热膨胀匹配性对钽电容器的影响

Ta2O5与Mn O2都属于离子晶体化合物, 在化学实用手册中没有化合物的热膨胀系数, 但根据固体理论, 由于无法确定Ta2O5与Mn O2的某一温度下的势能函数U (r) , 故无法确定热膨胀系数。由于Ta2O5与Mn O2都属于离子晶体化合物离子键, 本质上是一种静电效应, 对晶格具有束缚作用。正、负离子间的静电作用越强, 生成的离子键也愈强。固体物理中, 离子势表示离子键的强弱, 离子势的定义为离子电荷Z与其离子半径R之比, 离子势越大, 离子键越强, 晶格振动后偏离平衡位置的几率越小;离子势越小, 离子键越弱, 晶格振动后偏离平衡位置的几率越大。故工程上近似热膨胀系数与 (电价/配位数) 2成反比, Ta2O5电价为5, 配位数为8, 故其热膨胀系数约为2.94×10-6/℃;Mn O2电价为4, 配位数为6, 故其热膨胀系数约为2.25×10-6/℃。
图3 HALT试验中3组和4组容量变化  图4 STEP试验中3组和4组容量变化

图5为HALT试验中损耗变化结果, 可见样品变化趋势一般在开始时损耗都较大, 随着循环次数的增加, 损耗大致略有下降, 可能是由于初测时, 在生产厂老炼后仍存在极化现象, 在温度循环去老练, 故初始值较大。图6为STEP试验中损耗变化结果, 可见样品的变化均不大。
图5 HALT试验中3组和4组损耗变化  图6 STEP试验中3组和4组损耗变化

图7为HALT试验中漏电流变化结果, 可见漏电流变化较为稳定。图8为STEP试验中漏电流变化结果, 样品仅在第一次进行30次温度循环后的数据略有变大, 在其后的循环试验中参数又略有恢复, 仅3组中有一支样品在温度循环及老炼后, 漏电流逐渐增大。
图7 HALT试验中3组和4组漏电流变化

图9为HALT试验中ESR变化结果, 可见ESR初测时数值比较大, 在普筛后大部分都有所下降, 这一原因可能还是和产品在生产厂老炼后仍存在极化现象有关, 在后续200次温度循环中没有大的变化。图10为STEP试验中ESR变化结果, ESR变化趋势与HALT组试验变化趋势一致。
图8 STEP试验中3组和4组漏电流变化  图9 HALT试验中3组和4组ESR变化
图1 0 STEP试验中3组和4组ESR变化

在HALT试验中200次温度循环试验试验后可以看出, 钽电容器各项性能指标并没有明显变化, 由此可知其Ta2O5与Mn O2的热膨胀匹配性较好, 200次的温度循环并不会对产品产生破坏性影响。在STEP试验中可以看出, 钽电容器的漏电流会随着STEP的循环次数增加而略有增大, 其他电性能参数都无明显变化, 由此可知其Ta2O5与Mn O2的热膨胀匹配性较好, 对于本身不存在缺陷的产品, STEP试验数据较为稳定。对于本身存在缺陷的产品, 通过在温度循环试验后设置老炼试验, 能将温度循环试验中可能暴露的缺陷进一步放大。