钽电容器失效分析概述
钽电容器的失效原因分析
钽电容器的失效原因分析对于钽电容器,使用者对它有两种截然不同的评价,一;可靠性很高,温频性能优良.二,容易失效,失效后容易爆炸燃烧,非常危险.为什么对于一种产品同时在使用者中间有两种评价呢?我们首先得清楚钽电容器的优点和缺点.实际上,上述的评价是针对钽电容器的优点和缺点进行的基本准确的描述.并无错误.1.温度性能优良;在-55-+125度内,容量变化率在-5-+12%之间,这是其他电容器难望其项背的一项非常重要的指标,此特点使它成为宽温性能要求较高的电路的首选电容器.2.体积容量比最高;目前为止,尽管铝电容器的小型化进步非常快,叠层陶瓷电容器[MLCC]的容量也可以越做越大,但钽电容器仍然具有最高的容量体积比.加之很宽的温度范围内性能出色的稳定性,它仍然是一些性能要求高,安装空间和面积有限电路的最佳选择.钽电容器的缺点-失效模式的危险性钽电容器一般使用在滤波电路和脉冲充放电电路.此类电路的特点是电路中不光存在功率很高的浪涌电压和电流,而且存在信号强度很高的交流纹波.由于钽电容器是一种极性产品,因此,交流纹波会导致它严重发热,超过散热的热平衡后,产品会出现热击穿现象.由于滤波电路基本都属于低阻抗电路,因此,开关的瞬间产生的远远超过稳态工作电压的浪涌电压也经常导致电路设计者忽略了浪涌的存在,在选择产品额定值时没有为确实存在的浪涌留出余量,因此,经常出现的过压击穿就被简单的认定为钽电容器的质量不够,掩盖了电路设计者对基本的低阻抗电路特征的无知.另外,由于不同规格的钽电容器的自有阻抗ESR不同,因此,不同规格产品的抗直流浪涌电流的能力也不相同,而使用者对此了解不够非常容易导致选择的产品型号不对.上述问题是导致钽电容器出现失效的基本原因.尽管是失效,不同品种的电容器的失效模式很不一样,而钽电容器的失效模式最为危险;如果击穿后电路通过的电流很大,击穿的产品会瞬间燃烧或爆炸,甚至能引发二次效应.这就是许多使用者对它诟病的根本原因.而造成此严重问题的原因不外呼两点; 设计选型不合适;产品质量本身存在问题.当产品的型号和电路特点及需求一致时,钽电容器的优点非常明显,可靠性更不存在问题. 此时使用者很容易忽略钽电容器的缺点.当产品使用出现问题时,一味地指责钽电容器的性能不好.上述原因一方面说明钽电容器存在抗浪涌能力和耐纹波差的弱点,同时也说明使用者对钽电容器的基本性能特点了解不够.因此,就出现上文所述的两种观点相反的评价.从根本上说评价都是对的,但有失全面.钽电容器的高可靠性和优点必须在正确使用的基础上才可以得以体现.而钽电容器的缺点也必须在认识到它的局限性时才可以避免. 从许多故障分析可得出以上结论.但钽电容器危险的缺点的确存在;不能失效,一失效就会出现灭顶之灾.钽电容器缺点的避免钽电容器的优点很多人都了解,缺点认识不够是普遍现象,因为它的失效机理较复杂,即使在生产钽电容器的工厂目前都存在不同甚至根本不清晰的认识,因此,使用者不可能对它的失效原理了解的更多.而此点非常危险,往往都是出现了严重的使用问题才发现使用方法有问题或钽电容器质量有问题.有时候,原因好象很难讲清楚.从根本上说,钽电容器的缺点无法避免,它只能靠使用者在设计时的电压选型上采取尽可能保守的方法才可以消除.失效时的模式是它的危险性的根本所在. 如果想消除钽电容器危险的失效模式,与改变一个成人的遗传一样是不可能的.氧化铌电容器铌电容器在紧缺的钽资源导致的钽电容器价格过高时被科技人员盯住,因为铌也是一种可以形成单向导电介质层的阀金属.因此,自钽电容器诞生不久,无数的技术人员为开发出与钽电容器性能基本相同的铌电容器费尽心血.但是,铌氧化物介质层的热稳定性一直无法从根本上得到解决;铌电容器的性能一直无法达到接近钽电容器的程度,特别是它的稳定性差,随时间延长,容量和阻抗及漏电流一直都在变化,而且高温性能根本不能和钽电容器相提并论.进入21实际,在此浪费了无数金钱和经历的科学家终于承认; 纯铌电容器的性能不能从生产技术的改变上得到根本性进步.实际上从1965-2000年的无数研究以不可避免的失败告终.导致铌电容器开发最终失败的根本原因仍然是铌电容器的生产延续了钽电容器的思路,在工艺原理上就存在致命的缺陷;因为铌介质层内的基材仍然是非常容易氧化的高纯度铌金属.因此,铌电容器就无法避免在击穿时类似于钽的燃烧和爆炸现象.同时,在高温时铌介质膜的氧迁移现象仍然是产品性能不稳定的根本原因.而这一点暂时没有得到解决.铌电容器的开发相当于50年绕回原点,形成了一个可笑的圆圈.氧化铌电容器的出现在21世纪初,在此费尽心血的一个美国人电容器专家和一个德国制造钽粉的工程师提出一种新的电容器工艺理论;使用氧化物而不是纯金属也可以生成单向导电的介质层作电容器.此理论看似简单,实际上却是革命性的,它打破了人们遵守了几十年的电容器介质形成理论;只有纯金属才能生成介质层.而且生成的介质层质量甚至更好.在钽电容器的制造过程中,单质态的钽金属粒子中含有其它元素对介质层质量的均一性影响重大.特别是氧含量高低对钽电容器的漏电流影响是致命的.因此, 使用高氧含量的铌粉会出现的问题似乎早已经决定.但是,陶瓷电容器的介质层特性引起了钽电容器专家的注意;使用氧化物一样可以形成具有单向导电性的介质层.而且,在电容器介质层电化学形成理论上我们显然过于墨守成规.我们总认为制造电容器的纯钽元素中氧含量高会导致漏电流大这一判断也适用于铌电容器.实际上只对了一半;当使用纯铌来生产铌电容器时,这一;理论正确,而对于铌氧化物,我们对其在电化学状态下的变化理论显然了解的很不够; 实际上,使用低价的铌氧化物一样可以通过简单的电化学方法生产出性能优良的五氧化二铌介质层,这样,一种新的电解电容器就问世了,它使用的基材根本不是杂质含量约低越好的钽或者铌,而是一种氧含量必须在14.5-15.5%的富含氧的一氧化铌.一氧化铌一直是玻璃及光学器材上大量使用的一种材料,使用它来生产电解电容器,完全是一种理论上的创新,因此使用它生产出的氧化铌电容器也就必然和钽电容器完全割断了血缘关系;它完全是一种具有许多新奇特性的电解电容器.氧化铌电容器与钽和铌电容器的区别;1.