1 引言
在片式钽电容器生产过程中, 首先将钽粉进行烧结, 形成钽块, 由钽丝引出, 正极发生电化学反应形成Ta2O5介质层。再在介质层外部通过硝酸锰溶液进行反应在Ta2O5介质层外部生成Mn O2作为阴极。
从日常累积的片式钽电容器失效案例可以看出, 主要的失效原因是介质层缺陷, 从而导致钽阳极与二氧化锰阴极之间形成电流通道。而在温度循环试验中, 由于Ta2O5与Mn O2热膨胀系数不同, 在温度急剧变化的过程中, 两种材料的热膨胀匹配性是否会导致介质氧化膜劣化, 值得我们去研究。
片式钽电容器主要结构:由钽粉芯、阳极钽丝、阳极引出片构成电容器的阳极;由Mn O2、石墨、银浆、阴极引出片构成电容器的阴极;介质层为钽粉芯表面通过电化学反应生成Ta2O5膜。其结构如图1所示。
4 试验验证
4.1 试验方案
图2 热学环境试验方案
(1) 缺陷定义。片式钽电容器由于材料、本身存在一定缺陷, 如漏电流等, 这并不是本文所指的缺陷, 本文中缺陷指的是通过试验, 导致有明显变化的数值。
图2 热学环境试验方案
4.3 试验类型
5 试验结果
STEP试验为步进试验, 有两种形式, 一种模式为每次逐步增加试验应力考核产品;第二种模式为通过施加相同应力多次考核产品, 以上两种形式均可以达到递增试验应力的目的。本文采用第二种形式, 通过对样品进行试验组循环, 步进试验压力, 观察样品参数变化化的趋势。如在试验中出现不合格样品, 将对样品剔除后继续进行试验。
通过STEP、HALT试验, 能全面地得出Ta2O5与Mn O2热膨胀系数匹配性。
本次试验选取了CAK45型有失效率等级的产品进行试验, 该系列产品是应用最广泛的片式钽电容器。试验样品清单见表1。
在HALT试验结果中, 200次温度循环试验图表均有22个值, 第一次为初始值, 第二次为48小时老炼试验普筛后的参数。在该试验中已有一支失效, 但为得到完整数据, 继续进行试验。STEP试验主要是温度循环加老炼试验, 步进相同应力, 达到应力累加的效果。其中第一次为初始值, 第二次为48小时老炼试验普筛后的参数, 第三次为30次温度循环后的数据, 第四次为48小时老炼试验后的数据, 第五次为累积60次温度循环后的数据, 依次类推, STEP试验一共进行累积90次温度循环及144小时老炼试验。
图3为HALT试验中容量变化结果, 可见24支样品均无任何变化, 曲线在200次循环中呈现出一直线, 变化量均没有超过初始值的5%。图4为STEP试验中容量变化结果, 可见24支样品均无任何变化, 曲线呈现一直线, 变化量均没有超过初始值的5%。
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