一、钽电容简介和基本结构

固体钽电容是将钽粉压制成型,在高温炉中烧结成阳极体,其电介质是将阳极体放入酸中赋能,形成多孔性非晶型Ta2O5介质膜,其工作电解质为硝酸锰溶液经高温分解形成MnO2 ,通过石墨层作为引出连接用。

钽电容性能优越，能够实现较大容量的同时可以使体积相对较小，易于加工成小型和片状元件，适宜目前电子器件装配自动化，小型化发展，得到了广泛的应用，钽电容的主要特点有寿命长，耐高温，准确度高，但耐电压和电流能力相对较弱，一般应用于电路大容量滤波部分。

2.1.基本结构

下图为MnO2为负极的钽电容

下图为聚合物（Polymer）为负极的钽电容

 

二、生产工艺

按照电解液的形态，钽电解电容有液体和固体钽电解电容之分，液体钽电解用量已经很少，本文仅介绍固体钽电解的生产工艺。

固体钽电解电容其介质材料是五氧化二钽；阳极是烧结形成的金属钽块，由钽丝引出，传统的负极是固态MnO2，目前最新的是采用聚合物作为负极材料，性能优于MnO2。

钽电解电容有引线式和贴片两种安装方式，其制造工艺大致相同，现在以片钽生产工艺为例介绍如下。

1、生产工艺流程图

成型→烧结→试容检验→组架→赋能→涂四氟→被膜→石墨银浆→上片点胶固化→点焊→模压固化→切筋→喷砂→电镀→打标志→切边→漏电预测→老化→测试→检验→编带→入库 

 

2、主要生产工序说明

2.1 成型工序：

该工序目的是将钽粉与钽丝模压在一起并具有一定的形状，在成型过程中要给钽粉中加入一定比例的粘接剂。

a）什么要加粘接剂？

为了改善钽粉的流动性和成型性，避免粉重误差太大，另外避免钽粉堵塞模腔。低比容粉流动性好可适当多加点粘接剂，高比容粉流动性差可适当少加点粘接剂。

b）加了太多或太少有什么影响？

如果太多：脱樟时，樟脑大量挥发，易导致钽坯开裂、断裂，瘦小的钽坯易导致弯曲。如果太少：起不到改善钽粉流动性的作用。拌好后的钽粉如果使用时间较长，因为樟脑是易挥发物品，可适量再加入一点粘和剂。樟脑的加入会导致钽粉中杂质含量增加，影响漏电。每天使用完毕，需将钽粉装入聚四氟乙烯瓶或真空袋内密封保存，以防樟脑挥发、钽粉中混入杂质、钽粉中吸附空气中的气体。

c）3、成型后不进行脱樟，可否直接放入烧结炉内进行烧结？

不行，因为樟脑是低温挥发物，如果直接放入烧结炉内进行烧结，挥发物会冷凝在炉膛、机械泵、扩散泵等排出管道内。

d）丝埋入深度太浅会有什么影响？

钽丝易拔出，或者钽丝易松动，后道工序在钽丝受到引力后，易导致钽丝跟部漏电流大。所以强调钽丝起码要埋入三分之二的钽坯高度以上，在成型时经常要检查。

e）粉重误差太大分有什么影响？

粉重误码差太大，导致容量严重分散，K（±10%）档的命中率会很低。成型时经常要称取粉重，误差要合格范围内（±3%）。如果有轻有重都是偏重或都是偏轻，可调整赋能电压或烧结温度。如果有轻有重，超过误差范围，要调整成型机，并将已压钽坯隔离，作好标识，单独放一个坩埚烧结。

f）密要均匀

不能有上松下紧，或下紧上松的现象。否则会导致松的地方耐压降低。钽坯高度要在允许差范围内，详细见工艺文件。

g）成型注意事项：

（1）粉重

（2）压密

（3）高度

（4）钽丝埋入深度

（5）换粉时一定要将原来的粉彻底从机器内清理干净。

（6）不能徒手接触钽粉、钽坯，谨防钽粉、钽坯受到污染。杜绝在可能有钽粉的部位加油。

（7）成型后的钽坯要放在干燥器皿内密封保存，并要尽快烧结，一般不超过24小时。

（8）每个坩埚要有伴同小卡，写明操作者、日期、规格、粉重等情况，此卡跟随工单一起流转，要在赋能后把数据记在工单上才能扔掉，以防在烧结、赋能、被膜出了质量问题可以倒追溯。

2.2烧结工序

a）烧结：在高温高真空条件下将钽坯烧成具有一定机械强度的高纯钽块。

b）目的：一是提纯，二是增加机械强度。

c）烧结温度对钽粉比容有什么影响？

随着烧结温度的提高,比容是越来越小,并不完全呈直线状。

因为随着温度的提高,钽粉颗粒之间收缩得越来越紧密,以至于有些孔径被烧死、堵塞，钽块是由多孔状的钽粉颗粒组成的，随着温度的提高，颗粒的比表面积越来越小，这样就导致钽粉的比容缩小。

d）烧结温度对钽粉的击穿电压有什么影响？

   

烧结温度越高，杂质去除得越干净，所以击穿电压随着烧结温度的提高而提高，并不是完全呈直线状。

e）烧结温度太高太低，对电性能有什么影响？

烧结温度太低一方面钽块的强度不够，钽丝与钽块结合不牢，钽丝易拔出，或者在后道加工时，钽丝跟部受到引力作用，导致跟部氧化膜受到损伤，出现漏电流大。烧结温度太高，比容与设计的比容相差甚多，达不到预期的容量，温度高对漏电流有好处，温度太高会导致有效孔径缩小，被膜硝酸锰渗透不到细微孔径中，导致补膜不透，损耗增加。

f）如果烧结后，试容出来容量小了怎么办？

(1) 算一下如果容量控制在-5%-----10%左右,计算出的赋能电压能否达到最低赋能电压..