失效模式不一样;钽或铌电容器的失效模式基本相同;当击穿时容量丧失,当通过电流不加限制时会迅速燃烧或爆炸形成短路.氧化铌产品在即使是经受了十倍电压击穿时,仍然可以保持容量和损耗不变.即使是施加的电流很高,通过的电流仍然能够在10MA以内,产品的滤波特性仍然能够保持.使用在充放电电路,只是输出的功率密度下降.根本不燃烧不爆炸,不会形成短路.氧化铌产品的抗浪涌能力由于使用基材具有阻燃性,相同的电压下生成的介质层比钽介质层厚30%,因此具有更高的抗浪涌能力.同条件下抗浪涌能力高30%.氧化铌产品的耐纹波能力由于产品通过大电流时不会发热燃烧,因此耐纹波能力比钽高一倍.可以使用在存在较高纹波的开关电源电路.使用电压和额定电压钽和铌电容器由于通过电流大时会导致发热击穿,因此使用低阻抗电路时必须降额到额定电压的1/3才可以保证安全使用.氧化铌电容器的使用电压可以接近额定电压下使用.在室温时几乎不需要降额就可以保持高可靠性.可靠性以1000小时,60%的置信度算;钽电容器可靠性;1%氧化铌电容器可靠性;0.2%可靠性比钽电容器高5倍体积容量比与钽电容器基本相同,只是在一部分小容量上不能与钽相比.温度特性由于氧化铌电容器不容易燃烧和爆炸,因此可安全使用的漏电流标准比钽电容器大一倍.负温特性和正温特性基本相同耐焊接热性能可经受260度/10秒波峰焊或再流焊接性能不出现异常.频率特性与相同容量和电压的同壳号钽电容器相同价格由于使用了新材料和新技术,但价格与钽电容器相同或稍低.氧化铌电容器的缺点最高额定电压只能达到16V,无高压产品.结论从性能和安全性上比较,氧化铌电容器完全可以达到更高的可靠性.在安全性上完全避免了钽电容器的致命缺点,可以达到任何电路的安全性要求. 完全符合ROhS标准.在存在浪涌的开关电源电路上可以代替25V以下钽电容器.是25V以下的钽电容器的换代产品.图解：片式氧化铌。
片式钽电容器的浪涌失效及防止
钽电容器的浪涌失效及防止片式钽电容器的浪涌失效占到总失效数的90%以上，这与其苛刻的使用条件有直接关系，片式钽电容器基本上都是使用在电源模块上作滤波用，在开关时不可避免要产生持续时间极短，冲击很强烈的电压和电流浪涌，如图一所示。
上图是在电容器生产过程中进行浪涌测试时的合格标准说明图示。
图中黑线是浪涌电流曲线，横轴是时间线，总的时间不超过20微秒。
从曲线可以看出，浪涌产生的时间小于1微秒，应该在纳秒级，所以在如此短时间内产生的能量密度就非常高。
此时介质层五氧化二钽上承受的场强冲击之高可见一斑。
浪涌电流I P值的大小可以通过如下公式根据某规格产品的标准ESR值进行计算得出；钽电容器能够储能和滤波是因为其无定形的介质层具有阻止直流电通过，容许交流电通过的基本特性。
但是，它的这种特性是在通电后，介质层两端的不同电荷彻底完成极化后才出现。
在极化完成之前电容器的介质层不具有介电性能。
此特点是电解电容器与二极管最根本的区别。
只有在电容器的极化完成后它才具有能量储存的性能。
也可以这样理解；在电容器完成极化前，电容器只是一个网络组织非常复杂的具有电阻的导体。
而这一点，现在还有很多人，包括电容器生产者和使用者都了解不够，甚至认识错误。
在开关电源电路，接触的瞬间，浪涌产生的时间极短，而且电流非常大。
在浪涌产生时，电容器的介质层两端的极化还没有完成，因此，当浪涌电流通过电容器时，电容器相当于一个导体或者网络电阻。
电容器的阻直流通交流特性必须发生在介质层两端不同电荷彻底完成极化分布后才开始呈现出来。
而极化过程又受到电容量大小的影响；容量越低的电容器极化完成的越快，容量越大的产品极化完成的越慢。
既dv/dt 值的变化与产品的容量有直接关系。
对于容量大的产品，需要更长的极化完成时间。
在极化完成前，作为介电层的五氧化二钽无定形晶体并不具有二极管PN结那样的固有单向导通能力，大的电流可以瞬间通过。
随极化完成，通过的电流才逐渐被阻止，产生电压降，电容器特性呈现。
钽电容热失效
钽电容热失效钽电容是一种常见的电子元件，广泛应用于电子设备中。
然而，钽电容在一些特定条件下容易发生热失效，这给电子设备的可靠性带来了一定的挑战。
钽电容热失效是指在高温环境下，钽电容内部温度过高，导致电容器内部结构发生变化，从而影响其电性能和可靠性。
这种现象通常在长时间高温运行、高电压工作或电容器设计不合理等情况下发生。
钽电容热失效的主要原因是电容器内部的材料和结构不耐高温。
在高温环境下，电容器内部的有机材料会分解、氧化或脱水，导致电容器的电介质性能下降。
同时，高温还会使电容器内部的电解液蒸发，导致电容器失去电介质的液态填充，进一步降低了电容器的电性能。
钽电容热失效的影响主要体现在两个方面。
首先，电容器的电容值会发生变化。
在高温环境下，电容器的电容值会减小，从而影响电路的稳定性和工作性能。
其次，钽电容热失效还会导致电容器的漏电流增加，从而增加了电路的功耗和热量，进一步加剧了电容器的热失效。
为了避免钽电容热失效，首先需要合理选择电容器的工作温度范围。
在设计电子设备时，应根据实际工作环境确定电容器的最大工作温度，以确保电容器在正常工作温度范围内运行。
其次，还需要注意电容器的电压应用和工作电流。
如果电容器的电压应用过高或工作电流过大，会导致电容器内部温度升高，增加了热失效的风险。
此外，还需要注意电容器的散热设计，通过合理布局和散热结构的设计，将电容器的热量有效散发出去，降低了热失效的概率。
钽电容热失效是一种常见的电子元件失效现象，对电子设备的可靠性产生一定的影响。
为了避免钽电容热失效，需要合理选择电容器的工作温度范围，注意电容器的电压应用和工作电流，并进行合理的散热设计。
只有这样，才能确保钽电容在电子设备中的可靠性和稳定性。
钽电容失效机理
钽电容失效机理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。
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，而近期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。
钽电容器失效分析概述
