钽电容失效机理

1、锂电容失效机理简单一点说是这样的。1）锂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子像也是规定不能用。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。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，他用的是锂电容。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锂电容一般只有0.5

2、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:关于使用固锂和液体锂电容的浅释彭宝霞（航天511所）摘要：本文对液体锂电容和固体锂电容的失效原因作了具体分析。对这两种产品的使用提

3、出自己的看法和建议。关键词：液锂固铝可靠性锂电容器分为固体锂电容器和液体锂电容器。它们在军用整机中大量使用。例如：液体锂电容器在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铝订货量将近1万只。固体锂电容器更是大量使用。随着固体锂电容器和液体铝的大量使用。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粗，而近期的单位禁止使用固粗，这是怎么回事？一、早期某些单位禁用液粗，禁用的理由：1 .液体锂电容器的漏液问题液体锂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，液体锂电容器

4、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 .液体锂电容器的耐反向电压问题液体锂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介质膜并向锂正极上迁移。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铝上有0.5V的反向电压，引起了失效，要引以为鉴！因以上原因，有些单位禁用液粗。二、为什么还在大量使用液体锂电容器？1 .防止液体锂电容器漏液采用全密封型液体锂电容器。虽然我国生产液体锂电容器已有近30年的历史，

5、但真正制造全密封液体锂电容器才刚刚起步。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1X105帕条件下，液体锂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。使液锂电容器的使用可靠性大大提高。例如：贵州4326厂白CAK35全密封液体锂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，进彳T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

6、路中规定，不得有反向电压加到液锂上去，来避免反向电压的损坏。防止振动冲击失效采用了防振垫圈液铝经受不了振动冲击，出现过间歇短路。经过失效分析：液铝壳内的液体不能将铝块固定。另一端的粗丝被绝缘子固定住。铝块与粗丝成为一个悬臂，因此振动时，铝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粗块，有效的克服间歇短路。34 .增加补充筛选经五院可靠性中心补充筛选，为型号上使用液体粗把好关。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、某些单位禁用固粗，禁用固锂的理由：1 .固铝因不断击穿”又不断自愈”问题产生失效。

7、在正常使用一段时间后常发生固粗密封口的焊锡融化，或见到炸开，焊锡乱飞到线路板上。分析原因是其工作时缶穿”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500c1000c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，这就是固粗的局部自愈了但是，很

8、可能在紧接着的再一次缶穿”的电压会比前一次的缶穿”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 .固铝有热致失效”问题固粗的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

9、质氧化薄膜的晶化”疏散的结构导致锂电容器性能恶化直至击穿失效。3 .固铝有场致失效”问题。固铝加上高的电压，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粗。四、为什么还在大量使用固锂电容器？固铝尽管存在以上问题，但笔者统计固粗的现场使用失效率也可达到1X10-8/h。生产方在选用材料上入手，为解决固粗不断击穿”又不断自愈”，应用超纯铝粉材料和工艺控制来减少这种局部缶穿”现象。分析了固铝在加上电压或高温下工作时，会产生局部缶穿”现象。固铝环境温度从+85c降到55c使用，工作寿命增加10倍。2 .克服固铝的热致失效”问题为解决热致失效”问题。应用方在线路上入手，采取限

10、流措施，增加固铝线路中的回路电阻。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,则其可靠性会降低一个数量级以上。”即固铝的可靠性下降十倍！在固铝线路中，增加串联电阻，达以1W/1V后，可增加固铝应用可靠性。3 .克服固铝的场致失效”问题多年来解决固铝的场致失效”进行了研究。“场致失效”的原因是加到固铝上的电压越高，场强越高，越容易产生“场致失效”。所以为提高固铝可靠性，必须采取电压降额使用！一般高可靠线路中固锂电压降额50%使用，其工作寿命可延长100倍。1五、建议今后慎用固体锂电容器和液体锂电容器笔者了解到国内、外的实用情况：1 .航天部某所在研制DC/DC变换器即开关电

11、源上不用固体锂电容器和液体锂电容器，采用的是开关电源专用滤波电容器。2 .美国一家生产DC/DC电源的公司来航天部502所座谈、讨论。他们研制DC/DC电源上不用固体锂电容器和液体锂电容器，是军品规定的。3 .查美国军用标准MIL-STD-975H«NASA标准EEE电子元器件目录中已规定“固铝电容器不得用于电源滤波器中”应该引起我们高度重视！回想使用固体锂电容器和液体锂电容器中，出现过故障、失误。往往误认为是偶然问题，重换一个产品又在工作下去。一方面原因分析不彻底，另一方面也没有找到新的品种。例如：87年某型号整机在系统试验时，刚开机就发生一只固锂电容器冒烟烧坏。一瞬间可见到固铝电容器的封口处的焊锡熔化，并将直流稳压电源烧