“鉭電容器的可靠性和關鍵應用”學習小結
（內容供參考，以英文原文的內容為準）
（鉭電容器本來是一種穩定性、可靠性很高的電容器，它剛開始所以主要應用在軍工產品上，除了它的價格比較貴以外，更重要的原因是它的可靠性。但是，我們生產的鉭電容器，主要是片式鉭電容器，總有上機以后發生爆炸燒毀等惡性質量事故出現。使用在電源濾波或去耦等低阻抗電路中，容易發生此類故障，這是客觀原因。但是，產品的內在原因在哪里？如何預防？這是需要我們認真思考和努力解決的重大問題，因為這個問題，像AVX和KEMET這樣的公司已經基本解決了。我們要進行大批量生產，要進入更多、更大的客戶，必須要及早解決這個問題，否則，產品沒有市場，公司也就沒有出路。解決這個問題非常迫切，很有必要參考同行的經驗，為此，再次推薦KEMET的這篇技術文章。
本文是對KEMET技術文章“鉭電容器的可靠性和關鍵應用”翻譯的總結摘要，這篇技術文章主要討論了鉭電容器可靠性的關鍵技術問題
——提高鉭電容器介質Ta2O5的穩定性、可靠性。
文章首先提出了使Ta2O5介質惡化的兩個主要原因，這為以后討論改善Ta2O5介質的可靠性提供了理論基礎。
文章接著對鉭電容器關鍵應用的兩個方面——提高使用溫度和提高使用電壓，對Ta2O5介質的負面影響提出了看法。
隨后，文章對改善Ta2O5介質——提高鉭電容器的可靠性提出幾項措施。
文章還介紹了聚合物陰極鉭電容器的優點。
最后，文章提出了對鉭電容器進行篩選的必要性和篩選的項目——加速老化、浪涌測試和再流焊試驗）
1、體積小、容量大；
2、對電壓和溫度的高穩定性；
3、長期穩定性（高可靠性）。
1、鉭電容器的關鍵成分Ta2O5介質固有的受熱應力會不穩定；
2、使用電壓低，抗浪涌電壓和浪涌電流能力差。
3、ESR相對較大。
三、提高鉭電容器的可靠性關鍵是提高Ta2O5介質的可靠性
1、Ta2O5介質的不穩定性原因：
1）Ta2O5和Ta依照Ta-O均衡模式圖，形成非-均衡對相。氧從Ta2O5介質遷移到Ta陽極，成為一種緩和熱力學穩定狀態方式，發生在Ta./ Ta2O5界面的鄰近區域。這種過程導致Ta2O5薄膜層中氧空缺的積聚，因此，造成介質的退化。
2）
鉭電容器中Ta
2O
5熱應力不穩定的第二個原因是它的非結晶的結構。伴隨無非結晶結構的電子陷阱，減少了強電場中電子的活動性，因此，防止介質擊穿。另一方面，非結晶的介質本能地傾向排序和結晶化，以減少它們內在的能量。當在薄膜非結晶的矩陣內生長晶體物時，由于非結晶體和結晶體相之間體積的差異，它們之間會產生機械應力。最后，這種應力導致介質的分裂，這是鉭電容器惡性故障的主要原因。
解決以上鉭電容器可靠性和Ta2O5介質的熱應力不穩定性之間矛盾的方法是：
1）減少氧的遷移比率，通過來自陰極的氧補償介質中的氧空缺；
2）抑制結晶化過程。
四、鉭電容器的關鍵應用——提高溫度和提高電壓
1、提高溫度對Ta2O5介質層的危害
溫度增加以指數方式加速了Ta2O5介質層中氧的遷移和結晶化過程。
在非固體鉭電容器中，為了解決這些問題，對高溫鉭電容器已經開發了專門的技術。這種技術集中解決Ta2O5介質、它與陽極和電解液界面的穩定問題，包括改善陽
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極制造工藝、以及介質的形成和熱處理。用這種技術制造的電容器成功地通過了200℃壽命測試，電氣參數沒有任何值得注意的變化。
2、提高電壓對Ta2O5介質層的危害
高壓鉭電容器的主要問題是在這些電容器中的非結晶介質是非常容易變成結晶化。高壓鉭電容器的技術改善集中在非結晶介質的抑制結晶化上。結晶化開始于非結晶Ta2O5相的小核酸酶，在作賦能處理時，在Ta2O5膜內部的鉭陽極的表面形成。這些結晶化核酸酶的大小和密度與在鉭陽極中的雜質——例如鐵、碳和氧——的濃度成正比。陽極表面的機械傷害也引起結晶化過程。
五、如何改善：
1、改善陽極制造技術。