钽电容器失效分析概述1、前言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 = e A/t (等式1)表1 不同类型的电容器方式是增加等式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。
图1 (a)钽电容器结构示意图(b)所示的是钽阳极块内部的钽/电介质/MnO2阴极(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。
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。
为什么轻易不要选择“钽电容”？
为什么轻易不要选择“钽电容”？第一、钽电容失效的模式很恐怖，轻则烧毁冒烟，重则火光四溅。
这里不去赘述“钽电容”的失效模式的原理。
通过这个失效的现象，就知道：如果电容失效，只是短路造成电路无法工作，或者工作不稳定，都是小问题，大不了退货。
但是如果造成了客户场地失火，则是需要赔偿对方的人员及财产损失的。
那就麻烦大了。
这是我们不要去选用钽电容的重要原因。
第二、钽电容的成本高看看我们的淘宝就可以知道100uF的钽电容与100uF的陶瓷电容的价格差别，大概钽电容的价格是陶瓷电容的10倍。
钽电容：10只8元；陶瓷电容100只5元。
如果电容容量需求在100uF以下的情况下，我们现在绝大多数下，耐压如果满足的情况下，我们一般需用陶瓷电容。
再大容量，或者再高耐压，陶瓷电容的封装大于1206的时候，尽量谨慎选择。
贴片陶瓷电容最主要的失效模式断裂（封装越大越容易失效）：贴片陶瓷电容器作常见的失效是断裂,这是贴片陶瓷电容器自身介质的脆性决定的.由于贴片陶瓷电容器直接焊接在电路板上,直接承受来自于电路板的各种机械应力,而引线式陶瓷电容器则可以通过引脚吸收来自电路板的机械应力.因此,对于贴片陶瓷电容器来说,由于热膨胀系数不同或电路板弯曲所造成的机械应力将是贴片陶瓷电容器断裂的最主要因素。
第三、钽电容未来将耗尽，有钱你都买不到。
早在2007 年，美国国防后勤署(DLA)十多年来已贮存大量钽矿物，为履行美国国会的会议决定，该组织将耗尽其拥有的最后140，000磅钽材料。
从美国国防后勤署购买钽矿石的买主已包括HC Starck、DM Chemi-Met、ABS合金公司、Umicore、Ulba冶金公司和Mitsui采矿公司，这些代表了将这些钽矿石加工制成电容器级粉末、钽制品磨损件或切削工具的众多公司。
从美国国防后勤署购买这些钽矿石的投标人年复一年传统上是一贯的，这样当钽矿石供应变的吃紧时，因美国国防后勤署供应耗尽，一些公司只得抢夺新的矿石供应源。
钽电容失效、爆炸、烧毁的种种原因！
钽电容失效、爆炸、烧毁的种种原因！引言经常碰到很多客户讨论钽电容爆炸问题，特别在开关电源、LED 电源等行业，钽电容烧毁或爆炸是令研发技术人员最头痛的，让他们百思不得其解。
正因为钽电容失效模式的危险性，让很多研发技术人员都不敢再使用钽电容了，其实如果我们能够全面的了解钽电容的特性，找到钽电容失效（表现形式为烧毁或爆炸）的原因，钽电容并没有那么可怕。
毕竟钽电容的好处是显而易见的。
钽电容失效的原因总的来说可以分为钽电容本身的质量问题和电路设计问题两大类：电路设计和产品选型要求钽电容的产品性能参数可以满足电路信号特点，但是,往往我们不能保证上述两项工作都做的很到位,因此,在使用过程中就必然会出现这样那样的失效问题;现简单总结如下;低阻抗电路使用电压过高导致的失效对于钽电容器使用的电路,只有两种;有电阻保护的电路和没有电阻保护的低阻抗电路. 对于有电阻保护的电路,由于电阻会起到降压和抑制大电流通过的效果,因此,使用电压可以达到钽电容器额定电压的60%. 没有电阻保护的电路有两种; 一;前级输入已经经过整流和滤波, 输出稳定的充放电电路.在此类电路,电容器被当作放电电源来使用,由于输入参数稳定没有浪涌,因此,尽管是低阻抗电路,可安全使用的电压仍然可以达到额定电压的 50%都可以保证相当高的可靠性. 二;电子整机的电源部分; 电容器并联使用在此类电路, 除了要求对输入的信号进行滤波外,往往同时还兼有按照一定频率和功率进行放电的要求. 因为是电源电路, 因此,此类电路的回路阻抗非常低,以保证电源的输出功率密度足够. 在此类开关电源电路中 [也叫 DC-DC 电路], 在每次开机和关机的瞬间,电路中会产生一个持续时间小于 1 微秒的高强度尖峰脉冲,其脉冲电压值至少可以达到稳定的输入值的 3 倍以上,电流可以达到稳态值的10倍以上,由于持续时间极短,因此,其单位时间内的能量密度非常高, 如果电容器的使用电压偏高,此时实际加在产品上的脉冲电压就会远远超过产品的额定值而被击穿. 因此,使用在此类电路中的钽电解电容器容许的使用电压不能超过额定值的1/3. 如果不分电路的回路阻抗类型,一概降额50%, 在回路阻抗最低的DC-DC 电路,一开机就有可能瞬间出现击穿短路或爆炸现象.在此类电路中使用的电容器应该降额多少,一定要考虑到电路阻抗值的高低和输入输出功率的大小和电路中存在的交流纹波值的高低.因为电路阻抗高低可以决定开关瞬间浪涌幅度的大小。
钽电容
➢ 陶瓷电容是跟介质有关，陶瓷介质在不同温度下介电常数 不一样； 铝电解电容是跟电解液的导电能力有关，温度 影响电解液里离子运动的速度。BUT,钽电容为Ta2O5电解 质，温度对其介电常数影响不大。
电容尺寸与容量关系
➢ 在钽电容，铝电容，MLCC三类电容中，MLCC的尺寸最小， 但是电容值无法做太大，一般用于低频。钽电容相比MLCC 尺寸要大，但是容量也是比MLCC高很多，可由于内部的特 性，其CV值（电容与电压乘积）做不大，容量和电压有一 定范围，一般从0.1uF~1000uF；工作电压从2V~50V；这些 因素都限制了钽电容在高压大容量上的应用。而铝电容体 积最大，容量也可以做很大。
钽电容 在手机上的应用
射频端：存能使用，PA工作的 时候，特别是TDD系统，PA是从 不工作到工作的状态的变化， 电压会被明显拉低，有钽电容 在可以使得电压的变化会平缓 一些。 电源端：电源端电容作用为滤波，容值越大就越能保证输出 电压的稳定性，纹波小。 音频端：音频的串联电容作用为隔直，容量越大，通过的音 频范围越大，低音效果越好。ESR值越低对输出功率影响越 小，效率越高，但因相对于耳机的阻抗较小，因此对ESR要 求不高。
