“鉭電容器的可靠性和關(guān)鍵應(yīng)用”學習小結(jié)
（內(nèi)容供參考，以英文原文的內(nèi)容為準）
（鉭電容器本來是一種穩(wěn)定性、可靠性很高的電容器，它剛開始所以主要應(yīng)用在軍工產(chǎn)品上，除了它的價格比較貴以外，更重要的原因是它的可靠性。但是，我們生產(chǎn)的鉭電容器，主要是片式鉭電容器，總有上機以后發(fā)生爆炸燒毀等惡性質(zhì)量事故出現(xiàn)。使用在電源濾波或去耦等低阻抗電路中，容易發(fā)生此類故障，這是客觀原因。但是，產(chǎn)品的內(nèi)在原因在哪里？如何預(yù)防？這是需要我們認真思考和努力解決的重大問題，因為這個問題，像AVX和KEMET這樣的公司已經(jīng)基本解決了。我們要進行大批量生產(chǎn)，要進入更多、更大的客戶，必須要及早解決這個問題，否則，產(chǎn)品沒有市場，公司也就沒有出路。解決這個問題非常迫切，很有必要參考同行的經(jīng)驗，為此，再次推薦KEMET的這篇技術(shù)文章。
本文是對KEMET技術(shù)文章“鉭電容器的可靠性和關(guān)鍵應(yīng)用”翻譯的總結(jié)摘要，這篇技術(shù)文章主要討論了鉭電容器可靠性的關(guān)鍵技術(shù)問題
——提高鉭電容器介質(zhì)Ta2O5的穩(wěn)定性、可靠性。
文章首先提出了使Ta2O5介質(zhì)惡化的兩個主要原因，這為以后討論改善Ta2O5介質(zhì)的可靠性提供了理論基礎(chǔ)。
文章接著對鉭電容器關(guān)鍵應(yīng)用的兩個方面——提高使用溫度和提高使用電壓，對Ta2O5介質(zhì)的負面影響提出了看法。
隨后，文章對改善Ta2O5介質(zhì)——提高鉭電容器的可靠性提出幾項措施。
文章還介紹了聚合物陰極鉭電容器的優(yōu)點。
最后，文章提出了對鉭電容器進行篩選的必要性和篩選的項目——加速老化、浪涌測試和再流焊試驗）
1、體積小、容量大；
2、對電壓和溫度的高穩(wěn)定性；
3、長期穩(wěn)定性（高可靠性）。
1、鉭電容器的關(guān)鍵成分Ta2O5介質(zhì)固有的受熱應(yīng)力會不穩(wěn)定；
2、使用電壓低，抗浪涌電壓和浪涌電流能力差。
3、ESR相對較大。
三、提高鉭電容器的可靠性關(guān)鍵是提高Ta2O5介質(zhì)的可靠性
1、Ta2O5介質(zhì)的不穩(wěn)定性原因：
1）Ta2O5和Ta依照Ta-O均衡模式圖，形成非-均衡對相。氧從Ta2O5介質(zhì)遷移到Ta陽極，成為一種緩和熱力學穩(wěn)定狀態(tài)方式，發(fā)生在Ta./ Ta2O5界面的鄰近區(qū)域。這種過程導(dǎo)致Ta2O5薄膜層中氧空缺的積聚，因此，造成介質(zhì)的退化。
2）
鉭電容器中Ta
2O
5熱應(yīng)力不穩(wěn)定的第二個原因是它的非結(jié)晶的結(jié)構(gòu)。伴隨無非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的電子陷阱，減少了強電場中電子的活動性，因此，防止介質(zhì)擊穿。另一方面，非結(jié)晶的介質(zhì)本能地傾向排序和結(jié)晶化，以減少它們內(nèi)在的能量。當在薄膜非結(jié)晶的矩陣內(nèi)生長晶體物時，由于非結(jié)晶體和結(jié)晶體相之間體積的差異，它們之間會產(chǎn)生機械應(yīng)力。最后，這種應(yīng)力導(dǎo)致介質(zhì)的分裂，這是鉭電容器惡性故障的主要原因。
