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淺談鉭電容器的「可靠性」問題

嘉峪檢測網(wǎng) 2021-06-02 10:15

一、鉭電容簡介

鉭電容器全稱是鉭電解電容，也是屬于電解電容的一種。鉭電容器使用鉭金屬做介質(zhì)，不需要像普通電解電容那樣使用電解液，也不需要使用鍍了鋁膜的電容紙燒制，由于內(nèi)部沒有電解液，很適合在高溫下工作。固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，形式多樣，體積率優(yōu)異；而且具有獨特的特征，鉭電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。由于體積小又可以達到較高容量，在電源濾波、交流旁路等用途上被優(yōu)先考慮。主要應(yīng)用于濾波、能量貯存與轉(zhuǎn)換，記號旁路和耦合降耦及做時間常數(shù)元件等。

二、鉭電容器的主要參數(shù)

鉭電容器的電性能參數(shù)主要為額定容量，損耗，直流漏電流及等效串聯(lián)電阻。鉭電容器電性能及相關(guān)可靠性影響見下表：

參數(shù)名稱	參數(shù)符號	對使用時的可靠性影響
參數(shù)名稱	（單位）	對使用時的可靠性影響
額定容量	CR(uF)	在實際工作狀態(tài)，容量大小可以決定濾波后的信號響應(yīng)速度和波幅大小，在脈沖充放電電路中可以決定輸出電流波形是否合乎要求。但是，除非在工作頻率非常高的電路需要濾波的信號較弱時，必須需要高的容量精度，一般的DC-DC電路中的濾波和脈沖充放電，容量的微小偏差根本不會影響使用效果，更不會影響可靠性。因此，在實際使用中容量的偏差幅度大小不會對可靠性造成任何影響。
損耗	DF(%)	損耗是表征鉭電容器本身電阻能夠造成的無效功耗比例的一個參數(shù)，損耗較小的產(chǎn)品ESR也將較小。但損耗大小的微小差別不會對使用造成明顯影響，對工作狀態(tài)的產(chǎn)品的可靠性影響與容量偏差的影響相比較大，但與產(chǎn)品漏電流大小和ESR大小對使用時的可靠性的影響相比仍然較小，濾波時如果產(chǎn)品的損耗較大，濾波效果差一些。但是，損耗較大的產(chǎn)品的抗浪涌能力也較差。
直流漏電流	DCL(uA)	DCL值是鉭電容器性能高低的最重要的決定性參數(shù)，特別是產(chǎn)品漏電流的衰減速度和高溫時的漏電流變化率將對產(chǎn)品的可靠性起到?jīng)Q定性的影響。因此，一只產(chǎn)品在使用時的可靠性高低主要取決于該只產(chǎn)品的漏電流大小和高溫時該只產(chǎn)品的漏電流變化率。特別是在無電阻保護的低阻抗開關(guān)電源電路和大功率脈沖充放電電路里使用時，該只產(chǎn)品的上述特性將對電路可靠性影響非常大，幾乎是決定性的。因為此類電路中存在頻繁的浪涌電壓和浪涌電流，耐壓不夠和高溫時漏電流變化大的產(chǎn)品根本不能承受浪涌沖擊，瞬間就有可能被擊穿而失效或爆炸。
等效串聯(lián)電阻	ESR(Ω)	ESR是決定電容濾波性能的一個重要指標(biāo)，鉭電容器的ESR主要由引腳和內(nèi)部電極阻抗引起的。在電壓穩(wěn)定，電流浪涌不斷的電路中，ESR的高低對鉭電容器的可靠性取決定影響，ESR值較大的產(chǎn)品在高浪涌時瞬間就會產(chǎn)生更多的熱量積累，非常容易使產(chǎn)品擊穿。ESR低的產(chǎn)品具有更大的抗浪涌能力。

