【正文】 、電壓等較為敏感，穩(wěn)定性很差，當(dāng)溫度從25℃到85℃變化時(shí)，容量變化為＋20％到65％。附錄1: 三種電容差異對(duì)比表下面對(duì)三種電容的參數(shù)差異及應(yīng)用區(qū)別作簡(jiǎn)要列表比較：元件種類參數(shù)鋁電解電容鉭電解電容片狀電容（陶瓷電容）電容量～3F （公司編碼的范圍為：～），工作電壓從5V～500V。如使用烙鐵返修，則焊頭接觸焊點(diǎn)的位置、時(shí)間等都必須加以規(guī)范。、鉚釘連接、手工切割等工藝需要特別加以注意。彎曲試驗(yàn): 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將器件組裝在規(guī)定的印刷電路板上，進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，以考察器件抗彎曲能力。、機(jī)械應(yīng)力的操作進(jìn)行認(rèn)真的分析及有效的控制。 多層陶瓷電容器的質(zhì)量控制 多層陶瓷電容器的特點(diǎn)是在沒有內(nèi)在缺陷并且組裝過程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性優(yōu)越。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開裂。層間結(jié)合力不強(qiáng)，燒結(jié)過程中內(nèi)部污染物揮發(fā)，燒結(jié)工藝控制不當(dāng)都可能導(dǎo)致分層的發(fā)生。 (Firing Crack) 燒結(jié)裂紋常起源于一端電極，沿垂直方向擴(kuò)展。 失效的原因多層陶瓷電容的失效原因分為外部因素和內(nèi)在因素。ESL雖然與容量有關(guān)系，但相對(duì)而言，這個(gè)變化量很小，基本可以認(rèn)為不變。iii 與溫度：陶瓷電容的ESR與溫度呈線性反比例關(guān)系，但比例系數(shù)與介質(zhì)有關(guān)，如下面圖36，X7R為5；?？梢越普J(rèn)為，電容為許多小電容并聯(lián)，因此，其ESR隨著容量的增加，并聯(lián)數(shù)目增多而減少。iii 介質(zhì)層電阻：在電場(chǎng)中，介質(zhì)分子極化過程中要損耗一些能量。同樣的，內(nèi)電極一端與端電極的接觸面并不是很完美，這個(gè)電極接觸端面不規(guī)則，則其相應(yīng)接觸電阻也會(huì)由于接觸點(diǎn)的電流集中及相應(yīng)熱區(qū)效應(yīng)而不同。圖33：陶瓷電容的ESR組成a） ESR各組成電阻i 內(nèi)電極層自身電阻：內(nèi)電極層可以認(rèn)為是一個(gè)給定厚度、長(zhǎng)寬參數(shù)的金屬平面薄板，因此其自身電阻取決與L/W的比例，但由于是通過涂抹工藝（絲網(wǎng)疊?。┲瞥?，它有著不太規(guī)則的厚度及一些空洞區(qū)域等缺陷，這些空洞區(qū)域在低頻時(shí)呈現(xiàn)的高阻特性，而當(dāng)頻率增大，在中間夾雜介質(zhì)的分流作用下（容抗），減小了整個(gè)器件的阻抗。第一類和第二類瓷片電容的低損耗因子DF以及高容量穩(wěn)定性特別適合AC和高頻應(yīng)用場(chǎng)合。同樣，按照C、ESR和ESL三項(xiàng)參數(shù)來分析： 電容量瓷片電容根據(jù)其采用的介質(zhì)和溫度表現(xiàn)可分為三種類型：第一類（NPO或COG），適用于低容量、穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合，其電性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度、電壓與時(shí)間的改變而改變；第二類（X7R），其電介質(zhì)常數(shù)較大，相同體積的容量要比第一類要大20～70倍，但溫度從55℃到125℃范圍變化時(shí)，容量變化一般在177。圖31：陶瓷電容的結(jié)構(gòu)圖下面簡(jiǎn)單介紹一下陶瓷電容的主要加工環(huán)節(jié)：a） 備料成型：原料經(jīng)過煅燒、粉碎與混和后，達(dá)到一定的顆粒細(xì)度，原則上顆粒越細(xì)越好。國(guó)外有時(shí)在體積要求不嚴(yán)格時(shí)也使用獨(dú)石電容，我們可考慮用普通瓷介電容代替之。