 

额定 电压	6.3	10	16	25	35	40	50
最低赋 能电压	18	30	50	80	110	140	170

 

(2) 如不行,只能改规格,如16V10UF，可改16V6.8UF,只要提高赋能电压,但是要看提高后的赋能电压是否会达到它的闪火电压,如果接近的话,那就会很危险.也可以改25V6.8UF,但是计算出的赋能电压要达到所改规格的最低赋能电压。

g）如果烧结后，试容出来容量大了怎么办？  

算一下如果容量控制在+5%-----+10%,计算出的赋能电压是否接近闪火电压？如果接近就不能流入后道；

如接近闪火电压，可改规格，如16V10U，可改16V15U，10V15U，但是计算出的赋能电压不能低于最低赋能电压，不能往高电压改规格。

实在不行只能返烧结，返烧结时要根据比容控制烧结温度。

h）高温时真空度不好，怎么处理？

高温时真空度如果突然不好，说明炉膛已漏气。应立即降温。因为氧气进入炉膛后，钽块、钽丝、坩埚隔热层、隔热罩都是钽制品，会跟氧发生氧化，出现发脆。

i）空烧

正常烧结一个月，需进行一次空烧，空烧温度应高于正常烧结温度100度以上；如果一直是烧的低温，突然要烧高温，应先进行空烧。

因为低温杂质吸附在炉膛和坩埚上，如果不空烧，突然烧高温，低温杂质会挥发到钽块上去，造成钽块漏电流大（有一批35V106 335 225估计就是因为空烧，装炉量太大，压制密度偏小所致）。

2.3 组架

a) 尺寸

钽块上端面到钢钢条边缘的距离5.0±0.2mm，如果偏差太大，会导致钽块上端面涂上硅胶或钽丝。

b) 注意要垂直。

c) 注意直径小于Φ2.0，放60条，大于Φ2.5，放行30条

d)在拌同小卡上作好记录，每个架子都应该附有小卡，将成型、将成型、烧结的数据搬到小卡上，并在小卡上标注试容后的电压。随架子流传。

e)烧结不同层次的，虽然电压一样，最好不要放在一个钢架上，以防容量整条整条分散

f)钢架钢片一定要使用清洗后的，不要让钢架钢片受到太大的力，以防变形弯曲。

      

2.4  赋能工序

a)赋能：通过电化学反应，制得五氧化二钽氧化膜，作为钽电容器的介质。

b)氧化膜厚度：电压越高，氧化膜的厚度越厚，所以提高赋能电压，氧化膜的厚度增加，容量就下降

c)氧化膜的颜色：不同的形成电压干涉出的氧化膜的颜色也不同，随着电压的升高，颜色呈周期性化。

d)形成电压：经验公式（该公式只能在小范围内提高电压，如果电压提高的幅度很大，就不是很准确，要加保险系数）。

C1.V1=C2.V2

V2=C1.V1/C2

C1------第一次容量平均值;

V1------第一次形成电压(恒压电压);

C2------要示的容量C2=K CR

(K 根据后道的容量收缩情况而定,可适时修改，一般情况下，容量小，后道容量损失较小，容量大，后道容量损失就大，低比容粉，容量损失较小，比容越高，后道容量损失就越大。通常，CR≤1UF，K=1.0；CR>1UF,K=1.04)

例如：35V105，中间抽测容量为1.08 、1.05 、 1.12 、 1.09 、 1.10 ，形成电压为95V，问需要提高几伏电压才能达到需求的容量?

先求出中间抽测容量的平均值C1=1.09,V1=95

V2=1.09X95/1.0=103.5(V),需提高9V

注意：  提高电压后，需恒压一小时，才可结束赋能。

e) 形成液温度：T1.V1=T2.V2

T1：第一次恒压温度；

V1：第一次恒压电压；

T2：第二次恒压温度；

 V2：第二次恒压温度；

V2：T1.V1/T2   

注意公式中的温度K是绝对温度，需将摄氏温度加上273；

例如：第一次恒压温度为75度，恒压电压为90V，如果形成液的温度提高到85度，问形成电压要降低几伏？

V2=90×（75+273）/（85+273）=87.5V，需降低3V。

该公式不常用。但能指导为何温度低容量会变大。

形成温度越高，氧化膜质量越好。但是温度太高，水分挥发厉害，就要不停地加水，并且易导致形成液电导率不稳定。一般磷酸稀水溶液的恒压温度控制在70-90℃之间，经过大量的实践证明，如果恒压温度低于70℃，导致氧化膜质量严重不稳定，湿测漏电超差，如果形成液选用乙二醇系列，恒压温度可适当提高。

f）  电流密度：

低比容粉由于它的比表面积小，需要的升压电流密度就小，比容越高，比表面积就越大，需要的升压电流密度就大，一般C级粉，升压电流密度为10毫安/克，B级粉，升压电流密度为20毫安/克，高比容粉35-60毫安/克，视比容高低而定，详见工艺文件。

g）形成液：

电导率高，氧化效果好，但是形成液的闪火电压低；电导率低，氧化效果差，但是形成液的闪火电压高，阳极块不容易晶化、击穿。目前的磷酸稀水溶液只能适合形成电压200V以下，如果要形成200V以上的产品，应改用乙二醇稀水溶液，该溶液闪火电压高，抑制晶化能力强，但是乙二醇不容易煮洗干净，被膜损耗要微增加。一般情况下，CA42形成电压不会超过200V，只要用磷酸稀水溶液就可以了。

