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　　固體鉭電容的反向電壓行為

　　1.引言

　　固態(tài)鉭電容器是極性器件，具有陽極端子和陰極端子。 這些端子之間的電壓僅應(yīng)施加到陽極的正極，而施加到陰極的負極，否則電容器將被損壞，從而導(dǎo)致故障。 所有鉭電容器制造商都建議不要在電容器端子[1、2、3]之間放置連續(xù)的反向電壓。 在幾乎所有電路中，工作期間都可能發(fā)生負瞬變。 電容器也可能被錯誤地插入電路或連接到一塊設(shè)備可能會存在反向電壓的情況。 因此，重要的是，設(shè)計工程師必須了解可能的后果和故障機理，以及將故障風(fēng)險降至低的方法。

　　2.da允許反向電壓準(zhǔn)則

　　鉭電容器制造商規(guī)定的直流反向電壓的允許電平變化很大。 例如，一個制造商沒有給出任何指導(dǎo)，只是建議不要在可能會在端子兩端施加反向電壓的電路中使用鉭電容器，而另一家制造商則表示允許使用高額定電壓的10％[。

　　常見的反向電壓準(zhǔn)則是：

　　在25°C時為額定電壓的10％至da1伏

　　在85°C時為額定電壓的3％至da0.5V

　　在125°C時為額定電壓的1％至da0.1V

　　這些準(zhǔn)則適用于短期，不建議用于確定可使用電容器的da反向電壓。

　　3.失效機理的描述

　　鉭電容器中的電介質(zhì)材料是一層非晶態(tài)的五氧化二鉭，它通過電解在鉭粉（陽極）的表面上生長。 每個電容器額定電壓的這一層厚度約為60埃（6納米）。 然后將半導(dǎo)電二氧化錳的陰極層放在介電表面上。

　　在零件的正常正向電壓操作期間，通過從相鄰的二氧化錳陰極材料中獲取所需的氧氣，鉭金屬的裸露區(qū)域可能會被重新氧化或“修復(fù)”為非晶態(tài)電介質(zhì)。

　　這減少了故障部位的泄漏電流。 在反向偏壓下，此機制將不起作用，因為帶負電荷的氧物質(zhì)的移動方向與修復(fù)機制所需的方向相反。除此機理外，從半導(dǎo)體二氧化錳（MnO2）中除去氧還可以將其局部轉(zhuǎn)化為電阻更高的“較低氧化物”，例如Mn2O3，Mn3O4或MnO。 這進一步隔離了故障，使其不影響總的器件泄漏電流。 這些機制被稱為“自我修復(fù)”或“修復(fù)”，有助于鉭電容器在正常工作期間具有很高的可靠性。隨著器件工作溫度的升高，需要降低額定電壓，以避免電介質(zhì)兩端產(chǎn)生過大的電壓應(yīng)力。

　　在反向電壓下，AVX內(nèi)的實驗證據(jù)表明，反向泄漏電流的一部分在非常小的微裂紋區(qū)域或介電層中的其他缺陷中流動。 盡管電流可能只有幾微安，但它代表了很高的局部電流密度，可能會引起微小的熱點。

　　這可能會導(dǎo)致非晶態(tài)五氧化二鉭轉(zhuǎn)化為更具導(dǎo)電性的晶體形式。 當(dāng)有大電流可用時，這種效應(yīng)會雪崩，器件可能會完全短路。

　　與正向一樣，該熱量也足以將一小部分的二氧化錳分解成高電阻的“低級氧化物”，因此即使反向加熱也可能會發(fā)現(xiàn)一定程度的“自愈”。 這取決于缺陷的大小和可用電流。

　　從理論上講，這些機制也會導(dǎo)致電容值減小，但實際上，與總介電面積相比，所涉及的面積非常小，因此無法測量變化。

　　4.常見問題

　　4.1可以通過電氣測量預(yù)測反向電壓行為嗎？

　　AVX已在高度加速的條件下對大量批次的樣品進行了廣泛的測試。 結(jié)果表明，盡管批次之間存在一定差異，但通過檢查其正向和反向泄漏電流，電容，DF，ESR或阻抗，無法預(yù)先預(yù)測在反向偏置下測試失敗的零件。 另請參閱4.2。

　　4.2反向行為是否適用于所有制造商的電容器？

　　針對AVX進行的一些測試結(jié)果如圖1所示。該圖顯示了多個制造商的10伏部件在1伏反向偏壓（額定電壓的10％）在85°C下承受48小時的結(jié)果。 每個圖表上的45°傾斜線用于顯示“無變化”參考。

　　結(jié)果表明，盡管制造商的初始泄漏分布之間存在一些差異，但所有廠商的泄漏電流都有所增加。 他們還表明，對于所有制造商而言，具有較低初始泄漏電流的部件與具有較高初始泄漏電流的部件一樣，有可能增加其泄漏電流。 但是，對于正向測試的零件，此觀察結(jié)果相似。

　　4.3施加電壓對故障率有什么影響？

　　圖2顯示了在兩個制造商的產(chǎn)品上進行的實驗結(jié)果，其中測試電壓在額定電壓的3％到100％范圍內(nèi)變化。 其他測試條件與第4.2節(jié)相同。 可以看出，施加的反向電壓越高，電容器泄漏電流的平均增加越大。

　　研究此主題的其他制造商和用戶也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。 例如，一家日本鉭制造商[5]所做的工作表明，將反向電壓從5％增加到10％時，故障率的加速因子估計為12倍。圖2中的表表明，在反向額定電壓下，兩家制造商的所有部件都發(fā)生故障，燒斷了串聯(lián)保護保險絲。

　　4.4可以預(yù)測反向偏置條件下電容器的故障率嗎？

　　圖3顯示了流過幾個10伏鉭電容器的電流，在85°C下承受1伏的反向偏置48小時，外部電阻為2.7kΩ。 可以看出，這些單元的行為變化很大，有些單元的電流通過水平緩慢增加，而另一些單元的電流突然增加。電流變化。 尤其要注意單元5的行為，該行為在10小時時出現(xiàn)明顯的短路，但隨后恢復(fù)到更正常的水平。

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