鉭電解電容器是電解電容器，是電子電路中的無源元件。它由作為陽極的多孔鉭金屬顆粒組成，覆蓋有形成電介質的絕緣氧化物層，並被作為陰極的液體或固體電解質包圍。鉭電容器優於其他傳統電容器和電解電容器，因為它們具有非常薄的介電層和相對較高的介電常數，從而導致單位體積電容高（體積效率高）且重量輕。不同於 鉭是一種衝突礦物。
鉭電解電容器比同等的鋁電解電容器貴得多。 鉭電容器本質上是極化元件。反向電壓會損壞電容器。非極性或雙極性鉭電容器是通過有效地串聯兩個極化電容器且陽極面向相反方向而創建的。

基本原理 
電解電容器利用了一些特殊金屬的化學特性，這些金屬可以形成絕緣氧化層，歷史上稱為閥金屬。向電解池中的鉭陽極材料施加正電壓，形成氧化物阻擋層，其厚度與施加的電壓成正比。該氧化層充當電解電容器的電介質。該氧化物層與氧化鈮層相比的特性如下表所示。 在粗糙的陽極結構上形成介電氧化物後，需要陰極。電解質充當電解電容器的陰極。使用許多不同的電解質。一般來說，電解質分為兩類：非固體電解質和固體電解質。非固體電解質是一種導電性為離子的液體介質。
反轉所施加電壓的極性可能會破壞氧化層。 原則上，所有電解電容器均形成平板電容器，其電容隨著電極面積A、介電常數ε的增加和電介質厚度d的減小而增加。 C。 = ε ⋅ A d {displaystyle C=varepsilon cdot {frac {A}{d}}} 電解電容器的電介質厚度非常薄，在納米每伏的範圍內。然而，這些氧化物層的介電強度非常高。因此，與其他類型的電容器相比，鉭電容器可以實現高體積電容。 與具有相同總體尺寸的光滑表面相比，所有蝕刻或燒結陽極都具有更大的總表面積。表面積的增加使固體鉭電解電容器的電容值增加了高達 200 倍（取決於額定電壓）。電解電容器的體積由電容和電壓的乘積（即所謂的 CV）定義。體積。然而，對各種氧化物材料的介電常數的比較表明，五氧化二鉭的介電常數大約是氧化鋁的介電常數的三倍。因此，給定CV值的鉭電解電容器可以比鋁電解電容器更小。

固體鉭電解電容器的基本結構 
使用二氧化錳電解質構建固體鉭片式電容器 典型的鉭電容器是片式電容器，它由壓燒結成顆粒的鉭粉作為電容器的陽極，五氧化二鉭的氧化層作為電介質，固體二氧化錳電解質作為陰極。增加。

陽極 
鉭電容器是由相對純淨的鉭金屬元素粉末製成的。比較粉末體積效率的常用品質因數是每克 (g) 電容（C，通常為 μF）和伏特 (V) 的乘積。自 20 世紀 80 年代中期以來，製造的鉭粉的 CV/g 值提高了約 10 倍（從約 20k 到 200k）。典型顆粒尺寸為 2-10 μm。顯示粉末顆粒逐漸變細，導致單位體積的表面積更大。請注意粉末之間的粒徑差異非常大。 粉末被壓縮在鉭絲（稱為立絲）周圍以形成“顆粒”。立管線最終成為電容器的陽極連接。然後將這種顆粒/線材組合在高溫（通常為 1200-1800 °C）下進行真空燒結，以生產機械強度高的顆粒並去除粉末中的許多雜質。在燒結過程中，粉末呈海綿狀結構，所有顆粒相互連接形成整體空間晶格。這種結構具有可預測的機械強度和密度，但也具有高度多孔性和較大的內表面積。
表面積越大，電容越大。因此，低平均粒徑和高CV/g的粉末被用於低電壓、高容量部件。通過選擇正確的粉末類型和燒結溫度，可以獲得特定的電容或電壓額定值。例如，220 μF 6 V 電容器的表面積接近 346 cm2，是一張紙大小的 80%（US Letter，8.5 x 11 英寸的紙張面積約為 413 cm2），但是總體積等於顆粒的重量。僅約0.0016 cm3。

