鉭電容失效機(jī)理
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編輯：光尚電子 瀏覽：1434 時(shí)間：2016-09-20
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1）鉭電容的失效模式是短路形式。故而在可靠性要求高的場(chǎng)合，如軍品，宇航，汽車(chē)級(jí)電路中一般限制使用。如星上就不用。NASA好像也是規(guī)定不能用。
2）鋁電解質(zhì)電容其ESR可以做的很小的，如果我沒(méi)有記錯(cuò)的話，可以到毫歐級(jí)。
文摘1：ESR(等效串聯(lián)電阻),應(yīng)該注意的問(wèn)題
前兩天我負(fù)責(zé)的一個(gè)LDO測(cè)試工程師上電后發(fā)現(xiàn)輸出振蕩了。 kemet鉭電容
我做的時(shí)候沒(méi)有振蕩，對(duì)照下來(lái)，輸出電容不一樣，我用的是10u的鋁電解，他用的是鉭電容。因?yàn)槲乙郧皩?duì)這兩種電容有過(guò)測(cè)試，所以，把他用的電容拿過(guò)來(lái)在Fluke，RCL測(cè)量?jī)x上測(cè)試，ESR高達(dá)13歐姆(10kHz)，而我以前的測(cè)試的10u鉭電容一般只有0.5歐姆左右。所以換成ESR=0.5歐姆的電容就沒(méi)有振蕩了。在很多的電容介紹中，只是偶爾提到ESR這個(gè)概念，而沒(méi)有具體說(shuō)明數(shù)值，也許是種類(lèi)繁多不好概括吧。ESR與制作材料，頻率，溫度和電容值都有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)同一種工藝、同一廠家生產(chǎn)的同一種電容，電容值與ESR的乘積接近常數(shù)。
上面說(shuō)的13歐姆的電容顯然是有問(wèn)題的(但沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)，只能按照經(jīng)驗(yàn)判斷了).，由于沒(méi)做過(guò)系統(tǒng)，對(duì)各種電容的ESR不了解，最好請(qǐng)哪位大俠能公布各種電容的ESR作參考。不過(guò)最好的辦法是使用前量一下。
文摘2：關(guān)于使用固鉭和液體鉭電容的淺釋 彭寶霞(航天511所)
摘要： 本文對(duì)液體鉭電容和固體鉭電容的失效原因作了具體分析。對(duì)這兩種產(chǎn)品的使用提出自己的看法和建議。
關(guān)鍵詞： 液鉭 固鉭 可靠性
鉭電容器分為固體鉭電容器和液體鉭電容器。它們?cè)谲娪谜麢C(jī)中大量使用。例如：液體鉭電容器在84年只有529廠和502所兩個(gè)單位使用，用量不到2000只。而95年五院各廠所的液體鉭訂貨量將近1萬(wàn)只。固體鉭電容器更是大量使用。隨著固體鉭電容器和液體鉭的大量使用。先后暴露的質(zhì)量問(wèn)題也不少。我們了解到早期有單位禁止使用液鉭，而近期的單位禁止使用固鉭，這是怎么回事?
一、早期某些單位禁用液鉭，禁用的理由： 1.液體鉭電容器的漏液?jiǎn)栴} avx鉭電容
液體鉭電容器工作電解質(zhì)為酸性液體，如果產(chǎn)品密封不好，出現(xiàn)漏液。酸性液體漏到電路的印制板上，使線條之間短路，發(fā)生嚴(yán)重故障。另外，液體鉭電容器在加電工作時(shí)不斷化學(xué)反應(yīng)要分解出氣體，在高真空條件下氣體在殼內(nèi)膨脹而發(fā)生爆炸，引起導(dǎo)線之間短路。 2.液體鉭電容器的耐反向電壓?jiǎn)栴}
液體鉭電容器采用的銀外殼。當(dāng)加上反向電壓后Ag＋離子很快通過(guò)電解液及Ta2O5介質(zhì)膜并向鉭正極上遷移。即使有0.1V的反向電壓，也會(huì)損壞了Ta2O5介質(zhì)，可使其損毀。用戶(hù)在使用中及篩選測(cè)試中都不能加上反向電壓。航天總公司1997年發(fā)出通報(bào)：在某一線路中的液體鉭上有0.5V的反向電壓，引起了失效，要引以為鑒! 因以上原因，有些單位禁用液鉭。
二、為什么還在大量使用液體鉭電容器?
