钽电容知识总结(结构、工艺、参数、选型).doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流钽电容知识总结(结构、工艺、参数、选型).精品文档.一、钽电容简介和基本结构 固体钽电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中赋能,形成多孔性非晶型Ta2O5 介质膜,其工作电解质为硝酸锰溶液经高温分解形成MnO2 ,通过石墨层作为引出连接用。 钽电容性能优越，能够实现较大容量的同时可以使体积相对较小，易于加工成小型和片状元件，适宜目前电子器件装配自动化，小型化发展，得到了广泛的应用，钽电容的主要特点有寿命长，耐高温，准确度高，但耐电压和电流能力相对较弱，一般应用于电路大容量滤波部分。2.1.基本结构下图为MnO

2、2为负极的钽电容下图为聚合物（Polymer）为负极的钽电容二、生产工艺按照电解液的形态，钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分，液体钽电解用量已经很少，本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同，现在以片钽生产工艺为例介绍如下。一、生产工艺流程图 成型 烧结 试容检验 组架 赋能 涂四氟 被膜 石墨银浆 上片点胶固化 点焊 模压固化 切筋 喷砂 电镀 打标志 切边 漏电预测 老化 测试 检验 编

3、带 入库 二、主要生产工序说明 （一） 成型工序：该工序目的是将钽粉与钽丝模压在一起并具有一定的形状，在成型过程中要给钽粉中加入一定比例的粘接剂。1、 什么要加粘接剂？为了改善钽粉的流动性和成型性，避免粉重误差太大，另外避免钽粉堵塞模腔。低比容粉流动性好可适当多加点粘接剂，高比容粉流动性差可适当少加点粘接剂。2、 加了太多或太少有什么影响？如果太多：脱樟时，樟脑大量挥发，易导致钽坯开裂、断裂，瘦小的钽坯易导致弯曲。如果太少：起不到改善钽粉流动性的作用。拌好后的钽粉如果使用时间较长，因为樟脑是易挥发物品，可适量再加入一点粘和剂。樟脑的加入会导致钽粉中杂质含量增加，影响漏电。每天使用完毕，需将钽粉

4、装入聚四氟乙烯瓶或真空袋内密封保存，以防樟脑挥发、钽粉中混入杂质、钽粉中吸附空气中的气体。3、 成型后不进行脱樟，可否直接放入烧结炉内进行烧结？不行，因为樟脑是低温挥发物，如果直接放入烧结炉内进行烧结，挥发物会冷凝在炉膛、机械泵、扩散泵等排出管道内。4、 丝埋入深度太浅会有什么影响？钽丝易拔出，或者钽丝易松动，后道工序在钽丝受到引力后，易导致钽丝跟部漏电流大。所以强调钽丝起码要埋入三分之二的钽坯高度以上，在成型时经常要检查。5、 粉重误差太大分有什么影响？粉重误码差太大，导致容量严重分散，K（10%）档的命中率会很低。成型时经常要称取粉重，误差要合格范围内（3%）。如果有轻有重都是偏重或都是偏

5、轻，可调整赋能电压或烧结温度。如果有轻有重，超过误差范围，要调整成型机，并将已压钽坯隔离，作好标识，单独放一个坩埚烧结。6、 密要均匀不能有上松下紧，或下紧上松的现象。否则会导致松的地方耐压降低。钽坯高度要在允许差范围内，详细见工艺文件。7、 成型注意事项：（1）粉重（2）压密（3）高度（4）钽丝埋入深度（5）换粉时一定要将原来的粉彻底从机器内清理干净。（6）不能徒手接触钽粉、钽坯，谨防钽粉、钽坯受到污染。杜绝在可能有钽粉的部位加油。（7）成型后的钽坯要放在干燥器皿内密封保存，并要尽快烧结，一般不超过24小时。（8）每个坩埚要有伴同小卡，写明操作者、日期、规格、粉重等情况，此卡跟随工单一起流转

6、，要在赋能后把数据记在工单上才能扔掉，以防在烧结、赋能、被膜出了质量问题可以倒追溯。（二）烧结工序1、烧结：在高温高真空条件下将钽坯烧成具有一定机械强度的高纯钽块。2、目的：一是提纯，二是增加机械强度。3、烧结温度对钽粉比容有什么影响？ Cg T 随着烧结温度的提高,比容是越来越小,并不完全呈直线状。 因为随着温度的提高,钽粉颗粒之间收缩得越来越紧密,以至于有些孔径被烧死、堵塞，钽块是由多孔状的钽粉颗粒组成的，随着温度的提高，颗粒的比表面积越来越小，这样就导致钽粉的比容缩小。 4、烧结温度对钽粉的击穿电压有什么影响？ VB T 烧结温度越高，杂质去除得越干净，所以击穿电压随着烧结温度的提高而提