隨著介質(zhì)層的變薄以及多層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在瓷片電容已經(jīng)可以做到額定電壓小于10v，容量達(dá)到幾百uF的大電容。從鉭電容的ESL和C的分布范圍，（Lmax＝3nH；Cmax＝1mF）到5MHz（Lmin＝1nH；Cmin＝1uF ），但從阻抗頻率特性曲線看，由于ESR也是相對(duì)較大，因此也是呈現(xiàn)“U”型，這使得其應(yīng)用頻率范圍進(jìn)一步擴(kuò)寬（在滿足目標(biāo)阻抗的條件下），最高可以達(dá)到10到幾十MHz。從器件廠家給出的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、擴(kuò)展規(guī)格及發(fā)展規(guī)格是可以做出那些產(chǎn)品屬于邊緣規(guī)格的判斷。一般說來，鉭電容在正常運(yùn)行時(shí)（電壓降額足夠）是很少發(fā)生失效的，只有在上下電、電源波動(dòng)及頻繁充放電場(chǎng)合才有可能失效（即在脈沖電流沖擊下），究其原因也是因?yàn)?，鉭電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致。發(fā)熱型失效一般認(rèn)為是由于產(chǎn)品的太大導(dǎo)致熱不平衡，熱量累積以致熱破壞，但隨著高頻化，趨膚效應(yīng)，是另一種熱失效模式。電壓型失效是指使用中的不當(dāng)導(dǎo)致工作電壓或浪涌電壓突然過高，結(jié)果引起局部閃火，終致介質(zhì)擊穿；另外是長(zhǎng)期經(jīng)受高的工作電壓，而氧化膜不可避免地存在著雜質(zhì)或其它缺陷；當(dāng)這些部位的場(chǎng)強(qiáng)較高，電流密度較大，導(dǎo)致局部高溫點(diǎn)出現(xiàn)，從而留下了誘發(fā)熱致晶化的隱患。同樣，ESL值較為穩(wěn)定，不隨頻率、溫度變化，電容量對(duì)ESL的影響也不太大，主要是封裝尺寸的影響。由于與的變化相反，所以一定程度上抵消了變化幅度，總的來說，鉭電容的ESR溫度特性比較好。這與成型和熱分解被覆MnO2工藝均有關(guān)，一般成型壓力應(yīng)盡可能小，使燒結(jié)塊密度相應(yīng)小一些為好。在低頻的區(qū)域，可以看到，氧化膜介質(zhì)損耗D3基本不變，反映到r介上，即隨著頻率的增大，r介減小，直到到達(dá)較高的頻率，其影響已基本可忽略，而主要是r解與r金的影響。此外，容量的值隨著頻率的增大而減小，另外由于為固體MnO2電解質(zhì)，所以一其容量溫度特性較穩(wěn)定，甚至低溫至200℃時(shí)，其容量才減小不過10%。為彌補(bǔ)MnO2導(dǎo)電性能差的缺點(diǎn)，即MnO2與金屬焊接不良，在陽(yáng)極基體表面的MnO2層上還要涂上一層導(dǎo)電石墨層和銀或鉛錫合金之類的金屬材料，然后接上外部電極，進(jìn)行封裝、老練。但是Mn(NO3)2的熱分解對(duì)陽(yáng)極塊的電性能影響很大。將形成后在多孔體表面生成Ta2O5的陽(yáng)極基體浸入Mn(NO3)2溶液中，浸透取出烘干，在水汽（濕式）或空氣（干式）的高溫氣氛中分解制取電子電導(dǎo)型MnO2，以作為電容器的固體電解質(zhì)層。低壓形成時(shí)，可以不考慮閃火和晶化問題，一般為85177。 要獲得優(yōu)質(zhì)的氧化膜層，形成電解液（弱酸溶液）的選擇很重要，因?yàn)樗拈W火電壓大小決定了鉭電容額定電壓的高低；它抑制晶化能力的強(qiáng)弱也是影響鉭電容可靠與否的一個(gè)重要因素。真空環(huán)境有助于鉭粉的提純，使雜質(zhì)揮發(fā)掉。在預(yù)燒或成型后（沒有粘合劑），應(yīng)立即進(jìn)行真空燒結(jié)，否則鉭粉表面活性下降易開裂，一般燒結(jié)溫度為1500－2000℃，102Pa。 圖22：不同情況下鉭粉的形態(tài)b） 成型燒結(jié)：在鉭粉擠壓成型前加入適量的粘合劑（成型劑），使顆粒間及顆粒和成型模具的摩擦都大為減少，可以得到密度均勻而致密的壓塊，另外，在真空燒結(jié)后，粘合劑還可以提高塊體的氣孔率，對(duì)提高容量和降低損耗有明顯作用。鉭粉顆粒越大，額定電壓越高；鉭粉顆粒越小，鉭粉燒結(jié)后的海綿狀表面積越大，電容容量越大。a） 陽(yáng)極基體的設(shè)計(jì)－鉭粉的選?。耗壳?，貼片固體鉭電容的陽(yáng)極基體一般采用鉭粉燒結(jié)而成，因此鉭粉的的質(zhì)量如何，將會(huì)直接影響鉭電容的性能。