有机金属薄膜电容器的最大优点是它们具有自愈性,这使得这些电容器成为当今增长最快的电容器之一。
金属化薄膜电容器的自愈机制有两种不同的机制:一是放电自愈;二是放电自愈。另一种是电化学自修复。前者发生在较高电压下,故又称高压自愈;由于后者也在非常低的电压下发生,因此通常被称为低压自愈。
放电自愈
为了说明放电自愈机制,假设两个金属化电极之间的有机膜中存在电阻为 R 的缺陷。根据缺陷的性质,它可能是金属缺陷、半导体缺陷或较差的缺陷。绝缘缺陷。显然,当缺陷是前者之一时,电容器将在低电压下自行放电。只有在后一种情况下,所谓的高压放电才会自我修复。
放电自愈的过程是在金属化薄膜电容器上施加电压V后,立即有欧姆电流I=V/R通过缺陷。因此,流经金属化电极的电流密度J=V/Rπr2,即越靠近缺陷的区域(r越小),金属化电极内的电流密度越高。由于缺陷功耗W=(V2/R)r引起的焦耳热,半导体或绝缘缺陷的电阻R呈指数下降。因此,电流I和功耗W迅速增大,导致金属化电极距离缺陷很近的区域电流密度J1=J=V/πr12急剧上升,其焦耳热可使金属化电极熔化。层,导致电极之间的电弧飞到这里。电弧迅速蒸发并甩掉熔融金属,形成无金属层的绝缘隔离区。电弧熄灭并实现自愈。
由于放电自愈过程中产生的焦耳热和电弧,缺陷周围的介质以及介质表面的绝缘隔离区不可避免地受到热损伤和电损伤,从而发生化学分解、气化和碳化,甚至发生机械损坏。
由上可知,为了实现完美的放电自愈,需要保证缺陷周围有合适的局部环境,因此需要对金属化有机薄膜电容器的设计进行优化,以实现缺陷周围有合理的介质。缺陷、合适的金属化层厚度、密封环境以及合适的核心电压和容量。所谓完美的放电自愈性是:自愈时间很短,自愈能量小,缺陷隔离性极佳,对周围介质无损伤。为了达到良好的自愈性,有机薄膜的分子中应含有较低比例的碳氢原子和适量的氧,这样当薄膜分子在自愈放电中发生分解时,不产生产生碳,不发生积碳,避免形成新的导电通路,而是产生CO2、CO、CH4、C2H2等气体,使电弧熄灭,气体急剧上升。
为了保证自愈时缺陷周围的介质不被损坏,自愈能量不宜太大,也不能太小,以便去除缺陷周围的金属化层,形成绝缘(高阻)区,缺陷就会被隔离,实现自愈。显然,所需的自愈能量与金属化层的金属、厚度和环境密切相关。因此,为了降低自愈能量,达到良好的自愈性,对低熔点金属的有机薄膜进行金属化。此外,金属化层不应厚薄不均,尤其要避免划伤,否则,绝缘隔离区会变成树枝状,无法实现良好的自愈。CRE电容器全部采用正规薄膜,同时严格来料检验管理,将不良薄膜堵在门口,使电容器薄膜的质量得到充分保证。
除了放电自愈之外,还有一种,就是电化学自愈。我们在下一篇文章中讨论这个机制。
发布时间:2022年2月18日