電介質 
然後，陽極氧化的電化學過程在鉭顆粒的表面形成電介質。為了實現這一點，將“顆粒”浸入非常弱的酸性溶液中並施加直流電壓。總電介質厚度由形成過程中施加的最終電壓決定。最初，電源保持在恆流模式，直到達到正確的電壓（即電介質厚度）。然後保持該電壓，電流衰減到接近零，以在器件和生產批次之間提供均勻的厚度。 描述陽極電介質形成過程的化學方程式為： 2Ta → 2Ta5+ + 10e− 2 Ta5+ + 10 OH− → Ta2O5 + 5 H2O 氧化物在鉭表面形成，但也在材料內部生長。對於每個單位厚度的氧化物生長，三分之一向外生長，三分之二向內生長。由於氧化物生長限制，目前可用的每種鉭粉的氧化鉭最大額定電壓存在限制。 化成電壓產生的介質層厚度與電解電容器的耐壓成正比。電解電容器在製造時在氧化層厚度上有安全裕度，即用於電解形成電介質的電壓與電容器額定電壓的比率，以確保可靠的功能。增加。 採用二氧化錳電解質的固體鉭電容器通常具有 2-4 的安全裕度。這意味著安全裕度為 4 的 25 V 鉭電容器可以承受 100 V 電壓並提供更堅固的電介質。這種非常高的安全係數通過固體鉭電容器的失效機制“場結晶”得到了證明。 對於採用固體聚合物電解質的鉭電容器，安全邊際要低得多，通常約為 2。

陰極 
固體鉭電容器的下一步是應用陰極板（濕鉭電容器使用液體電解質作為陰極並與外殼結合）。這是通過將硝酸錳熱解為二氧化錳來實現的。將“顆粒”浸入硝酸鹽水溶液中，並在約 250°C 的烤箱中烘烤，形成二氧化層。化學方程式為： Mn(NO3)2 → MnO2 + 2 NO2 使用不同比重的硝酸鹽溶液重複該過程數次，在“顆粒”的內表面和外表面形成厚膜，在傳統結構中，“顆粒”依次浸入石墨和銀中，以提供從二氧化錳陰極板到外部陰極端子的良好連接。

生產流程 
採用燒結陽極和固體二氧化錳電解質的鉭電解片式電容器的製造流程。

鉭電容器的樣式 
鉭電解電容器有三種不同的款式。 鉭片式電容器：SMD 型表面貼裝，80% 的鉭電容器為 SMD 鉭“珍珠”，樹脂浸漬，單端型，用於 PCB 安裝 具有固體和非固體電解質的軸向引線鉭電容器主要用於軍事、醫療和太空應用。不同款式的鉭電容

片式電容器（外殼尺寸） 
超過 90% 的鉭電解電容器都是以 SMD 形式製造的鉭片電容器。外殼在端面上有接觸面，通常根據EIA-535-BAAC標準製造成各種尺寸。不同的尺寸還可以通過大小寫代碼字母來識別。對於已生產數十年的某些外殼尺寸 (A-E)，所有製造商的尺寸和外殼編碼仍然大致相同。然而，鉭電解電容器的新發展，例如降低ESR的多陽極技術和降低電感的“面朝下”技術，極大地擴展了芯片尺寸及其外殼代碼的範圍。這些與 EIA 標準的偏差意味著來自不同製造商的設備不再一定是統一的。 

濕鉭電容器 
現代非固態（濕式）鉭電解電容器的一個關鍵特徵是在相同溫度範圍內與固態鉭和濕式鋁電解電容器相比，其能量密度更高。由於其自愈特性（非固體電解質可以提供氧氣，在電介質的薄弱區域形成新的氧化層），電介質厚度可以以低得多的安全邊際形成，因此固體類型可以形成更多的電介質厚度。電介質比 更薄，導致單位體積的 CV 值更高。此外，濕鉭電容器可以在 100V 以上至 630V 的電壓下工作，具有相對較低的 ESR，並且在所有電解電容器中具有最低的漏電流。 最初的濕鉭電容器是在 20 世紀 30 年代開發的，是軸向電容器，由捲繞電池組成，該電池由鉭陽極和箔陰極組成，並由浸有電解質的紙條隔開，安裝在銀盒中，並且是非密封的。它是用彈性體密封的。鉭介電氧化物層對強酸的惰性和穩定性允許濕鉭電容器使用硫酸作為電解質，從而導致相對較低的ESR。 過去，銀外殼存在銀遷移和晶須問題，導致漏電流增加和短路。使用附加的凝膠硫酸電解質。 濕式鉭電解電容器價格相對昂貴，商業應用較少。它們用於重型工業應用，例如石油勘探探頭。軍事批准的類型可以提供擴展的電容和電壓額定值以及航空電子設備、軍事和太空應用所需的高質量水平。

