钽电容器失效分析概述钽电容失效原因分析( 二 ) _小知识

理论上讲，失效电容器最初应该能在电路板上进行检查。这要证实电容器的安装极性是正确的。如果在没有任何外部应力存在的情况下，电容器的检查（电路板状态）及其环境应有利于识别。焊接点的分析应尽可能的识别出手工返工的状态。其次，电容器的外部和内部结构应可检查。电容器的外部检查一般使用立体显微镜进行控制，立体显微镜能显示出诸如模塑环氧的裂缝、褪色、热/机械损伤、返工等缺陷。外部缺陷的确定是钽电容器失效的原因之一，但是失效的结果并不关键，因为它有可能将根本原因分析错误。X光检测可以检查电容器的内部结构及其任何异常状态（阳极未对准，弱正极或是负极接触等）。随着X光分辨率的改善和计算机运行速度加快，X光断层照相术正成为分析电容器内部结构的一种有益的工具。
物理检查和X光检查之后，对验货状态的电容器电性参数也要进行记录。当然这要以不进一步损伤电容器的方式进行。毋容置疑，电容器必须要与电路进行电隔离。所有的钽电容器制造商都会将其生产的电容器以特有的方式进行标识，一般会提供出制造商名称、容量、额定电压、日期/批次代码以及极性。这样做的一个重要原因是确保失效的电容器不是假冒好品。
对于电容器电性，所要做的第一件事情就是检查钽电容器的直流电阻，一般使用万用表检查。这样做是要使有效电流维持在很低的水平下。小于∞的直流电流表明电容器具有高电流或是处于短路状态。接着，在适当频率下使用LCR测试仪在0.5或是1Vrms条件检测容量、损耗因子（DF）以及ESR 。需要注意的是短路电容器的容量、DF和ESR是不满足规范要求的。由于电容器具有“自愈”功能，因此测试漏电流必须要十分小心。MnO2钽电容器和聚合物钽电容器的自愈机理是有差别的。
高漏电流/短路失效
如果电容器具有小于∞的DCR，说明在电容器的正负极之间存在导电路径。假设电容器与电路之间被隔离，要么是泄漏通道通过钽阳极块（电介质层已经被损坏），要么旁路钽阳极块，在正负极之间形成了导电路径。应该检查电容器，以确保在外部不存在电路桥。正如图3中所示，可能还有一些引起导电路径的原因，这可以大体分为使用或是生产两种方式。
在进行任何破坏性分析之前了解电容器内部的失效点位置是非常有益的，特别是对大壳号和多阳极钽电容器来说。图4所示的是高漏电流电容器的热成像图，其中电容器耐受了额定电压，并在短时间内施加了非常少量的电流。在失效点局部的内热会引起局部温度的轻微提升，这可以通过热成像系统记录下来。热成像和X光分析结合使用可以精确的确定出失效部位。这种方法增加失效分析成功几率，并可缩短失效分析的时间。然后横切电容器直到失效点，阳极和电极的任何异常都能分析到。如果电容器不存在外形异常，其DCR一般在几百千欧到几百兆欧这样的范围内，不会观察到热量点，为确保产品真的具有高漏电流，应该额定电压下测量该值。

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图4 钽电容器的热成像所显示的失效位置的高温点
基于这种失效模式，要检查钽阳极的完整性和电介质的质量，就要使用化学的方法对钽电容器进行剥离。一般要实现比较致密的钽电介质，可使用电化学的方法，在两到三倍电容器额定电压条件下生成。电介质中的瑕疵，例如如图5所示的结晶氧化物，可以通过剥离电极层的方式进行检查。结晶氧化物疵点削弱了无定形电介质，从而提供出一个导电通道。少量存在的疵点可通过钽电容器的自愈机理将其隔离。与此相同的是，结晶氧化物在高压电容器（一般是35V或者更高）中更加显著，大量疵点的出现引起电容器出现问题。过去的几年中，已经开发出一些方法来减小或是消除结晶氧化物的生长。

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图5 钽阳极块上的结晶点
像其他电子元件一样，钽电容器也会因使用条件而出现失效（图3a）。作为一种极性元件，钽电容器能在短暂时间内耐受少量的反向偏置电压；但是，不允许电容器承受反极性连接。如果遭受反向偏置电压，电容器会变得不可靠，但是某种情况下，有可能取一些相同电路上的类似电容器做反向拐点电压测试。如果电容器是属于那种已经遭受过反向偏置电压的电容器，这种测试会有助于验证效果。

钽电容器失效分析概述 钽电容失效原因分析( 二 )

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