解決以上鉭電容器可靠性和Ta2O5介質(zhì)的熱應(yīng)力不穩(wěn)定性之間矛盾的方法是：
1）減少氧的遷移比率，通過來自陰極的氧補償介質(zhì)中的氧空缺；
2）抑制結(jié)晶化過程。
四、鉭電容器的關(guān)鍵應(yīng)用——提高溫度和提高電壓
1、提高溫度對Ta2O5介質(zhì)層的危害
溫度增加以指數(shù)方式加速了Ta2O5介質(zhì)層中氧的遷移和結(jié)晶化過程。
在非固體鉭電容器中，為了解決這些問題，對高溫鉭電容器已經(jīng)開發(fā)了專門的技術(shù)。這種技術(shù)集中解決Ta2O5介質(zhì)、它與陽極和電解液界面的穩(wěn)定問題，包括改善陽
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極制造工藝、以及介質(zhì)的形成和熱處理。用這種技術(shù)制造的電容器成功地通過了200℃壽命測試，電氣參數(shù)沒有任何值得注意的變化。
2、提高電壓對Ta2O5介質(zhì)層的危害
高壓鉭電容器的主要問題是在這些電容器中的非結(jié)晶介質(zhì)是非常容易變成結(jié)晶化。高壓鉭電容器的技術(shù)改善集中在非結(jié)晶介質(zhì)的抑制結(jié)晶化上。結(jié)晶化開始于非結(jié)晶Ta2O5相的小核酸酶，在作賦能處理時，在Ta2O5膜內(nèi)部的鉭陽極的表面形成。這些結(jié)晶化核酸酶的大小和密度與在鉭陽極中的雜質(zhì)——例如鐵、碳和氧——的濃度成正比。陽極表面的機械傷害也引起結(jié)晶化過程。
五、如何改善：
1、改善陽極制造技術(shù)。
使它們在成型和燒結(jié)過程中鉭陽極的污染和傷害減到最小。特別要注意減少陽極中來自有機粘結(jié)料中碳的含量、陽極中氧的含量和自然表面氧化物。
2、燒結(jié)后陽極鈍化。
使自然表面氧化物的厚度減到最小。燒結(jié)后鉭陽極高純度表面導(dǎo)致Ta2O5薄膜非結(jié)晶矩陣中的初始晶體的體積和濃度變小。
3、賦能后陽極的熱處理。
它破壞陽極表面的初始晶體，因此中斷它們進一步生長。
4、控制賦能電壓。
賦能時，CV起初隨賦能電壓而增加，到一定電壓后隨電壓而減少，其形狀類似拋物線，在CV滾動下降電壓范圍內(nèi)進行陽極賦能，可以對鉭電容器的可靠性產(chǎn)生不良影響。這是因為電流密度增加部分地侵蝕鉭粉顆粒之間的“頸”和非常細的毛孔，造成局部溫度增加，因此刺激Ta2O5介質(zhì)膜，非結(jié)晶矩陣局部結(jié)晶化。
5、改善燒結(jié)工藝
在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝中，這兩個結(jié)構(gòu)要素——鉭粉顆粒之間的頸和小孔，是互相
矛盾的。比較高的壓制密度和燒結(jié)溫度導(dǎo)致更好的厚的頸，但是由于陽極的收縮，小孔變小了。反之，降低壓制密度和燒結(jié)溫度，導(dǎo)致更大的孔，但是燒結(jié)顆粒之間的頸變薄了。
這種矛盾可以通過結(jié)合去氧燒結(jié)（所謂的Y-燒結(jié)）來解決，當在低溫進行表面擴散時，使頸隨著小孔儲存的增加同時生長。用這種形態(tài)試驗的陽極證明有更穩(wěn)定的CV，因此，比起用傳統(tǒng)燒結(jié)控制陽極，有更高的儲存能量。預(yù)期可以在使鉭陽極的一致上進一步改善這種工藝，包括使用鉭薄片和細絲。
六、新的篩選技術(shù)
