减小液体电解质钽电容器电参数漂移探讨.docVIP

减小液体电解质钽电容器电参数漂移探讨 王成兴 单位：新云公司五车间（贵阳市210信箱） 【摘要】液体电解质钽电容器，额定电压高低不同其在可靠性试验和使用中的失效模式也不同。探讨中低压、高压液体电解质钽电容器不同的失效机理，选择杂质含量少的钽粉压制成型电容器阳极，采用提高阳极钽芯的烧结温度，在电容器工作电解液中加入去极化剂和增加电解液对阳极钽芯浸润的工艺方法，减小电容器长寿命试验和长期使用后的电参数漂移和击穿失效。 关键词：液体电解质钽电容器 电容量 漏电流 失效 可靠性 1.前言 电容器寿命试验后电容器电参数漂移是电容器在额定电压、额定温度下规定时间内，完成规定功能后电容器的电容量、损耗角正切值、直流漏电流等参数相对于初始测量值的变化。我国从80年代以来，电子产品的可靠性也有了很大提高，但与国际水平相比差距很大。美国60年代的元器件失效率已达到10-8/小时水平，70年代达到10-9～10-10/小时水平；而我国的电子元器件的失效率一般在五级和六级水平。电容器电参数漂移是影响电容器可靠性的重要因素，本文主要对液体电解质钽电容器的寿命试验数据进行统计分析，找出影响液体电解质钽电容器长寿命试验后电容器电参数漂移问题，并在液体电解质钽电容器的设计、制造中加以改进、完善，提高液体电解质钽电容器的可靠性水平。 2.数据统计 笔者对全密封液体电解质钽电容器的B2试验组（85℃UR10000h寿命试验）1070只试验样品的试验数据进行统计。见表1： 表1 额定工作电压（UR） 样品数（只） 失效样品数（只） UR＜100V 665 5 100V≤UR≤125V 405 57 表1的数据作直方图见图1。 图1 3. 失效模式 3.1 中低压电容器 中低压液体电解质钽电容器是指额定工作电压小于75伏的液体电解质钽电容器，从统计失效样品看，失效模式主要是电容器的电容量减小引起的失效，如表1中统计的5只失效样品的失效模式都是电容器在85℃UR10000h试验后电容量减小，其变化量超过-20%。见表2： 表2 失效样品数（只） 与初始测量值相比电容量变化（%） 5 -21.4　～　-27.7 3.2 高压电容器 高压液体电解质钽电容器是指额定工作电压为100伏～125伏的液体电解质钽电容器，从统计的失效样品看，失效模式主要是氧化膜击穿所引起的电容器失效。失效情况见表3： 表3 失效样品数（只） 击穿 （只） 损耗大 （只） 电容量减小 （只） 漏电流大 （只） 57 54 1 1 1 我们再将击穿失效的电容器按其试验时间进行统计，从中发现电容器击穿的试验时间主要分布在4000h～10000h范围，见表4。作直方图如图2所示。 表4 试验时间（h） 1000～2000 4000～5000 6000～7000 8000～9000 9000～10000 失效数（支） 2 9 16 11 16 图2 4.失效机理分析 4.1 中低压液体电解质钽电容器主要表现为电容量减小的失效模式。其失效原因是电容器在额定温度、额定电压下长时间工作过程中电容器阳极介质氧化膜的自愈特性会在电容器内部产生气体（H2）。大量的气体会使电容器内部气压增加，内部气压增加后使新产生的气体无法逸出电解液外面，它仍然保持在介质氧化膜和电解液的界面上，隔绝介质氧化膜与电解液的有效接触，从而使介质氧化膜的有效表面积减少，有效电容量随之减小。这从我们对失效电容器样品的解剖后电容量得到恢复的数据可以得到证实。见表4。 表4 试验前 解剖前电容量（μF） 解剖后放气后电容量（μF） 1020 801.0 1005.0 987 713.6 982.0 2208 1596.4 2180.0 2315 1713.0 2230.0 1503 1129.0 1475.0 另一方面，大量的H+ 移动到负极得到电子形成较厚的双电层。从液体电解质钽电容器的结构看，电容器的最后电容量是负极所形成的附加电容量与阳极氧化膜的电容量串联。如果以C0表示阳极氧化膜电容量，则电容器的最后电容量可以用下式表示： C=C0/（1+d负/d0） ……………………………………………………………(1) 式中：d负为负极双电层厚度。 d0 为阳极氧化膜厚度。 从式（1）中可以看出，电压越低电容器阳极氧化膜越薄，d0 值越小，电容器双电层厚度对电容器最终电容量的影响越大,电容器的电容量也就越小。 4.2 高压电容器的失效机理 液体电解质钽电容器的介质氧化膜是无定型结构的五氧化二钽膜。由于钽粉中或多或少的存