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1、一、什么是电容器？,从功能上讲：电容器就是储存电荷的容器。 从结构上讲：即中间夹有介质的两块金属板构成的元件。,二、电容器的分类,按电容器的介质材料分： 1）有机介质电容器 如纸介电容器、薄膜电 容器、漆膜电容器； 2）无机介质电容器 如瓷介电容器（独石电 容器）、云母电容器、玻璃釉电容器； 3）电解电容器 如铝电解电容器、钽电解电 容器、铌电解电容器； 4）电化学电容器 （双电层电容器）。,三、电容器的功能,电容器系分立元件，在电子设备中被广泛使用。 它具有隔直流和分离各种频率的功能。 广泛用于隔直流、耦合、旁路、滤波、谐振回 路调谐、能量转换、控制电路中的时间常数等方面。,四、电容器型号的
2、命名,例：C A 3 5 序号 特征 材料 主称 电容器型号的命名由四部分组成： 第一部分 电容器的主称，用C表示。,第二部分 产品的主要材料 ，用一字母表示。 A-钽电解，D-铝电解，B-非极性有机薄膜介质 L-极性有机薄膜介质， H-复合介质，J-金属化纸介，T-陶瓷介质，Y-云母介质。 第三部分 产品的主要特征，用一数字或字母表示。 就钽电容器而言，1、2-箔式，3-非固体电解质 4-固体电解质，7-双极性。 第四部分是序号，一般用数字表示。 钽电容器主要以区分结构（封装形式、引出方式）,五、钽电容器特征描述,有可靠性指标要求的钽电容器在型号中加“K” 如CAK、CAK-8、CAK70、
3、CAK35、CAK38、CAK45 符合QZJ840628“七专”要求的钽电容器在型号前加“G” 如GCA、GCA-8、GCA30、GCA35、GCA70,一、电解电容器的结构特点,1）电解电容器的工作介质是在一些金属（阀金属 如铝、钽、铌）表面上所生成的一层极薄的金 属氧化膜，此介质膜与组成电容器的阳极结合 成一个整体，不能单独存在。 2）电解电容器的阴极非金属材质 ， 而是所谓的 “电解质”。电解质可为固体（如MnO2 、导电 聚合物）或非固体（液体或凝胶）。 3）电解电容器的金属外壳仅起阴极引出作用。,二、电解电容器的性能特点,1）电容量大。 2）单向导电性。即所谓有“极性”。 3）具有
4、自愈特性。即在电容器的工作过程中， 具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点，使介 质氧化膜随时得到加固并恢复其应有的绝缘 能力。,三、电解电容器的电性能参数,1）标称电容器与允许偏差 标称电容器以CR表示，其单位为法（F）、 微法(F）、 皮法（pF） 1 F = 1106F ； 1F = 1106 pF 值的选取是按E6系列的优选数确定的，共计6 个数， 作为标称值系列，即1.0，1.5，2.2，3.3，4.7，6.8 或以上值乘以10n，其中 n为整数。 电解电容器常以微法（F）为单位。 标称电容器允许偏差一般分 5（J）、10（K） 20（M）三档。,2）损耗角正切（tg）,在电场作用下，单位
5、时间内因发热而消耗的能量叫电容 器的损耗。 在交流电路中，在规定频率的正弦电压下，所消耗的有 功功率与无功功率的比值称为损耗角正切。 tg= =C r (r为等效串联电阻ESR) 在脉动电路中，亦用阻抗（Z）和等效串联电阻（ESR） 便于在电路设计时应用。 在直流电路中，电容器的损耗表现为介质的漏导损耗。,Uc,Ur,电解电容器的损耗角正切图解,3）漏电流（ Il ）,对于电解电容器而言，其绝缘性能不用绝缘电阻，也不用时间常数表示，而用漏电流表示。 因构成电解电容器介质的金属氧化膜绝非完美无缺，其表面或多或少地存在一些孔洞、疵点、裂缝。电解电容器的漏电流就是通过这些缺陷的电子电流和离子电流。