7、高，并不是完全呈直线状。 5、烧结温度太高太低，对电性能有什么影响？ 烧结温度太低一方面钽块的强度不够，钽丝与钽块结合不牢，钽丝易拔出，或者在后道加工时，钽丝跟部受到引力作用，导致跟部氧化膜受到损伤，出现漏电流大。烧结温度太高，比容与设计的比容相差甚多，达不到预期的容量，温度高对漏电流有好处，温度太高会导致有效孔径缩小，被膜硝酸锰渗透不到细微孔径中，导致补膜不透，损耗增加。 6、如果烧结后，试容出来容量小了怎么办？ (1) 算一下如果容量控制在-5%-10%左右,计算出的赋能电压能否达到最低赋能电压. 额定电压 6.3 10 16 25 35 40 50最低赋能电压 18 30 50 80 1

8、10 140 170(2) 如不行,只能改规格,如16V10UF，可改16V6.8UF,只要提高赋能电压,但是要看提高后的赋能电压是否会达到它的闪火电压,如果接近的话,那就会很危险.也可以改25V6.8UF,但是计算出的赋能电压要达到所改规格的最低赋能电压。 7、 如果烧结后，试容出来容量大了怎么办？ （1） 算一下如果容量控制在+5%-+10%,计算出的赋能电压是否接近闪火电压？如果接近就不能流入后道；（2） 如接近闪火电压，可改规格，如16V10U，可改16V15U，10V15U，但是计算出的赋能电压不能低于最低赋能电压，不能往高电压改规格。（3） 实在不行只能返烧结，返烧结时要根据比容控

9、制烧结温度。 8、高温时真空度不好，怎么处理？ 高温时真空度如果突然不好，说明炉膛已漏气。应立即降温。因为氧气进入炉膛后，钽块、钽丝、坩埚隔热层、隔热罩都是钽制品，会跟氧发生氧化，出现发脆。 9、空烧 正常烧结一个月，需进行一次空烧，空烧温度应高于正常烧结温度100度以上；如果一直是烧的低温，突然要烧高温，应先进行空烧。 因为低温杂质吸附在炉膛和坩埚上，如果不空烧，突然烧高温，低温杂质会挥发到钽块上去，造成钽块漏电流大（有一批35V106 335 225估计就是因未空烧，装炉量太大，压制密度偏小所致）。 10、注意事项：（1） 不能徒手接触钽块；（2） 出炉后在伴同小卡上注明炉次、层次，以便出

10、问题进行追溯。（3） 试容；（4） 剔除开裂、断裂的产品；（5） 检验钽丝脆性（6） 第一层取两个钽块拔一下钽丝，能否轻易拔出，如能轻易拔出，说明烧结温度太低。就要查看是隔热罩密封不好，还是温度不均匀等情况；（7） 烧结时发现有问题的钽块要尽快隔离标识；（8） 每天要关心试容结果，特别要注意比容，如果比容偏差大了，要尽快调整炉温。（9） 炉子的加热棒经过重新安装和修理后，一定要重新调整炉温，试炉温时只能少放点产品，以免造成较大的损失。（10） 装炉量一般不要超过1KG（钽粉量）。（三） 组 架a) 尺寸 钽块上端面到钢钢条边缘的距离5.00.2mm，如果偏差太大，会导致钽块上端面涂上硅胶或钽丝

11、脏。 b) 注意要垂直。c) 注意直径小于2.0，放60条，大于2.5，放行30条d) 在拌同小卡上作好记录，每个架子都应该附有小卡，将成型、将成型、烧结的数据般到小卡上，并在小卡上标注试容后的电压。随架子流传。e) 烧结不同层次的，虽然电压一样，最好不要放在一个钢架上，以防容量整条整条分散f) 钢架钢片一定要使用清洗后的，不要让钢架钢片受到太大的力，以防变形弯曲。（四） 赋能工序1、 赋能：通过电化学反应，制得五氧化二钽氧化膜，作为钽电容器的介质。2、 氧化膜厚度：电压越高，氧化膜的厚度越厚，所以提高赋能电压，氧化膜的厚度增加，容量就下降3、 氧化膜的颜色：不同的形成电压干涉出的氧化膜的颜色