h）恒压时间：钽块越小，恒压时间越短，钽块越大，恒压时间越长，详见工艺文件。原则：结束电流要很小，基本上稳定不再下降为止，具体数值要看平时积累数据。

2.5、被膜

a) 被膜：通过多次浸渍硝酸锰，分解制得二氧化锰的过程。

b)目的：通过高温热分解硝酸锰制得一层致密的二氧化锰层，作为钽电容器的阴极。

c)分解温度：分解温度要适中，一般取200-270℃（指实际的分解温度），在这个温度下制得的二氧化锰的晶形结构是β型的，它的电导率最大。如果分解温度过高（大于300℃）或过低生成的是a型的二氧化锰或三氧化锰，它们的电阻率很大，导电性能没有β型的好，电阻率大，就是接触电阻大，在电性能上就反映损耗大。

d)分解时间：产品刚进入分解炉时，能看到有一股浓烟冒出，那是硝酸锰剧烈反应生成的二氧化氮气体，过了2-3分钟，基本上看不到有烟雾冒出，说明反应已基本结束。分解时间过过短，反应还没有完全结束，补形成时会有锰离子溶出，这时补形成电流会很大，遇到这种情况，应立即关闭电源，重新分解一次，并将补形成液换掉；如果分解时间过长，会对氧化膜造成破坏，同样也会造成漏电流大。分解时间要灵活掌握，小产品时间短，大产品时间长，如果分解温度很高，要适当缩短分解时间，如果分解温度很低，要适当延长分解时间。

e)  硝酸锰浓度：

被膜时先做稀液，目的是稀硝酸锰容易渗透至钽粉颗粒的细微孔隙中，让里面被透，如果被不透，阴极面积缩小，被膜容量和赋能容量就会相差很多，这种情况也会反映在损耗上，损耗大。要求在做浓液之前，可解剖一个钽芯观察里面有无被透，如果没有被透，要增加一次稀液，低比容粉颗粒大，硝酸锰容易渗入，高比容粉颗粒小，不太容易渗入，小钽芯稀液次数少，大钽芯稀液次数要适当增加。

做浓液、强化液是为了增加二氧化锰膜层厚度，如果膜层没有一定的厚度，加电压时，在上下端面轮廓处等到地方容易产生类端放电，该处的氧化膜造成击穿，所以做强化液的时候，尽量要避免上小下大，或上大下小，膜层厚度要均匀。稀酸锰的酸度很重要，它会直接影响到硝酸锰的渗透性和分解质量，一般每做时要用试纸测试，达不到工艺要求，要加硝酸调配。滴入硝酸后要搅拌均匀。稀硝酸锰一个星期换一次，浓硝酸锰一个月换一次（也视产量和硝酸锰清洁程度）。

f)  中间形成液：

纯水修补的效果要差一点，它的导电离子很少，但是它的电阻大，对产品起到保护作用，钽芯不容易被击穿、烧焦，并且用它做补形成液，形成后没有残留物，不会造成损耗大。冰乙酸稀水溶液（0.04%）,形成效果较好,形成后没有残留物,不会造成损耗大,但是它的闪火电压低,只适合做6.3V 10V 16V 的产品,冰乙酸很容易挥发,造成电导率不太稳定,所以用的话,要经常测电导率。磷酸稀水溶液(0.01%),形成效果好,闪为电压较高,可适合做25V 35V的产品，但是形成后有磷酸根离子残留在钽芯内，造成损耗要增加0.5左右.乙二醇溶液,形成效果不是很好,闪火电压很高，形成后不会造成损耗大，适合做40V50V的大规格产品，该形成液成本很高，并且有毒，不宜多用，用后的形成液不要倒掉，可重复使用，但是用前要测试电导率在合格范围内，一般CA42用不到该形成液。

i)  发现问题的应急措施：

（1）如果浸了强化液烘干后，还没有做最后的稀液、浓液，出来发现外观不符合要求，此时的强化层是很轻松的，只要将其浸泡在去离子水中，强化层会自动脱落。取出分解补形成后，可继续往下做。

（2）如果强化后，已经做了稀液或浓液，发现漏电大，非要处理不可，可采用10毫升冰乙酸+30毫升双氧水+1000毫升去离子水浸泡12小时以上，此种处理方法对氧化膜的损伤较小，取出冲洗干净，再煮洗，赋能恒压2小时，顺序流人后道各工序。

j)被膜最难掌握的是被膜炉的分解气氛（温度、风速、氧含量、蒸汽大小），另外进气孔、出气孔、回流孔及下面的分流板的调整也非常关键。现在只能通过试验来确认调整到较合适的位置。要保证有好的损耗更要保证有好的漏电流。一般氧含量控制在9——12%。

2.6石墨银浆切割

石墨银浆也叫辅助阴极，起到二氧化锰与焊锡连接的桥梁作用。原瓶石墨浓度在10%左右，实际使用时调制到4 . 5%左右为宜,如果太稀的话,因为石墨的渗透性很好，很容易往上爬，爬到上端面如果与钽丝接触,就会造成短路、漏电流大等情况，这种情况在当时还检测不出来，在点焊后钽丝跟部受力，点焊检测漏电流时合格率就相当低，老化时击穿非常严重。如果石墨太浓，石墨层和二氧化锰在做猛石墨时易分层，在后道包封、固化受到热引力作用，石墨层和二氧化锰层之间产生层间剥离，造成损耗增加。

要注意石墨的PH值必须大于9。

银浆也是同样的道理，太稀的话，浸渍的时候很好浸，但是在浸焊的时候，银层很容易被焊锡吞蚀掉，如果过浓，银层和石墨的接触不是太好，易造成接触电阻大，并且浸渍时产生拉丝。有采用浸两次银浆的厂家银浆和石墨使用前一定要按工艺要求滚匀。