下面同樣分3個(gè)小節(jié)介紹：第一小節(jié)簡(jiǎn)單介紹鉭電解電容的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)加工工藝流程；第二小節(jié)為鉭電解電容主要性能參數(shù)的變化特點(diǎn)，涉及到如何應(yīng)用等方面；第三小節(jié)為介紹鉭電解電容使用中的可靠性需要關(guān)注的地方。l 鋁電容的可靠應(yīng)用主要關(guān)注溫度，但從實(shí)際應(yīng)用情況看，揮發(fā)干涸只是對(duì)在高溫場(chǎng)合下運(yùn)行的小體積（小容量）鋁電容（電解液少）有影響（在大于75℃的高溫場(chǎng)合，應(yīng)盡量少用小尺寸的鋁電解電容），而對(duì)于一般的大容量鋁電解電容，在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合下（除了ESR。因此ESR值較高和ESL較大限制了鋁電解電容在高頻場(chǎng)合下的應(yīng)用。從實(shí)際應(yīng)用情況看，揮發(fā)干涸只是對(duì)在高溫場(chǎng)合下運(yùn)行的小體積（小容量，10uF）鋁電容（電解液少）有影響（在大于75℃的高溫場(chǎng)合，應(yīng)盡量少用小尺寸的鋁電解電容），而對(duì)于一般的大容量鋁電解電容，在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合下，在10～20年的時(shí)間內(nèi)都不會(huì)發(fā)生干涸失效（大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合指：紋波電流不超過額定值時(shí)，芯子溫度不高過環(huán)境溫度5℃；環(huán)境溫度在45℃～55℃，此外仍需注意高溫及紋波電流過大或ESR過大造成內(nèi)部芯子溫升的情況）。鋁電容內(nèi)部芯子的溫升主要是由于ESR、Rp電阻的損耗發(fā)熱導(dǎo)致（有些資料將Rp變換看成是ESR的一部分），相對(duì)來說，Rp的損耗遠(yuǎn)小于ESR的損耗，因此可忽略Rp而主要考慮ESR的影響。b） ESL值大，ESR也較大：為了獲得較大的電容量，相應(yīng)地必須增加陽(yáng)極箔的使用面積。當(dāng)鋁電解電容應(yīng)用于脈沖高頻電路時(shí)，這時(shí)就要考慮ESL的影響：a） 作為使用頻率上限范圍限制的參考：一般認(rèn)為，當(dāng)頻率高于電容的自身諧振頻率點(diǎn)時(shí)（），寄生電感ESL的感抗大于容抗，電容已不能看作是一個(gè)電容使用，因此ESL和電容容值決定了其使用的頻率上限，由于鋁電解電容的容值和ESL均較大，自身諧振頻率點(diǎn)都較低，因此限制了其在高頻場(chǎng)合的使用。 一般，鋁電解電容的ESL有三個(gè)部分組成：1）芯子的電感，主要指極箔的電感，包括接觸用引出箔的電感和多個(gè)芯子間的內(nèi)部連接線的電感；2）引出線的電感，可以用或按照20nH/inch（1 inch＝）來粗略估算電容引線的電感；3）金屬外殼的電感，如外殼與芯子的引出端不連接，則外殼對(duì)電容器的電感根本無(wú)影響；但如利用金屬外殼作為其引出端之一并接地時(shí)，將會(huì)使電感量加大，我司使用的軸向電解電容220uF/100V(08010338),其外殼與負(fù)引出端相連接到地上去，其電感量相對(duì)就較大。ESR的應(yīng)用影響主要是紋波電流流過產(chǎn)生的損耗發(fā)熱及壓降影響（紋波電壓），見下面可靠應(yīng)用關(guān)注點(diǎn)分析。由于大容量鋁電解電容的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)低，所以其ESR隨頻率變化的特性不明顯，特性曲線較為平坦。對(duì)于軸向電解電容，也是以的方式表示，但要根據(jù)其內(nèi)部引出線的方式來決定。這主要是通過r解與A的成反比關(guān)系來確定的，當(dāng)容量增大、額定電壓增高時(shí)，相應(yīng)的鋁箔尺寸面積也要增大，所以r解減小，由此可以理解相同系列，相同耐壓，同一尺寸，同一量級(jí)范圍內(nèi)的電容其ESR差別是不大的（因?yàn)锳變化不大）。如果工藝上不出差錯(cuò)而且工作頻率較低時(shí)，r金是可以忽略掉的（當(dāng)工作頻率較高時(shí)，出現(xiàn)趨膚效應(yīng)，這時(shí)r金影響就較大）；另外，氧化膜介質(zhì)的值在電解電容器的工作頻率范圍內(nèi)，可近似地認(rèn)為是一個(gè)常值，與頻率無(wú)關(guān)，所以最后可以簡(jiǎn)化為 =＋。