鉭電容的作用

大家知道鉭電容的作用嗎？（2010-11-2510:22:34）轉載原文標簽：轉載分類：電子原文地址：大家知道鉭電容的作用嗎？作者：浪飄云全稱是鉭電解電容，也屬于電解電容的一種，它的原理是：用鉭粉壓制成型，經(jīng)過燒結后作為電容器的陽極，后經(jīng)過化學方法在其表面生成氧化膜作為介質，而在表面生成二氧化錳作為陰極。由于使用金屬鉭做介質，不需要像普通電解電容那樣使用電解液，另外，鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙燒制，所以本身幾乎沒有電感，但同時也限制了它的容量。此外，鉭電容內(nèi)部沒有電解液，很適合在高溫下工作。鉭電容的特點是壽命長、耐高溫、準確度高、濾高頻改波性能極好，不過容量較小、價格也比鋁電容貴，而且耐電壓及電流能力相對較弱。它被應用于大容量濾波的地方，像CPU插槽附近就可以看到鉭電容的身影，多同陶瓷電容，電解電容配合使用或是應用于電壓、電流不大的地方。Re:Kingpoo簡單一點說是這樣的。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合，如軍品，宇航，汽車級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） 鋁電解質電容其ESR可以做的很小的，如果我沒有記錯的話，可以到毫歐級。我手頭剛好有兩個文摘，都是從21ic里看到的，在這里借花獻佛。文摘1：ESR（等效串聯(lián)電阻），應該注意的問題前兩天我負責的一個LDO測試工程師上電后發(fā)現(xiàn)輸出振蕩了。我做的時候沒有振蕩，對照下來，輸出電容不一樣，我用的是10u的鋁電解，他用的是鉭電容。因為我以前對這兩種電容有過測試，所以，把他用的電容拿過來在FlukeRCL測量儀上測試，ESR高達13歐姆（10kHz），而我以前的測試的10u鉭電容一般只有0.5歐姆左右。所以換成esr=0.5歐姆的電容就沒有振蕩了。在很多的電容介紹中，只是偶爾提到ESR這個概念，而沒有具體說明數(shù)值，也許是種類繁多不好概括吧。ESR與制作材料，頻率，溫度和電容值都有關。一般來說，對同一種工藝、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)。上面說的13歐姆的電容顯然是有問題的（但沒標準，只能按照經(jīng)驗判斷了）.由于沒做過系統(tǒng)，對各種電容的ESR不了解，最好請哪位大俠能公布各種電容的ESR作參考。不過最好的辦法是使用前量一下。文摘2：關于使用固鉭和液體鉭電容的淺釋SimpleExplanationontheUseofSolidandLiquidTantalumCapacitors彭寶霞（航天511所）摘要：本文對液體鉭電容和固體鉭電容的失效原因作了具體分析。對這兩種產(chǎn)品的使用提出自己的看法和建議。關鍵詞：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。它們在軍用整機中大量使用。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。先后暴露的質量問題也不少。我們了解到早期有單位禁止使用液鉭，而近其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問題液體鉭電容器工作電解質為酸性液體，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)生嚴重故障。另外，液體鉭電容器在加電工作時不斷化學反應要分解出氣體，在高真空條件下氣體在殼內(nèi)膨脹而發(fā)生爆炸，引起導線之間短路。液體鉭電容器的耐反向電壓問題液體鉭電容器采用的銀外殼。當加上反向電壓后Ag+離子很快通過電解液及Ta2O5介質膜并向鉭正極上遷移。即使有0.1V的反向電壓，也會損壞了Ta2O5介質，可使其損毀。用戶在使用中及篩選測試中都不能加上反向電壓。航天總公司1997年發(fā)出通報：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。特別是國產(chǎn)玻璃絕緣子的配件質量過不了關。而航天器的設計要求是在真空度高于1X10—5帕條件下，液體鉭電容能在預定的時間內(nèi)正常工作。近年來生產(chǎn)廠解決了一些關鍵問題，引進了生產(chǎn)線，有了關鍵設備。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密封新的工藝，解決了密封問題。其引進生產(chǎn)線在92年通過了設計定型。94年度五院電子元器件可靠性中心，按GJB733—94標準和航天特殊要求，進行了用戶認定試驗。95年度4326廠又在廣五所取得CAK35的五級可靠性認證鑒定試驗合格的證明。2.