的模块,在这个模块的同一位置,一颗电容器烧焦并短路了。即便算上这个模块,故障率仍然低于统计预测值。我知道板子上还有5颗相同的电容器,它们并联在同一个12Vdc电源层上。除了模块的故障率,现在板子上电容的故障率是六分之一。所以,我又拍了一张照片。虽然我写了一份报告来安抚高层管理人员,但我觉得最好还是进行一下可靠性计算,尤其是钽电容器的可靠性,越快越好。SiXednc

过了几周,我又收到了一个故障模块。还是相同的电容器,看起来很糟。那时我已经完成了可靠性计算,对可靠性进行长篇大论的复杂解释可能会吓倒其他人,但为什么烧毁的总是相同的电容器?过电压?尖峰电压?都不太可能。同一个12Vdc电源层上有很多灵敏器件,在电容器甚至还没有感觉之前这些器件就会被烧毁。除了过大的纹波电流,我想不到其它更好的解释。SiXednc

这三颗烧毁的电容器显示出一个共性,即它们的负极端子上几乎都没有焊锡,这让我产生了这样的想法:电容器出现故障是由于纹波电流导致温度升高而引起的。电气连接仍然良好,但是焊锡很少。电容器的正极端子良好,上面有大量球形焊锡。缺乏焊料会导致热接触受阻,但这只是我的一个想法而已。我计算了最差的纹波电流:最大额定值的10%。在操作板上,我发现纹波电流不到5%。SiXednc

我排除了其他可能的原因——从湿度过大到涡流。这时,我突然想起了PCB的布局图片。这5个没有发生故障的电容器的布局是相同的:过孔靠近两个端子并向下通往内部层。而发生故障的那颗电容器的正极端子上有一个过孔,但在负极端子上,有一条较粗的走线进入电容器下方的焊垫内,然后再到外部。这时,我知道问题出在哪了。SiXednc

正极端子上的焊锡处于它应该在的位置,将端子紧紧地压到PCB上。但是,在负极端子这边,在组装过程中,熔化的焊锡流到电容器下方然后凝固,这抬高了负极端子,使电容器发生弯曲而产生微小的裂纹——众所周知这是电容器的天敌。我激动不已,第二天写好了技术分析报告。SiXednc

(原文刊登于Aspencore旗下EDN英文网站,参考链接:A bad-capacitor story ends happily,由Jenny Liao编译。)SiXednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 巧用0Ω电阻设计PCB板 许多硬件初学者看到PCB板上用到0Ω电阻时,往往就会一脸懵圈,他们经常会问:既然这玩意儿里面啥也没有,干嘛还要用它?其实,0Ω电阻的用处可大了,如果用好它,可以极大地方便PCB板的设计和调试。
  • 2021最受欢迎技术文章排行TOP 10:PCB设计与制造封装 在过去的2021年里,是哪些文章吸引了大家的关注点赞转发三连呢?EDN小编从几个热门类别中,选出最热门的几篇技术文章分享给大家。
  • 模拟版图设计——不只是晶体管 原理图不是详细的设计图,而更像是电路的架构草图。版图设计人员的职责是利用他们的培训和经验来解释原理图,进而创建出成功的版图。我们来看看这些额外的结构及其作用。
  • Digi-Key Electronics推出新的Scheme-it功能 新功能包括Ultra Librarian符号集成、定制符号编辑器和数学标记
  • 在电路系统中如何准确测量PCB温度与环境温度? 除了在电路设计中充分考虑温度可靠性还需要兼顾电路系统的温度监测,实时确保温度范围在允许范围内,在出现极端温度情况时有预警机制,环境温度测量和PCB温度测量就是其中两个重要的步骤,如何准确地实现环境温度和PCB板上温度的测量呢?
  • 难道“设计得太好”也是一种错? 有时候,事情做的好并促成了技术进展,很快地就会有人对你期待更多。例如在设计时增加某种新功能,经常引发另一种非预期的需求。从某方面来说,这对于工程师所传达的讯息就是:很抱歉,您的设计做得“太”好了!
  • 大四学生自制1200+晶体管阵列芯片,类似英特尔4004 CPU 日前,国外大四学生@Sam Zeloof 制作了他的第二个自制硅集成电路Z2,单个芯片上有 1200 个晶体管,使用的技术与英特尔在 1970 年代制作第一批 CPU 时使用的技术相同。换而言之,他一个人在家完成了在 1970 年代需要整个公司才能完成的工作……
  • 这颗可编程逻辑芯片为何一半时间不能正常工作? 几分钟后,我们就知道只有最新版的 GAL出现了问题。但这似乎又是不可能发生的——这是精心编程的 GAL,在编程器中使用专门准备的测试向量进行了测试,竟然有一半的时间在电路中不能工作?
  • 什么样的PCB才能承受住100 A的电流? 通常的PCB设计电流都不会超过10 A,甚至5 A。尤其是在家用、消费级电子中,通常PCB上持续的工作电流不会超过2 A。但是最近要给公司的产品设计动力走线,持续电流能达到80 A左右,考虑瞬时电流以及为整个系统留下余量,动力走线的持续电流应该能够承受100 A以上。那么问题就来了,怎么样的PCB才能承受住100 A的电流?
  • 瑞萨电子推出用于RZ/G2L、RZ/V2L的完整电源解决方案  新产品可提升系统可靠性,降低整体成本,支持四层PCB板
  • 为什么我的3.3V电源只有1.5V?剩下的1.8V去哪儿了? 上周末,我将电源和电子器件迁移到了机柜中,然而,当我用手轻按电源开关……没有动静!我拿出心爱的万用表,开始四处探测。很快我就发现,在Simblee扩充板的电源和地引脚上探测,Simblee分线板的3.3V电源引脚上只有1.5V电压。这究竟是怎么发生的?剩下的1.8V去哪里了?
  • 美军先进芯片研究进展:高集成度、高性能、低功耗、安全 目前,集成度高、制程工艺先进,兼具更高性能与更低功耗,且更为安全的芯片已然成为美军的研究重点。本文从国防系统定制ASIC微芯片、TrueNorth仿人脑芯片、碳基纳米3D芯片以及DNN芯片系统的研究情况入手,对美军工领域先进芯片研究的新进展进行了梳理。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了