1.防止液體鉭電容器漏液采用全密封型液體鉭電容器。
雖然我國(guó)生產(chǎn)液體鉭電容器已有近30年的歷史，但真正制造全密封液體鉭電容器才剛剛起步。特別是國(guó)產(chǎn)玻璃絕緣子的配件質(zhì)量過(guò)不了關(guān)。而航天器的設(shè)計(jì)要求是在真空度高于
1×10－
5帕條件下，液體鉭電容能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)正常工作。
近年來(lái)生產(chǎn)廠解決了一些關(guān)鍵問(wèn)題，引進(jìn)了生產(chǎn)線，有了關(guān)鍵設(shè)備。使液鉭電容器的使用可靠性大大提高。例如：貴州4326廠的CAK35全密封液體鉭電容采用三級(jí)密封新的工藝，解決了密封問(wèn)題。其引進(jìn)生產(chǎn)線在92年通過(guò)了設(shè)計(jì)定型。94年度五院電子元器件可靠性中心，按GJB733－94標(biāo)準(zhǔn)和航天特殊要求，進(jìn)行了用戶(hù)認(rèn)定試驗(yàn)。95年度4326廠又在廣五所取得CAK35的五級(jí)可靠性認(rèn)證鑒定試驗(yàn)合格的證明。 2.避免反向電壓?jiǎn)栴} 在測(cè)試篩選、調(diào)試及線路中規(guī)定，不得有反向電壓加到液鉭上去，來(lái)避免反向電壓的損壞。3.防止振動(dòng)沖擊失效采用了防振墊圈
液鉭經(jīng)受不了振動(dòng)沖擊，出現(xiàn)過(guò)間歇短路。經(jīng)過(guò)失效分析：液鉭殼內(nèi)的液體不能將鉭塊固定。另一端的鉭絲被絕緣子固定住。鉭塊與鉭絲成為一個(gè)懸臂，因此振動(dòng)時(shí)，鉭塊經(jīng)常要碰擊銀殼的內(nèi)壁造成短路，現(xiàn)象是時(shí)好時(shí)壞的間歇短路。目前采取的辦法是設(shè)計(jì)了防振墊圈固定住鉭塊，有效的克服間歇短路�！�3〕 4.增加補(bǔ)充篩選
經(jīng)五院可靠性中心補(bǔ)充篩選，為型號(hào)上使用液體鉭把好關(guān)。為提高上機(jī)率，根據(jù)航天器的真空條件，多年來(lái)增加48小時(shí)的真空試驗(yàn)，剔除密封不好產(chǎn)品。 三、某些單位禁用固鉭，禁用固鉭的理由：
1.固鉭因“不斷擊穿”又“不斷自愈”問(wèn)題產(chǎn)生失效。在正常使用一段時(shí)間后常發(fā)生固鉭密封口的焊錫融化，或見(jiàn)到炸開(kāi)，焊錫亂飛到線路板上。分析原因是其工作時(shí)“擊穿”又“自愈”，在反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致漏電流增加。這種短時(shí)間(ns～ms)的局部短路，又通過(guò)“自愈”后恢復(fù)工作。關(guān)于“自愈”。理想的Ta2O5介質(zhì)氧化膜是連續(xù)性的和一致性的。加上電壓或高溫下工作時(shí)，
由于Ta＋
離子疵點(diǎn)的存在，導(dǎo)致缺陷微區(qū)的漏電流增加，溫度可達(dá)到500℃～1000℃以上。這樣高的溫度使MnO2還原成低價(jià)的Mn3O4。有人測(cè)試出Mn3O4的電阻率要比MnO2高4～5個(gè)數(shù)量級(jí)。與Ta2O5介質(zhì)氧化膜相緊密接觸的Mn3O4就起到電隔離作用，防止Ta2O5介質(zhì)氧化膜進(jìn)一步破壞，這就是固鉭的局部“自愈了”。但是，很可能在緊接著的再一次“擊穿”的電壓會(huì)比前一次的“擊穿”電壓要低一些。在每次擊穿之后，其漏電流將有所增加，而且這種擊穿電源可能產(chǎn)生達(dá)到安培級(jí)的電流。同時(shí)電容器本身的儲(chǔ)存的能量也很大，導(dǎo)致電容器永久失效。
2.固鉭有“熱致失效”問(wèn)題
固鉭的Ta2O5介質(zhì)氧化膜有單向?qū)щ娦阅埽?dāng)有充放大電流通過(guò)Ta2O5介質(zhì)氧化膜，會(huì)引起發(fā)熱失效。Ta2O5介質(zhì)氧化薄膜厚度只有?級(jí)。無(wú)充放大電流時(shí)，介質(zhì)氧化膜相當(dāng)穩(wěn)定，微觀下其離子排列不規(guī)則、無(wú)序的，稱(chēng)作無(wú)定形結(jié)構(gòu)。目測(cè)呈現(xiàn)的顏色是五彩干涉色。當(dāng)無(wú)定形結(jié)構(gòu)向定形結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)化，逐步變?yōu)橛行蚺帕校Q(chēng)之為“晶化”，目測(cè)呈現(xiàn)的顏色不再是五彩干涉色，而是無(wú)光澤、較暗的顏色。Ta2O5介質(zhì)氧化薄膜的“晶化”疏散的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鉭電容器性能惡化直至擊穿失效。 3.固鉭有“場(chǎng)致失效”問(wèn)題。
固鉭加上高的電壓，內(nèi)部形成高的電場(chǎng)，易于局部擊穿。 因有以上三種失效機(jī)理，某些單位提出禁用固鉭。 四、為什么還在大量使用固鉭電容器?
固鉭盡管存在以上問(wèn)題，但筆者統(tǒng)計(jì)固鉭的現(xiàn)場(chǎng)使用失效率也可達(dá)到1×10-8／h。 1.生產(chǎn)方在選用材料上入手，為解決固鉭“不斷擊穿”又“不斷自愈”，應(yīng)用超純鉭粉材料和工藝控制來(lái)減少這種局部“擊穿”現(xiàn)象。分析了固鉭在加上電壓或高溫下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部
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業(yè)務(wù)部郭經(jīng)理
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