AVX贴片钽电容

本文旨在使设计工程师了解反向电压操作对钽电容器化学结构和寿命可靠性的影响。 

它还旨在向电路设计工程师展示如何预测钽电容器承受负电压的电路的使用寿命。

固体钽电容的反向电压行为

1.引言

固态钽电容器是极性器件，具有阳极端子和阴极端子。 这些端子之间的电压仅应施加到阳极的正极，而施加到阴极的负极，否则电容器将被损坏，从而导致故障。 所有钽电容器制造商都建议不要在电容器端子[1、2、3]之间放置连续的反向电压。 在几乎所有电路中，工作期间都可能发生负瞬变。 电容器也可能被错误地插入电路或连接到一块设备可能会存在反向电压的情况。 因此，重要的是，设计工程师必须了解可能的后果和故障机理，以及将故障风险降至zuidi的方法。

2.最大允许反向电压准则

钽电容器制造商规定的直流反向电压的允许电平变化很大。 例如，一个制造商没有给出任何指导，只是建议不要在可能会在端子两端施加反向电压的电路中使用钽电容器，而另一家制造商则表示允许使用最高额定电压的10％[。 

最常见的反向电压准则是：

在25°C时为额定电压的10％至最大1伏

在85°C时为额定电压的3％至最大0.5V

在125°C时为额定电压的1％至最大0.1V

这些准则适用于短期，不建议用于确定可使用电容器的最大反向电压。

3.失效机理的描述

钽电容器中的电介质材料是一层非晶态的五氧化二钽，它通过电解在钽粉（阳极）的表面上生长。 每个电容器额定电压的这一层厚度约为60埃（6纳米）。 然后将半导电二氧化锰的阴极层放在介电表面上。

在零件的正常正向电压操作期间，通过从相邻的二氧化锰阴极材料中获取所需的氧气，钽金属的裸露区域可能会被重新氧化或“修复”为非晶态电介质。
这减少了故障部位的泄漏电流。 在反向偏压下，此机制将不起作用，因为带负电荷的氧物质的移动方向与修复机制所需的方向相反。除此机理外，从半导体二氧化锰（MnO2）中除去氧还可以将其局部转化为电阻更高的“较低氧化物”，例如Mn2O3，Mn3O4或MnO。 这进一步隔离了故障，使其不影响总的器件泄漏电流。 这些机制被称为“自我修复”或“修复”，有助于钽电容器在正常工作期间具有很高的可靠性。随着器件工作温度的升高，需要降低额定电压，以避免电介质两端产生过大的电压应力。

在反向电压下，AVX内的实验证据表明，反向泄漏电流的一部分在非常小的微裂纹区域或介电层中的其他缺陷中流动。 尽管电流可能只有几微安，但它代表了很高的局部电流密度，可能会引起微小的热点。

这可能会导致非晶态五氧化二钽转化为更具导电性的晶体形式。 当有大电流可用时，这种效应会雪崩，器件可能会完全短路。

与正向一样，该热量也足以将一小部分的二氧化锰分解成高电阻的“低级氧化物”，因此即使反向加热也可能会发现一定程度的“自愈”。 这取决于缺陷的大小和可用电流。

从理论上讲，这些机制也会导致电容值减小，但实际上，与总介电面积相比，所涉及的面积非常小，因此无法测量变化。