12、也不同，随着电压的升高，颜色呈周期性化。4、 形成电压：经验公式（该公式只能在小范围内提高电压，如果电压提高的幅度很大，就不是很准确，要加保险系数）。C1.V1=C2.V2V2=C1.V1/C2C1-第一次容量平均值;V1-第一次形成电压(恒压电压);C2-要示的容量C2=K CR (K 根据后道的容量收缩情况而定,可适时修改，一般情况下，容量小，后道容量损失较小，容量大，后道容量损失就大，低比容粉，容量损失较小，比容越高，后道容量损失就越大。通常，CR1UF，K=1.0； CR1UF,K=1.04) 例如：35V105，中间抽测容量为1.08 、1.05 、 1.12 、 1.09 、 1.

13、10 ，形成电压为95V，问需要提高几伏电压才能达到需求的容量? 先求出中间抽测容量的平均值C1=1.09,V1=95 V2=1.09X95/1.0=103.5(V),需提高9V 注意： 提高电压后，需恒压一小时，才可结束赋能。5、 形成液温度：T1.V1=T2.V2T1： 第一次恒压温度； V1： 第一次恒压电压； T2： 第二次恒压温度； V2： 第二次恒压温度； V2：T1.V1/T2 注意公式中的温度K是绝对温度，需将摄氏温度加上273；例如：第一次恒压温度为75度，恒压电压为90V，如果形成液的温度提高到85度，问形成电压要降低几伏？V2=90（75+273）/（85+273）=87

14、.5V，需降低3V。该公式不常用。但能指导为何温度低容量会变大。形成温度越高，氧化膜质量越好。但是温度太高，水分挥发厉害，就要不停地加水，并且易导致形成液电导率不稳定。一般磷酸稀水溶液的恒压温度控制在70-90之间，经过大量的实践证明，如果恒压温度低于70，导致氧化膜质量严重不稳定，湿测漏电超差，如果形成液选用乙二醇系列，恒压温度可适当提高。6、 电流密度：低比容粉由于它的比表面积小，需要的升压电流密度就小，比容越高，比表面积就越大，需要的升压电流密度就大，一般C级粉，升压电流密度为10毫安/克，B级粉，升压电流密度为20毫安/克，高比容粉35-60毫安/克，视比容高低而定，详见工艺文件。7、

15、形成液：电导率高，氧化效果好，但是形成液的闪火电压低；电导率低，氧化效果差，但是形成液的闪火电压高，阳极块不容易晶化、击穿。目前的磷酸稀水溶液只能适合形成电压200V以下，如果要形成200V以上的产品，应改用乙二醇稀水溶液，该溶液闪火电压高，抑制晶化能力强，但是乙二醇不容易煮洗干净，被膜损耗要微增加。一般情况下，CA42形成电压不会超过200V，只要用磷酸稀水溶液就可以了。8、恒压时间：钽块越小，恒压时间越短，钽块越大，恒压时间越长，详见工艺文件。原则：结束电流要很小，基本上稳定不再下降为止，具体数值要看平时积累数据。9、注意几点：（1） 容量、漏电一定要每坩埚都检，如果发现哪一架容量正公差超

16、差，可提高电压，如果发现容量偏负一点点，也可流入后道，如果偏负很大，那只有改规格。如果发现哪一架漏电慢或超差，可再恒压一小时。（2） 做的过程当中，要经常观察液面、温度。（3） 如果试容、赋能湿测有质量问题，在排除赋能的情况下，应尽量往前面调查原因。（4） 做高压（如35V、40V、50V）大产品，赋能过程中经常要观察有无钽块开裂，如有，说明赋能电压已达到该钽块的击穿电压，就马上降低电压，查明原因，容量控制可正偏差以防电压过高。（5） 做低电压产品的时候要注意，电压相差一伏，容量相差很多，而颜色却很难分辨。（五）、被 膜1、 被膜：通过多次浸渍硝酸锰，分解制得二氧化锰的过程。2、 目的：通过高