避免反向電壓問題在測試篩選、調(diào)試及線路中規(guī)定，不得有反向電壓加到液鉭上去，來避免反向電壓的損壞。3?防止振動沖擊失效采用了防振墊圈液鉭經(jīng)受不了振動沖擊，出現(xiàn)過間歇短路。經(jīng)過失效分析：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懸臂，因此振動時，鉭塊經(jīng)常要碰擊銀殼的內(nèi)壁造成短路，現(xiàn)象是時好時壞的間歇短路。目前采取了辦法是設計了防振墊圈固定住鉭塊，有效的克服間歇短路?！?〕4?增加補充篩選經(jīng)五院可靠性中心補充篩選，為型號上使用液體鉭把好關。為提高上機率，根據(jù)航天器的真空條件，多年來增加48小時的真空試驗，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”問題產(chǎn)生失效。在正常使用一段時間后常發(fā)生固鉭密封口的焊錫融化，或見到炸開，焊錫亂飛到線路板上。分析原因是其工作時“擊穿”又“自愈”，在反復進行，導致漏電流增加。這種短時間（ns?ms）的局部短路，又通過“自愈”后恢復工作。關于“自愈”理想的Ta2O5介質氧化膜是連續(xù)性的和一致性的。加上電壓或高溫下工作時，由于TA+離子疵點的存在，導致缺陷微區(qū)的漏電流增加，溫度可達到500°C?1000以上。這樣高的溫度使MnO2還原成低價的Mn3O4。有人測試出Mn3O4的電阻率要比MnO2高4?5個數(shù)量級。與Ta2O5介質氧化膜相緊密接觸的Mn3O4就起到電隔離作用，防止Ta2O5介質氧化膜進一步破壞，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)生達到安培級的電流。同時電容器本身的儲存的能量也很大，導致電容器永久失效。固鉭有“熱致失效”問題固鉭的Ta2O5介質氧化膜有單向導電性能，當有充放大電流通過Ta2O5介質氧化膜，會引起發(fā)熱失效。Ta2O5介質氧化薄膜厚度只有?級。無充放大電流時，介質氧化薄相當穩(wěn)定，微觀其離子排列不規(guī)則、無序的，稱作無定形結構。目測呈現(xiàn)的顏色是五彩干涉色。當無定形結構向定形結構逐步轉化，逐步變?yōu)橛行蚺帕?，稱之微“晶化”，目測呈現(xiàn)的顏色不再是五彩干涉色，而是無光澤、較暗的顏色oTa2O5介質氧化薄膜的“晶化”疏散的結構導致鉭電容器性能惡化直至擊穿失效。3?固鉭有“場致失效”問題。固鉭加上高的電壓，內(nèi)部形成高的電場，易于局部擊穿。因有以上三種失效機理，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題，但筆者統(tǒng)計固鉭的現(xiàn)場使用失效率也可達到1X10—8/ho1?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”，應用超純鉭粉材料和工藝控制來減少這種局部“擊穿”現(xiàn)象。分析了固鉭在加上電壓或高溫下工作時，會產(chǎn)生局部“擊穿”現(xiàn)象。固鉭環(huán)境溫度從+85C降到55C使用，工作壽命增加10倍。2?克服固鉭的“熱致失效”問題為解決“熱致失效”問題。應用方在線路上入手，采取限流措施，增加固鉭線路中的回路電阻。筆者見到有文獻報道：“如果應用線路中的串聯(lián)電阻從3W下降到0.1W，則其可靠性會降低一個數(shù)量級以上。”即固鉭的可靠性下降十倍!在固鉭線路中，增加串聯(lián)電阻，達以1W/1V后，可增加固鉭應用可靠性。3?克服固鉭的“場致失效”問題多年來解決固鉭的“場致失效”進行了研究。“場致失效”的原因是加到固鉭上的電壓越高，場強越高，越容易產(chǎn)生“場致失效”所以為提高固鉭可靠性，必須采取電壓降額使用！一般高可靠線路中固鉭電壓降額50%使用，其工作壽命可延長100倍?！?〕五、 建議今后慎用固體鉭電容器和液體鉭電容器筆者了解到國內(nèi)、外的實用情況：1?航天部某所在研制DC/DC變換器即開關電源上不用固體鉭電容器和液體鉭電容器，采用的是開關電源專用濾波電容器。2?美國一家生產(chǎn)DC/DC電源的公司來航天部502所座談、討論。他們研制DC/DC電源上不用固體鉭電容器和液體鉭電容器，是軍品規(guī)定的。3.查美國軍用標準MIL—STD—975H《NASA標準EEE電子元器件目錄》中已規(guī)定“固鉭電容器不得用于電源濾波器中”應該引起我們高度重視!回想使用固體鉭電容器和液體鉭電容器中，出現(xiàn)過故障、失誤。往往誤認為是偶然問題，重換一個產(chǎn)品又在工作下去。一方面原因分析不徹底，另一方面也沒有找到新的品種。例如：87年某型號整機在系統(tǒng)試驗時，剛開機就發(fā)生一只固鉭電容器冒煙燒壞。