6、电解电容器的漏电流与电容量大小和施加的电压有关。 Il = KCU (A) 漏电流的大小和所处的环境温度有关。,电容器漏电流测试时应注意，当电容器施加直流电压时，可以观察到电流的变化，开始较大，以后随时间逐渐下降。 电容器的充电电流由三部分组成：位移电流 Ic、吸收电流 Ia、漏导电流 Il 。 I = Ic + Ia + Il Ic为正常的充电电流，即由瞬间极化建立的充电电流。它与施加的直流电压和充电回路的电阻有关。测试时还和测量仪器的最大输出电流有关。 Ia是由缓慢极化建立的充电电流，与介质的结构和性质有关。它随时间下降比较缓慢。 Il 是漏导电流，即充电电流降至某一数值后趋于稳定的电流，
7、这就是电解电容器所测得的漏电流值。 此电流的大小主要由电容器所用介质材料的漏导所决定。,电容器的充电电流与时间的关系,4）额定电压,在规定的环境温度范围内，可以施加在电容器上的最高直流电压或脉动电压的峰值称为额定电压。 国标规定，电解电容器的额定电压系列为： 4.0 6.3 10 16 25 32 40 50 63 100 125 160 250 300 450 500 630 额定电压以UR表示，单位为 V。,钽电解电容器的制造工艺,无 锡 格 玛 电 子 有 限 公 司,无锡市芙蓉中路2号 邮编:214192 Tel: 0510-82405899 82402130 Fax:0510-824
8、42404 E-mail: ,一、工艺流程,1）固体电解质钽电容器的工艺流程 成型 烧结 形成 被膜 装配 包装 打标 电性能测试 老化 2）非固体电解质钽电容器的工艺流程 成型 烧结 形成 装配 老化 包装 打标 电性能测试,二、工艺简述,1）成型 按阳极设计要求，将钽粉压制成型，并插入钽丝作为阳极引出。 2）烧结 在高温高真空条件下，获得具有合适空隙度的高纯钽块 。,钽电容器的阳极材料为金属粉末钽粉 低压高比容钽粉SEM（10000）,中压钽粉 SEM（5000）,低压高比容钽粉烧结块 SEM (10000）,3）形成 用电化学方法在钽阳极表面生成一层氧化膜，作为电容器的介质。 2Ta+5
9、 + 5O2- = Ta2O5 氧在电解液中是以水或羟基离子（OH-）出现 2Ta + 5H2O = Ta2O5 + 10H+ + 10e- 或 2Ta + 10OH- = Ta2O5 + 5H2O + 10e- 其中OH-是由水电解而得， H2O = H+ + OH- 2OH- = 2OH + 2e- = H2O +（O）+ 2e,金属氧化膜很薄，其厚度以纳米计，仅有几十至几百纳米。但其作为电容器的主要组成部分介质，起着极为重要的作用。电容器的耐压主要取决于氧化膜的厚度，氧化膜越厚，其耐压也越高。而氧化膜的厚度（d）又与形成电压（Uf）正比。 d = Uf (nm) 其中为形成常数（钽的值为
10、1.62.0nm/V ） 钽氧化膜本无色，但由于干涉的原因，钽阳极表面所产生的干涉色，将随着形成电压的升高，循环出现灿烂鲜艳的色彩。,Ta2O5 氧化膜系无定形结构，它的离子呈不规则无序排列，这就是钽电容器隔直流的原因所在。但当它们的排列出现无序化向有序化的转变，即所谓的 “晶化”，电容器的电性能将恶化，这是我们在电容器的制造和使用过程中应尽力避免的。,4）被膜 在Ta2O5膜上被一层MnO2,作为电容器的阴极。这就是我们在此前电解电容器的结构特点中阐述的其阴极为非金属材料-“电解质”。 电解质有固体和非固体(液体或凝胶)之分，因此有固钽和液钽之别。 非固体电解质钽电容器（液钽）不经被膜。 M
11、nO2系固体电解质，由硝酸锰溶液高温分解而得 Mn(NO3)26H2O = MnO2 + 2NO2 + 6H2O,阳极-钽 介质-Ta2O5氧化膜 阴极-MnO2 在 MnO2 层表面涂覆导电石墨和银浆仅起阴极引出作用。,至此，固体钽电容器的基本构成已建立。,5）装配 气密封固体电解质钽电容器采用铜外壳玻璃粉绝缘子封装，其外壳为负极（如CA、CA-8等）。 非密封固体电解质钽电容器采用粉末环氧树脂封装（如CA42）。 片式钽电容器为固体电解质非密封结构,用树脂模压封装(如CA45)。 非固体电解质钽电容器采用银或钽外壳封装，壳内灌注的电解液(电解质）其主要成分为硫酸，作为电容器的阴极，外壳仅起