使它們在成型和燒結過程中鉭陽極的污染和傷害減到最小。特別要注意減少陽極中來自有機粘結料中碳的含量、陽極中氧的含量和自然表面氧化物。
2、燒結后陽極鈍化。
使自然表面氧化物的厚度減到最小。燒結后鉭陽極高純度表面導致Ta2O5薄膜非結晶矩陣中的初始晶體的體積和濃度變小。
3、賦能后陽極的熱處理。
它破壞陽極表面的初始晶體，因此中斷它們進一步生長。
4、控制賦能電壓。
賦能時，CV起初隨賦能電壓而增加，到一定電壓后隨電壓而減少，其形狀類似拋物線，在CV滾動下降電壓范圍內進行陽極賦能，可以對鉭電容器的可靠性產生不良影響。這是因為電流密度增加部分地侵蝕鉭粉顆粒之間的“頸”和非常細的毛孔，造成局部溫度增加，因此刺激Ta2O5介質膜，非結晶矩陣局部結晶化。
5、改善燒結工藝
在傳統的燒結工藝中，這兩個結構要素——鉭粉顆粒之間的頸和小孔，是互相
矛盾的。比較高的壓制密度和燒結溫度導致更好的厚的頸，但是由于陽極的收縮，小孔變小了。反之，降低壓制密度和燒結溫度，導致更大的孔，但是燒結顆粒之間的頸變薄了。
這種矛盾可以通過結合去氧燒結（所謂的Y-燒結）來解決，當在低溫進行表面擴散時，使頸隨著小孔儲存的增加同時生長。用這種形態試驗的陽極證明有更穩定的CV，因此，比起用傳統燒結控制陽極，有更高的儲存能量。預期可以在使鉭陽極的一致上進一步改善這種工藝，包括使用鉭薄片和細絲。
六、新的篩選技術
1、為什么要篩選
1）因為，即使使用最高純度的原材料、先進的技術和最精密復雜的機器，不能保證所有的成品電容器有理想的、無瑕疵的Ta2O5介質。由于偶然的污染或來自機械故障或人為因素，有些成品電容器在它們的Ta2O5介質上有缺陷。
2）在介質上隱藏的缺陷，在生產線老化過程中又沒有被修復，在最終的電氣測試中未被發現，在現場應用中可能日益惡化，并引起電容器發生故障。那就是為什么在鉭電容器制造過程中要通過篩選來展示介質中隱藏的缺陷，篩選出不可靠的產品。
3）當強化試驗時，可以使一般電容器的性能和可靠性惡化，在測試中可以發現。
這就是為什么開發出專門的篩選技術，將在介質中隱藏缺陷的不可靠的電容器篩選出來，而不損害一般電容器。這種技術也可以篩選特殊用途、甚至不允許有最小故障率可能性的、最可靠“宇宙空間質量”的電容器。
2、如何篩選
1）加速老化（老化對產品質量和可靠性的重要作用是不言而喻的，我們對此重視不夠，從我們對CA42產品老化工序的管理上得到反應。產品的漏電流不穩定和到客戶處爆炸燒毀問題的增加，是否與此有一定關系。CA45是否也應該特別
注意老化工序的管理。）
2）浪涌測試（據我從資料上了解，為提高可靠性，KEMET和AVX對許多系列的鉭電容器都進行100%的浪涌測試，特別是對高可靠性的產品一定進行100%的浪涌測試。從AVX的資料看，他們的產品在未進行浪涌測試前，產品的浪涌故障是千分之幾，而我們產品過去幾年是百分之幾，也就是說我們產品的可靠性本來就比AVX的至少差一個數量級。AVX尚且對他們的產品進行浪涌測試，如果我們的產品要進入重要的大客戶，更沒有理由不對產品進行浪涌測試。）
3）回流焊試驗（鉭電容器的Ta2O5介質除了容易因浪涌電壓或浪涌電流這樣的電應力而損壞、擊穿、燒毀外，也容易因熱應力而發生同樣的故障——這在上面的故障原因分析中已經說得很清楚，也被實踐中的事實所證明——產品經過客戶高溫焊接后，故障增加。因此，為了剔除具有這樣隱患的產品，AVX、KEMET毫無例外地對產品進行100%的再流焊試驗——模擬客戶的焊接工藝條件，試驗后再對產品進行100%的電氣參數測試。——這恐怕是避免產品到客戶中因焊接而發生質量問題的有效辦法——到目前為止是可以看到的唯一辦法。）
電源中的濾波電容器和電子電路中的去耦電容器，是鉭電容器一個很大的應用領域——或稱主要領域。我們的產品，原來由于可靠性不高，前幾年在這類應用中頻頻發生爆炸燒毀惡性質量事故，丟掉了許多客戶。我們是否也可以像AVX和KEMET公司那樣，從前工序、老化、浪涌測試、回流焊試驗上做些功夫，也開發出高可靠的鉭電容器呢？否則，我們產品的市場就將被大大壓縮。