漏电流：较小，随着温度和电 压的增大而增大。
钽电容 失效
❖氧化膜存在缺陷，部分恶化，引起介质的漏电流异常，最后 导致介质短路（自愈）-----电流型
片式钽电容器加电测试时的失效之谜
片式钽电容器加电测试时的失效之谜凡大量使用过片式钽电容器的电子工程人员，可能都碰到过这样的现象;使用的片式钽电容器在测试和筛选时性能合格，但是，安装上板后进行加电测试时却不断出现击穿短路的产品.出现此现象的原因简单分析有二；1．使用的片式钽电容器性能存在严重的质量缺陷；由于片式钽电容器是一个通用园器件，它可以使用到XX种电子电路中作为滤波或瞬时放电电源，对于用途不同的电路,整机供电功率差别非常大，电路中的号强度差别甚至可以达到百倍以上，例如手机上使用的片式钽电容器和大功率电源上使用滤波电容器和放电电容器.由于它们的使用条件不同，因此,XX 标准必须覆盖所有的使用条件要求，因此,对电容器可靠性起决定作用的漏电流指标就放的很宽；漏电流只要满足K≤0．０1CR×ＵR[ＣR是额定容量,UＲ是额定电压］，一般情况下，在使用电池供电的功率较低的个人用电子产品上就不会出现问题，而在功率较大的电子整机上使用，满足上述指标又根本不能保证可靠性。
因此，根据电路供电功率和可靠性使用条件不同,必须选择可靠性不同的片式钽电容器．特别是军用电子电路，甚至必须考虑到电容器的鲁棒性如何.本文分析的前提是你必须选择正确的，质量不存在问题的片式钽电容器。
对于因为选用质量不高的片式钽电容器引起的故障不再进行分析。
２．质量不存在问题的片失钽电容器为什么在加电测试时仍然有可能出现击穿短路的问题？造成此问题的原因如下；2。
1．外接电源进行加电测试时的回路电阻过低,导致测试加电的瞬间浪涌电压和浪涌电流过大，电容器上实际承受了远远超过容许值的过压冲击和过流冲击。
必须重视的是,在加电测试时,由于回路电阻过低而导致浪涌过高与电路单独实际工作时,电容器的工作条件完全不同.此类电路基本上是开关电源电路[也叫DＣ-DC电路］.我们的很多用户对此类低阻抗电路的号特征了解的不够或认识不清楚;因此，在选择电容器规格时,没有考虑到在开关的瞬间,电路中会出现一个持续时间极短[小于1微秒］，能量密度极高的电压和电流脉冲．此脉冲的瞬间电压可以达到稳态电压的2-１０倍,电流可以瞬间达到稳态电流的十倍以上．因此，在电容器的额定电压选择上偏低，有时候容量也不够。
AVX钽电容失效原因分析
A VX 钽电容失效原因分析
1．车间在DF1725调试过程中有3块主控板上出现A VX TAJC-106E （批号T0751）钽电容烧毁现象。
该钽电容用于5V 的集成电路电源稳压滤波，且极性没有错误。
证明不是使用方法有错误。
2．咨询深圳华光代理商，代理声称：“该标称25V 的钽电容，可以在标称的1.2-1.3倍电压下使用。
3．从库房领取10只批号T0751的TAJC-106E 进行耐压实验。
3．1 第一只在20V 长期加电，没有问题，但在电压加到22.5V 电容烧毁。
3．2 其余在30V （25*1.2）长期加电，没有问题。
3．3 将其中一只加5V 反向电压，钽电容缓慢烧毁。
4．将车间调试过程中烧毁的3只电容及加30V 电压能正常工作的电容外面封装打开，通过对比发现烧毁的3只电容为内部封装极性装反了。
5．下面为打开后的图片
5．1钽电容图片
5．2 正常的钽电容刨面
5．3 失效电容刨面
6．结论： 通过对比未失效钽电容和失效钽电容的刨面，发现失效电容为内封装极性反了，导致上电后烧毁。
钽电容失效模式及分析
钽电容内部结构示意图 下面简单介绍下钽电容的主要加工工艺( $&$ 阳极设计 目前市场上大 量 使 用 的 贴 片 钽 电 容 其 阳 极 一 般 使 用 钽 粉经一定压力成型然后通过真空高温固化因此钽粉的质量 决定了钽电容的质量没有好的原材料无法做出高质量的元器 件后续再精密的加工也无法弥补材料上的缺陷所以钽粉直 接决定钽电容的可靠性 一般影响钽粉质量的关键因素有的 颗粒的大小和形状钽粉的配比以及钽粉的纯度和密度 $&) 烧结 在钽粉烧结成型前需加入适量的粘合剂这样保证钽粉颗 粒间不直接接触有效的降低了钽粉颗粒直接的相互摩擦和损 伤这样烧结出的钽芯更加致命质量更高 在烧结后粘合剂 受高温影响全部挥发这样原来粘合剂的位置变成了空洞有 效的提高了钽芯的气孔率 较好的烧结工艺对钽电容的损耗 和电容量的提高都有明显的改善 $&( 形成氧化膜 钽芯表面的五氧化二钽是通过电化学的方法形成的在电 解液中设置合适的电压和电流使钽芯表面逐渐生产一层致
本文通过对钽电容的结构生产工艺和主要性能参数特点 入手分析了钽电容常见的失效模式并重点模拟长期使用过 程中由于外界环境条件的变化造成钽电容 XNL值变化的问 题 这个过程可能持续几个月甚至几年直到其彻底失效才会 被发现也正是由于该过程持续时间长所以目前为止在国内 外对应这方面的研究还属于空白
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密的氧化膜该氧化膜后面电极的制备至关重要如果一旦存 在空隙长期工作下存在可靠性隐患沉积速率的控制显得至 关重要
片式固体电解质钽电容器常见的失效方式
片式固体电解质钽固定电容器常见的失效方式1、过压失效钽电容器使用在电路中时，在正常的工作电压以外，还要受到浪涌电压和电流的冲击。
因此，工作时时实际加在产品上的电压=浪涌电压+工作电压+交流纹波电压。
由于使用电路中的阻抗不一样，因此，当电路阻抗较低时，实际的浪涌电压在瞬间可以达到1.5-2.5倍的稳态工作电压。
因此，使用在低阻抗电路中时，考虑到开关瞬间的浪涌冲击电压会远超过产品容许承受的电压冲击，因此稳态的工作电压不能超过额定值的1/3。
否则，产品就非常容易出现瞬间的过压而击穿。
因此，在电路设计时必须为不断产生的浪涌留出电压余量。
在具体使用时，由于电路产生的热量积聚，产品工作时环境温度有可能达到50度以上，因此实际使用电压必须考虑到温度升高会导致产品的漏电流增加的问题。