12、阴极引出作用（如CA30、CA35、CA38等）。,6）老化 修补氧化膜，使电容器的性能趋于稳定； 剔除早期失效产品，提高电容器的可靠性 。 钽电容器均需经100%高温电老化： CA、CA-8、CA30、CA35 型钽电容器的 老化条件为1.2UR/85/16h CA42型钽电容器的老化条件为1.2UR/85/ 8h,7）电性能测试 电容器经100%电性能测试： 漏电流按额定电压、在正常大气条件下测量。 因漏电流测试仪的充电电流较小（200mA） 对于容值较大的电容器(尤为液钽)，漏电流需经缓慢下降才能达稳定值 ，我司工艺规定1min读数。 电容量、损耗角正切测试频率为100Hz，测试仪设置为
13、串联模式。,钽电容器现行标准：,钽电容器的失效分析,1）固体钽电容器的失效机理 钽电容器虽有性能优、寿命长、可靠性高的特点，但其仍符合电子元器件的失效普遍规律，即浴盆形失效率曲线。其前期失效可在老化过程中剔除，而固体钽电容器没有电解液干涸遭致失效的可能，因此后续只有随机失效的可能。综合说来 大致有三种模式：电流型、电压型、发热型。 a) 电流型失效，常见于电容器的漏电流异常增大，表明其氧化膜上的缺陷部分恶化，引起介质的漏导增大，最后导致介质短路。如在充放电频繁的电路中，可能的情况下应串联保护电阻。当电压一定时，串联电阻越大即/V值越大，失效率显著减小。美军标MIL-C-39003/6中规定，在
14、85条件下，可串联3电阻，并耐1A电流冲击。,b) 电压型失效，是指使用过程中出现异常导致工作电压或浪涌电压突然过高，结果引起电容器内部局部闪火，最终导致介质击穿。 另外，电容器长期经受较高工作电压，而氧化膜中不可避免地存在着杂质或其它缺陷，当这些部位的场强较高，电流密度较大，导致局部高温点出现，从而留下诱发热致晶化的隐患。在金属氧化物界面，由于金属杂质的存在，也有诱发场致晶化的可能。随着施加电压的增加（即场强提高）和环境温度的提高（缺陷部位温度升高），电容器的失效率也增加。 为延长电容器的使用寿命和提高其可靠性，经常采取降压使用，通常实际使用电压不超过电容器额定电压的70%。 c) 发热型失
15、效，是产品的损耗太大，导致产品发热，热量累积，诱发热致晶化。,2）液体钽电容器的失效机理 a) 反向电压 银外壳的液体钽电容器(CA30、CA35)不能施加反向电压。反向电压会使银外壳上的铂黑剥离，并使银迁移至阳极，沉积在氧化膜上，即使很低的反向电压和较低电流密度也能获得枝蔓似的银沉积。大部分的反向电流可在氧化膜的杂质和缺陷处通过，而阳极表面沉积的银将构成导电通道,从而增加漏电流，进而使介质被击穿致产品失效。 钽外壳的液体钽电容器（CA38）可承受3V反向电压。因钽外壳表面能形成一层很薄的氧化膜，当电容器被施加反向电压时，钽外壳上的氧化膜处于正向偏压状态，因此仍可保证产品有较小的漏电流。但更高
16、的反向电压仍会将全钽液体钽电容器击穿。,b) 过电压 对液体钽电容器而言，少量的过电压仅使其漏电流增大，但当电容器上施加的电压超过其形成电压（额定工作电压的1.41.5倍）后，产品的漏电流会急剧上升，引起介质表面局部发热；如出现闪火，内部发热和负极上释放的氢气会使电容器内压增加，致使密封失效甚至发生爆裂。 如果液体钽电容器长期在高温和高压下工作，阳极氧化膜易出现场致晶化，产品漏电流急增，直至击穿。 c) 纹波电流 纹波电流亦能使银离子向阳极迁移和沉积。特别使低频纹波，银离子迁移更为明显。 d) 环境温度 液体钽电容器的使用温度下限为-55，如果温度更低，工作电解液会冻结，使产品开路。而长期在高温下工作，液钽内的水份会透过聚四氟乙烯密封件向外扩