歷史
1875 年發現了一組能夠形成絕緣氧化膜的“閥金屬”。1896 年，Karol Polak 獲得了使用鋁電極和液體電解質的電容器的專利。鋁電解電容器在 20 世紀 30 年代開始商業化生產。 第一個採用捲繞鉭箔和非固體電解質的鉭電解電容器由美國Tansitor電子公司於1930年開發出來，用於軍事用途。固體電解質鉭電容器是貝爾實驗室在 20 世紀 50 年代初發明的小型電容器。而且它還有一個更可靠的低壓支持電容器來補充新發明的晶體管。貝爾實驗室的 R. L. Taylor 和 H. E. Herring 根據他們在陶瓷方面的經驗，為 20 世紀 50 年代初發現的新型微型電容器找到了解決方案。他們將鉭金屬研磨成粉末，將該粉末壓縮成圓柱形，然後在真空下在 1,500 至 2,000 °C（2,730 至 3,630 °F）的高溫下燒結粉末顆粒，形成顆粒（“礦渣”）。 ”）。這些第一批燒結鉭電容器使用液體電解質。 1952年，貝爾實驗室的研究人員發現使用二氧化錳作為燒結鉭電容器的固體電解質。基本發明來自貝爾實驗室，但生產商業上可行的鉭電解電容器的創新是由斯普拉格電氣公司的研究人員完成的。 Sprague 研究總監 Preston Robinson 被認為是 1954 年鉭電容器的實際發明者。他的發明得到了 R.J.米勒德 (Millard) 在 1955 年引入了“改革”步驟，極大地改進了電容器電介質。每次浸泡和轉化循環後，二氧化錳沉積物都會得到修復。這顯著降低了成品電容器的漏電流。 第一種固體電解質二氧化錳的電導率比所有其他類型的非固體電解質電容器高十倍。它們採用鉭珍珠設計，很快就廣泛應用於廣播和新型電視設備中。 1971 年，英特爾發布了第一台微型計算機 (MCS 4)，1972 年，惠普發布了第一台袖珍計算器 (HP 35)。對電容器的要求，特別是低損耗，正在不斷提高。我需要降低標準電解旁路和去耦電容器的等效串聯電阻 (ESR)。固體鉭電容器提供比鋁電解電容器更低的ESR和漏電流值，但1980年行業中的鉭價格衝擊導致其值大幅下降。鉭電容器的用途，特別是在家庭娛樂電子產品中。為了尋求更便宜的替代品，該行業已恢復使用鋁電解電容器。 1975 年，Alan J. Heager、Alan McDiarmid 和 Hideki Shirakawa 開發的導電聚合物在降低 ESR 方面取得了突破。聚吡咯（PPy）、PEDOT等導電聚合物的電導率比二氧化錳高1000倍，接近金屬。 1993年NEC推出了一款SMD聚合物鉭電解電容器，名為“NeoCap”。 1997年，三洋推出“POSCAP”聚合物鉭芯片。 Kemet 在 1999 年的 Carts 會議上宣布了一種用於鉭聚合物電容器的新型導電聚合物。該電容器採用了新開發的有機導電聚合物PEDT聚(3,4-乙撐二氧噻吩)，也稱為PEDOT（商品名Bytron）。這項開發針對快速發展的 SMD 技術，開發了一種具有高 CV 體積的片式低 ESR 電容器。 20 世紀 90 年代，對鉭芯片的需求急劇增加。然而，2000-2001年鉭價格再次上漲，迫使人們開發出採用二氧化錳電解液的鈮電解電容器，該電容器於2002年面世。用於製造鈮介電電容器的材料和工藝與現有的鉭電容器基本相同。介電電容器。鈮電解電容器和鉭電解電容器具有幾乎相同的特性。

串聯等效電路 
由於損耗和寄生電感部件，鉭電解電容器作為分立元件並不是理想的電容器。所有特性都可以通過串聯等效電路來定義和指定，該串聯等效電路由理想化電容和對電容器的所有損耗和電感參數進行建模的附加電氣元件組成。在該串聯等效電路中，電氣特性定義為： C、電容器的電容量 Rleak，代表電容器漏電流的電阻 RESR，等效串聯電阻，總結了電容器中的所有電阻損耗，通常縮寫為“ESR”。 LESL是等效串聯電感，是電容器的有效自感，通常縮寫為“ESL”。 IEC/EN 60384-1 指定使用串聯等效電路而不是並聯等效電路。