因此实际使用电压应该更低。
在不同温度下产品应该使用的工作电压和失效率关系如下；由于钽电容器漏电流随温度的增加而增加。
工作在温度较高时，最大工作电压Vmax必须降额，合适的降额幅度可以从下面的公式中求得：式1：Vmax=( 1-(T-85)/125)×VR这里：T 是要求的工作温度值得注意的是上述公式只适用于高阻抗电路。
同时上述公式并没有考虑交流分量和浪涌的影响，因此当使用温度较高时，必须使用更大的降额电压才电阻能稳定可靠地工作如果只强调温度和电压，固体钽电容器的现场故障率可以从下面的表达式中计算出来：λ=λ0(V/V0)3×2(T-T0)/10这里：λ：实际工作条件下的故障率。
T：温度V：实际使用电压λ0：额定负载下的故障率。
(1% /1000h)T0：温度V0：额定电压测试条件：温度：85 ℃电压：额定电压Rs：3Ω[要求的线路保护电阻]不同的使用电压和不同的工作温度与产品的额定电压会导致出现不同的寿命，其计算方法如下；相同规格产品高温时使用电压不同时产生的漏电流不同，其产品失效率MTBF[式中的F]的计算见下式3：式中：F U：工作电压和额定电压的修正系数=U1/U R（U1为实际工作电压）F T：工作温度的修正系数=T1/T2（T1实际工作温度，T2为容许的最大工作温度85℃）F R：电路总电阻F B：基本的失效率（钽电容器的基本失效率是1%/1000小时）F的单位小时从上式中可看出，如果一个产品的工作温度较低，使用的电压也较低，那么它的失效率就非常低。
钽电容热失效 -回复
钽电容热失效-回复钽电容热失效(Tantalum Capacitor Thermal Failure)导言:钽电容器是一种高性能、大容量的电子元件，广泛用于各种电子设备中。
然而，钽电容器在使用过程中可能会经历热失效，这会对设备的性能和寿命产生严重影响。
本文将详细解释钽电容器热失效的原因、表现以及如何避免这种问题的发生。
一、钽电容器的基本工作原理为了更好地理解钽电容器的热失效问题，首先需要了解它的基本工作原理。
钽电容器的核心部分是由钽金属片和绝缘材料层组成的。
当钽电容器处于电流通路中时，钽金属片充当电解质并与绝缘材料之间的导电液体相互作用。
通过这种作用，钽电容器能够存储和释放电能。
二、钽电容器热失效的原因1. 高温环境: 高温是钽电容器热失效的主要原因之一。
当钽电容器长时间处于高温环境中时，钽金属片和绝缘材料之间的导电液体会发生物理和化学变化，导致电容器的性能下降。
2. 过大的电流负载: 钽电容器通常具有一定的电流负载能力。
当电流超过其额定负载时，会使钽金属片和绝缘材料受到过大的压力，从而导致热失效。
3. 电压应力: 钽电容器在工作过程中，电压的变化会使钽金属片和绝缘材料之间的导电液体受到应力，从而引发热失效。
三、钽电容器热失效的表现1. 电容值下降: 温度升高会导致电容值的下降，这会影响钽电容器的性能。
2. 漏电流增加: 钽电容器的漏电流是指在没有外加电压的情况下，电容器自身产生的漏电流。
当热失效发生时，漏电流会显著增加。
3. ESR增大: ESR(等效串联电阻)是钽电容器的一个重要参数，用于描述电容器在工作中的能耗。
当钽电容器发生热失效时，ESR值会增大。
四、如何避免钽电容器热失效1. 控制环境温度: 避免将钽电容器暴露在过高的温度下，选择合适的工作环境可以显著延长钽电容器的使用寿命。
2. 适配电流负载: 确保钽电容器的电流负载不超过其额定负载范围，以避免过度热失效。
3. 备份电容器: 在设计电子设备时，可以考虑将多个钽电容器并联，以增加容量和减少负载，从而降低热失效的风险。
钽电容器和氧化铌电容器的失效模式分析
钽电容器和氧化铌电容器的失效模式分析钽电容器具有体积容量比高，温度特性好，漏电流小的特点，但是，钽电容器的缺点也非常明显；抗浪涌能力是所有电容器中最差的，使用在存在较高浪涌的开关电源电路，由于此类电路中存在较高的电压和电流浪涌及较高的纹波电流，因此必须大幅度降额才能够保证安全使用。
另外，钽电容器的失效模式非常危险；一旦击穿，产品会迅速燃烧或爆炸，甚至能够引发连续击穿和火灾，这是任何用户都谈之色变的严重故障。
铌与钽一样，其无定型的五氧化物[五氧化二钽或五氧化二铌]都具有阻止直流电通过而容许交流电通过的特性。
因此，它们都可以被用来生产电解电容器，它们的基本材料都是超高纯度的单质态钽金属和铌金属。
由于它们都属于容易和氧发生氧化反应的金属，因此，当出现击穿时，缺陷部位通过的大电流产生的热量会导致介电层迅速被破坏，进而造成基材金属在高温下与氧迅速反应，短时间内就能够释放出大量的热能，最终导致产品燃烧或爆炸。
导致钽电容器在漏电流较大时能够迅速燃烧和爆炸的根本原因，是生产钽电容器的基材是物理和化学特性极不稳定的单质金属。
这是钽电容器不可避免的缺陷之一；在实际使用中为了避免此缺陷造成的问题，只有一个方法，那就是在实际使用中大幅度的降额，受限于体积限制，产品的耐压受到严格限制，因此，当钽电容器的使用电压较高时，钽电容器对电压过于敏感的缺点就暴露无遗。
这就是钽电容器在实际使用中经常出现问题的根本原因。
使用纯铌生产的铌电容器具有与钽电容器相同的缺陷，在温度特性上甚至更差。
基于五氧化二铌介质层的电化学形成理论，实际上，我们可以使用低价的铌氧化物[一氧化铌]来生产氧化铌电容器，与纯钽或纯铌电容器相比，氧化铌电容器的基材由纯铌变为一氧化铌。
使用一氧化铌生产的氧化铌阳极，一样可以使用类似的电化学原理，在一氧化铌表面形成一层可以控制的无定形五氧化二铌介质层作为电容器的介电层。
再经过阴极制备，我们就可以使用一氧化铌粉末生产出固体的片式氧化铌电容器。
钽电容失效(湿度影响)
钽电容的三大罪状：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。
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（dV/dT）。
固钽加上高的电压，内部形成高的电场，易于局部击穿。
击穿事故发生率随时间减低到一个稳定值。
当击穿电压被接近时，击穿发生率增加。
