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COMPONENTS
CAPACITOR
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- ELETTRONICA OGGI 442 - GENNAIO/FEBBRAIO 2015
organici che possono essere lavati via dagli anodi a basse tem-
perature. La quantità di carbonio viene misurata in ogni lotto
dopo la pulizia del lubrificante e il processo viene ripetuto se
necessario, finché il livello di carbonio è lo stesso che nella pol-
vere originale. Questi anodi vengono anche disossidati e uno
speciale processo di passivazione viene applicato per mini-
mizzare l’ossidazione della superficie dopo la sinterizzazione.
In aggiunta, F-Tech prevede anche una saldatura ad argon per
assicurare un collegamento solido ed affidabile tra i reofori e
l’anodo sinterizzato.
Analisi non distruttiva
I condensatori al tantalio vengono tradizionalmente controllati
alla ricerca di difetti nel dielettrico, misurando la corrente di
perdita in continua (DCL) a una tensione stabilita. Sebbene una
elevata DCL possa indicare la presenza di impurità nel dielet-
trico, una bassa DCL non rappresenta un’indicazione affidabile
della purezza del dielettrico. Il modo migliore per rilevare la
presenza di difetti nascosti nel dielettrico consiste nelle prove
a tensioni molto elevate, prossime alla tensione di breakdown
(BDV). Una bassa tensione di breakdown indica la presenza di
difetti nel dielettrico, mentre una BVD elevata, prossima alla ten-
sione di formazione, indica una purezza eccellente. Tuttavia, le
misure di tensione di breakdown sono distruttive e quindi non
possono essere impiegate per un’analisi sistematica. Inoltre, test
a tensioni così elevate possono introdurre dei siti di rottura che
possono portare a guasti latenti nelle applicazioni finali.
KEMET ha sviluppato il sistema SBDS per identificare i conden-
satori al tantalio con basse BDV senza causare dei danni nei
dispositivi funzionanti. Questa tecnica consiste nell’analisi della
curva di caricamento (tensione in funzione del tempo) del con-
densatore in serie a una resistenza. Prima dell’analisi la tensio-
ne di breakdown media viene determinata campionando alcuni
pezzi da ogni lotto di produzione. Generalmente la BVD può ar-
rivare anche al doppio di quanto dichiarato. Una tensione pari a
1,3 – 1,5 volte la tensione media di breakdown viene applicata
alla rete RC serie e viene scollegata o quando la caduta di ten-
sione ai capi del condensatore raggiunte la BVD media, o dopo
circa un minuto di carica. La tensione finale è legata alla BDV
effettiva del dispositivo. Di conseguenza, la purezza del dielettri-
co può essere estratta senza esporre il condensatore al rischio
di danneggiamento. Questo permette di applicare la SBDS a tutti
i pezzi di ogni lotto.
In aggiunta alle tecniche F-Tech e SBDS, un test di sovratensio-
ne a scalino (SSST) viene eseguito per assicurare che la coper-
tura superiore del catodo sia adeguata per proteggere il dielet-
trico da stress termici e meccanici che possono produrre guasti
all’accensione.
Un campione di condensatori viene sottoposto a cicli di riscal-
damento (da uno a molteplici) e poi un treno di impulsi brevi di
ampiezza crescente viene applicato finché tutti i condensatori
del campione vengono cortocircuitati. La probabilità di guasto
in funzione dell’ampiezza dell’impulso permette di prevedere il
tasso di guasto ad una data tensione.
Carichi fortemente impulsivi
Altre applicazioni che richiedono elevata affidabilità, come i si-
stemi radar avionici, possono sottoporre i condensatori a cari-
chi fortemente impulsivi che impongono stress estremi sebbene
di breve durata.
Un sistema radar montato su un velivolo, contenente un banco
di condensatori al tantalio MnO2 da 330 μF/25V con rivestimen-
to protettivo (conformal coating), ha sperimentato il guasto dei
componenti quando gli impulsi radar ad alta potenza venivano
applicati ai condensatori. Oltre a ridurre le prestazioni del siste-
ma, i guasti causarono l’aumento di temperatura, producendo
scintille e fumo indesiderati nella cabina del velivolo.
Si scoprì che nei condensatori a ossido di magnesio inizialmen-
te utilizzati in questa applicazione, l’impulso smascherava i difet-
ti nei condensatori, dovuti a imperfezioni nel dielettrico, che por-
tavano al guasto. Il catodo costituiva combustibile per l’incendio.
Per evitare ulteriori guasti, questi condensatori furono sostitu-
iti con dispositivi alternativi a montaggio superficiale, caratte-
rizzati da uno schema multi-anodo e da un catodo polimerico.
Questi nuovi dispositivi furono utilizzati in combinazione con un
robusto protocollo di test chiamato PCRAT (Polymer Capacitor
Reliability Assessment Test) e con un’analisi SBDS.
Il PCRAT si applica solo a condensatori polimerici. Un campio-
ne di dispositivi viene provato in condizioni molto accelerate di
tensioni e temperature per determinare l’affidabilità a lungo ter-
mine del componente.
Questo consente di assegnare un tasso di guasto accurato a
tutto il lotto di produzione.
Nell’applicazione dei radar militari il passaggio a condensatori
alternativi, caratterizzati con test PCRAT e SBDS, ha ridotto si-
gnificativamente il tasso di guasto. Ulteriori vantaggi offerti da
questo cambio hanno incluso il miglioramento delle prestazioni
del sistema, passando da 4200 a 3100 condensatori, la moda-
lità dolce di guasto del materiale organico, l’alta affidabilità di
componenti commerciali che sono anche ignifughi, in modo da
evitare la generazione di fumo nella cabina di pilotaggio.
Vari tipi di apparati elettronici, che devono garantire un’altissi-
ma affidabilità, possono dover sopportare schemi di utilizzo che
vanno da un lungo periodo di impiego continuo a lunghi periodi
di inattività, seguiti da carichi elevati improvvisi o di emergenza.
Questi modi di utilizzo possono far risaltare i difetti dovuti all’in-
vecchiamento o ai difetti latenti, che esistono fin dalla fabbrica-
zione del dispositivo. Fortunatamente, le caratteristiche di pro-
getto e i metodi di analisi applicati ai condensatori elettrolitici al
tantalio impiegati tipicamente in applicazioni critiche o a elevata
affidabilità sono altamente efficaci nell’evitare il deterioramento
di lungo termie o guasti improvvisi.
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