17、温热分解硝酸锰制得一层致密的二氧化锰层，作为钽电容器的阴极。3、 分解温度：分解温度要适中，一般取200-270（指实际的分解温度），在这个温度下制得的二氧化锰的晶形结构是型的，它的电导率最大。如果分解温度过高（大于300）或过低生成的是a型的二氧化锰或三氧化锰，它们的电阻率很大，导电性能没有型的好，电阻率大，就是接触电阻大，在电性能上就反映损耗大。4、 分解时间：产品刚进入分解炉时，能看到有一股浓烟冒出，那是硝酸锰剧烈反应生成的二氧化氮气体，过了2-3分钟，基本上看不到有烟雾冒出，说明反应已基本结束。分解时间过过短，反应还没有完全结束，补形成时会有锰离子溶出，这时补形成电流会很大，遇到这种情

18、况，应立即关闭电源，重新分解一次，并将补形成液换掉；如果分解时间过长，会对氧化膜造成破坏，同样也会造成漏电流大。分解时间要灵活掌握，小产品时间短，大产品时间长，如果分解温度很高，要适当缩短分解时间，如果分解温度很低，要适当延长分解时间。5、 硝酸锰浓度：被膜时先做稀液，目的是稀硝酸锰容易渗透至钽粉颗粒的细微孔隙中，让里面被透，如果被不透，阴极面积缩小，被膜容量和赋能容量就会相差很多，这种情况也会反映在损耗上，损耗大。要求在做浓液之前，可解剖一个钽芯观察里面有无被透，如果没有被透，要增加一次稀液，低比容粉颗粒大，硝酸锰容易渗入，高比容粉颗粒小，不太容易渗入，小钽芯稀液次数少，大钽芯稀液次数要适当

19、增加。做浓液、强化液是为了增加二氧化锰膜层厚度，如果膜层没有一定的厚度，加电压时，在上下端面轮廓处等到地方容易产生类端放电，该处的氧化膜造成击穿，所以做强化液的时候，尽量要避免上小下大，或上大下小，膜层厚度要均匀。稀酸锰的酸度很重要，它会直接影响到硝酸锰的渗透性和分解质量，一般每做时要用试纸测试，达不到工艺要求，要加硝酸调配。滴入硝酸后要搅拌均匀。稀硝酸锰一个星期换一次，浓硝酸锰一个月换一次（也视产量和硝酸锰清洁程度）。6、 中间形成液：纯水修补的效果要差一点，它的导电离子很少，但是它的电阻大，对产品起到保护作用，钽芯不容易被击穿、烧焦，并且用它做补形成液，形成后没有残留物，不会造成损耗大。冰

20、乙酸稀水溶液（0.04%）,形成效果较好,形成后没有残留物,不会造成损耗大,但是它的闪火电压低,只适合做6.3V 10V 16V 的产品,冰乙酸很容易挥发,造成电导率不太稳定,所以用的话,要经常测电导率。磷酸稀水溶液(0.01%),形成效果好,闪为电压较高,可适合做25V 35V的产品，但是形成后有磷酸根离子残留在钽芯内，造成损耗要增加0.5左右.乙二醇溶液,形成效果不是很好,闪火电压很高，形成后不会造成损耗大，适合做40V 50V的大规格产品，该形成液成本很高，并且有毒，不宜多用，用后的形成液不要倒掉，可重复使用，但是用前要测试电导率在合格范围内，一般CA42用不到该形成液。7、发现问题的应

21、急措施： （1） 如果浸了强化液烘干后，还没有做最后的稀液、浓液，出来发现外观不符合要求，此时的强化层是很轻松的，只要将其浸泡在去离子水中，强化层会自动脱落。取出分解补形成后，可继续往下做。（2） 如果强化后，已经做了稀液或浓液，发现漏电大，非要处理不可，可采用10毫升冰乙酸+30毫升双氧水+1000毫升去离子水浸泡12小时以上，此种处理方法对氧化膜的损伤较小，取出冲洗干净，再煮洗，赋能恒压2小时，顺序流人后道各工序。8、 被膜最难掌握的是被膜炉的分解气氛（温度、风速、氧含量、蒸汽大小），另外进气孔、出气孔、回流孔及下面的分流板的调整也非常关键。现在只能通过试验来确认调整到较合适的位置。要保证

22、有好的损耗更要保证有好的漏电流。一般氧含量控制在912%。（六）、石墨银浆切割石墨银浆也叫辅助阴极，起到二氧化锰与焊锡连接的桥梁作用。原瓶石墨浓度在10%左右，实际使用时调制到4 . 5%左右为宜,如果太稀的话,因为石墨的渗透性很好，很容易往上爬，爬到上端面如果与钽丝接触,就会造成短路、漏电流大等情况，这种情况在当时还检测不出来，在点焊后钽丝跟部受力，点焊检测漏电流时合格率就相当低，老化时击穿非常严重。如果石墨太浓，石墨层和二氧化锰在做猛石墨时易分层，在后道包封、固化受到热引力作用，石墨层和二氧化锰层之间产生层间剥离，造成损耗增加。要注意石墨的PH值必须大于9。银浆也是同样的道理，太稀的话，浸

