• bbb

Lyhyt johdanto metallisoitujen kalvokondensaattoreiden itsekorjautuvuuteen (1)

Organometallikalvokondensaattoreiden suurin etu on niiden itsekorjautuvuus, mikä tekee näistä kondensaattoreista yhden nopeimmin kasvavista kondensaattoreista nykyään.

Metallikalvokondensaattoreiden itsekorjautumiseen on kaksi erilaista mekanismia: toinen on purkaus-itsekorjaus ja toinen on sähkökemiallinen itsekorjaus. Ensimmäinen tapahtuu korkeammalla jännitteellä, joten sitä kutsutaan myös korkeajännitteiseksi itsekorjaukseksi; koska jälkimmäistä tapahtuu myös hyvin matalalla jännitteellä, sitä kutsutaan usein matalajännitteiseksi itsekorjaukseksi.

 

Purkaus Itsekorjaus

Havainnollistaaksemme purkauksen itsekorjausmekanismia oletetaan, että kahden metalloidun elektrodin, joiden resistanssi on R, välisessä orgaanisessa kalvossa on vika. Vian luonteesta riippuen se voi olla metallivika, puolijohdevika tai huonosti eristetty vika. On selvää, että kun vika on jokin edellisistä, kondensaattori on purkautunut itsestään matalalla jännitteellä. Vain jälkimmäisessä tapauksessa niin sanottu korkeajännitepurkaus korjaa itsensä.

Purkauksen itsekorjausprosessi on sellainen, että heti jännitteen V kohdistamisen jälkeen metalloituun kalvokondensaattoriin, ohminen virta I=V/R kulkee vian läpi. Näin ollen virrantiheys J=V/Rπr2 kulkee metalloidun elektrodin läpi, eli mitä lähempänä vikaa alue on (sitä pienempi r on) ja sitä suurempi sen virrantiheys on metalloidun elektrodin sisällä. Vian tehonkulutuksen W=(V2/R)r aiheuttaman Joule-lämmön vuoksi puolijohde- tai eristysvian resistanssi R pienenee eksponentiaalisesti. Näin ollen virta I ja tehonkulutus W kasvavat nopeasti, minkä seurauksena virrantiheys J1=J=V/πr12 nousee jyrkästi alueella, jossa metalloitu elektrodi on hyvin lähellä vikaa, ja sen Joule-lämpö voi sulattaa metallikerroksen alueella, jolloin valokaaren elektrodien välinen valokaaren liike lentää tänne. Valokaari haihtuu nopeasti ja heittää sulan metallin pois muodostaen eristetyn eristysvyöhykkeen ilman metallikerrosta. Valokaari sammuu ja itsekorjaus saavutetaan.

Purkauksen itsekorjausprosessissa syntyvän Joule-lämmön ja valokaaren vuoksi vian ympärillä oleva dielektrinen materiaali ja dielektrisen pinnan eristyseristysalue vaurioituvat väistämättä lämpö- ja sähkövaurioiden vuoksi, ja siten tapahtuu kemiallista hajoamista, kaasuuntumista ja hiilestymistä sekä jopa mekaanisia vaurioita.

 

Edellä esitetyn perusteella täydellisen purkauksen itsekorjauksen saavuttamiseksi on varmistettava sopiva paikallinen ympäristö vian ympärillä. Siksi metalloidun orgaanisen kalvokondensaattorin suunnittelu on optimoitava, jotta vian ympärille saadaan kohtuullinen väliaine, sopiva metalloidun kerroksen paksuus, hermeettinen ympäristö sekä sopiva ydinjännite ja -kapasiteetti. Niin sanottu täydellinen purkauksen itsekorjaus on seuraavaa: itsekorjausaika on hyvin lyhyt, itsekorjausenergia on pieni, vikojen eristys on erinomainen, eikä ympäröivää dielektristä materiaalia vahingoiteta. Hyvän itsekorjauksen saavuttamiseksi orgaanisen kalvon molekyylien hiili-vetyatomien suhde on alhainen ja happipitoisuus kohtuullinen, jotta kalvomolekyylien hajoamisen aikana itsekorjauksessa ei synny hiiltä eikä hiilen kerrostumista uusien johtavien reittien muodostumisen välttämiseksi. Sen sijaan syntyy CO2:ta, CO:ta, CH4:ää, C2H2:ta ja muita kaasuja, jotka sammuttavat valokaaren ja lisäävät kaasun määrää jyrkästi.
Jotta vian ympärillä oleva materiaali ei vaurioidu itsekorjauksen aikana, itsekorjausenergian ei tulisi olla liian suuri eikä liian pieni, jotta vian ympäriltä poistuva metallisaatiokerros ja eristysvyöhyke (korkean resistanssin omaava alue) voidaan eristää ja itsekorjauskyky saavuttaa. Vaadittava itsekorjausenergia riippuu luonnollisesti metallisaatiokerroksen metallista, paksuudesta ja ympäristöstä. Siksi orgaanisten kalvojen metallisaatio matalan sulamispisteen omaavien metallien kanssa voidaan vähentää itsekorjausenergian vähentämiseksi ja hyvän itsekorjauksen saavuttamiseksi. Lisäksi metallointikerroksen ei tulisi olla epätasaisen paksu tai ohut, erityisesti naarmujen välttämiseksi, muuten eristysalueesta tulee oksamainen eikä hyvä itsekorjauskyky saavuteta. Kaikissa CRE-kondensaattoreissa käytetään tavallisia kalvoja, ja samalla materiaalin tarkastuksissa noudatetaan tiukkaa tarkastusta, joka estää viallisten kalvojen pääsyn oven taakse, jotta kondensaattorikalvojen laatu on täysin taattu.

 

Purkauksen itsekorjauksen lisäksi on olemassa toinen mekanismi, sähkökemiallinen itsekorjaus. Käsitellään tätä mekanismia seuraavassa artikkelissa.


Julkaisun aika: 18. helmikuuta 2022

Lähetä viestisi meille: