Prüfungen an EMI Kondensatoren (X2)

Transkript

1 Prüfungen an EMI Kondensatoren (X2) IGexact FG ENG Tagung Bauteileprüfungen Eugen Grüninger Landis+Gyr Zug HQ, 5. Juni 2014 INTERN

2 Bauteil Prüfungen Ob EMI Kondensatoren oder andere Bauteile: Die Überlegungen sind prinzipiell immer die Gleichen: Wer prüft was, wie, wann, warum, 2

3 Agenda Warum prüft L+G EMI Kondensatoren? Prüf Plan: wer, was, wie, wann Kurztest für Produktions Batch Zusammenfassung 3

4 Warum prüft L+G EMI Kondensatoren? 4

5 Warum prüft L+G Bauteile? Die Gründe, die dazu führen eine spezifische Zusatzprüfung an Bauteilen durchzuführen, können vielfältig sein: Weil wir schlechte Erfahrungen haben Weil wir spezielle Einsatzbedingungen haben Weil wir spezielle Vorschriften einhalten müssen Weil der Hersteller nicht alles prüft, was zur Erfüllung unserer Anforderungen geprüft sein sollte. Weil Risiko ohne Zusatzprüfung zu gross ist Weil wir zu wenig Vertrauen in das Bauteil ab Stange haben PS: Wir reden hier nicht von Typenprüfungen fürs Apparate Design 5

6 X2 Story bei L+G Anfang: Feststellung von Kapazitätsverlust an X2 Kondensatoren bei Tests in Zusammenhang mit Einführung von RoHS Vgl. IGexact Fachgruppe Elektronik; Rotkreuz; März 2009: «Lebensdauer von X Y Kondensatoren» Norm & Definition Konstruktion Anwendungen Test Hersteller Hinweise und Empfehlungen 6

7 X2 Story bei L+G Analyse bei Testhaus: Metallisierung zerstört Gespräch mit Herstellern: Dieser Test ist zu streng für solche Kondensatoren! Warum waren sie dann früher gut? Warum sind nicht alle so schlecht? Einführung von neuen Kondensatoren Einführung von periodischen Requalifikationstest Rückfälle: Lose, die Spezifikation nicht einhalten. Feststellung: unstabile Produktion; Problem ist Batch relevant. Audit bei Herstellern: Hinweise, wo die Feuchte in den Kondensator kommt Einführung 300h Batch Test (Stichprobe jedes Produktionslos beim Hersteller) 7

8 Prüf Plan: wer, was, wie, wann 8

9 Ziel der Prüfung Vertrauen, dass die Komponente die an sie gestellten Anforderungen erfüllt. Feststellung: Kapazitätsverluste gehäuft in feuchtem Klima. Hersteller machen keine Feuchtetests unter Spannung (noch nicht in IEC Standard für EMI Kondensatoren) Auf Basis unserer Anforderungen führten die Hersteller neue Kondensator Serien mit neuen Spezifikationen ein. Feststellung: Die Qualität ist vom Produktionslos abhängig. Hersteller machen standardmässig nur Typentest; keine Batch Tests Hersteller führen nun Batch Tests ein. Ziel ist nicht die Prüfung, sondern gute Komponenten Prüfungen möglichst an der Basis (beim Hersteller) 9

10 Prüfplan: wer, was, wie, wann Kritische Punkte prüfen, die noch nicht von Standardtests erfasst sind. Nicht das Gleiche auf die gleiche Art prüfen, wie es schon geprüft ist. Der Prüfplan muss sich nach Ausfallmechanismen und Anforderungen richten. Feuchtetest an X2 Kondensator; Testdauer anhand Hallberg Peck Modell: Lifetime expectations with Hallberg Peck model We expect a lifetime of 20 years and following calculation conditions: Activation energy Ea = 0.70 ev Real life condition: 25 C Temp. / 70% rel. hum, yearly average Test conditions 85 C / 85% rel. humidity see 4.1 Damp heat, steady state accelerated Hallberg Peck model (Valid for a component) RHt 85% Relative humidity under test RHu 70% Average relative humidity during real usa Ea 0.7 [ev] Activation energy; value depends on mate K *10^ 5 [ev/k] Bolltzman constant Tu [K] Average temperature during real usage [K Tt [K] Temperature under test [K] (RHt/RHu) (RHt/RHu) (Ea/k)*(1/Tu 1/Tt) exp((ea/k)*(1/tu 1/Tt)) Af Acceleration Factor Hours = Days = Years Test duration Simulated duration