23、渍的时候很好浸，但是在浸焊的时候，银层很容易被焊锡吞蚀掉，如果过浓，银层和石墨的接触不是太好，易造成接触电阻大，并且浸渍时产生拉丝。有采用浸两次银浆的厂家银浆和石墨使用前一定要按工艺要求滚匀。切割的质量往往被人们忽略。刀口的锋利程度、间隙、冲下来时的速度都会对漏电有影响。我们有因为切割质量不好导致10%的漏电大的试验结果。（七）、点焊焊点离根部越远越好，这样对根部氧化膜的破坏就越小。点焊位置、手势要正确，点焊浸焊的位置决定与包封后的外观关系很大。点焊后抽测漏电流合格率的信息很重要，作为工艺技术员一定要去经常关心检测信息，如果发现不正，一定要追查原因，不然后面的质量无法控制，虽然该批产品已无法挽

24、回了，但是，被膜流过的一段时间内会出现同样的问题。经常有可能出现的问题：（1） 钽丝切割太短？焊点太靠近根部？点焊电压开得太高，钽丝过融了？（2） 是否钽丝脏？是硅胶没涂好？上端面有硅胶？上端面强化层太薄？组架尺寸不符合要求？钢片变形？模具磨损？（3） 石墨爬到端面上去了？强化层疏散导致石墨很容易往上爬？（4） 切刀有问题？问题要一查到底，只有查清了问题，才能制定纠正和预防措施。（八）、浸焊 温度控制在210（+10/-5）为宜：温度低，粘锡厚，底部有锡尖；温度高，粘锡少，温度太高，银层易被焊锡吞噬掉，时间控制在2秒左右，时间太长，银层易剥离。最好一次浸焊能成功，如果反复浸的话，银层、石墨都有

25、可能剥离。负极脚紧靠钽芯，不能短路或开路。负极起码达到钽芯的1/2以上，但不能伸出钽芯底部，不然包封后易外观废品。控制助焊剂浓度，浓度太稀，上锡太慢，浓度浓，上锡快，但粘锡厚，容易导致石墨和二氧化锰层之间脱离。（九）、老化老化的目的是修补氧化膜和剔除早期失效产品。老化电源串联电阻的大小与老化的效果关系很大。如过大，达不到剔除早期失效产品的目的。如过小修补氧化膜的效果达不到，因产品上销有次点就被击穿。老化后产品要放电24小时后再测量，否则会导致漏电测试不准。（十）、电容器的三参数及测试方法 容量 ：注意频率是100HZ.损耗：注意频率是100HZ。漏电流：IL判定标准为0.02CU（C为标称容量

26、,U为测试电压）.（十一）几个专业词语解释： 成型后的为钽坯-烧结后的称为钽块-赋能后的称为阳极块-石墨银浆后的称为钽芯-点焊浸焊后的称为芯组-包封后的称为电容器品的质量将不能满足用户的基本要求。这样的产品因为抗浪涌能力较差,因此,使用在存在大的脉冲电流的电路将非常容易出现击穿现象. 三、参数和选型钽电容器的漏电流和工作温度之间的关系：钽电容器的漏电流会随使用温度的增加而增加,此曲线称作漏电流温度曲线.但不同厂家生产的相同规格的产品，常常由于生产工艺和使用的原材料及设备精度不同而高温漏电流变化存在非常大的差别.高温漏电流变化大的产品在高温状态会由于自己产生的热量的不断累积而最终出现击穿现象.高

27、温漏电流变化小的产品在高温下长时间工作，产品的稳定性和可靠性将较高.因此高温时产品漏电流变化率的大小可以决定钽电容器的可靠性. 对于片式钽电容器,高温性能高低对可靠性有决定性的影响.漏电流VS温度： 漏电流VS电压： 漏电流的测试一般是在20时施加额定电压进行测试，在测量电路中与电容串接一1000 OHM保护电阻，充电一到五分钟(KEMET、VISHAY、AVX为两分钟、SANYO为五分钟)，然后测出漏电流。 3.4耗散因子(DF值)耗散因子是决定电容内部功率耗散的一个物理量，越小越好，一般DF值随频率增加而增加。损耗大小对产品使用影响及可靠性影响说明：损耗（DF值）是表征钽电容器本身电阻能够