電容標準值和容差 
鉭電解電容器的電性能取決於陽極的結構和所使用的電解質。這會影響鉭電容器的電容值，並且取決於工作頻率和溫度。電解電容器電容的基本單位是微法拉（μF）。 製造商數據表中指定的電容值（稱為額定電容 CR 或標稱電容 CN）是電容器的設計值。對於電解電容器的測量條件，已經標準化了頻率為100至120Hz的交流測量方法。電解電容器與其他類型的電容器不同，其電容通常在 1 kHz 以上測量。對於鉭電容器，在測量時，對於額定電壓為 2.5 V 以下的類型，可以施加 1.1 至 1.5 V 的直流偏置電壓；對於額定電壓高於 2.5 V 的類型，可以施加 2.1 至 2.5 V 的直流偏置電壓，以避免反向電壓。 被測電容與額定值的允許偏差百分比稱為電容容差。電解電容器有各種公差系列分類，其值在 IEC 60063 中規定的 E 系列中規定。對於狹小空間中的省略號標記，每個公差的字母代碼在 IEC 60062 中規定。 額定電容，E3系列，公差±20%，字母代碼“M” 額定電容，E6系列，公差±20%，字母代碼“M” 額定電容，E12 系列，容差 ±10%，字母代碼“K” 所需的電容容差由具體應用確定。電解電容器通常用於濾波和旁路電容器，不需要嚴格的容差，因為它們很少用於振盪器等精密頻率應用。

額定電壓和類別電壓 
參考IEC/EN 60384-1標準，鉭電容器的允許工作電壓稱為“額定電壓UR”或“標稱電壓UN”。額定電壓UR是在額定溫度範圍TR（IEC/EN 60384-1）內的任何溫度下可以連續施加的最大直流電壓或峰值脈衝電壓。 電解電容器的額定電壓隨著溫度的升高而降低。對於某些應用，使用更高的溫度範圍非常重要。在較高溫度下降低施加的電壓可以保持安全裕度。因此，對於某些電容器類型，IEC 標準規定了較高溫度下的“溫度降額電壓”或“類別電壓 UC”。類別電壓是在類別溫度範圍 TC 內的任何溫度下可以連續施加到電容器上的最大直流電壓或峰值脈衝電壓。電壓與溫度的關係如右圖所示。 低施加電壓可以對鉭電解電容器產生積極影響。較低的施加電壓可提高可靠性並降低預期故障率。施加高於規定值的電壓可能會損壞鉭電解電容器。

浪湧電壓 
浪湧電壓表示電解電容器在有限循環使用期間可以施加到電解電容器的最大峰值電壓值。浪湧電壓在 IEC/EN 60384-1 中標準化。對於鉭電解電容器，浪湧電壓為額定電壓的1.3倍（四捨五入到最接近的伏特）。 施加到鉭電容器上的浪湧電壓會影響電容器的故障率。

瞬態電壓 
採用固體二氧化錳電解質的鉭電解電容器上的瞬態電壓或電流尖峰可能會導致某些鉭電容器失效，從而導致直接短路。

反向電壓 
鉭電解質是極化的，通常要求陽極電壓相對於陰極電壓為正。 當施加反向電壓時，非常小區域的微裂紋或其他缺陷會導致反向漏電流穿過介電層流到電解電容器的陽極。雖然電流只有幾微安，但局部電流密度非常高，可能會出現小熱點。這可能導致非晶五氧化二鉭轉化為導電性更強的晶體形式。如果存在高電流，這種效應會產生雪崩並使電容器完全短路。 然而，鉭電解電容器可以承受有限循環次數的短期反向電壓。鉭反向電壓的最通用準則是： 25 °C 時，額定電壓的 10% 時最大為 1 V， 85 °C 時，額定電壓的 3% 時最大 0.5 V， 125 °C 時為額定電壓的 1%，最高 0.1 V。這些指南適用於短期，不應用於確定電容器可以永久使用的最大反向電壓。