切割的质量往往被人们忽略。刀口的锋利程度、间隙、冲下来时的速度都会对漏电有影响。我们有因为切割质量不好导致10%的漏电大的试验结果。

2.7 点焊

焊点离根部越远越好，这样对根部氧化膜的破坏就越小。点焊位置、手势要正确，点焊浸焊的位置决定与包封后的外观关系很大。

点焊后抽测漏电流合格率的信息很重要，作为工艺技术员一定要去经常关心检测信息，如果发现不正，一定要追查原因，不然后面的质量无法控制，虽然该批产品已无法挽回了，但是，被膜流过的一段时间内会出现同样的问题。

经常有可能出现的问题：

a）钽丝切割太短？焊点太靠近根部？点焊电压开得太高，钽丝过融了？

b）是否钽丝脏？是硅胶没涂好？上端面有硅胶？上端面强化层太薄？组架尺寸不符合要求？钢片变形？模具磨损？

c）石墨爬到端面上去了？强化层疏散导致石墨很容易往上爬？

d）切刀有问题？

问题要一查到底，只有查清了问题，才能制定纠正和预防措施。

2.8  浸焊    

温度控制在210℃（+10/-5℃）为宜：温度低，粘锡厚，底部有锡尖；温度高，粘锡少，温度太高，银层易被焊锡吞噬掉，时间控制在2秒左右，时间太长，银层易剥离。最好一次浸焊能成功，如果反复浸的话，银层、石墨都有可能剥离。

负极脚紧靠钽芯，不能短路或开路。负极起码达到钽芯的1/2以上，但不能伸出钽芯底部，不然包封后易外观废品。

控制助焊剂浓度，浓度太稀，上锡太慢，浓度浓，上锡快，但粘锡厚，容易导致石墨和二氧化锰层之间脱离。

2.9  老化

老化的目的是修补氧化膜和剔除早期失效产品。老化电源串联电阻的大小与老化的效果关系很大。如过大，达不到剔除早期失效产品的目的。如过小修补氧化膜的效果达不到，因产品上稍有次点就被击穿。老化后产品要放电24小时后再测量，否则会导致漏电测试不准。

2.10  电容器的三参数及测试方法

容量：注意频率是100HZ.

损耗：注意频率是100HZ。

漏电流：IL判定标准为0.02CU（C为标称容量,U为测试电压）.

2.11  几个专业词语解释：                      

成型后的为钽坯---------烧结后的称为钽块--------赋能后的称为阳极块-------石墨银浆后的称为钽芯-------点焊浸焊后的称为芯组--------包封后的称为电容器

品的质量将不能满足用户的基本要求。这样的产品因为抗浪涌能力较差,因此,使用在存在大的脉冲电流的电路将非常容易出现击穿现象. 

三、参数和选型钽电容器的漏电流和工作温度之间的关系

钽电容器的漏电流会随使用温度的增加而增加,此曲线称作漏电流温度曲线.但不同厂家生产的相同规格的产品，常常由于生产工艺和使用的原材料及设备精度不同而高温漏电流变化存在非常大的差别.高温漏电流变化大的产品在高温状态会由于自己产生的热量的不断累积而最终出现击穿现象.高温漏电流变化小的产品在高温下长时间工作，产品的稳定性和可靠性将较高.因此高温时产品漏电流变化率的大小可以决定钽电容器的可靠性. 对于片式钽电容器,高温性能高低对可靠性有决定性的影响.

 

3.1  漏电流VS温度：

3.2 漏电流VS电压：

漏电流的测试一般是在20℃时施加额定电压进行测试，在测量电路中与电容串接一1000 OHM保护电阻，充电一到五分钟(KEMET、VISHAY、AVX为两分钟、SANYO为五分钟)，然后测出漏电流。

 3.3耗散因子(DF值)

耗散因子是决定电容内部功率耗散的一个物理量，越小越好，一般DF值随频率增加而增加。

损耗大小对产品使用影响及可靠性影响说明：损耗（DF值）是表征钽电容器本身电阻能够造成的无效功耗比例的一个参数，损耗较小的产品ESR也将较小。但损耗大小的微小差别不会对使用造成明显影响，对工作状态的产品的可靠性影响与容量偏差的影响相比较大，但与产品漏电流大小和ESR大小对使用时的可靠性的影响相比仍然较小（漏电流大小和ESR大小影响> 损耗大小影响 > 容量偏差的影响），滤波时如果产品的损耗较大，滤波效果差一些。同时，损耗较大的产品的抗浪涌能力也较差。

 

3. 4  阻抗，等效串联阻抗(ESR)&感抗

ESR是决定电容滤波性能的一个重要指标，钽电容的ESR主要是由引脚和内部电极阻抗引起，是电容在高频上表现的一个很重要的参数，一般来讲，同容量，同电压值的钽电容的ESR要低于电解电容，但要高于多层陶瓷电容，ESR随着频率和温度的增加而减少，ESR=DF/WC。在谐振频率以下，电容的阻抗是电容的容抗和ESR的矢量和，在电容产生谐振以后，电容的阻抗是电容的感抗和ESR矢量和。

下图出示了电容的等效组成图：

其中:ESL:描叙的是引脚和内部结构的电感

RL：电容的漏电阻    

Rd：由电介质吸收和内部分子极化引起的介电损耗  

 

ESR与频率特性曲线：

 