28、造成的无效功耗比例的一个参数，损耗较小的产品ESR也将较小。但损耗大小的微小差别不会对使用造成明显影响，对工作状态的产品的可靠性影响与容量偏差的影响相比较大，但与产品漏电流大小和ESR大小对使用时的可靠性的影响相比仍然较小（漏电流大小和ESR大小影响 损耗大小影响 容量偏差的影响），滤波时如果产品的损耗较大，滤波效果差一些。同时，损耗较大的产品的抗浪涌能力也较差。 3.5阻抗，等效串联阻抗(ESR)&感抗 ESR是决定电容滤波性能的一个重要指标，钽电容的ESR主要是由引脚和内部电极阻抗引起，是电容在高频上表现的一个很重要的参数，一般来讲，同容量，同电压值的钽电容的ESR要低于电解电容，但要高于

29、多层陶瓷电容，ESR随着频率和温度的增加而减少，ESR=DF/WC。在谐振频率以下，电容的阻抗是电容的容抗和ESR的矢量和，在电容产生谐振以后，电容的阻抗是电容的感抗和ESR矢量和。 下图出示了电容的等效组成图： 其中:ESL:描叙的是引脚和内部结构的电感 RL：电容的漏电阻 Rd：由电介质吸收和内部分子极化引起的介电损耗 ESR与频率特性曲线： 电容阻抗Z与频率特性曲线： 在脉冲充放电电路，钽电容器会不断承受峰值功率可能达到几十安培的浪涌电流冲击，而且有时候充放电的频率也可能达到几百甚至几千HZ；在此类电压基本稳定，浪涌电流不断的电路，钽电容器的可靠性不光取决于产品耐压高低及伏安特性和高低温

30、性能，还取决于产品的等效串联电阻ESR的高低，因为ESR值较大的产品在高浪涌时瞬间就会产生更多的热量积累，非常容易导致产品出现击穿。因此，钽电容器ESR值的高低直接可以决定产品的抗直流浪涌能力。 另外; 不同ESR值的产品在存在交流纹波的电路里, 一定时间内产生的热量也与其ESR值高低成比例,ESR越高的产品在一定的时间内产生的热量也越高,因此,不同规格的产品由于阻抗ESR值不一样,具有不同的耐纹波电流能力. ESR低的产品不光在高频使用时容量衰减较少,滤波效果较好而且可以使用在更高频率的电路,同时因为它具有更大的抗浪涌能力,也符合可靠性要求较高的不断通过瞬时大电流的脉冲充放电电路的基本要求.

31、四.电容失效模式,机理和失效特点对于钽电容，失效与其他类型的电容一样,也有电参数变化失效、短路失效和开路失效三种。由于钽电容的电性能稳定,且有独特的“自愈”特性,钽电容鲜有参数变化引起的失效，钽电容失效大部分是由于电路降额不足，反向电压，过功耗导致，主要的失效模式是短路。另外,根据钽电容的失效统计数据,钽电容发生开路性失效的情况也极少。因此,钽电容失效主要表现为短路性失效。钽电容短路性失效模式的机理是:固体钽电容的介质Ta2O5由于原材料不纯或工艺中的原因而存在杂质、裂纹、孔洞等疵点或缺陷,钽块在经过高温烧结时已将大部分疵点或缺陷烧毁或蒸发掉,但仍有少量存在。在赋能、老炼等过程中,这些疵点在电

32、压、温度的作用下转化为场致晶化的发源地晶核;在长期作用下,促使介质膜以较快的速度发发生物理、化学变化,产生应力的积累,到一定时候便引起介质局部的过热击穿。如果介质氧化膜中的缺陷部位较大且集中,一旦在热应力和电应力作用下出现瞬时击穿,则很大的短路电流将使电容迅速过热而失去热平衡,钽电容固有的“自愈”特性已无法修补氧化膜,从而导致钽电容迅速击穿失效 。失效机理主要是由于氧化膜缺陷，钽块与阳极引出线接触产生相对位移，阳极引出钽丝与氧化膜颗粒接触等，大部分钽电容失效是灾难性的，可能发生烧毁，爆炸，在应用过程中需特别注意。一、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

33、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(nsms)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5001000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45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

34、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。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“击穿”现象。固钽环境温度从85降到55使用，工作寿命增加10倍。二、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微米级。无充放大电流时，介质氧化薄相当稳定