11 Prüfplan: was, wie, wann, wer, Was für eine Prüfung? Feuchte: weil feuchtes Klima ausfallkritisch ist. Mit angelegter Nenn Spannung (oder Maximalspannung?). In diesem Fall bringt die Spannung die Aktivierungsenergie für den Ausfall. Anzahl Samples Prüfung mit zerstörendem Test kann nur mit Stichprobe gemacht werden. Jährliche Requalifikation: 30 Stück pro MPN für genügend statistische Sicherheit. Stichproben aus laufender Produktion (Batch Test) gemäss Stichprobenplan Samples via EMS beschaffen (nicht Warenmuster vom Hersteller) Anwendungsnah und rational Auf Print gelötet: anwendungsnah und erleichtert automatische Messung Vorwiderstand: Norm, anwendungsnah, verhindert Einfluss von Netzstörungen während der Prüfung. 11

12 Prüfplan: was, wie, wann, wer, Prüfdauer nach Simulationsgrad (siehe Hallberg Peck vordere Seite) 1000h 85 C / 85% rel. Feuchte: entspricht 20 Jahren Lebenserwartung (1000h ist auch ein Standardwert; Kollegen in USA wollen 1375h) Kurztest: 300h mit verschärften Annahme Bedingungen Annahmebedingungen 10% Kapazitätsverlust: Hersteller Spezifikation und anwendungsnah. Kurztest 300h mit verschärften Annahme Bedingungen Vorsicht mit verkürzter und oder verschärfter Prüfung: Abhängig von Technologie: Polypropylen / Polyester (siehe auch weiter hinten) 12

13 Prüfplan: was, wie, wann, wer, Manuell oder automatisch messen? Automatische Messstation (zu viele Messwerte für manuell) Intern / extern prüfen Beginn Inhouse (Infrastruktur vorhanden) Jährlich je Wert ein Requalifikationstest. Jetzt beim Hersteller: Batch Test welche Kapazität hat Kapazität Kapazitäten zu prüfen? Es braucht nicht nur Zeit für die Prüfung: Die Messresultate müssen auch überwacht und analysiert werden. 13

14 Prüfplan: was, wie, wann, wer, Spannungseinfluss: Prüfung mit Nenn oder Maximalspannung? Normalerweise mit maximaler Nennspannung (240Vac) Ausser Nennspannung wäre nur Theorie und in der Praxis herrscht dauernd Maximalspannung Allenfalls kann Maximalspannung helfen, den Test zu beschleunigen. 4.0% 3.0% 2.0% 1.0% 0.0% 1.0% 2.0% X2 MKP X2 MKT X2 MKP X2 MKT Average of C150h/Cinitial Average of C300h/Cinitial Average of C600h/Cinitial 14

15 Kurztest für Produktions Batch 15

16 Kurztest für Produktions Batch Kurztest 300h mit verschärften Annahme Bedingungen Durch strengere Testbedingungen, kann ein Test theoretisch verkürzt werden. Aber strengere Umgebungsbedingungen liegen meist nicht drin. Bleibt, strengere Annahme Bedingungen zu definieren. Dabei müssen aber Eigenarten berücksichtigt werden: 3.0% MKP (Polypropylen) im Vergleich mit MKT (Polyester) Kapazitätsveränderung in Funktion der Zeit (85 C/85% rel. hum) Je 180 Samples 2.0% 1.0% 0.0% 1.0% X2 MKP X2 MKT Average of C150h/Cinitial Average of C300h/Cinitial Average of C600h/Cinitial 2.0% 16

17 Kurztest für Produktions Batch Annahme Bedingungen für MKT können nicht gleich sein wie für MKP MKP nimmt kontinuierlich ab. 300h: maximale Kapazitätsabnahme kann einfach bestimmt werden. MKT steigt zuerst (aufgrund der Feuchte) und sinkt am Ende der Lebensdauer Schwierig zu beurteilen bei verkürztem Test: Wenn z. B. 1% Zunahme in 300h: vielleicht ist er bereits wieder an sinken. Zwischenmessung nach 150h: darf nach 300h nicht kleiner sein als nach 150h MKP: C1000h = f ( Cxh) MKT: C1000h = f ( Cxh) C300h/Cinitial 0% 20% 15% 10% 5% 0% 20% 5% 40% 60% 80% 100% C1000h/Cinitial C200h/Cinitial 0% 20% 15% 10% 5% 0% 20% 5% 40% 60% 80% 100% C1000h/Cinitial 17

18 Zusammenfassung 18

19 Zusammenfassung Wir prüfen, weil wir zu wenig Vertrauen in das Bauteil ab Stange haben. Ziel ist nicht die Prüfung, sondern gute Komponenten. Man muss nicht immer das Gleiche auf die gleiche Art prüfen, wie es sowieso schon geprüft wird. Prüfung nach Ausfallmechanismen und Anforderungen richten. Vorsicht bei Verkürzung der Testdauer (Grenzwerte; Werteverlauf, ). Auch die Hersteller kennen Ihre Bauteile nicht 100%ig. Prüfungen möglichst zurück an die Basis (beim Hersteller). Nicht nur Prüfen: Messwerte auch überwachen und analysieren. 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit 20