电容阻抗Z与频率特性曲线：

在脉冲充放电电路，钽电容器会不断承受峰值功率可能达到几十安培的浪涌电流冲击，而且有时候充放电的频率也可能达到几百甚至几千HZ；在此类电压基本稳定，浪涌电流不断的电路，钽电容器的可靠性不光取决于产品耐压高低及伏安特性和高低温性能，还取决于产品的等效串联电阻ESR的高低，因为ESR值较大的产品在高浪涌时瞬间就会产生更多的热量积累，非常容易导致产品出现击穿。因此，钽电容器ESR值的高低直接可以决定产品的抗直流浪涌能力。

另外; 不同ESR值的产品在存在交流纹波的电路里, 一定时间内产生的热量也与其ESR值高低成比例,ESR越高的产品在一定的时间内产生的热量也越高,因此,不同规格的产品由于阻抗ESR值不一样,具有不同的耐纹波电流能力. ESR低的产品不光在高频使用时容量衰减较少,滤波效果较好而且可以使用在更高频率的电路,同时因为它具有更大的抗浪涌能力,也符合可靠性要求较高的不断通过瞬时大电流的脉冲充放电电路的基本要求.

四、电容失效模式,机理和失效特点

对于钽电容，失效与其他类型的电容一样,也有电参数变化失效、短路失效和开路失效三种。由于钽电容的电性能稳定,且有独特的“自愈”特性,钽电容鲜有参数变化引起的失效，钽电容失效大部分是由于电路降额不足，反向电压，过功耗导致，主要的失效模式是短路。另外,根据钽电容的失效统计数据,钽电容发生开路性失效的情况也极少。因此,钽电容失效主要表现为短路性失效。钽电容短路性失效模式的机理是:固体钽电容的介质Ta2O5由于原材料不纯或工艺中的原因而存在杂质、裂纹、孔洞等疵点或缺陷,钽块在经过高温烧结时已将大部分疵点或缺陷烧毁或蒸发掉,但仍有少量存在。在赋能、老炼等过程中,这些疵点在电压、温度的作用下转化为场致晶化的发源地—晶核;在长期作用下,促使介质膜以较快的速度发发生物理、化学变化,产生应力的积累,到一定时候便引起介质局部的过热击穿。如果介质氧化膜中的缺陷部位较大且集中,一旦在热应力和电应力作用下出现瞬时击穿,则很大的短路电流将使电容迅速过热而失去热平衡,钽电容固有的“自愈”特性已无法修补氧化膜,从而导致钽电容迅速击穿失效。

失效机理主要是由于氧化膜缺陷，钽块与阳极引出线接触产生相对位移，阳极引出钽丝与氧化膜颗粒接触等，大部分钽电容失效是灾难性的，可能发生烧毁，爆炸，在应用过程中需特别注意。

 

4.1、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。

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。

4.2、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微米级。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。

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。

4.3、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。

“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。

 

4.4、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。内阻越低的电路降额幅度就应该越多。

对于降额幅度大小,切不可一概而论. 必须经过精确的可靠性计算来确定降额幅度.

4.5、用电压合适,但峰值输出电流过大。

钽电容器在工作时可以安全承受的最大直流电流冲击I,与产品自身等效串联电阻ESR及额定电压UR存在如下数学关系;

I=UR/1+ESR 

如果一只容量偏低的钽电容器使用在峰值输出电流很大的电路,这只产品就有可能由于电流过载而烧毁.这非常容易理解.

4.6、钽电容器等效串联电阻ESR过高和电路中交流纹波过高导致的失效。

当某只ESR过高的钽电容器使用在存在过高交流纹波的滤波电路,即使是使用电压远低于应该的降额幅度, 有时候,在开机的瞬间仍然会发生突然的击穿现象; 出现此类问题的主要原因是电容器的ESR和电路中的交流纹波大小严重不匹配. 电容器是极性元气件,在通过交流纹波时会发热,而不同壳号大小的产品能够维持热平衡的容许发热量不同.由于不同容量的产品的ESR值相差较高,因此,不同规格的钽电容器能够安全耐受的交流纹波值也相差很大, 因此,如果某电路中存在的交流纹波超过使用的电容器可以安全承受的交流纹波值,产品就会出现热致击穿的现象.同样,如果电路中的交流纹波一定,而选择的钽电容器的实际ESR值过高,产品也会出现相同的现象.

一般来说,在滤波和大功率充放电电路,必须使用ESR值尽可能低的钽电容器.  对于电路中存在的交流纹波过高而导致的电容器失效问题,很多电路设计师都忽略其危害性或认识不够. 只是简单认定电容器质量存在问题. 此现象很多.

4.7、钽电容器漏电流偏大导致实际耐压不够。

此问题的出现一般都由于钽电容器的实际耐压不够造成.当电容器上长时间施加一定场强时,如果其介质层的绝缘电阻偏低,此时产品的实际漏电流将偏大.而漏电流偏大的产品,实际耐压就会下降.

出现此问题的另外一个原因是关于钽电容器的漏电流标准制定的过于宽松,导致有些根本不具备钽电容器生产能力的公司在生产质量低劣的钽电容器. 普通的室温时漏电流就偏大的产品,如果工作在较高的温度下,其漏电流会成指数倍增加,因此其高温下的实际耐压就会大幅度下降. 在使用温度较高时就会非常容易出现击穿现象.

高温时漏电流变化较小是所有电容器生产商努力的最重要目标之一,因此,此指标对可靠性的决定性影响不言而愈.

如果你选择使用的钽电容器的漏电流偏大,实际上它已经是废品,出问题因此成为必然.

4.8、钽电容器使用时的生产过程因素导致的失效。

很多用户往往只注意到钽电容器性能的选择和设计,而对于片式钽电容器安装使用时容易出现的问题视而不见;

举例如下;

A, 不使用自动贴装而使用手工焊接, 产品不加预热,直接使用温度高于300度的电烙铁较长时间加热电容器,导致电容器性能受到过高温度冲击而失效.