三、鉭電容特性

鉭電容從封裝形式上分為插件和貼片兩類；具有高工作電場強度，比任何電容器都大，以此保證它的小型化；鉭電容的介質(zhì)常數(shù)很高，可以非常方便的獲得較大電容量；具有單向?qū)щ娦裕?ldquo;+”（陽）和“-”（陰），極性接錯不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電會很大，短時間內(nèi)芯子發(fā)熱，氧化膜被破壞，隨即失效；工作電壓有上限平值；具有儲藏電量、進行充放電等性能；由于內(nèi)部沒有電解液，很適合在高溫下工作；耐電壓以及耐電流的性能較弱。

插件鉭電容器

淺談鉭電容器的「可靠性」問題

四、鉭電容器常見的失效現(xiàn)象

對于鉭電容，失效和其他類型的電容器一樣，有電參數(shù)變化失效、短路失效和開路失效三種。但鉭電容器由于電性能穩(wěn)定，且具有獨特‘自愈’特性，很少有電參數(shù)變化引起的失效，開路失效現(xiàn)象也是是少見，大部分失效由于電路降額不足，反向電壓，過功耗導(dǎo)致，主要的失效模式是短路。常見的失效現(xiàn)象如下：

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電容器爆裂

1、鉭電容器高漏電流失效

作為一種極性元件，可在短時間內(nèi)承受少量的反偏置電壓，但是連續(xù)性反極性電壓使其固有電阻產(chǎn)生大量高溫，導(dǎo)致鉭電容器漏電流增加，隨之失效。

電路的不穩(wěn)定性，造成高浪涌電壓和高浪涌電流造成鉭介質(zhì)損傷，引起失效。

貼片型鉭電容器不是密封性的，因此易吸收水分，在通過回流焊制作工藝過程中，內(nèi)部產(chǎn)生潮氣致模塑環(huán)氧料破裂，引入更多的潮氣，電容器在使用的過程中，內(nèi)部導(dǎo)電物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)遷移，致使出現(xiàn)高漏電流，引發(fā)產(chǎn)品失效。

2、高ESR引起的失效

高ESR值易導(dǎo)致鉭電容失效。電容器內(nèi)部的連接不良或是材料電阻率增加，引發(fā)高ESR。

焊接點上存在的保行涂料或助焊劑、不合適的粘結(jié)焊料、端子焊接點的氧化、以及不合適的探針等都可造成ESR值比實際的要高。

鉭電容器在拾放、貼裝、回流焊和使用期間會暴露在熱應(yīng)力下，影響到外部或內(nèi)部的連接，進而使電容器產(chǎn)生高ESR值。

在高溫高濕的環(huán)境中，由于鉭電容器不是密封的，會使外部引線氧化，產(chǎn)生高ESR值；當(dāng)水分進入內(nèi)部，還會導(dǎo)致引線端子氧化，電極層出現(xiàn)破裂分層。

3、固鉭的熱致失效

固鉭電容器介質(zhì)氧化膜（Ta2O5）具有單向?qū)щ娦阅?，?dāng)有充放大電流通過介質(zhì)氧化膜，會引起發(fā)熱失效。介質(zhì)氧化膜其微觀離子由無規(guī)則、無序排列的無定行結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)化為有序排列的定行結(jié)構(gòu)，及微“晶化”；Ta2O5介質(zhì)氧化薄膜疏散的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鉭電容器性能惡化直至擊穿失效。

4、固鉭的場致失效

固鉭電容器加上高的電壓，內(nèi)部形成高的電場，容易發(fā)生局部擊穿。所以為了提高可靠性，須采取電壓的降額使用。

小結(jié)：鉭電容器自問世以來，以其壽命長、耐高溫、濾高諧波性獨特的性能而備受人們的青睞，廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，但是自身的工藝和結(jié)構(gòu)等方面也產(chǎn)生了新的問題。鉭電容器內(nèi)部的連接、封裝的形式、端子的焊接等不良問題易引起高ESR導(dǎo)致鉭電容器的失效，另一方面自身的耐電壓以及耐電流性能較弱，少有不慎易產(chǎn)生熱致失效和場致失效；片式封裝的不密封性也易引起高漏電而產(chǎn)生失效?？偟膩碇v，鉭電容的失效無外乎就是溫度，浪涌等方面引起，所以在日常應(yīng)用過程中需要綜合考慮各種因素。

來源：Internet

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