随着电压的增长，装置因在某个疵点发生的热逃逸而发生故障的机率也增加。
击穿电压依赖于脉冲的持续。
在某些实验中，可以看到击穿电压随着脉冲长度的增加而降低。
钽电容和独石电容器应用中的失效分析
钽电容器和独石电容器应用中的失效分析樊晓团胡圣西安微电子技术研究所（西安710054）1前言对于有极性的钽电容器来说，人们最容易想到的是极性接反引起的击穿失效。
通过多次分析实例来看，这种失效原因在实际工作中出现的可能性较小，常常出现的是一种较为隐蔽的原因所导致的失效—焊接温度高、焊接持续时间长。
而独石瓷介电容器本身为无极性电容器，但在失效分析过程中发现，有些独石电容器表现出与极性明显相关，即两个不同方向的漏电流相差很显著，这正是电容器介质中离子迁移的实际表现，采用环氧树脂固封后研磨，发现此类电容器的失效原因是电容器的质量隐患所致，受其制造工艺过程的复杂性影响。
2固体电解质钽电容器的失效分析某型号机器在随机振动过程中，±15V电压降至5V左右，后经检查发现该电容器短路，在整机板上的连接如图1所示。
测试发现，电容器正负极间已经短波，其阻值约为Ω。
与原始失效现象一致。
采用BT1505型X光机透视观察，看到电容器内部阳极一端空腔内有一块较大的多余物，其X光机下的形貌如图2所示。
将电容器振动后在X光机下换不同角度的观察，发现多余物可以移动。
然后分别将电容器进行摇晃、振动、翻转，重新测试，电容器时而短路，时而正常。
证实电容器失效确是因内部多余物引起时断时通。
仔细进行解剖分析，剥除电容器阴极金属外壳，暴露出阳极内芯，取出内部多余物，在显微镜下检查，此多余物为焊锡，如图3所示。
取出电容器腔体内的多余焊锡后，用数字电桥测试仪测试电容值，结果正常，100Hz条件下为μf,1kHz 条件下为μf。
该钽电容器因腔体内部有焊锡多余物，在振动试验中引起短路失效，产生多余物的原因是焊接不当，如铬铁温度高，持续时间长，引起电容器内钽丝与阳极引线熔焊的焊锡受热后流出所致。
因此我们建设：（1）在焊接器电容器的过程中应尽量缩短焊接时间，以免使电容器内焊锡熔化变为多余物，引起短路失效；（2）进行X射线透视观察，淘汰有多余物的电容器。
钽电容失效模式及失效机理
钽电容失效模式及失效机理钽电容这小玩意儿，在电子设备里可算是个不大不小的角色。
咱先聊聊它的失效模式，就像人会生病一样，钽电容也有自己的毛病。
一种失效模式是短路。
这就好比家里的电线突然搭一块儿了，电流一下子就乱套了。
钽电容短路呢，有可能是内部的钽粉和电解液之间发生了些不该发生的反应。
钽粉要是受潮了，就像面粉沾了水结成块，它的性能就变了，可能就导致短路。
还有就是在生产的时候，如果有杂质混进去了，那也像是在一锅好汤里掉进了苍蝇，整个钽电容的电气性能就被破坏了，短路就很容易发生。
再说说开路这种失效模式。
想象一下，一条好好的路突然断了，车都没法走了。
钽电容开路就类似这样，有可能是它的引脚断了。
这引脚就像人的手脚，断了就没法正常工作了。
在使用过程中，如果受到外力的拉扯或者撞击，引脚就可能断掉。
还有啊，内部的连接部分如果因为长时间的使用，像金属疲劳那样，也会断开，导致开路。
钽电容的失效机理其实还和温度有很大关系。
温度过高的时候，钽电容就像是在火上烤的红薯，内部的各种成分都受不了。
电解液可能会干涸，就像水被烤干了一样。
钽粉也会因为高温发生结构的变化，性能就大打折扣了。
而且高温还会加速化学反应，本来可以稳定存在的东西，在高温下就变得不稳定了，就更容易出现短路之类的问题。
从另一个角度看，电压要是过高，对钽电容来说也是个大灾难。
这就好比人能承受一定的压力，压力太大就受不了了。
过高的电压会让钽电容内部的电场变得特别强，强到超出它的承受范围，这时候就很容易出现各种问题，比如介质被击穿，这一击穿，电容就没法正常工作了。
我觉得钽电容虽然小，但是在电子设备里的作用可不小。
它的失效模式和失效机理提醒我们在使用和设计电路的时候要特别小心。
在生产钽电容的时候，要严格控制环境，避免杂质混入，也要注意封装，防止钽粉受潮。
在使用钽电容的设备里，要控制好温度和电压，就像照顾一个脆弱的小生命一样。
只有这样，才能让钽电容更好地发挥它的作用，让整个电子设备稳定运行。
钽电容失效模式及失效机理
钽电容失效模式及失效机理哎呀，说起钽电容失效这事儿，那可真是让电子工程师们头疼不已！就像我之前遇到过的一个真实案例，有一次我们公司接了一个重要的项目，需要用到大量的钽电容来保证电路的稳定运行。
在前期的测试阶段，一切都看似完美无缺，大家都信心满满地觉得这次项目肯定能顺利完成。
可谁能想到，当产品进入实际使用阶段没多久，问题就接二连三地出现了。
一些设备开始出现故障，经过仔细排查，发现原来是钽电容失效了！这可把我们整个团队急坏了。
那钽电容为啥会失效呢？这就得好好说道说道它的失效模式和失效机理了。
先说这短路失效模式吧。
有时候钽电容内部的绝缘层可能会因为各种原因受到破坏，比如过高的电压或者电流冲击，这就好比是家里的电线外皮破了，电流就乱了套，直接导致短路。
就像那次我们项目中的情况，可能是在某个瞬间，电路中的电压突然飙升，超过了钽电容的承受能力，它的绝缘层就“扛不住”了，瞬间短路。
还有一种常见的失效模式是开路失效。
这就好比是一条路突然断了，电流过不去。
造成开路失效的原因可能是钽电容内部的电极材料出现了断裂或者脱落。
比如说在制造过程中，如果工艺不够精细，电极的连接不够牢固，在长期使用或者受到外界振动等因素的影响下，就有可能断开。
再来说说漏电失效模式。
想象一下，钽电容就像是一个水桶，如果桶壁有了小缝隙，水就会慢慢渗出来。
钽电容漏电也是类似的道理，可能是由于电容内部的介质存在缺陷，或者是在使用过程中受到了高温、高湿等恶劣环境的影响，导致绝缘性能下降，从而出现漏电现象。
而导致钽电容失效的机理也是多种多样的。
其中一个重要的原因就是热失效。
电子设备在工作时会产生热量，如果散热不好，钽电容长时间处于高温环境中，内部的材料性能就会发生变化，从而影响其正常工作。
就像人在炎热的夏天长时间暴晒会中暑一样，钽电容也会“中暑”失效。
另外，机械应力也是导致钽电容失效的一个不容忽视的因素。
