钽电容器失效分析概述钽电容失效原因分析 _小知识

要对电容器进行严谨的失效分析，有必要全面了解电容器的结构。电容器因其使用的材料及其结构不同分为不同的类型：钽电容器、陶瓷电容器、铝电容器等（见表1）。每种电容器因其提供独有的特性而具有特殊的应用。如同三明治一样，简单的电容器是把一个绝缘体材料夹在两个导体之间，通过导体施加偏置电压。电容器容量（C）由如下等式给出，其中e,A和t分别表示介电常数，表面积以及厚度。
C = eA/t (等式1)

表1 不同类型的电容器
类型
电介质
阳极/阴极
结构
有无极性
钽电容器
五氧化二钽
钽/MnO2
钽/导电聚合物
钽/液体电解质
具有高比表面积的多孔钽阳极
有
铝电容器
氧化铝
铝/导电聚合物
铝/液体电解质
具有高比表面积的蚀刻铝箔膜
有
陶瓷电容器
BaTiO3/ ZrTiO3等
贱金属电极（BME）如铜、镍
贵金属电极（PME）如银、钯
具有高比表面积的分层结构
无
薄膜电容器

金属，如锌、铝等
具有高比表面积的分层结构
无

电子设备的小型化要求在更小的容积下提供更高的容量。在小容积下获得高容量的一种方式是增加等式1中的“A”表面积。不同类型电容器获得的方式是不同的。比如钽电容器，可通过使用多孔钽阳极来获得（高比表面积），通常阳极块是由钽粉连同钽丝一起压制并烧结后制成的。然后用电化学的方式在高比表面积多孔钽阳极块上生成无定形Ta2O5电介质。一般Ta2O5电介质层只有几十个纳米厚。然后使用阴极材料浸渍多孔阳极块（MnO2 或是导电层），在小的容积中生成高容量（见图1）。一般固体钽电容器使用在100V以下，其中多数情况下是使用在50V以下。湿式钽电容器（阴极是液体）工作电压可以高一些，可以达到几百伏。

文章插图
(a)钽电容器结构示意图

文章插图
(b)所示的是钽阳极块内部的钽/电介质/MnO2阴极

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(c)所示的是阳极块内部的钽/电介质/导电聚合物阴极
对于陶瓷和薄膜电容器来说，其电介质层和电极材料是分别交互堆积的，这种交互堆积的电极可以避免极性相对的电极接触。图2所示的是陶瓷电容器的典型结构。几十到上百（陶瓷电容器中）甚至上千（薄膜电容器）电极层堆积起来，已获得需要的容量。

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图2 陶瓷电容器的典型结构
因为不同类型电容器的材料和结构有明显的差异（见表1，图1和图2），所以引起电容器失效的原因也有所不同。因此，每一种条件都需有特定的失效分析方法。需要注意的是失效电容器的失效分析是一种全面的因果分析，包括对电路和应用条件的分析。本文所论述的是片式钽电容器的失效分析概述。
钽电容器的电失效模式可以分成三种类型：高漏电流/短路、高等效串联电阻以及开路/低容量，多数的失效集中在高漏电流/短路上。每一种失效模式都有其自身可能的原因，因此失效分析方法要由失效类型来确定，这在下面会讨论。在讨论破坏性分析之前，有必要在不进一步损坏破坏电容器的条件下尽可能多的获取有关钽电容器的物理和电性能的数据。接触到与电容器有关的背景信息和使用条件，例如电路板的贴装、贮存、使用参数、环境条件、无故障工作时间等等，要尽可能多的收集数据并进行分析，因为单一数据是不能确定出电容器失效的根本原因。图3所列的是片式钽电容器最常见的失效原因（分为使用过程和生产过程两部分），这将有助于对钽电容器进行失效分析。值得注意的是，由使用条件或是生产异常所引起的电容器失效是非常相似的。

文章插图
图3 引起钽电容器失效的常见原因
（a）高漏电流/短路（b）高ESR
非破坏性分析
由于对失效定义的解释是变化的，因此失效分析人员了解电容器失效的类型就变得很重要。在所有的情况中，电容器的验货检验是可以和其产品规范相比较的。此外，无损检验技术的结果将有助于确定一条能查明导致电容器失效根本原因的途径。

钽电容器失效分析概述 钽电容失效原因分析

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