淺析薄膜電容器的自愈特性

薄膜電容器之所以能被廣泛使用，被各大廠商使用，是因?yàn)楸∧る娙萜骶哂凶杂芰?。薄膜電容器的自愈有兩種不同的機(jī)理：一種是放電自愈；另一種是電化學(xué)自愈。放電自愈是發(fā)生在電壓較高下，所以也稱為高壓自愈；電化學(xué)自愈在電壓很低的情況下也出現(xiàn)，所以稱為低壓自愈。

1、放電自愈

假設(shè)在兩個(gè)金屬化電極間的薄膜中有一瑕疵點(diǎn)，電阻為R。按瑕疵點(diǎn)的性質(zhì)，它可能是金屬性瑕疵點(diǎn)，也可能是半導(dǎo)體或劣質(zhì)絕緣性瑕疵點(diǎn)。當(dāng)疵點(diǎn)是金屬性瑕疵點(diǎn)時(shí)，在低電壓下，電容器就已經(jīng)發(fā)生放電自愈。而是半導(dǎo)體或劣質(zhì)絕緣性瑕疵點(diǎn)時(shí)，才出現(xiàn)高壓放電自愈。

放電自愈的過程是：在薄膜電容器上施加電壓V后，有歐姆電流I=V/R通過瑕疵點(diǎn)。流經(jīng)金屬化電極的電流密度J=V/Rπr2。也就是在金屬化電極內(nèi)，離瑕疵點(diǎn)越近的區(qū)域，其電流密度越大。由于瑕疵點(diǎn)功耗W=(V2/R)r引起的焦?fàn)枱幔前雽?dǎo)體性或絕緣性瑕疵點(diǎn)的電阻R成指數(shù)性下降。因此電流I和功耗W又迅速增大，結(jié)果在金屬化電極離瑕疵點(diǎn)很近的區(qū)域中，電流密度J1= J=V/πr12急劇上升到其焦?fàn)枱崮軐⒃搮^(qū)金屬化層的熔化，引起電極間在此處飛弧，電弧很快蒸發(fā)和拋散掉該處熔融金屬，形成無金屬層的絕緣隔離區(qū)，電弧熄滅，實(shí)現(xiàn)自愈。

2、電化學(xué)自愈

一般在低壓下，薄膜電容器會(huì)出現(xiàn)這種自愈情況。這種自愈的機(jī)理如下：假設(shè)在金屬化有機(jī)薄膜電容器的介質(zhì)薄膜中有一瑕疵點(diǎn)，在電容器上加上電壓以后，通過疵點(diǎn)將有較大的漏電流，表現(xiàn)為電容器的絕緣電阻遠(yuǎn)低于技術(shù)條件中的規(guī)定值。

因?yàn)楸∧る娙萜鞫加幸欢ǖ奈?，而且在電容器制造、?chǔ)存和使用過程中，電容器可能受潮，在漏電流中含有離子電流，也可能含有電子電流。所以在離子電流中會(huì)有相當(dāng)一部分是因水被電解而產(chǎn)生的O2-離子和H-離子電流。O2-離子到達(dá)AL金屬化陽(yáng)極以后，與AL結(jié)合形成AL2O3。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，逐漸形成AL2O3絕緣層將疵點(diǎn)覆蓋和隔離，從而電容器絕緣電阻大為提高，達(dá)到自愈。

要注意的是，薄膜電容器要完成自愈，需要一定的能量，其能量有兩個(gè)來源：一個(gè)是來自電源，另一個(gè)是來自瑕疵點(diǎn)部分金屬的氧化和氮化放熱反應(yīng)。