阻抗 
鉭電解電容器和其他常規電容器一樣具有兩種電氣功能。在定時器和類似應用中，電容器被視為存儲電能的存儲元件。然而，對於電源等平滑、旁路或去耦應用，電容器還充當交流電阻器，以濾除電壓軌中不需要的交流分量。在此（偏置）交流函數中，頻率相關的交流電阻（阻抗“Z”）與電容值一樣重要。 阻抗是交流電路中特定頻率下電壓和電流的幅值和相位的複數比。從這個意義上說，阻抗是衡量電容器衰減交流電能力的指標，可以像歐姆定律一樣使用。 Z。 = 你 ^ 我 ^ = U e F F 我 e F F 。 {displaystyle Z={frac {hat {u}}{hat {imath }}}={frac {U_{mathrm {eff} }}{I_{mathrm {eff} }}}。 } 阻抗是一種與頻率相關的交流電阻，在特定頻率下具有幅度和相位。電解電容器的數據表僅列出阻抗大小|Z|。 ，簡單寫為“Z”。關於IEC/EN 60384-1標準，鉭電解電容器的阻抗值是在10kHz或100kHz下測量和規定的，具體取決於電容器的電容和電壓。 除了測量之外，還可以使用電容器串聯等效電路的理想化組件來計算阻抗，例如理想電容器 C、電阻 ESR 和電感 ESL。因此，在這種情況下，角頻率 ω 處的阻抗由 ESR 與容抗 XC 的幾何（複數）相加給出。 X C。 = - 1 ω C。 {displaystyle X_{C}=-{frac {1}{omega C}}} 由於感抗 XL（電感） X L。 = ω L。 E. S。 L。 {displaystyle X_{L}=omega L_{mathrm {ESL} }} 。 那麼 Z 由下式給出 Z。 = E. S。 R。 2 + （ X C。 + （ - X L。 ） ） 2 {displaystyle Z={sqrt {{ESR}^{2}+(X_{mathrm {C} }+(-X_{mathrm {L} }))^{2}}}} 在諧振的特殊情況下，無功電阻XC和XL具有相同的值（XC=XL）並且阻抗僅由ESR決定。在高於諧振的頻率下，電容器的 ESL 會導致阻抗再次增加。此時電容器開始主要充當電感。

ESR 和損耗因數 tan δ 
作為頻率和溫度函數的典型阻抗和 ESR 曲線 等效串聯電阻 (ESR) 是電容器中所有電阻損耗的總和。它們是終端電阻、電極觸點的接觸電阻、電極的線路電阻、電解質電阻和介電氧化物層的介電損耗。 ESR 會影響平滑後殘留的疊加交流紋波，並可能影響電路的功能。 當與電容器相關的紋波電流流過電容器時，ESR 會導致內部發熱。這種內部熱量的產生可能會影響鉭電解電容器的可靠性。 一般來說，ESR 隨著頻率和溫度的增加而降低。從歷史上看，電解電容器的討論有時會參考相關數據表中的損耗角正切 (tan δ)，而不是 ESR。損耗因數由感抗 XL 減去容抗 XC 與 ESR 之間的相位角的正切決定。如果電容器電感ESL較小，則損耗因數可近似為： 黃棕色 ⁡ δ = 血沉 ⋅ ω C。 {displaystyle an delta ={mbox{ESR}}cdot omega C} 損耗因數 tan δ 用於頻率確定或諧振電路中損耗非常低的電容器。損耗因數的倒數稱為品質因數（Q），它代表諧振器的帶寬。

紋波電流 
“紋波電流”是直流電流與任意頻率的交流電流疊加的有效值。這種情況主要發生在電源（包括開關電源）中，對交流電壓進行整流後，通過去耦或平滑電容器作為充電和放電電流流動。 由於紋波電流，電容器本體會產生熱量。該功率損耗 PL 由 ESR 引起，是有效 (RMS) 紋波電流 IR 的平方。 P。 L。 = 我 R。 2 ⋅ E. S。 R。 {displaystyle P_{L}=I_{R}^{2}cdot ESR} 除了環境溫度和可能的其他外部熱源之外，內部產生的熱量也會導致電容器體內產生溫差 ΔT。該熱量必須以熱損失 Pth 的形式分佈在電容器表面 A 上以及到環境的熱阻 β 上。 P。 t H = Δ T。 ⋅ A ⋅ β {displaystyle P_{th}=Delta Tcdot Acdot eta } 內部產生的熱量必須通過熱輻射、對流和傳導的方式散發到周圍環境。電容器的溫度由產生的熱量和散發的熱量之間的平衡決定，並且不應超過電容器的最高規定溫度。 紋波電流指定為 100 或 120 Hz 時的均方根 (RMS)，或上限類別溫度下的 10 kHz。非正弦紋波電流應通過傅里葉分析進行分析，分為其正弦頻率分量，並將等效紋波電流計算為各個電流平方和的平方根。 我 R。 = 我 1 2 + 我 2 2 + 我 3 2 + 我 n 2 {displaystyle I_{R}={sqrt {{i_{1}}^{2}+{i_{2}}^{2}+{i_{3}}^{2}+{i_{n} }^{2}}}} 在固體鉭電解電容器中，紋波電流產生的熱量會影響電容器的可靠性。超過限制很容易出現短路、元件燒毀等災難性故障。

電流浪湧、峰值或脈衝電流 
固體鉭電解電容器可能會因電流浪湧、峰值或脈衝而損壞。在高電感電路中，使用暴露於浪湧、峰值或脈衝電流的鉭電容器時，最大電壓降額應為 70%。如果可能，電壓曲線應為斜坡開啟。這減少了電容器中的峰值電流。

