3、第三种方式:电极中的陶瓷芯片被击穿(击穿点在元件中心(银面)及其周围位置)
3、陶瓷电容在高温条件下的击穿机理
当半密封陶瓷电容在高湿度环境中使用时,击穿故障是一个常见的严重问题。
发生的两种类型的击穿是介电击穿和表面电弧击穿。根据发生的时间,介电击穿可分为早期击穿或老化击穿。
早期故障揭示了陶瓷电容介电材料的缺陷和制造技术,由于这些缺陷,陶瓷电介质的介电强度显着降低。
陶瓷电容在耐压试验期间或在运行初期,由于电场在高湿度环境中的作用,会发生电击穿。电化学击穿是最常见的老化击穿类型。由于陶瓷电容中银的迁移,电解老化击穿已成为一个相当普遍的问题。
银迁移产生的导电枝晶会局部增加漏电流,导致热击穿和陶瓷电容破裂或烧坏。
由于击穿过程中局部发热较高,而较薄的管壁或较小的陶瓷体容易烧毁或破裂,因此热击穿最常发生在管状或圆盘状微型陶瓷介电电容中。
此外,在主要由二氧化钛构成的陶瓷介质中 , 二氧化钛在应力环境下可能发生还原反应 ,导致钛离子从四价转变为三价。
当陶瓷电介质老化时,陶瓷电容的介电强度会大大降低,可能导陶瓷电容故障。因此,这些陶瓷电容的电解击穿比不含 二氧化钛的陶瓷介质电容更严重。
银离子的迁移使陶瓷电容电极间的电场发生畸变,并且由于高湿度环境下陶瓷介质表面的冷凝水膜,陶瓷电容边缘表面的电晕放电电压急剧下降,导致表面电弧现象。
在极端情况下,银离子的迁移会导致陶瓷电容表面电极之间的电弧击穿。表面击穿受电容结构、电极间距离、负载电压、保护层疏水性和透湿性等参数的影响。
边缘表面电极之间产生电弧的主要原因是电介质中残留的边缘量很小, 离子迁移在潮湿环境中工作时会产生表面水层,使陶瓷电容的边缘表面绝缘。银离子迁移的形成和发展需要一段时间 ,因此,耐压试验中的主要失效模式是介质击穿。
然而,经过 500 小时的测试,唯一的故障模式是边缘表面之间的过度电弧击穿。
4、电极材料的改进
银电极长期以来一直用于陶瓷电容。
陶瓷电容失效的主要原因是银离子迁移和由此导致的含钛陶瓷电介质加速老化。
在陶瓷电容器的制造中,一些生产商已经使用 镍电极代替银电极,并且在陶瓷基板上使用了化学镀镍。陶瓷电容的性能和可靠性得到提高,因为镍的化学稳定性 优于银,并且电迁移率低。
例如,以银为电极的单片低频陶瓷介质电容,由于银电极与陶瓷材料在900℃下一次烧结,陶瓷材料无法获得致密的陶瓷介质,因此孔隙率较大,孔隙率大。
另外, 银电极被广泛使用,助溶剂氧化钡会渗透到瓷体内部,依靠氧化钡和银在高温下良好的渗透“互熔”能力,在电极和介质内部产生热扩散,产生肉眼可见的“瓷器”。吸收” 银和氧化钡进入瓷体后,介质的有效厚度大大降低,导致绝缘电阻和产品可靠性下降。
使用银钯电极代替一般含有氧化钡的电极,材料配方中加入1%的5#玻璃料提高独石电容的可靠性。可以防止金属电极在高温首次烧结过程中热迁移到陶瓷介电层,使陶瓷材料更快地烧结和致密化,提高产品的性能和耐用性。与原工艺和介质材料相比,电容的可靠性提高了1~2个数量级。
小结
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