本文旨在使設計工程師了解反向電壓操作對鉭電容器化學結構和壽命可靠性的影響。 

它還旨在向電路設計工程師展示如何預測鉭電容器承受負電壓的電路的使用壽命。

固體鉭電容的反向電壓行為

1.引言

固態鉭電容器是極性器件，具有陽極端子和陰極端子。 這些端子之間的電壓僅應施加到陽極的正極，而施加到陰極的負極，否則電容器將被損壞，從而導致故障。 所有鉭電容器制造商都建議不要在電容器端子[1、2、3]之間放置連續的反向電壓。 在幾乎所有電路中，工作期間都可能發生負瞬變。 電容器也可能被錯誤地插入電路或連接到一塊設備可能會存在反向電壓的情況。 因此，重要的是，設計工程師必須了解可能的后果和故障機理，以及將故障風險降至zuidi的方法。

2.最大允許反向電壓準則

鉭電容器制造商規定的直流反向電壓的允許電平變化很大。 例如，一個制造商沒有給出任何指導，只是建議不要在可能會在端子兩端施加反向電壓的電路中使用鉭電容器，而另一家制造商則表示允許使用最高額定電壓的10％[。 

最常見的反向電壓準則是：

在25°C時為額定電壓的10％至最大1伏

在85°C時為額定電壓的3％至最大0.5V

在125°C時為額定電壓的1％至最大0.1V

這些準則適用于短期，不建議用于確定可使用電容器的最大反向電壓。

3.失效機理的描述

鉭電容器中的電介質材料是一層非晶態的五氧化二鉭，它通過電解在鉭粉（陽極）的表面上生長。 每個電容器額定電壓的這一層厚度約為60埃（6納米）。 然后將半導電二氧化錳的陰極層放在介電表面上。

在零件的正常正向電壓操作期間，通過從相鄰的二氧化錳陰極材料中獲取所需的氧氣，鉭金屬的裸露區域可能會被重新氧化或“修復”為非晶態電介質。
這減少了故障部位的泄漏電流。 在反向偏壓下，此機制將不起作用，因為帶負電荷的氧物質的移動方向與修復機制所需的方向相反。除此機理外，從半導體二氧化錳（MnO2）中除去氧還可以將其局部轉化為電阻更高的“較低氧化物”，例如Mn2O3，Mn3O4或MnO。 這進一步隔離了故障，使其不影響總的器件泄漏電流。 這些機制被稱為“自我修復”或“修復”，有助于鉭電容器在正常工作期間具有很高的可靠性。隨著器件工作溫度的升高，需要降低額定電壓，以避免電介質兩端產生過大的電壓應力。

在反向電壓下，AVX內的實驗證據表明，反向泄漏電流的一部分在非常小的微裂紋區域或介電層中的其他缺陷中流動。 盡管電流可能只有幾微安，但它代表了很高的局部電流密度，可能會引起微小的熱點。

這可能會導致非晶態五氧化二鉭轉化為更具導電性的晶體形式。 當有大電流可用時，這種效應會雪崩，器件可能會完全短路。

與正向一樣，該熱量也足以將一小部分的二氧化錳分解成高電阻的“低級氧化物”，因此即使反向加熱也可能會發現一定程度的“自愈”。 這取決于缺陷的大小和可用電流。

從理論上講，這些機制也會導致電容值減小，但實際上，與總介電面積相比，所涉及的面積非常小，因此無法測量變化。