B,手工焊接不使用预热台加热,焊接时一出现冷焊和虚焊就反复使用烙铁加热产品.

C,使用的烙铁头温度甚至达到500度. 这样可以焊接很快,但非常容易导致片式元气件失效.

4.9、一致性质量问题

钽电容器实际使用时的可靠性实际上可以通过计算得出来,而我们的很多用户使用时设计余量不够,鲁棒性很差,小批实验通过纯属侥幸,在批生产时出现一致性质量问题. 此时,问题原因往往简单被推到电容器生产商身上,忽略对设计可靠性的查找. 钽电容器使用时的无故障间隔时间MTBF对于很多用户来讲还是一个陌生的概念. 很多使用者对可靠性工程认识肤浅.过于重视实验而忽略数学计算. 导致分电路设计可靠性比整机可靠性低,因此,批量生产时不断出现问题. 不懂得失效是一个概率问题,非简单的个体问题.

实际上钽电容器使用时容易出现的故障原因和现象还很多, 无法在此一一论述.

   

在实际使用中的经验发现，钽电容失效呈现如下特点：

a)容值较大的钽电容比容值较小的钽电容更易失效

b)片状钽电容多发生在固定的部位或固定的电路中。

c)电源滤波的第一个钽电容更容易失效。

d)在ICT,FCT上电瞬间易发生失效。

e)老化过程中钽电容最容易失效。

f)散热较差区域易发生失效。

g)浪涌下易发生失效。

分析钽电容如上特点，无外乎就是容值，温度，浪涌等几个方面引起，所以我们在应用过程中需综合考量各种因素。

 

五.设计，保存，焊接注意事项

由于钽电容失效易起火，爆炸，所以在设计，保存，焊接过程中应注意如下关注点:

5.1.设计注意点

5.1.1.电压

1.电压主要通过电场的形式施加给钽电容使电容局部击穿而失效，用在开关电源中电压至少降额为1/3额定电压值(美军标规定不允许在电源滤波器中中使用固体钽电容），其他使用应降2/3电压，对我司应用建议电压至少降额至50%以下甚至1/3。

2.直流偏压和交流分压峰值之和不能超过额定电压值 。

3.交流负峰值和直流偏压不能超过电容器允许的反向电压。

4.15V以上直流电压滤波不建议采用钽电容，特别在上下电较快的输入口处；低压但上下电较快的场合需要采取缓启动电路或尽量不采用固体钽电容。

5.在应用中尽量不用万用表进行不分极性的电阻量测。

6.当几个钽电容并联使用时候，建议Layout时把小容量电容放在前一级，容量大的放在后 一级。

5.1.2.电流

1.纹波电流通过钽电容ESR产生有功功耗，进而导致电容器自身温度升高，导致热击穿失效，因此需要对通过电容器的纹波电流引起的功率损耗进行限制（钽电容器不应长期使用于交流分量大或纯交流电路中）。

2.钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击（国军标和供应商一般建议串联R＞3Ω/V的电阻以缓解这种冲击，以限制电流在300mA以下；当串联电阻小于3Ω/V时，则应考虑进一步的降额设计，否则产品可靠性将相应降低，如果将电路电阻从3Ω/V 降到≤0.1Ω/V，则失效率提高约10倍），当电容器用于滤波电路时，降额系数至少应为0.5），低阻抗电路应为1/3。

3.固体钽电容一般不耐大的电流冲击，，容易在氧化膜的薄弱区域发热促使氧化膜晶化提早发生，并降低耐压能力，所以为提高使用寿命，电容器应避免发生频繁的充、放电。

5.1.3.热设计&功耗考虑

1.钽电容应尽量远离热源，比如变压器盘，电池下面等。

2.应了解各种壳号的钽电容的功率损耗和降额系数，尽量减少热失效的几率。

 

5.2.组装，焊接&清洗

1.施加在电容工作端的压力不超过4.9N（工作端直径为1.5mm)，时间不超过5S。

2.任何型号的电容器重复焊接不能超过2次。

3.在第一次焊接完成2H后才能进行第二次焊接，且第二次焊接完成后立即进
行清洗

4.无论是手工焊还是再流焊，都应避免使用活性高、酸性强的助焊剂，以免清洗不干净后渗透、腐蚀和扩散，进而影响其可靠性。

5.不得使用高活性溶剂，建议使用异丙醇溶剂进行清洗， 但时间应不超过5分钟。

6.不建议用超声波清洗，如确需要，则建议条件为48KHZ/40度/5分钟，振动输出0.02W/cm3已安装电容器不得与任何清洗器具相接触，也不得用刷子之类的的工具戳洗电容器。

5.3.保存

1.请在常温常湿环境（温度要求在35度以下)下保存。

2.避免日光照射，避免受过大的振动和冲击。

3.电容保存期超过两年需重新进行老化并测试电性参数。

六、钽电解电容器应用指南

选择和使用钽电解电容器需要注意哪些方面

1、选择考虑因素

设计师针对某个特定用途在选择电容器类型时，必须考虑众多因素。选择时，一般优先考虑应用需求的最重要特性，然后选择和协调其他特性。几个最重要因素如下，并给出列为最重要因素的原因。

