零件知識專欄 — 液態E-Cap「瘋」險→「奉」險→「逢」險
在高壓大容量的規格，液態電解電容是極佳的選擇，但時常耳聞液態電解電容發生品質問題，在此先以宏觀供應鏈構面，列舉液態電解電容的風險。
- 開發非主流供應商稽核，並未有效稽核，瘋狂的冒險→「瘋」險 。
- 零件廠與系統廠誤解了參數，奉獻風險→「奉」險 。
- 未整合電路功能、選料原則、計算公式、測試方法，必定遭逢危險→「逢」險。
供應商稽核的「瘋」險
液態電解電容屬於高風險零件，廠商的能力參差不齊。Cost Down而尋找成本優勢的供應商是合情合理的，但必須執行有效的供應商稽核 (第二者稽核)。依據公司對於電容可靠度要求，開發「高、中、低」階的供應商，可依下列幾項重點展開：
- 研發設計、工程變更..等管制程序。
- 電解液管制程序。
- 主材料管控，包含「電解液、鋁箔、電解紙、導針、鋁殼」。
- 製程管控，包含「裁切、釘捲、含浸、組立、老化、量測」。
- 供應商倉儲管控，此直接影響氧化皮膜受損問題。
最好能制定Radial Type (DIP) & V-Chip (SMD) 合格供應商標準。
液態電解電容架構於材料
插件式與貼片式液態電解電容製造流程
誤解參數的「奉」險
常見誤解「ESR：串聯等效電阻」越低越好。ESR只是一個電容參數的表徵，應回歸到電子產品，對於ESR要求的最終目的。
- 降壓式直流電源轉換輸入電容：
電路基本要求：耐電流、轉換效率、壽命。如果只是透過提高含水率 (water content)去降低ESR，反而更容易發生品質問題。
- 降壓式直流電源轉換輸出電容：
電路基本要求：輸出汶波電壓、負載轉態電壓、穩定 (Phase & Gain Margin)…。部分研發只關心輸出汶波電壓而追求更低的ESR。但在穩定上，期望有適當大的ESR，能夠在低頻貢獻一個Zero，則能將Phase上升90度，對Phase Margin有幫忙。甚至整體應該強調穩定的ESR及電容量。
汶波電壓及轉態電壓
穩定條件
液態電解電容本身ESR的問題
- 高含水率降低ESR，提高水合問題、V-Chip鋁殼鼓起問題..等，進而降低品質。
- 溫度影響電解液化學反應，進而影響ESR，其影響比重高於固態電容。
- 液態電解電容的ESR只保固出廠時間的ESR，不保固使用後的ESR。
ESR溫度曲線
電路設計的「逢」險
建議整合「電路原理、零件特性、選料原則、Layout規範、熱傳概念、量測手法」等，才可全面性降低風險，否則必然提高「逢」險機率，下列為常見的設計問題。
- 誤判耐電流
- 降壓式直流電源轉換：輸入電容的耐電流比輸出電容嚴苛。
例如一般聽到負載輸出電流為20A，而誤以為輸出電容整體要耐20A。但此處所談20A為直流負載，電容要觀察交流下的耐電流。
降壓式直流轉換電流波形
- 反馳隔離式電源轉換：輸出電容耐電流比較嚴苛
當一次側導通時，能量儲存在電源變壓器，此時是由二次側的輸出電容提供負載電流。當一次側關閉，由二次側導通，此時能量從一次側耦合到二次側，除了提供負載電流，另外對輸出電容充電。故從動作原理來看，反馳式的輸出電容對耐電流較嚴苛。
反馳隔離式電源轉換開關
- 量測手法問題
- 紅外線熱像儀量測放射率設定：大系統的熱量測，初步會採用紅外線熱像儀在常溫下先行評估哪個零件比較熱，後續才會使用Thermocouple wire進行高低溫的熱量測。但因為電解電容鋁殼的放射率低，而本體放射率參數，佔量測準確度50%以上，以至於紅外線熱像儀誤判電解電容處於低溫操作，但實際上可能已超出壽命可承受的溫度上限。
紅外線熱像儀量測參數
(參考強將實業/紅外線檢測技術與實務應用)
- 只量測輸出汶波電壓，未觀察穩定品質。
示波器較小的時間軸刻度(time scale)只觀察到輸出汶波電壓波形，建議要另外壓縮時間軸，觀察長時間下是否有發生振盪。一般電路振盪都會出現低頻弦波，而汶波電壓就載在弦波上。
電源汶波與振盪關係圖
許多系統廠為了節省出差費用，而採用2nd Source去確認替代料是否合乎規格與品質。在液態電解電容上是無法透過短時間的測試找出潛在的風險，甚至我們應該去審核替換料的測試規範是否恰當。「品質成本 + 時常替換供應商成本 + 測試成本」長期來說，會高於比替換一顆電解電容的價差。