漏電流 
直流漏電流是電解電容器的一個特殊特性，是其他傳統電容器所不具備的。該電流在電解電容器的串聯等效電路中由與電容器並聯的電阻器 Rleak 表示。固體鉭電容器漏電流的主要原因是電介質的電擊穿、由於雜質或陽極氧化不充分而導致的導電路徑、由於過量的二氧化錳而導致的電介質旁路、濕氣路徑或陰極導體（碳、銀）。這是由於）。固體電解電容器中的漏電流不能通過形成新氧化物意義上的“修復”來減少，因為在正常條件下固體電解質不能為形成過程​​提供氧氣。該說法不應與可靠性（故障率）中描述的場結晶過程中的自愈過程相混淆。 數據表中的漏電流規格通常會附帶一個附加數字，該數字是在額定電容值 CR 乘以額定電壓 UR 值後測得的，並在 2 或 5 分鐘的測量時間後測得。例如： 我 L。 e 是 k = 0 。 01 A 五、 ⋅ F。 ⋅ U R。 ⋅ C。 R。 + 3 μ A {displaystyle I_{mathrm {洩漏} }=0{.}01,mathrm {{A} over {Vcdot F}} cdot U_{mathrm {R} }cdot C_{mathrm {R} }+3,mathrm {mu A} } 漏電流值隨施加電壓、電容器溫度、測量時間以及外殼密封狀態造成的濕氣影響而變化。漏電流通常非常低，遠低於規定的最壞情況。

介電吸收（浸泡）
當長時間充電的電容器在短時間放電後保留一些電荷時，就會發生介電吸收。理想電容器在放電後達到零伏，但實際電容器由於延時偶極子放電而產生小電壓。這種現像也稱為介電弛豫、“浸沒”或“電池作用”。 電介質吸收可能會在使用非常小電流的電路中引起問題，例如長時間常數積分器和採樣保持電路。然而，在鉭電解電容器支持電源線的大多數應用中，介電吸收不是問題。

可靠性（故障率）
組件可靠性是描述組件在一段時間內執行其功能的情況的特徵。它受隨機過程的影響，可以定性和定量地描述。它不能直接測量。電解電容器的可靠性是通過確定與生產相關的耐久性測試中的故障率來憑經驗確定的。請參閱可靠性工程#可靠性測試。 可靠性通常用浴盆曲線表示，分為三個區域：早期壽命或嬰兒死亡率、穩態隨機故障和磨損故障。總故障率包含的故障類型有短路故障、開路故障和降級故障（超出電氣參數）。 可靠性預測通常用故障率 λ 來表示，縮寫為 FIT（故障時間）。這是在恆定工作條件下（例如，1000 小時內 1000 個組件或 1000 小時內 100 萬個組件）運行 10 億 (109) 個組件小時中預期出現的故障數量。週期性隨機故障的時期。這些故障率模型隱含地假設了“隨機故障”的想法。各個組件會隨機發生故障，但發生率可預測。故障率 FIT 的標準工作條件為 40 °C 和 0.5 UR。 FIT 的倒數是平均故障間隔時間 (MTBF)。 對於鉭電容器，故障率通常以 85 °C 和額定電壓 UR 作為參考條件指定，並表示為每 1000 小時故障部件的百分比 (n %/1000 h)。這是每 105 小時發生故障的組件數“n”，或者是每 109 小時 FIT 的 10,000 倍。 標準工作條件 除了 40 °C 和 0.5 UR 之外，還應用其他溫度和電壓，電流負載、電容值、電路電阻、機械影響和濕度均針對工業或軍事用途進行了標準化。可以使用修改後的加速係數重新計算 FIT 數。語境。例如，較高的溫度和施加的電壓會增加故障率。 故障率重新計算最常被引用的來源是 MIL-HDBK-217F，它是電子元件故障率計算的“聖經”。 SQC Online是用於驗收抽樣和質量控制的在線統計計算器，提供簡單檢查的在線工具，以計算應用條件的具體故障率值。一些鉭電容器製造商可能有自己的FIT計算表。鉭電容器是高度可靠的元件。鉭粉和電容器技術的不斷改進大大減少了以前導致大多數場結晶故障的雜質含量。目前市售的鉭電容器作為標準產品，在 85°C 和 UR 條件下達到了 0.01%/1000 小時的高 MIL-Spec 'C' 水平，或者在 85°C 和 UR 條件下每 107 小時發生 1 次故障。使用 MIL HDKB 217F 在 40 °C 和 0.5 UR 下的加速因子在 FIT 中重新計算，對於與 0.1 Ω 串聯電阻一起使用的 100 μF/25 V 鉭片電容器，故障率為 0.02 FIT。

