固体钽电容禁用原因

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。

2.美国一家生产DC／DC电源的公司来航天部502所座谈、讨论。他们研制DC／DC电源上不用固体钽电容器和液体钽电容器，是军品规定的。

3.查美国军用标准MIL－STD－975H《NASA标准EEE电子元器件目录》中已规定“固钽电容器不得用于电源滤波器中”应该引起我们高度重视!回想使用固体钽电容器和液体钽电容器中，出现过故障、失误。往往误认为是偶然问题，重换一个产品又在工作下去。一方面原因分析不彻底，另一方面也没有找到新的品种。例如：87年某型号整机在系统试验时，刚开机就发生一只固钽电容器冒烟烧坏。一瞬间可见到固钽电容器的封口处的焊锡熔化，并将直流稳压电源烧坏!97年某型号的整机在进行高温老炼中也发生过进口的两只固钽电容器及国产的一只固钽电容器烧坏