1.1 温度

温度影响：

A）电容量：介电常数的变化引起、导体面积或间距变化引起

B）漏电流:通过阻抗变化影响

C）高温击穿电压和频率:对发热的影响

D）额定电流:当发热产生影响时

E）电解液从密封处泄漏

1.2 湿度

湿度影响：A）漏电流 B）击穿电压 C）对功率因数或品质因数的影响

1.3 低气压

低气压影响：A）击穿电压 B）电解液从密封处泄漏

1.4 外加电压

外加电压影响：A）漏电流 B）发热及伴随的影响 C）介质击穿：频率影响 D）电晕 E）对外壳或底座的绝缘

1.5 振动

振动影响：A）机械振动引起的电容量变化 B)电容器芯子、引出端或外壳发 机械变形

1.6 电流

电流影响：A）对电容器的内部升温和寿命的影响 B）导体某发热点的载流能力

1.7 寿命

所有环境和电路条件对其都有影响。

1.8 稳定性

所有环境和电路条件对其都有影响。

1.9 恢复性能

电容量变化后，能否恢复到初始条件。

1.10 尺寸、体积和安装方法在机械应力下，当产品安装固定不当时，容易导致引线承受较大应力或共振，严重时会产生引线断裂待现象。

2 、在选择和使用电容器时应考虑下列内容：

A）电路设计者为了设计出能在要求的时间内满意工作的电路，所使用的电容量允许偏差必须考虑：符合规范规定的允许偏差：电容量--温度特性变化；恢复特性；电容量--频率特性介质吸收；电容量与压力、振动和冲击的关系；电容量在电路中的老化和贮存条件。

B）需考虑电容器引出端和外壳之间的电容量，如果此电容量会产生杂散电容和漏电流。

C）可以用多种电容器组合获得要求的电容量，从而补偿电容量--温度特性等。

D）施加于电容器的峰值电压不能超过相应规范规定的额定值。通常，相同的峰值电压可能由于以下条件而降低：老化；温升；介质区域增大；外加电压频率较高；潮气进入电容器。

需要强调的一点是，不要忽视电容器在应用中的短时瞬态电压。

E）当电容器在高于地电位的高压下工作时，并且对绝缘采用附加绝缘时，电容器的一个引出端要接在外壳上，因为电压分配取决于电容器芯子和外壳之间的电容量、以及外壳和底盘之间的电容

量。

F）必须根据电路的时间常数考虑充电和放电的峰值电流。

G) 必须考虑内部发热和环境温度。

H）必须考虑湿度、压力、腐蚀性大、霉菌、振动和冲击等环境因素影响。

I）必须考虑绝缘电阻，尤其是在高温下的绝缘电阻。

J）在直流电路中串联工作时，必须考虑使用平衡电阻器。

K）大容量电容的有效电感量可以并联小电容器来降低。

L）因为电容器具有电感，因此并联在电路中每一次工作或瞬时工作时可能产生瞬时振荡。

M）电接触不良在低压下可能开路或产生噪声。

N）电容器内储存的能量对人和设备有危险，对此应采取适当防范措施。

O）充满液体的电容器不能被倒置，因其会导致内部电晕。

P）非气密封电容器可能因“呼吸”过程中受潮。

3 、关于反向电压

钽电容器介质氧化膜具有单向导电性和整流特性，当施加反向电压时，就会有很大的电流通过，甚至造成短路而失效。因此，使用中应严格控制反向电压。

3.1 固体电解质极性钽电容量

一般不允许加反向电压，并且不可长期在纯交流电路中使用。若在不得已的情况下，允许在短时间内施加小量的反向电压，其值为：25℃下：≤10%UR 或1V（取小者）85℃下 ≤ 5%UR 或0.5V （取小者） 125℃下≤1%UR或0.1V（取小者）。

如果将电容器长期使用在有反向电压的电路中时，请选用双极性钽电容器，但也只能在极性变换而频率不太高的直流或脉动电路中使用。

3.2 非固体电解质钽电容器

银外壳非固体电解质钽电容器不能承受任何反向电压。全钽电容器能承受3V 反向电压。非固体电解质钽电容器不能承受任何反向电压。

3.3 原则上禁止使用三向电表阻挡对有钽电容器的电路或电容器本身进行不分极性的测试（容易施加反向电压）。

3.4 在测量使用过程中，如不慎对液体钽电容器施加了反向电压或对固体钽电容器施加了超过规定的反向电压，则该电容器应报废处理，即使其各项电参数仍然合格，因为产品由反向电压造成的质量隐患有一定的潜伏期，在当时并不一定能表现出来。

4、关于纹波电流

钽电容器在线路设计中当施加超过钽电容器所能承受的纹波电压、纹波电流时会导致产品失效。

4.1 纹波电流

直流偏压与交流压峰之和不得超过电容器的额定电压.交流负峰值与直流偏压之和不得超过电容器所允许的反向电压值.纹波电流流经电容器产生有功功率损耗,导致产品自身温度增加致使热击穿概率增大,有必要在电路中对纹波电流或是器允许功率损耗进行限制(钽电容器不应长期使用于交流分量较大或交流电路中)功率损耗(P有)与纹波电流(Irms)的关系由下式表示:

P 有=V -·I漏+I2 rms·R ≈ I2 rms·Rs

其中:V -:直流偏压（V）；I漏：漏电流（μA）；Rs：等效串联电阻（Ω）；I

rms ：纹波电流（mA）

由上式可以看出：当Rs 增大或当Irms 增大时，功率损耗增大。因此，在高频线路中要求通过钽电解电容器的纹波电流小和选用等效串联电阻小的钽电解电容器。各种非固体钽电容器按壳号允许最大纹波电流有效值（+85℃ 40KHZ 0.66UR），在不同使用电压、频率下纹波电流系数。

4.2 产品额定电压（UR）是指在额定温度85℃下施加在电容器上的最高工作电压。若超过额定电压使用，则超过了介质氧化膜Ta2O5 的抗电强度，将导致产品性能劣化，严重时甚至产 介质击穿、失效。所以在电路设计中，一般都采用了降额设计。