一瞬間可見到固鉭電容器的封口處的焊錫熔化，并將直流穩(wěn)壓電源燒壞!97年某型號的整機在進行高溫老煉中也發(fā)生過進口的兩只固鉭電容器及國產(chǎn)的一只固鉭電容器燒壞！4?通過加強材料、工藝控制可以減少失效現(xiàn)象，但總有這種失效機理存在，不能杜絕。而成為關鍵線路慎用固鉭的原因。例如，在線路上常串聯(lián)相同的兩只，來避免固體鉭電容器或液體鉭電容器的短路。列出固體鉭電容器和液體鉭電容器的優(yōu)缺點對比，供設計師擇優(yōu)選用。見表1。⑵表1固體鉭電容器和液體鉭電容器的優(yōu)缺點序號比較項目固鉭電容性能液鉭電容性能備 注1漏電流指標的合格判據(jù)常溫下0.01CV常溫下0.002CV2相同體積下的電容量較小較大3使用的頻率范圍10KHz以下1KHz以下高頻系列產(chǎn)品除外4漏液問題無有采用全密封型5爆炸可能無有6振動失效無有用防振墊圈7工作電壓63V以下125V以下8內(nèi)部充填物PbSn合金H2SO4+硅溶膠9耐反向電壓1V以下0.1V以下10統(tǒng)計平均失效率較低較高11生產(chǎn)技術條耳機上采用鉭電容，主要是應用于隔直通交，把直流偏置隔直掉（直流偏置對耳機來說會發(fā)出吱吱的噪聲）。容值越大，隔直效果越好，且所能通過的頻率范圍更寬，特別是對低頻信號如20HZ?1OOHz期間的頻率（即我們說低音效果比較好）在iphone的手機中采用的鉭電容，容值為220uF,耐壓4V,ESR低這個大的鉭電容有兩個作用：1,隔直流，因為耳機功放是單端的，大家都知道單端功放是要加一個大電容隔直流VDD/2的。如果是橋接式和全差動式就不用。例如SPEAKER端。2，與耳機阻抗形成高通濾波器，決定耳機的高通截止頻率。大容值的電容鉭電容性能更好，陶瓷電容由于壓電效應會發(fā)聲。鉭電容濾波好的原因:鉭電容的性能優(yōu)異，是電容器中體積小而又能達到較大電容量的產(chǎn)品,鉭電容器非常方便地較大的電容量，在電源濾波、交流旁路等用途上少有競爭對手。鉭電解電容器具有儲藏電量、進行充放電等性能，主要應用于濾波、能量貯存與轉換，記號旁路，耦合與退耦以及作時間常數(shù)元件等。在應用中要注意其性能特點，正確使用會有助于充分發(fā)揮其功能，其中諸如考慮產(chǎn)品工作環(huán)境及其發(fā)熱溫度，以及采取降額使用等措施，如果使用不當會影響產(chǎn)品的工作壽命。固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨特的特征：鉭電容器的工作介質是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。此層氧化膜介質與組成電容器的一端極結合成一個整體，不能單獨存在。因此單位體積內(nèi)所具有的電容量特別大。即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。在鉭電容器工作過程中，具有自動修補或隔絕氧化膜中的疵點所在的性能，使氧化膜介質隨時得到加固和恢復其應有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。這種獨特自愈性能，保證了其長壽命和可靠性的優(yōu)勢。鉭電容的特性_鉭電容器具有非常高的工作電場強度，并較任何類型電容器都大，以此保證它的小型化。鉭電容的特性_鉭電容器可以非常方便地獲得較大的電容量，在電源濾波、交流旁路等用途上少有競爭對手。鉭電容的特性_鉭電容器具有單向導電性，即所謂有“極性”，應用時應按電源的正、負方向接入電流，電容器的陽極（正極）接電源“+”極，陰極（負極）接電源的“-”極如果接錯不僅電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時間內(nèi)芯子就會發(fā)熱，破壞氧化膜隨即失效。鉭電容的特性_鉭電容器工作電壓有一定的上限平值，但這方面的缺點對配合晶體管或集成電路電源，是不重要的。鉭電容的特性_鉭電容器具有儲藏電量、進行充放電等性能.、鉭電容介紹鉭電容是由稀有金屬鉭加工而成，先把鉭磨成微細粉，再與其它的介質一起經(jīng)燒結而成。目前的工藝有干粉成型法和濕粉成型法兩種。鉭電容由于金屬鉭的固有本性，具有穩(wěn)定好、不隨環(huán)境的變化而改變、能做到容值很大等特點，在某些方面具有陶瓷電容不可比較的一些特性，因此在很多無法使用陶瓷電容的電路上鉭電容被廣泛采用。目前全球主要有以下幾個品牌的鉭電容：AVX、KEMET、VISHAY、NEC,其中AVX和VISHAY的產(chǎn)量最大，而且質量最好。二、鉭電容技術規(guī)格和選型（以VISHAY和AVX為例說明）（一）VISHAY1、 型號表示方法293D107X9010D2W①②③④⑤⑥⑦表示系列,VISHAY有293D和593D兩個系列,293D表示普通鉭電容,593D表示的是低阻抗鉭電容,直流電阻小于1歐,一般在100毫歐到500毫歐之間。表示