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一.前言

1.1金属钽的性质

1.1.1物理性质

1802年，稀有金属钽(Ta)由AG Ekeberg发现，位于元素周期表VB 族中^[2]，原子序数73，原子量为108.195，属于体心立方结构，晶格常数A：3.2959，熔点为2996 ℃，沸点5427 ℃， 仅次于钨和铼，位居第三。室温下的电阻率为13.58μΩ·cm，电离电位7.30±3V。

1.1.2化学性质

钽具有非常好的化学稳定性，不与空气和水作用，无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。除氢氯酸以外能抵抗包括“王水”在内的一切无机酸，也包括任何碱溶液的侵蚀。将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年，表层仅损伤0.006毫米。实验证明，钽在常温下，对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不起作用，仅在氢氟和热浓硫酸作用下有所反应，这样的情况在金属中是比较罕见的。它的另一个重要特性是可以吸收气体，如氢、氮、氧等，并形成相应的固溶体或化合物。

1.1.3力学性能

金属钽具有高熔点、极强的抗腐蚀能力和良好的强度。钽富有延展性，可以拉成细丝式制薄箔。其热膨胀系数很小，每升高一摄氏度只膨胀百分之六点六。除此之外，它的韧性很强，比铜还要优异。但是，硬度偏低，抗划伤能力和抗变形能力不足，使用寿命短，制约了金属钽的推广应用，这样，对其表面进行强化处理就显得非常重要。

钽所具有的特性，使它的应用领域十分广阔。在制取各种无机酸的设备中，钽可用来替代石墨阴极，寿命可比石墨阴极提高几十倍。此外，在化工、电子、电气等工业中，钽可以取代过去需要由贵重金属铂承担的任务，使所需费用大大降低。

二.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

 2.2.工艺流程

一、工艺制造流程

大致工艺流程如下（粗体为关键工序）：

    原材料检验－成型工序－烧结工序－湿检QC－焊接工序－赋能工序－被膜工序－石墨银浆工序－浸银QC－装配工序－模塑工序－喷砂工序－打印工序－切边工序－预测试工序－老练工序－测试工序－外观工序－编带工序－查盘工序－成品QC－入库储存－包装－发货QC

下面按照工艺流程路线作一个简要的介绍：

a）原材料检验：

b) 成型：

粗细比例不同的颗粒钽粉与溶解于溶剂中的粘合剂均匀混合好，待溶剂挥发后，再与钽丝一起压制成阳极钽块；该工序自动化程度较高，每隔一定时间，操作员将混好的钽粉倒入进料盘（防止钽粉太多产生的自重，粘结在一起），设备自动按照尺寸模腔压制成型；

c) 脱腊和烧结：

脱腊又叫预烧，即将压制成型的钽块内的粘结剂去除；烧结则是将已经脱粘结剂的钽块烧结成为具有一定机械强度的微观多孔体，烧结过程只是颗粒与颗粒间接触的部分熔合在一起，但若烧结温度过高，则会导致颗粒与颗粒之间的熔合部分过多，导致表面面积减少；脱腊和烧结对炉的真空度、起始温度、升温、保温、降温及出炉、转炉时间等参数均有严格控制要求。

d) 湿检QC：

湿检是通过对烧结后的钽块抽样进行赋能试验及电参数测试确定钽块的烧结比容，为下道赋能工艺的参数进行优化（电流密度、形成电压等），同时反馈调整上道烧结工序的温控曲线等参数。同时，还会对钽块、钽丝的外观尺寸、强度等参数进行测试。

e) 焊接：

该工序自动将单支钽阳极块穿上四氟垫，焊接在工艺条上并收集在工艺架上，形成整架产品，以便后道工序进行整架产品的操作。

f) 赋能：

赋能工序是很关键的一道工序，它利用电化学的方法，在阳极表面生成一层致密的绝缘Ta₂O₅氧化膜，以作为钽电解电容器的介质层。过程为成架的产品浸入形成液中（通常为稀硝酸液）一定深度，硝酸溶液会渗透到钽块内部的孔道内，再将钽块作为阳极通以电流，硝酸分解出氧，就会在与硝酸接触的钽粒子表面生成Ta₂O₅氧化膜。

g) 被膜：

被膜是将已经赋能好的钽电容进行清洗干燥后，浸在硝酸锰溶液中，硝酸锰溶液一直深入到钽块内部孔洞，硝酸锰加热分解变成二氧化锰形成电容的阴极。此工序须重复多次直到内部间隙都充满二氧化锰，这样保证二氧化锰的覆盖率使电容的容量不会有损失。