比如说在设备的安装或者运输过程中，如果受到了剧烈的振动或者冲击，钽电容内部的结构可能会受到损伤，从而引发失效。
钽电容和独石电容器应用中的失效分析
钽电容和独石电容器应用中的失效分析随着科技的发展，钽电容和独石电容器作为常见的电子元器件被广泛应用于各种电路中。
然而，由于使用环境、设计问题、材料问题等多种因素的影响，这两种电容器在实际应用中也存在一定的失效问题。
本文将就钽电容和独石电容器应用中的失效进行分析。
首先，我们来了解一下钽电容和独石电容器的基本结构和工作原理。
钽电容器是一种以钽作为电介质材料的电容器，其电极由钽箔制成，最常见的型号有颗粒性钽电容器和固体钽电容器。
独石电容器则是一种以纳米厚度的二氧化锆薄膜作为介质的电容器，由于薄膜极薄，所以被称为独石电容器。
针对钽电容和独石电容器的失效问题，我们主要从以下几个方面进行分析。
首先是应力引起的失效。
钽电容器的电极材料是钽箔，而独石电容器的电极材料通常是金属薄膜，这些电极材料在应用中都会受到机械应力的影响。
例如，钽电容器在焊接过程中受到的热胀冷缩或是挤压力会导致电极材料内部产生应力聚集，长期以往会引起电极材料疲劳断裂。
而独石电容器由于电极材料是金属薄膜，其本身就比较脆弱，一旦受到外力或是温度应力过大，也容易出现断裂现象。
其次是介质老化引起的失效。
钽电容器的介质是氧化铝或是氧化钽，独石电容器的介质是二氧化锆薄膜，而这些介质材料在长时间工作的过程中会发生老化现象，导致电容器的容量变化或是漏电流的增加。
此外，环境中的潮湿度、温度等因素也会对电容器的介质老化产生一定的影响，加速失效的过程。
再次是过电流引起的失效。
过电流是钽电容和独石电容器应用中最容易导致失效的因素之一、在设计电路时，如果电流超过电容器所能承受的额定电流，就会导致电容器损坏。
过电流会产生过高的温度和电场，导致电容器的介质损坏或是电极材料熔断。
最后是电压应力引起的失效。
钽电容器和独石电容器的工作电压是限定的，如果电压超过了电容器所承受的额定电压，就会导致击穿现象。
击穿现象会引发电容器内部的氧化反应，进一步加剧电容器的劣化和失效。
综上所述，钽电容和独石电容器应用中的失效主要包括应力引起的失效、介质老化引起的失效、过电流引起的失效和电压应力引起的失效。
钽电解电容器失效机理
由于微电子技术的不断革新，一般电源电路的两侧和个人电脑的中央处理器（CPU）等所使用的电容器都要求小型化，高容量，低阻抗等优良的电性能；钽电解电容器作为电解电容器中的一类，恰好具有以上特点，因此钽电解电容器广泛应用于通信、航天和军事工业、海底电览和高级电子装置、民用电器、电视机等多方面。
钽电解电容器的定义：钽电解电容器是一种用金属钽（Ｔa）作为阳极材料而制成的，按阳极结构的不同可分为箔式和钽粉烧结式两种，在钽粉烧结式钽电容中，又因工作电解质不同，分为固体电解质的钽电容和非固体电解质的钽电容。
其中，固体钽电解电容器用量大，如CA型、CA42型、CA45型等。
钽电解电容和铝电解电容相比有下述优点：1.体积小。
由于钽电容采用了颗粒很细的钽粉，而且钽氧化膜的介电常数ε比铝氧化膜的介电常数高17，因此钽电容的单位体积内的电容量大。
２.使用温度范围宽。
一般钽电解电容器都能在－55℃~125℃的温度下正常工作，而铝电解电容器最高只能在－55℃~105℃的温度下正常工作，并且在这个范围内工作，电性能远远不如钽电解。
3.寿命长、绝缘电阻高、漏电流小。
钽电解电容器中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且长时间工作能保持良好的性能。
４.阻抗频率特性好。
对频率特性不好的电容器，当工作频率高时电容量就大幅度下降，损耗（tgδ）也急剧上升。
但固体电解电容器可工作在50KHz以上。
钽电容随频率上升，也要出现容量下降现象，但下降幅度较小，有资料表明，工作在10kHz时钽电容容量下降不到20％，而铝电解电容容量下降达40％。
5.可靠性高。
钽氧化膜的化学性能稳定，又因钽阳极基体Ta2O5能耐强酸、强碱，所以它能使用固体或含酸的电阻率很低的液体电解质，这就使得钽电解电容器的损耗要比铝电解电容小，而且温度稳定性良好。
钽电解电容和陶瓷电容相比有下述优点：1、稳定特性。
对电容器施加的直流偏置电压增加或温度上升时会导致容量下降，容量的下降会导致放大器的功能和稳定性变差，但是钽电解电容器随直流偏置电压的增加，容量下降的速度要比陶瓷电容器的容量下降的速度慢很多。
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钽电容器失效分析概述1、前言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 = e A/t (等式1)表1 不同类型的电容器方式是增加等式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。
图1 (a)钽电容器结构示意图(b)所示的是钽阳极块内部的钽/电介质/MnO2阴极(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。
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。
图3 引起钽电容器失效的常见原因（a）高漏电流/短路（b）高ESR2、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。
理论上讲，失效电容器最初应该能在电路板上进行检查。
这要证实电容器的安装极性是正确的。
如果在没有任何外部应力存在的情况下，电容器的检查（电路板状态）及其环境应有利于识别。
焊接点的分析应尽可能的识别出手工返工的状态。
其次，电容器的外部和内部结构应可检查。
电容器的外部检查一般使用立体显微镜进行控制，立体显微镜能显示出诸如模塑环氧的裂缝、褪色、热/机械损伤、返工等缺陷。
外部缺陷的确定是钽电容器失效的原因之一，但是失效的结果并不关键，因为它有可能将根本原因分析错误。
X光检测可以检查电容器的内部结构及其任何异常状态（阳极未对准，弱正极或是负极接触等）。