使用壽命 
鉭電解電容器的壽命、使用壽命、負載壽命或使用壽命完全取決於所使用的電解液。 對於使用液體電解質的電池沒有壽命規範。 （關閉時） 使用二氧化錳電解質的沒有壽命規範。 使用聚合物電解質的產品有使用壽命規格。由於導電聚合物的熱降解機制，聚合物電解質的導電率不易下降。電導率隨時間而降低，與顆粒金屬型結構一致，老化是由於導電聚合物顆粒的收縮造成的。聚合物電解電容器的壽命規定與非固體電解電容器類似，但它們的壽命計算遵循其他慣例，從而導致更長的工作壽命。

故障模式和自愈機制 
根據所使用的電解質，鉭電容器具有不同的長期電氣行為。定義具有獨特故障模式的類型的應用規則，以確保高可靠性和長壽命。 鉭電容器與所有電子元件一樣，具有非常高的可靠性和非常低的故障率。然而，有一種獨特的失效模式，稱為“場結晶”。場結晶是固體鉭電容器退化和災難性故障的主要原因。當今鉭固體電解電容器90%以上的罕見故障都是由於這種故障模式導致的短路或漏電流增加造成的。介電層是鉭電解電容器中非常薄的氧化膜，必須緻密地形成。無定形結構。據報導，將非晶結構轉變為晶體結構會增加氧化物的體積，並將電導率提高 1000 倍。介電擊穿後的場結晶的特點是漏電流從納安量級突然上升到安培量級。低阻抗電路中的毫秒。隨著電流增加，“雪崩效應”加速並迅速擴散到金屬/氧化物上。這可能會造成不同程度的破壞，從氧化物上相當小的燒焦區域，到覆蓋大面積顆粒的鋸齒狀燒傷條紋，或金屬的完全氧化。如果電流源不受限制，場結晶會導致電容器短路。在這種情況下，電容器的串聯電阻可能非常低，如果沒有任何東西限制可用電流，則故障可能是災難性的。 雜質、小的機械損傷或介電缺陷會影響結構，從非晶結構轉變為晶體結構，並降低介電強度。鉭粉的純度是定義結晶風險的最重要參數之一。自 20 世紀 80 年代中期以來，生產的鉭粉的純度有所提高。 焊接應力後的浪湧電流會引發結晶並導致介電擊穿。避免災難性故障的唯一方法是限制從電源汲取的電流，將故障限制在有限的區域內。流經結晶區域的電流加熱故障附近的二氧化錳陰極。隨著溫度升高，化學反應將周圍的導電二氧化錳還原為絕緣的三氧化二錳 (Mn2O3)，從而隔離氧化鉭層內的結晶氧化物並允許局部電流流動。停止。

避免失敗
結晶固體鉭電容器最有可能在通電時出現故障。據信介電層上的電壓是擊穿觸發機制，並且接通電流導致擊穿，從而導致災難性故障。為了防止此類突然故障，製造商建議： 施加電壓降額為額定電壓的 50% 使用 3 Ω/V 串聯電阻，或 使用慢速上電模式電路（軟啟動電路）。

並聯 
小型或低壓電解電容器可以安全並聯。大型電容器，尤其是大型和高壓類型的電容器，必須單獨進行保護，以防止由於電容器故障而導致整個電容器組突然放電。

串聯 
某些應用（例如用於三相電網頻率控制的具有直流鏈路的交流/交流轉換器）需要比鋁電解電容器通常提供的電壓更高的電壓。在此類應用中，可以串聯電解電容器以提高耐壓。充電期間，每個串聯電容器兩端的電壓與各個電容器的漏電流成反比。每個電容器的漏電流略有不同，因此漏電流較高的電容器電壓較低。串聯電容器的電壓平衡不對稱。必須提供無源或有源電壓平衡以穩定各個電容器上的電壓。

