钽电容应用手册

百富计算机钽电容应用手册

目录

一.前言 (3)

二.钽电容简介和基本结构 (3)

2.1.基本结构 (3)

2.2.工艺流程 (4)

三.钽电容的主要特性参数 (5)

3.1.容值 (5)

3.2.额定工作电压&浪涌电压 (6)

3.2.1.浪涌电压 (6)

3.2.2.反向电压 (7)

3.3.电流 (7)

3.3.1.纹波电流&浪涌电流 (7)

3.3.2.漏电流 (7)

3.4耗散因子(DF值) (8)

3.5阻抗，等效串联阻抗(ESR)&感抗 (10)

四.电容失效模式,机理和失效特点 (11)

五.设计，保存，焊接注意事项 (12)

5.1.设计注意点 (12)

5.1.1.电压 (12)

5.1.2.电流 (12)

5.1.3.热设计&功耗考虑 .............................................................................................. .13

5.2.组装，焊接&清洗......................................................................................................... . (13)

5.3.保存 (13)

一.前言

钽电容性能比较稳定，应用得当则故障率低，但应用不当钽电容则可以说有点危险了，部分钽电容失效会出现起火或爆炸的现象，导致烧毁PCB，或其他周围元器件，导致灾难性的危害，鉴于此，特撰写了此应用手册，供同仁们参考。

二.钽电容简介和基本结构

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

2.2.工艺流程

三.钽电容的主要特性参数

3.1.容值

容值一般的测试条件：环境温度：25度室温下，频率：120HZ，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。

额定电压(V) @25℃&85℃浪涌电压(V)

@25℃&85℃

减额电压(V)@125℃浪涌电压(V)@125℃

3

4 2 2.4

4 5.2 2.7 3.2

6 8 4 5

10 13 7 8

16 20 10 12

20 26 13 16

25 33 17 20

35 46 23 28

50 65 33 40

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+Irms·R≈Irms·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=U2/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

钽电容漏电流取决施加的电压，施加电压的时间，元件本身的温度，漏电流主要影响器件的温升，导致器件发热，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，然后测出漏电流。

漏电流VS温度：

漏电流VS电压：

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。

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，一般的钽电容能

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：

四.电容失效模式,机理和失效特点

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，也有极少量是发生参数偏移。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。

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.边缘规格的钽电容（(22uF/50V(插件)或（33μF/35V）22uF/35V（表贴)）等基本属于边缘规格）由于工艺还不是很成熟，失效率相对来说比较高，尽量不采用。

6.在应用中尽量不用万用表进行不分极性的电阻量测。

7.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通过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.电容保存期限不超过一年，超过一年需重新进行老化并测试电性参数。