35、，微观其离子排列不规则、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，称之微“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。为解决“热致失效”问题。应用方在线路上入手，采取限流措施，增加固钽线路中的回路电阻。笔者见到有文献报道：“如果应用线路中的串联电阻从3W下降到0.1W，则其可靠会降低一个数量级以上。”即固钽的可靠性下降十倍!在固钽线路中，增加串联电阻，达以1W1V后，可增加固钽应用可靠性。三、固钽有“场致失效”问题。 固钽加上高的电压，内部

36、形成高的电场，易于局部击穿。“场致失效”的原因是加到固钽上的电压越高，场强越高，越容易产生“场致失效”。所以为提高固钽可靠性，必须采取电压降额使用! 一般高可靠线路中固钽电压降额50%使用，其工作寿命可延长100倍。四、低阻抗电路使用电压过高导致的失效; 对于钽电容器使用的电路,只有两种;有电阻保护的电路和没有电阻保护的低阻抗电路. 对于有电阻保护的电路,由于电阻会起到降压和抑制大电流通过的效果,因此,使用电压可以达到钽电容器额定电压的60%. 没有电阻保护的电路有两种; 一;前级输入已经经过整流和滤波,输出稳定的充放电电路.在此类电路,电容器被当作放电电源来使用,由于输入参数稳定没有浪涌,因

37、此,尽管是低阻抗电路,可安全使用的电压仍然可以达到额定电压的50%都可以保证相当高的可靠性. 二;电子整机的电源部分; 电容器并联使用在此类电路, 除了要求对输入的信号进行滤波外,往往同时还兼有按照一定频率和功率进行放电的要求. 因为是电源电路,因此,此类电路的回路阻抗非常低,以保证电源的输出功率密度足够. 在此类开关电源电路中也叫DC-DC电路, 在每次开机和关机的瞬间,电路中会产生一个持续时间小于1微秒的高强度尖峰脉冲,其脉冲电压值至少可以达到稳定的输入值的3倍以上,电流可以达到稳态值的10倍以上,由于持续时间极短,因此,其单位时间内的能量密度非常高, 如果电容器的使用电压偏高,此时实际加

38、在产品上的脉冲电压就会远远超过产品的额定值而被击穿. 因此,使用在此类电路中的钽电容器容许的使用电压不能超过额定值的1/3. 如果不分电路的回路阻抗类型,一概降额50%, 在回路阻抗最低的DC-DC电路,一开机就有可能瞬间出现击穿短路或爆炸现象. 在此类电路中使用的电容器应该降额多少,一定要考虑到电路阻抗值的高低和输入输出功率的大小和电路中存在的交流纹波值的高低.因为电路阻抗高低可以决定开关瞬间浪涌幅度的大小。内阻越低的电路降额幅度就应该越多。 对于降额幅度大小,切不可一概而论. 必须经过精确的可靠性计算来确定降额幅度.五、使用电压合适,但峰值输出电流过大, 钽电容器在工作时可以安全承受的最大

39、直流电流冲击I,与产品自身等效串联电阻ESR及额定电压UR存在如下数学关系; I=UR/1+ESR 如果一只容量偏低的钽电容器使用在峰值输出电流很大的电路,这只产品就有可能由于电流过载而烧毁.这非常容易理解.六、钽电容器等效串联电阻ESR过高和电路中交流纹波过高导致的失效; 当某只ESR过高的钽电容器使用在存在过高交流纹波的滤波电路,即使是使用电压远低于应该的降额幅度, 有时候,在开机的瞬间仍然会发生突然的击穿现象; 出现此类问题的主要原因是电容器的ESR和电路中的交流纹波大小严重不匹配. 电容器是极性元气件,在通过交流纹波时会发热,而不同壳号大小的产品能够维持热平衡的容许发热量不同.由于不同

40、容量的产品的ESR值相差较高,因此,不同规格的钽电容器能够安全耐受的交流纹波值也相差很大, 因此,如果某电路中存在的交流纹波超过使用的电容器可以安全承受的交流纹波值,产品就会出现热致击穿的现象.同样,如果电路中的交流纹波一定,而选择的钽电容器的实际ESR值过高,产品也会出现相同的现象. 一般来说,在滤波和大功率充放电电路,必须使用ESR值尽可能低的钽电容器. 对于电路中存在的交流纹波过高而导致的电容器失效问题,很多电路设计师都忽略其危害性或认识不够. 只是简单认定电容器质量存在问题. 此现象很多.七、钽电容器漏电流偏大导致实际耐压不够. 此问题的出现一般都由于钽电容器的实际耐压不够造成.当电容