極性標記 
所有鉭電容都是有極性的元件，正極或負極端子都有明顯的標記。暴露於反向極性（即使是很短的時間）可能會使電容器去極化，破壞電介質氧化層並導致故障，即使隨後以正確的極性操作也是如此。如果故障是短路（最常見的情況）並且電流不限於安全值，則可能會發生致命的熱失控。這種故障也會迫使電容器彈出燃燒的核心。 固體電解質鉭電解電容器的正極端子上標有橫線或“+”。非固體電解質鉭電解電容器（軸向引線式）在負極端子處標有條或“-”（減號）。在正極端子所在的外殼模製面上可以更好地識別極性。不同風格的標記可能會導致危險的混亂。 一個特別容易混淆的原因是表面貼裝鉭電容器的正極端子標有一個條。另一方面，在鋁表面貼裝電容器上，負極端子被如此標記。 對於 20 世紀 70 年代初期的鉭電容器，極性由點表示。當圓點面向您時，正極引線就是正確的引線。正極引線也可能稍長一些。另外，如果PCB上沒有印“+”或“-”符號，極性就會通過各種形狀的焊點標記在PCB上。例如，方形焊點用於正極性（必須在測量接地、負電壓或正電壓引腳的連接的具體情況下進行驗證）。

壓印標記 
與大多數其他電子元件一樣，鉭電容器上刻有標記，表明製造商、類型、電氣和熱特性以及製造日期（如果有足夠的空間）。然而，由於大多數鉭電容器都是片式的，空間緊張，因此壓印符號僅限於電容、容差、電壓和極性。 較小的電容器使用縮寫。最常用的格式是 XYZ J/K/M“V”。 XYZ 表示電容（計算為 XY × 10Z pF），字母 K 或 M 表示容差（分別為 ±10% 和 ±20%）。 “V”代表工作電壓。 例子： 105K 330V 表示 330 V 工作電壓下的電容為 10 × 105 pF = 1 μF (K = ±10%)。 476M 100V 表示 100 V 工作電壓下的電容為 47 × 106 pF = 47 μF (M = ±20%)。電容、容差和製造日期可以用 IEC/EN 60062 中規定的短代碼顯示。額定電容（微法）的短標記：μ47 = 0.47 μF、4μ7 = 4.7 μF、47μ = 47 μF 生產日期通常根據國際標準打印。 版本 1：使用數字年/周代碼進行編碼。 “1208”是“2012 年第 8 週”。 版本 2：使用年份代碼/月份代碼進行編碼。年份代碼為：“R”= 2003、“S”= 2004、“T”= 2005、“U”= 2006、“V”= 2007、“W”= 2008、“X”= 2009、“A”= 2010、“B”= 2011、“C”= 2012、“D”= 2013、“E”= 2014 等。以下是月份代碼：“1”至“9”= 一月至九月，“O”=十月，“N”= 十一月，“D”= 十二月。 “X5”變為“2009 年 5 月”。對於非常小的電容器，不可能進行標記。只有元件的包裝或所用元件的裝配製造商的記錄才能完全識別該元件。

標準化
電氣和電子元件及相關技術的性能和測試方法的標准定義由非盈利、非政府國際標準化機構國際電工委員會（IEC）發布，並由其他行業機構推薦用於特定應用。符合特徵的標準，例如EIA尺寸標準、IPC可焊性標準等。美國MIL-STD-spec質量和可靠性標準和方法用於需要更高可靠性或不太溫和的操作環境的組件。 通用規範中提供了電子設備中使用的電容器的特性定義和測試方法程序。 IEC/EN 60384-1：電子設備中使用的固定電容器 下一節“規格”中給出了電子設備中使用的鋁電解電容器和鉭電解電容器必須滿足的測試和要求，才能被批准為標準類型。 IEC/EN 60384-3 - 採用二氧化錳固體電解質的表面貼裝固定鉭電解電容器 IEC/EN 60384-15 - 採用非固體和固體電解質的固定鉭電容器 IEC/EN 60384-24 - 採用導電聚合物固體電解質的表面貼裝固定鉭電解電容器

鉭礦
鉭電容器主要使用鉭元素。鉭礦石是衝突礦物之一。一些非政府組織正在共同努力提高人們對消費電子產品與衝突礦物之間關係的認識。

市場 
2008年鉭電解電容器市場規模約為22億美元，約佔整個電容器市場的12%。

用途
由於其低洩漏和高電容，鉭電容器非常適合在採樣和保持電路中使用，以實現長保持週期，或在一些對精確定時不重要的長定時電路中使用。它們還經常與薄膜或陶瓷電容器並聯用於電源軌去耦，以實現高頻下的低 ESR 和低電抗。當外部環境或元件的高密度封裝導致內部環境持續高溫時，或者當高可靠性很重要時，可以使用鉭電容器代替鋁電解電容器。鉭電容器用於要求高質量和可靠性的設備，例如醫療電子設備和航天設備。 低壓鉭電容器的一個特別常見的應用是計算機主板和外圍設備上的電源濾波，因為它們尺寸小且長期可靠。

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