h) 被石墨银浆：

石墨层作为缓冲层，既减小了ESR又可以防止银浆与二氧化锰接触导致银浆的氧化；银浆层的目的是提供一种等电位表面，收集电容器充放电的移动电流，它也易于和引线框架连接。石墨的浸渍采用仪器自动控制，一般是一到二次（S、A、B壳为二次；其余为一次），浸渍石墨层后需要进行固化(150℃ 30～40mins)；而银浆的浸渍则采用手工按工艺条来操作(固化温度160℃ 50～60mins)，每隔一定时间就重新对银浆槽搅伴，以确保银浆的粘度，该工序的手工操作较多，感觉不是太好。

i) 浸银QC：

浸银QC是对前面阴极生成工序后的电性能和外观尺寸的抽检，电性能测试包括：容量、损耗、漏电流及ESR四参数，采用PC与测试设备构成的数据采集系统。

j) 装配：

将被银后的产品定距切断，在切断前先对钽丝表面的氧化膜刮除，防止虚焊，再将阳极焊接在框架上，阴极通过银膏固化与框架托片结合在一起。

k) 模塑：

将装配后的框架条产品模塑包封，使其成为具有一定几何尺寸和外观质量的形体。

l) 喷砂：

喷除模塑后产品框架上的多余溢料和毛刺，并对产品进行固化加强产品的模塑强度。喷砂的介质已经改用为水，这样对可焊性的影响更小。

m) 打印：

打印产品的标称容量、额定电压和阳极标识，以进行产品标识识别。

n) 切边：

将框架条产品的阳极边切除，方便后续的电性能测试和老炼筛选。

o) 预测试：

只是测试产品的漏电流，并剔除漏电流大的产品。该工序自动化程度较高。

p) 老化筛选：

钽电容的可靠性程度取决于筛选工序的方法和实施程度，因此老化筛选是重点工艺。生产线一般有两套老化炉，一套同时具备浪涌测试及老炼功能；另一套只具有高温老炼功能。其工序分为三段：一次老炼、浪涌测试、二次老炼。

q) 测试：

老炼浪涌测试完的产品会进行电性能四参数的测试，容量、损耗、漏电流及ESR，不合格品会自动剔除到收集盒。

r) 外观分选：

对产品的外观进行全检，并剔除外观废品。

s) 编带：

利用编带机将产品引线成型，并自动编带成为一整卷盘产品。

t) 查盘：

对编带后产品的外观进行100％的检验，剔除外观不合格品，将合格品重新热封，去除多余载带，调整卷盘缠绕方向并打好包装。

u) 成品QC：

成品QC进行外观、电性四参数、可焊、耐焊的检验。产品抽样进行回流焊试验，确定产品的电性能参数不会有太大的变化率。

三.钽电容的主要特性参数

钽电容器在实际制造过程中，由于使用的原材料性能差异和工艺水平不同以及装备性能的不同，批量生产出的产品的性能尽管都符合标准规定，但实际上不同生产厂家生产的产品的性能存在明显的质量差异。即使是同一生产批，不同只产品实际上也存在质量差异。造成此现象的深层次原因是钽电容器复杂的生产工艺过程使产品参数不可能保持绝对的完全一致，因此,追求质量一致性和追求高性能就成为所有生产厂家的重要目标。而对于用户而言，造成使用时失效的原因主要有两点；一；产品性能参数与电路使用条件不匹配。二；由用户提供的产品存在质量问题。

钽电容器的各电性能参数对使用时可靠性的影响
钽电容器的实际参数如下； 1． CR；额定容量[uF]；2． DF；损耗[%]；3． DCL;直流漏电流[uA]；4．ESR;等效串联电阻。[Ω]

 3.1.容值

容量精度对使用影响及可靠性影响简单说明；在实际工作状态，容量大小可以决定滤波后的信号响应速度和波幅大小，在脉冲充放电电路中可以决定输出电流波形是否合乎要求。但是，除非在工作频率非常高的电路需要滤波的信号较弱时，必须需要高的容量精度，一般的DC-DC电路中的滤波和脉冲充放电，容量的微小偏差根本不会影响使用效果，更不会影响可靠性。因此，在实际使用中容量的偏差幅度大小不会对可靠性造成任何影响。

     容值一般的测试条件：环境温度：25度室温下，频率：120H_Z，电压：交流有效值最大1V或最大直流2.5V。一般来讲，容值随频率增加而降低，随温度增加容量也会略有增加，因为固体钽电容采用固体MnO₂电解质，容量变化相对稳定，在滤波应用时，容量变化基本可忽略。