從業(yè)界資料上了解到通用鋁電解電容的ESR范圍在10mΩ～10Ω。濾波應(yīng)用時(shí)，小容量鋁電容（10uF電容）不具有優(yōu)勢(shì)，寄生參數(shù)大，而且容量小，在高溫時(shí)壽命短，主要還是大容量的電解電容應(yīng)用于低頻的濾波場(chǎng)合。（關(guān)于鋁電容的阻抗頻率特性測(cè)試，請(qǐng)參考附件[31]） 電容量容量是選擇應(yīng)用電容首要考慮的第一個(gè)因素。h） 老化老化是電容生產(chǎn)的最后一步，在這個(gè)過程中，會(huì)施加一個(gè)大于額定電壓但小于形成電壓的直流電壓，一般會(huì)在電容的額定溫度下進(jìn)行（也可能在其它溫度甚至室溫下），這個(gè)過程可以修復(fù)氧化膜的缺陷，老化是篩選早期失效的電容的一個(gè)很好手段，低的初始漏電流是有效老化的一個(gè)標(biāo)志。因此為了維持氧化膜的自愈特性，是需要有一定比例成分的水。注入過程是將芯子浸漬在電解液中并進(jìn)行加熱（或不加熱）的真空－強(qiáng)壓循環(huán)處理，對(duì)于小容量電容，僅僅只是浸漬吸收就可以。最好的鉚接方法是采用微處理器控制定位的冷壓焊接，以保證這過程中芯子的寄生電感小于2nH，較古老的鉚接方法是通過穿透鋁箔，折疊起來的方式，冷壓焊接降低了短路失效的可能性，而且在高紋波電流應(yīng)用下有較好的特性，而舊的鉚接方式在充放電應(yīng)用場(chǎng)合下常會(huì)使個(gè)別連接點(diǎn)斷裂失效。c） 切片鋁箔以一卷成40～50cm寬的條狀，在經(jīng)過刻蝕和形成工藝后，再根據(jù)最終電容高度規(guī)格要求切成所需的寬度。氧化鋁的厚度與形成電壓有關(guān)（～），通常形成電壓與工作電壓有一個(gè)比例系數(shù)，鋁電容的比例系數(shù)較小，～2（固體鉭電容為3～5），因此，如果有一個(gè)450V額定電壓的鋁電容，則形成電壓為450＝600V，600 = 900nm，這個(gè)厚度不到人頭發(fā)直徑的百分之一。表面看來容量似乎是由兩個(gè)箔極之間決定的，實(shí)際上容量是由陽(yáng)極箔與電解質(zhì)之間來決定的，正極平面層是陽(yáng)極箔；電介質(zhì)是陽(yáng)極箔表面上絕緣的鋁氧化膜；真正的負(fù)極平面應(yīng)是導(dǎo)電的液態(tài)電解質(zhì)，而陰極箔僅僅是起到連接電解質(zhì)和端頭引線的作用。下面分3個(gè)小節(jié)介紹：第一小節(jié)簡(jiǎn)單介紹鋁電容的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)加工工藝流程；第二小節(jié)為鋁電容主要性能參數(shù)的變化特點(diǎn)，涉及到如何應(yīng)用等方面；第三小節(jié)介紹鋁電容使用中的物理可靠性問題需要關(guān)注的地方。限于篇幅，本文介紹的電容主要基于目前公司已有編碼、單板電源電路應(yīng)用較多的器件：電解電容（插裝液態(tài)鋁箔電解電容/貼片固體鉭電解電容）、陶瓷電容（MLCC）。結(jié)構(gòu)上采取每類電容一大章，每一章三小節(jié)分析：第一小節(jié)簡(jiǎn)單介紹電容的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)加工工藝流程；第二小節(jié)為電容主要性能參數(shù)的變化特點(diǎn)，涉及到如何應(yīng)用等方面；第三小節(jié)介紹電容使用中的物理可靠性問題需要關(guān)注的地方。本文主要針對(duì)我司常用的三類電容（鋁電容、鉭電容和陶瓷電容），從電容結(jié)構(gòu)、制造工藝入手，結(jié)合濾波模型關(guān)注的參數(shù)性能進(jìn)行深入的剖析，最后引出如何正確可靠應(yīng)用電容。不管采用什么樣的實(shí)現(xiàn)手段，電容作為一個(gè)基本元素，只有對(duì)它的阻抗頻率特性有深入的了解認(rèn)識(shí)，才是設(shè)計(jì)好電源濾波電路的第一步。一般認(rèn)為鋁電容的可靠性不高 ，如低溫性能不好、ESR較大、不適合于中高頻場(chǎng)合、容易干涸造成使用壽命有限、難以片狀化、插裝引腳積累灰塵帶靜電并造成短路等等，但隨著工藝水平的提高，在某些特定應(yīng)用場(chǎng)合下，使用鋁電解電容在性能上可以滿足要求，而且成本和可靠性方面上還要優(yōu)于其