1、為什么要篩選
1）因為，即使使用最高純度的原材料、先進的技術(shù)和最精密復(fù)雜的機器，不能保證所有的成品電容器有理想的、無瑕疵的Ta2O5介質(zhì)。由于偶然的污染或來自機械故障或人為因素，有些成品電容器在它們的Ta2O5介質(zhì)上有缺陷。
2）在介質(zhì)上隱藏的缺陷，在生產(chǎn)線老化過程中又沒有被修復(fù)，在最終的電氣測試中未被發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)場應(yīng)用中可能日益惡化，并引起電容器發(fā)生故障。那就是為什么在鉭電容器制造過程中要通過篩選來展示介質(zhì)中隱藏的缺陷，篩選出不可靠的產(chǎn)品。
3）當強化試驗時，可以使一般電容器的性能和可靠性惡化，在測試中可以發(fā)現(xiàn)。
這就是為什么開發(fā)出專門的篩選技術(shù)，將在介質(zhì)中隱藏缺陷的不可靠的電容器篩選出來，而不損害一般電容器。這種技術(shù)也可以篩選特殊用途、甚至不允許有最小故障率可能性的、最可靠“宇宙空間質(zhì)量”的電容器。
2、如何篩選
1）加速老化（老化對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要作用是不言而喻的，我們對此重視不夠，從我們對CA42產(chǎn)品老化工序的管理上得到反應(yīng)。產(chǎn)品的漏電流不穩(wěn)定和到客戶處爆炸燒毀問題的增加，是否與此有一定關(guān)系。CA45是否也應(yīng)該特別
注意老化工序的管理。）
2）浪涌測試（據(jù)我從資料上了解，為提高可靠性，KEMET和AVX對許多系列的鉭電容器都進行100%的浪涌測試，特別是對高可靠性的產(chǎn)品一定進行100%的浪涌測試。從AVX的資料看，他們的產(chǎn)品在未進行浪涌測試前，產(chǎn)品的浪涌故障是千分之幾，而我們產(chǎn)品過去幾年是百分之幾，也就是說我們產(chǎn)品的可靠性本來就比AVX的至少差一個數(shù)量級。AVX尚且對他們的產(chǎn)品進行浪涌測試，如果我們的產(chǎn)品要進入重要的大客戶，更沒有理由不對產(chǎn)品進行浪涌測試。）
3）回流焊試驗（鉭電容器的Ta2O5介質(zhì)除了容易因浪涌電壓或浪涌電流這樣的電應(yīng)力而損壞、擊穿、燒毀外，也容易因熱應(yīng)力而發(fā)生同樣的故障——這在上面的故障原因分析中已經(jīng)說得很清楚，也被實踐中的事實所證明——產(chǎn)品經(jīng)過客戶高溫焊接后，故障增加。因此，為了剔除具有這樣隱患的產(chǎn)品，AVX、KEMET毫無例外地對產(chǎn)品進行100%的再流焊試驗——模擬客戶的焊接工藝條件，試驗后再對產(chǎn)品進行100%的電氣參數(shù)測試。——這恐怕是避免產(chǎn)品到客戶中因焊接而發(fā)生質(zhì)量問題的有效辦法——到目前為止是可以看到的唯一辦法。）
電源中的濾波電容器和電子電路中的去耦電容器，是鉭電容器一個很大的應(yīng)用領(lǐng)域——或稱主要領(lǐng)域。我們的產(chǎn)品，原來由于可靠性不高，前幾年在這類應(yīng)用中頻頻發(fā)生爆炸燒毀惡性質(zhì)量事故，丟掉了許多客戶。我們是否也可以像AVX和KEMET公司那樣，從前工序、老化、浪涌測試、回流焊試驗上做些功夫，也開發(fā)出高可靠的鉭電容器呢？否則，我們產(chǎn)品的市場就將被大大壓縮。