 容值VS频率变化曲线：

容值VS温度变化曲线：

3.2.额定工作电压&浪涌电压

    一般规格书上标示的工作电压为在一定温度范围内最大直流电压（低于85度），当温度高于85度，额定电压会降低，一般在125度，额定电压降为原额定电压的2/3。

工作电压VS温度变化曲线：

3.2.1.浪涌电压 

    一般钽电容能承受的浪涌电压大约为额定电压或类别电压的1.3倍，超过浪涌电压很容易导致Ta₂O₅介质的击穿，下表出示了一般固体钽电容在25℃&85度℃，125℃浪涌电压值。

 3.2.2.反向电压

   一般不允许对钽电容施加反向电压，并且不可在纯交流的环境中应用，若在不得以情况下允许时间小量的反向电压。25℃环境下：小于或等于10%Ur或1V（取较小者）85℃环境下：小于或等于5%Ur或0.5V（取较小者），125℃环境下：小于或等于1%Ur或0.1V（取较小者），IEC60384-3对反向电压测试条件为：125℃环境下，3Vdc或10%UR（取较小者）测试125小时。

 3.3.电流

 3.3.1.纹波电流&浪涌电流

    浪涌电流和纹波电流破坏机理主要是通过引起器件的过热，导致器件烧毁，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+Irms²·R≈Irms²·Rs，

其中：V-：直流偏压（V）；

      I漏：漏电流（A）；

      Rs：等效串联电阻（Ω）；

      Irms：纹波电流。

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。在所有应用中都应注意电路中纹波电流和浪涌电流不应太大，一般来讲，浪涌电流和纹波电流在钽电容规格书中没有写出，需要咨询供应商，或者应用I=U/R粗略估算，其中U为额定电压和浪涌电压。R为等效串联阻抗,国军标和供应商一般建议在低阻抗电路中串接一电阻降低其浪涌电流的冲击（一般建议串接1V/ohm或3V/ohm）

 3.3.2.漏电流

    DCL值是钽电容器性能高低的最重要的决定性参数，特别是产品漏电流的衰减速度和高温时的漏电流变化率将对产品的可靠性起到决定性的影响。因此，一只产品在使用时的可靠性高低主要取决于该只产品的漏电流大小和高温时该只产品的漏电流变化率。特别是在无电阻保护的低阻抗开关电源电路[也叫DC-DC电路或低阻抗电路]和大功率脉冲充放电电路里使用时，该只产品的上述特性将对电路可靠性影响非常大，几乎是决定性的。因为此类电路中存在频繁的浪涌电压和浪涌电流，耐压不够和高温时漏电流变化大的产品根本不能承受浪涌冲击，瞬间就有可能被击穿而失效或爆炸。

 
钽电容器漏电流与充电时间之间关系：
     不同生产厂家生产的相同规格的产品的漏电流衰减速度完全不一样，尽管它们都是合格品。钽电容器的漏电流会随充电时间延长而逐渐降低，3分钟内达到稳定态，但不同质量的产品在充电时的漏电流衰减速度却因为不同的生产条件而不同。衰减速度快的产品由于在极短的时间内通过电流较小而产生的热量较小，因此，产品几乎不存在可导致产品瞬间失效的过高热量集中，因此产品不容易发热失效。通过的漏电流小，说明该产品的介电层质量较好，可以安全承受更高的电压和电流冲击，而漏电流衰减速度慢的产品，不光容易在浪涌产生时因为通过电流大而击穿，而且极易爆炸燃烧，对使用者造成毁灭性影响。因此，用户可以通过测试钽电容器的漏电流衰减速度来甄别钽电容器耐电压冲击能力和耐电流冲击能力。

钽电容器的伏安特性关系：
从相同规格的产品在不同电压下测试出的漏电流来看，钽电容器的漏电流会随测试或使用电压的增加而增加，至到击穿[这种现象叫做钽电容器的伏安特性]。但不同厂家生产的产品，漏电流增加的程度会有很大差别。实际上，钽电容器容许施加1.3倍的额定电压而不会出现任何质量问题，但如果某只产品的漏电流随电压的变化而变化过大的话，这样的产品将不能承受过高的工作电压，同样，它也不能承受即使是偏高的浪涌电压冲击。
质量较高的产品的漏电流在规定的测试或使用电压范围内变化将较小。反之，产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.


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.

漏电流VS温度：

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。

 3.4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。

 3.5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。

一、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。

二、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。

三、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。

四、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.

五、使用电压合适,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.

六、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.

七、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.

八、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.

九、 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：

 1.容值较大的钽电容比容值较小的钽电容更易失效

 2.片状钽电容多发生在固定的部位或固定的电路中。

 3.电源滤波的第一个钽电容更容易失效。

 4.在ICT,FCT上电瞬间易发生失效。

 5.老化过程中钽电容最容易失效。

 6散热较差区域易发生失效。

 7.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℃以下：≤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I rms 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℃ 40KH_Z 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3

Ω /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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