随着X光分辨率的改善和计算机运行速度加快，X光断层照相术正成为分析电容器内部结构的一种有益的工具。
物理检查和X光检查之后，对验货状态的电容器电性参数也要进行记录。
当然这要以不进一步损伤电容器的方式进行。
毋容置疑，电容器必须要与电路进行电隔离。
所有的钽电容器制造商都会将其生产的电容器以特有的方式进行标识，一般会提供出制造商名称、容量、额定电压、日期/批次代码以及极性。
这样做的一个重要原因是确保失效的电容器不是假冒好品。
对于电容器电性，所要做的第一件事情就是检查钽电容器的直流电阻，一般使用万用表检查。
这样做是要使有效电流维持在很低的水平下。
小于∞的直流电流表明电容器具有高电流或是处于短路状态。
接着，在适当频率下使用LCR测试仪在0.5或是1Vrms条件检测容量、损耗因子（DF）以及ESR。
需要注意的是短路电容器的容量、DF和ESR是不满足规范要求的。
由于电容器具有“自愈”功能，因此测试漏电流必须要十分小心。
MnO2钽电容器和聚合物钽电容器的自愈机理是有差别的。
3、高漏电流/短路失效如果电容器具有小于∞的DCR，说明在电容器的正负极之间存在导电路径。
假设电容器与电路之间被隔离，要么是泄漏通道通过钽阳极块（电介质层已经被损坏），要么旁路钽阳极块，在正负极之间形成了导电路径。
应该检查电容器，以确保在外部不存在电路桥。
正如图3中所示，可能还有一些引起导电路径的原因，这可以大体分为使用或是生产两种方式。
在进行任何破坏性分析之前了解电容器内部的失效点位置是非常有益的，特别是对大壳号和多阳极钽电容器来说。
图4所示的是高漏电流电容器的热成像图，其中电容器耐受了额定电压，并在短时间内施加了非常少量的电流。
在失效点局部的内热会引起局部温度的轻微提升，这可以通过热成像系统记录下来。
热成像和X光分析结合使用可以精确的确定出失效部位。
这种方法增加失效分析成功几率，并可缩短失效分析的时间。
然后横切电容器直到失效点，阳极和电极的任何异常都能分析到。
如果电容器不存在外形异常，其DCR一般在几百千欧到几百兆欧这样的范围内，不会观察到热量点，为确保产品真的具有高漏电流，应该额定电压下测量该值。
图4 钽电容器的热成像所显示的失效位置的高温点基于这种失效模式，要检查钽阳极的完整性和电介质的质量，就要使用化学的方法对钽电容器进行剥离。
一般要实现比较致密的钽电介质，可使用电化学的方法，在两到三倍电容器额定电压条件下生成。
电介质中的瑕疵，例如如图5所示的结晶氧化物，可以通过剥离电极层的方式进行检查。
结晶氧化物疵点削弱了无定形电介质，从而提供出一个导电通道。
少量存在的疵点可通过钽电容器的自愈机理将其隔离。
与此相同的是，结晶氧化物在高压电容器（一般是35V或者更高）中更加显著，大量疵点的出现引起电容器出现问题。
过去的几年中，已经开发出一些方法来减小或是消除结晶氧化物的生长。
图5 钽阳极块上的结晶点像其他电子元件一样，钽电容器也会因使用条件而出现失效（图3a）。
作为一种极性元件，钽电容器能在短暂时间内耐受少量的反向偏置电压；但是，不允许电容器承受反极性连接。
如果遭受反向偏置电压，电容器会变得不可靠，但是某种情况下，有可能取一些相同电路上的类似电容器做反向拐点电压测试。
如果电容器是属于那种已经遭受过反向偏置电压的电容器，这种测试会有助于验证效果。
电路稳定性也是一个重要因素。
高浪涌电流和高浪涌电压也会损伤电介质，引起失效。
不正确的使用条件和有问题的电介质最终导致的结果就是出现局部高温。
确保在特定应用中使用恰当的电容器是另外一个要考虑的问题。
总的来说，表面贴装钽电容器不是密封，因此吸收水分。
回流焊过程中电容器中明显存在的潮气会在电容器内部产生大量的蒸汽，某种情况下，这会导致模塑环氧料破裂，将有更多的潮气渗入到内部。
在贮存或是使用过程中进一步的高湿和高温的暴露过程也能导致电容器内部导电物质化学/电化学迁移，最终出现漏电通路。
4、高ESR失效引起高ESR值的原因主要可以分成两类：连接不良或是材料电阻率的增加（图3b）。
再一个，在进行破坏性分析之前，必须要在适当的频率下测量ESR值高低的状态，更重要的是，必须要确保测试探针和电容器端子之间保持正确的连接。
焊接点上存在的保形涂料或助焊剂、不合适的焊料/粘接、端子/焊接点的氧化、不合适的探针等等可能造成ESR值比实际的要高。
电容器在拾放、贴装、回流焊和使用期间会暴露在机械/热机械应力下，这种应力会影响到电容器的ESR。
这些类型的应力能连累到外部或是内部的连接，导致高ESR。
一般使用在钽电容器中的材料，其热膨胀系数大不一致，当暴露在一个相当长的高温期间时，能产生机械热应力，导致ESR值出现问题。
当电容器暴露在一个相对高温高湿的环境中时，会出现外部引线氧化，引起高ESR值。
由于钽电容器不是完全的密封，在高温高湿的条件下，水分能渗入到电容器内部，导致引线端子氧化，电极层出现破裂/分层。
从钽电容器的生产角度看，多数ESR问题是从阴极层产生的，包括阴极层分层、阴极层过厚、阴极层缺失的等等。
ESR问题很少和正极连接问题有联系，一般是由于钽丝与正极引线框架出现虚连接而引起的。
全面的X光分析能暴露一些内部连接的问题。
剖面电容器的光学或是扫描电镜分析将更有助于确定其根本原因。
剖面电容器也能用微探针分析，确定到底哪一层对电容器的高ESR值影响最大。
这个过程必须要非常细致地做，因为像剖切技术这样的破坏性分析技术能引起样品制备瑕疵。
5、低容量/开路正常条件下钽电容器的容量不会出现明显的改变，这种失效模式并不常见。
一般，在顾客入厂检查下明显的低容量一般是由电容器有毛病或是贴错标签引起的。
使用中电容器的电容量是由电容器短路引起的。
某种程度电容器暴露在高温和高湿条件下容量会增加，反之，烘干能减小容量。
如果钽电容器处于短路，容量会视为开路。
开路失效也可能由正极框架和钽丝连接的损伤或是不连续引起的。
X光图像将有助于检查内部结构，同时剖面分析可有助于识别原因。
6、结束语本文对表面贴装钽电容器的漏电流、ESR值以及低容量的失效模式进行了评价；讨论了每一种失效模式的非破坏性分析和破坏性分析的方法。
评价了每一种失效模式最常见的原因以及测定技术。