钽电容的作用

大家知道钽电容的作用吗？(2010-11-25 10:22:34)转载原文标签：转载分类：电子

原文地址：大家知道钽电容的作用吗？作者：浪飘云

全称是钽电解电容，也属于电解电容的一种，它的原理是：用钽粉压制成型，经过烧结后作为电容器的阳极，后经过化学方法在其表面生成氧化膜作为介质，而在表面生成二氧化锰作为阴极。由于使用金属钽做介质，不需要像普通电解电容那样使用电解液，另外，钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸烧制，所以本身几乎没有电感，但同时也限制了它的容量。此外，钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。钽电容的特点是寿命长、耐高温、准确度高、滤高频改波性能极好，不过容量较小、价格也比铝电容贵，而且耐电压及电流能力相对较弱。它被应用于大容量滤波的地方，像CPU插槽附近就可以看到钽电容的身影，多同陶瓷电容，电解电容配合使用或是应用于电压、电流不大的地方。

Re: Kingpoo

简单一点说是这样的。

1）钽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好像也是规定不能用。

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。

我手头刚好有两个文摘，都是从21ic里看到的，在这里借花献佛。

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，

他用的是钽电容。

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钽电容

一般只有0.5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：关于使用固钽和液体钽电容的浅释

Simple Explanation on the Use of Solid and Liquid Tantalum Capacitors

彭宝霞(航天511所)

摘要：本文对液体钽电容和固体钽电容的失效原因作了具体分析。对这两种产品的使用提出自己的看法和建议。

关键词：液钽固钽可靠性

钽电容器分为固体钽电容器和液体钽电容器。它们在军用整机中大量使用。例如：液体钽电容器在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钽订货量将近1万只。固体钽电容器更是大量使用。随着固体钽电容器和液体钽的大量使用。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钽，而近其的单位禁止使用固钽，这是怎么回事?

一、早期某些单位禁用液钽，禁用的理由：

1.液体钽电容器的漏液问题

液体钽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，液体钽电容器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.液体钽电容器的耐反向电压问题

液体钽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介质膜并向钽正极上迁移。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钽上有0.5V的反向电压，引起了失效，要引以为鉴!

因以上原因，有些单位禁用液钽。

二、为什么还在大量使用液体钽电容器?

1.防止液体钽电容器漏液采用全密封型液体钽电容器。

虽然我国生产液体钽电容器已有近30年的历史，但真正制造全密封液体钽电容器才刚刚起步。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1×10－5帕条件下，液体钽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。使液钽电容器的使用可靠性大大提高。例如：贵州4326厂的CAK35全密封液体钽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，进行了用户认定试验。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、调试及线路中规定，不得有反向电压加到液钽上去，来避免反向电压的损坏。

3.防止振动冲击失效采用了防振垫圈

液钽经受不了振动冲击，出现过间歇短路。经过失效分析：液钽壳内的液体不能将钽块固定。另一端的钽丝被绝缘子固定住。钽块与钽丝成为一个悬臂，因此振动时，钽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。目前采取了办法是设计了防振垫圈固定住钽块，有效的克服间歇短路。〔3〕

4.增加补充筛选

经五院可靠性中心补充筛选，为型号上使用液体钽把好关。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、某些单位禁用固钽，禁用

固钽的理由：

1.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(ns～ms)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500℃～1000℃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4～5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。

2.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?级。无充放大电流时，介质氧化薄相当稳定，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。

3.固钽有“场致失效”问题。

固钽加上高的电压，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钽。

四、为什么还在大量使用固钽电容器?

固钽尽管存在以上问题，但笔者统计固钽的现场使用失效率也可达到1×10－8／h。

1.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。

2.克服固钽的“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，则其可靠性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1W ／1V后，可增加固钽应用可靠性。

3.克服固钽的“场致失效”问题

多年来解决固钽的“场致失效”进行了研究。“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。〔1〕

五、建议今后慎用固体钽电容器和液体钽电容器

笔者了解到国内、外的实用情况：

1.航天部某所在研制DC／DC变换器即开关电源上不用固体钽电容器和液体钽电容器，采用的是开关电源专用滤波电容器。