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钽电容失效机理

编辑:光尚电子   浏览:1266  时间:2016-09-20

1)钽电容的失效模式是短路形式。故而在可靠性要求高的场合,如军品,宇航,汽车级电路中一般限制使用。如星上就不用。NASA好像也是规定不能用。 
2)铝电解质电容其ESR可以做的很小的,如果我没有记错的话,可以到毫欧级。  
文摘1:ESR(等效串联电阻),应该注意的问题 
前两天我负责的一个LDO测试工程师上电后发现输出振荡了。 kemet钽电容
我做的时候没有振荡,对照下来,输出电容不一样,我用的是10u的铝电解,他用的是钽电容。因为我以前对这两种电容有过测试,所以,把他用的电容拿过来在Fluke,RCL测量仪上测试,ESR高达13欧姆(10kHz),而我以前的测试的10u钽电容一般只有0.5欧姆左右。所以换成ESR=0.5欧姆的电容就没有振荡了。在很多的电容介绍中,只是偶尔提到ESR这个概念,而没有具体说明数值,也许是种类繁多不好概括吧。ESR与制作材料,频率,温度和电容值都有关。一般来说,对同一种工艺、同一厂家生产的同一种电容,电容值与ESR的乘积接近常数。 
上面说的13欧姆的电容显然是有问题的(但没标准,只能按照经验判断了).,由于没做过系统,对各种电容的ESR不了解,最好请哪位大侠能公布各种电容的ESR作参考。不过最好的办法是使用前量一下。  
文摘2:关于使用固钽和液体钽电容的浅释 彭宝霞(航天511所) 
摘要: 本文对液体钽电容和固体钽电容的失效原因作了具体分析。对这两种产品的使用提出自己的看法和建议。  
关键词: 液钽  固钽  可靠性 
钽电容器分为固体钽电容器和液体钽电容器。它们在军用整机中大量使用。例如:液体钽电容器在84年只有529厂和502所两个单位使用,用量不到2000只。而95年五院各厂所的液体钽订货量将近1万只。固体钽电容器更是大量使用。随着固体钽电容器和液体钽的大量使用。先后暴露的质量问题也不少。我们了解到早期有单位禁止使用液钽,而近期的单位禁止使用固钽,这是怎么回事? 
一、早期某些单位禁用液钽,禁用的理由:     1.液体钽电容器的漏液问题 avx钽电容
液体钽电容器工作电解质为酸性液体,如果产品密封不好,出现漏液。酸性液体漏到电路的印制板上,使线条之间短路,发生严重故障。另外,液体钽电容器在加电工作时不断化学反应要分解出气体,在高真空条件下气体在壳内膨胀而发生爆炸,引起导线之间短路。 2.液体钽电容器的耐反向电压问题 
液体钽电容器采用的银外壳。当加上反向电压后Ag+离子很快通过电解液及Ta2O5介质膜并向钽正极上迁移。即使有0.1V的反向电压,也会损坏了Ta2O5介质,可使其损毁。用户在使用中及筛选测试中都不能加上反向电压。航天总公司1997年发出通报:在某一线路中的液体钽上有0.5V的反向电压,引起了失效,要引以为鉴! 因以上原因,有些单位禁用液钽。 
二、为什么还在大量使用液体钽电容器?     
1.防止液体钽电容器漏液采用全密封型液体钽电容器。                       
虽然我国生产液体钽电容器已有近30年的历史,但真正制造全密封液体钽电容器才刚刚起步。特别是国产玻璃绝缘子的配件质量过不了关。而航天器的设计要求是在真空度高于
1×10-
5帕条件下,液体钽电容能在预定的时间内正常工作。 
近年来生产厂解决了一些关键问题,引进了生产线,有了关键设备。使液钽电容器的使用可靠性大大提高。例如:贵州4326厂的CAK35全密封液体钽电容采用三级密封新的工艺,解决了密封问题。其引进生产线在92年通过了设计定型。94年度五院电子元器件可靠性中心,按GJB733-94标准和航天特殊要求,进行了用户认定试验。95年度4326厂又在广五所取得CAK35的五级可靠性认证鉴定试验合格的证明。 2.避免反向电压问题 在测试筛选、调试及线路中规定,不得有反向电压加到液钽上去,来避免反向电压的损坏。3.防止振动冲击失效采用了防振垫圈 
液钽经受不了振动冲击,出现过间歇短路。经过失效分析:液钽壳内的液体不能将钽块固定。另一端的钽丝被绝缘子固定住。钽块与钽丝成为一个悬臂,因此振动时,钽块经常要碰击银壳的内壁造成短路,现象是时好时坏的间歇短路。目前采取的办法是设计了防振垫圈固定住钽块,有效的克服间歇短路。〔3〕 4.增加补充筛选 
经五院可靠性中心补充筛选,为型号上使用液体钽把好关。为提高上机率,根据航天器的真空条件,多年来增加48小时的真空试验,剔除密封不好产品。 三、某些单位禁用固钽,禁用固钽的理由:     
1.固钽因“不断击穿”又“不断自愈”问题产生失效。在正常使用一段时间后常发生固钽密封口的焊锡融化,或见到炸开,焊锡乱飞到线路板上。分析原因是其工作时“击穿”又“自愈”,在反复进行,导致漏电流增加。这种短时间(ns~ms)的局部短路,又通过“自愈”后恢复工作。关于“自愈”。理想的Ta2O5介质氧化膜是连续性的和一致性的。加上电压或高温下工作时,
由于Ta+
离子疵点的存在,导致缺陷微区的漏电流增加,温度可达到500℃~1000℃以上。这样高的温度使MnO2还原成低价的Mn3O4。有人测试出Mn3O4的电阻率要比MnO2高4~5个数量级。与Ta2O5介质氧化膜相紧密接触的Mn3O4就起到电隔离作用,防止Ta2O5介质氧化膜进一步破坏,这就是固钽的局部“自愈了”。但是,很可能在紧接着的再一次“击穿”的电压会比前一次的“击穿”电压要低一些。在每次击穿之后,其漏电流将有所增加,而且这种击穿电源可能产生达到安培级的电流。同时电容器本身的储存的能量也很大,导致电容器永久失效。 
2.固钽有“热致失效”问题 
固钽的Ta2O5介质氧化膜有单向导电性能,当有充放大电流通过Ta2O5介质氧化膜,会引起发热失效。Ta2O5介质氧化薄膜厚度只有?级。无充放大电流时,介质氧化膜相当稳定,微观下其离子排列不规则、无序的,称作无定形结构。目测呈现的颜色是五彩干涉色。当无定形结构向定形结构逐步转化,逐步变为有序排列,称之为“晶化”,目测呈现的颜色不再是五彩干涉色,而是无光泽、较暗的颜色。Ta2O5介质氧化薄膜的“晶化”疏散的结构导致钽电容器性能恶化直至击穿失效。 3.固钽有“场致失效”问题。 
固钽加上高的电压,内部形成高的电场,易于局部击穿。 因有以上三种失效机理,某些单位提出禁用固钽。 四、为什么还在大量使用固钽电容器?     
固钽尽管存在以上问题,但笔者统计固钽的现场使用失效率也可达到1×10-8/h。 1.生产方在选用材料上入手,为解决固钽“不断击穿”又“不断自愈”,应用超纯钽粉材料和工艺控制来减少这种局部“击穿”现象。分析了固钽在加上电压或高温下工作时,会产生局部
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