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行业技术|薄膜电容器的自愈特性

2024-03-25
MENTRONIX

金属化薄膜电容器可靠性高的一个重要的特性就是其自愈能力。薄膜电容器的电极是由蒸镀到介质薄膜上的很薄一层金属(通常为铝或锌铝合金)组成,其厚度仅为纳米量级。极薄的蒸镀电极是薄膜电容器可靠自愈的基础。

”薄膜电容器的的介质膜中存在晶格缺陷或杂质,由于这些缺陷或杂质的击穿场强低于周围区域,因此被成为“电弱点”。当外施电压升高时,电弱点处介质膜首先击穿形成放电通道,电荷通过放电通道形成大电流,产生焦耳热,使周围金属层受热蒸发并向外扩散,金属蒸汽易被形成等离子体,随着蒸发面积扩大,等离子体放电电弧熄灭,层间薄膜恢复绝缘,这一过程成为“自愈”。自愈成功后薄膜电容器仍能继续工作。

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随着电容器使用时间的增加,其电容量是一个缓慢下降的过程,介质膜中的电弱点将随着薄膜电容器充放电次数的增加逐渐增多(通俗讲就是薄膜逐渐老化)。以目前应用最广泛的聚丙烯为例,聚丙烯微观结构参数之间互相影响、关联复杂,基料中含有杂质、空隙、非晶区、直链、串折叠、纤维簇、链端、错位区和残余催化剂等。这些微观缺陷是引发薄膜介质发生局部放电的根源,在电/热/机械应力长期作用下,薄膜将发生不可逆转的绝缘老化和击穿。对薄膜电容器来说,当电容量下降超过15%时,此后电容量下降的速度会大大增加,介质损耗会迅速上升,绝缘电阻大幅减小,电容器性能急剧恶化。因此,通常把电容量损失达到初始电容量的15%作为薄膜电容器寿命终结的标志。目前有效减小自愈失败带来的击穿风险的措施之一是使用金属化网格膜(又称为安全膜)是指薄膜上的镀层被分割成块,有较细的金属镀层条相连接,当介质上出现电弱点,发生自愈时,不需要将成块的金属镀层蒸发,只需熔断金属块间相连的条状镀层,即可将含自愈点的金属块区域形成孤岛。事实上安全膜就是指其在自愈时需要的能量很小,更加容易自愈,产生的热量也小,能减小对相邻薄膜的伤害。

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