41、器上长时间施加一定场强时,如果其介质层的绝缘电阻偏低,此时产品的实际漏电流将偏大.而漏电流偏大的产品,实际耐压就会下降. 出现此问题的另外一个原因是关于钽电容器的漏电流标准制定的过于宽松,导致有些根本不具备钽电容器生产能力的公司在生产质量低劣的钽电容器. 普通的室温时漏电流就偏大的产品,如果工作在较高的温度下,其漏电流会成指数倍增加,因此其高温下的实际耐压就会大幅度下降. 在使用温度较高时就会非常容易出现击穿现象. 高温时漏电流变化较小是所有电容器生产商努力的最重要目标之一,因此,此指标对可靠性的决定性影响不言而愈. 如果你选择使用的钽电容器的漏电流偏大,实际上它已经是废品,出问题因此成为必然

42、.八、钽电容器使用时的生产过程因素导致的失效; 很多用户往往只注意到钽电容器性能的选择和设计,而对于片式钽电容器安装使用时容易出现的问题视而不见;举例如下; A, 不使用自动贴装而使用手工焊接, 产品不加预热,直接使用温度高于300度的电烙铁较长时间加热电容器,导致电容器性能受到过高温度冲击而失效. B,手工焊接不使用预热台加热,焊接时一出现冷焊和虚焊就反复使用烙铁加热产品. C,使用的烙铁头温度甚至达到500度. 这样可以焊接很快,但非常容易导致片式元气件失效.九、 钽电容器实际使用时的可靠性实际上可以通过计算得出来,而我们的很多用户使用时设计余量不够,鲁棒性很差,小批实验通过纯属侥幸,在批

43、生产时出现一致性质量问题. 此时,问题原因往往简单被推到电容器生产商身上,忽略对设计可靠性的查找. 钽电容器使用时的无故障间隔时间MTBF对于很多用户来讲还是一个陌生的概念. 很多使用者对可靠性工程认识肤浅.过于重视实验而忽略数学计算. 导致分电路设计可靠性比整机可靠性低,因此,批量生产时不断出现问题. 不懂得失效是一个概率问题,非简单的个体问题. 实际上钽电容器使用时容易出现的故障原因和现象还很多, 无法在此一一论述.在实际使用中的经验发现，钽电容失效呈现如下特点： 1.容值较大的钽电容比容值较小的钽电容更易失效 2.片状钽电容多发生在固定的部位或固定的电路中。 3.电源滤波的第一个钽电容更

44、容易失效。 4.在ICT,FCT上电瞬间易发生失效。 5.老化过程中钽电容最容易失效。 6散热较差区域易发生失效。 7.浪涌下易发生失效。分析钽电容如上特点，无外乎就是容值，温度，浪涌等几个方面引起，所以我们在应用过程中需综合考量各种因素。五.设计，保存，焊接注意事项由于钽电容失效易起火，爆炸，所以在设计，保存，焊接过程中应注意如下关注点:5.1.设计注意点 5.1.1.电压 1.电压主要通过电场的形式施加给钽电容使电容局部击穿而失效，用在开关电源中电压至少降额为1/3额定电压值(美军标规定不允许在电源滤波器中中使用固体钽电容），其他使用应降2/3电压，对我司应用建议电压至少降额至50%以下甚

45、至1/3。 2.直流偏压和交流分压峰值之和不能超过额定电压值 。 3.交流负峰值和直流偏压不能超过电容器允许的反向电压。 4.15V以上直流电压滤波不建议采用钽电容，特别在上下电较快的输入口处；低压但上下电较快的场合需要采取缓启动电路或尽量不采用固体钽电容。5.在应用中尽量不用万用表进行不分极性的电阻量测。 6.当几个钽电容并联使用时候，建议Layout时把小容量电容放在前一级，容量大的放在后 一级。 5.1.2.电流 1.纹波电流通过钽电容ESR产生有功功耗，进而导致电容器自身温度升高，导致热击穿失效，因此需要对通过电容器的纹波电流引起的功率损耗进行限制（钽电容器不应长期使用于交流分量大或纯交流电路中）。 2.钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击（国军标和供应商一般建议串联R3/V的电阻以缓解这种冲击，以限制电流在300mA以下；当串联电阻小于3/V时，则应考虑进一步