当环境温度不大于85℃时，降额的基准为额定电压

当环境温度大于85℃时，降额的基准为类 电压约为额定电压的0.65倍 若是低

阻抗电路，建议使用电压设定在额定电压的1/3 以下。工作电压随温度变化的关系。

4.3 电容器在低阻抗电路中并联使用时，将增加直流浪涌电流或大电流冲击失效的危险，同时应注意并联电容器中贮存的电荷通过其它电容器放电。

4.4 钽电器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击。建议串联电阻以缓解这种冲击，推荐串联电阻R＞ 3Ω/V，以限制电流在300mA 以下 当串联电阻小于3Ω/V 时，则应考虑进一步的降额设计，否则产品可靠性将相应降低 （如果将电路电阻从3Ω/V 降到≤ 0.1Ω/V，则失效率提高约10倍）。当电容器用于纹波电路时，降额系数至少应为0.5。选用高频钽电容器时，限流串联电阻阻值可适当降低（建议R＞ 2Ω/V）。

4.5 电容器在出厂前都进行了可焊性检测，不存在可焊性问题，上机前不需要进行浸锡预处理。如果必要时（如贮存两年以上，或受潮，或受酸气污染等）可作浸锡处理。

全密封固体钽电容器无论是焊接，还是浸锡处理，处理距离都应控制在技术规范规定的离封口锡包的3.2mm 处外，温度不高于260℃，时间不小于5秒。因为全密封固体钽电容器的密封材料是焊锡，如果时间过长，温度过高，或焊接距离本体太近＜3.2mm ，都有可能造成封口锡包熔化，导致电容器受潮、不密封，影响电性能和可靠性；严重时，电容器受热后内部产生负压，把封口处焊锡吸入内部，造成腔内有多余物并短路。进行浸锡处理后的钽电容器，最好在额定电压、85℃下老化4～8小时，然后进行电性能测量（双极性产品应每小时换向一次，漏电流量也应两个方向分别测量）。

4.6 钽电容器一般可贮存14年以上（可焊接除外），但贮存2年以上或进行浸锡处理的钽电容器，在使用前最好施加额定电压、电源内阻不大于3Ω（非固体钽需通过一个1100Ω（最大）的电阻器）85℃老化4～8小时，并进行电性能测量（双极性产品应每小时换向一次，漏电流测量也应两个方向分别测
量）。

4.7 电路的开或关，都会产生过渡状态下的瞬时电压，一般其值要大于工作电压，而且产生相应冲击电流。如果电源和负载的电阻均较小，这样瞬时电流值相当大，容易引起电解电容器氧化膜的损伤，特别固体钽电容器更为严重。因为固体钽电容器不耐大的冲击电流，容易在氧化膜的薄弱区域发热促使氧化膜晶化提早发生，并降低耐压能力。

所以为提高使用寿命，电容器应避免发频繁的充、放电。

4.8 产品应避免超温使用。超温下会使材料的性能发改变，因产品用的各种材料热膨胀系数不同，可能产生内部应力而使产品失效；产品在高温下长时间贮存，产品可能产生内部应力导致失效。因此，产品必须在标准规定的温度范围内使用。

4.9钽电容器的失效率是对直流额定值而言（85℃、额定电压），并且因使用条件

（环境温度、施加电压、电路电阻等）的不同而不同。在实际电路中，往往存在电压或电流的峰值冲击及纹波电流，或其它意外电冲击，所以实际使用中降低额设计是必要的。建议一般降额至65%UR 以下，这样才能保证产品及线路的完全性。当环境温度大于85℃时，应考虑第3条降额基准下的降额。

4.10 非固体电解质钽电容器在用湿PH试纸检漏前应充分放电，否则将会因电容器放电不完全使试纸与电容器阳极接触处呈红色（阳极的正电荷使试纸水中的OH 失去电荷，水中的H+过剩所致）；试纸与电容器阴极接触处呈兰色（是水中的H+得到电子而使OH-过剩所致的虚假现象），导致电容器被误判为漏酸。

4.11 片式钽电容器，无论是手工焊还是再流焊，都应避免使用活性高、酸性强的助焊剂，以免清洗不干净后渗透、腐蚀和扩散，进而影响其可靠性。建议用免清洗助焊剂。若要清洗，建议使用溶剂：异丙醇，时间应不超过5分钟；建议不要用超声波清洗。

4.12 钽电容器的引线（包括片式钽电容器引出端），在测量、使用过程中应注意避免赤手直接接触，以免汗渍、油渍等污染引起可焊性不良。

4.13 产品标志符号说明
有可靠性指标的产品

4.14 推荐的钽电容器安装方法

钽电容器若安装固定不当或固定效果差，都容易使整机在机械应力（振动、冲击）作用下，导致钽电容器引线承钽电解电容器应用指导受绝大部分机械应力或共振，最终导致其断裂，产品失效。

（1）轴向引出钽电解电容器

A轴向引出产品的母体必须与线路板紧配合，尽量无缝隙，然后用胶或树脂固定，否则机械应力产生共振导致引线断裂失效。

B引线弯折处离本或（焊点）6mm 以上，并有R（R至少为线径的2倍），弯折处不能有伤痕。

C大壳号产品，由于本体重，在振动环境中，引线无法承受全部应力。安装时本体必须加固，否则机械应力易振断引线失效，推荐的紧固件。
（2）单向引出钽电解电容器

（3）在不影响整体线路设计的前堤下，建议线路板上安装的元器件匀分布；若分布的元器件一边轻，一边重，整机做机械试验容易产生共振而易导致产品引线断裂失效。

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