高湿度条件下陶瓷电容器击穿机理

    半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时,发生击穿失效是比较普遍的严重问题.所发生的击穿现象大约可以分为介质击穿和表面极间飞弧击穿两类.介质击穿按发生时间的早晚又可分为早期击穿与老化击穿两种.早期击穿暴露了电容介质材料与生产工艺方面存在的缺陷,这些缺陷导致陶瓷介质电强度显著降低,以致于在高湿度环境中电场作用下,电容器在耐压试验过程中或工作初期,就产生电击穿.老化击穿大多属于电化学击穿范畴.由于陶瓷电容器银的迁移,陶瓷电容器的电解老化击穿已成为相当普遍的问题.银迁移形成的导电树枝状物,使漏电流局部增大,可引起热击穿,使电容器断裂或烧毁.热击穿现象多发生在管形或圆片形的小型瓷介电容器中,因为击穿时局部发热厉害,较薄的管壁或较小的瓷体容易烧毁或断裂.

    此外,以二氧化钛为主的陶瓷介质中,负荷条件下还可能产生二氧化钛的还原反应,使钛离子由四价变为三价.陶瓷介质的老化显著降低了电容器的介电强度,可能引起电容器击穿.因此,这种陶瓷电容器的电解击穿现象比不含二氧化钛的陶瓷介质电容器更加严重.

    银离子迁移使电容器极间边缘电场发生严重畸变,又因高湿度环境中陶瓷介质表面凝有水膜,使电容边缘表面电晕放电电压显著下降,工作条件下产生表面极间飞弧现象.严重时导致电容器表面极间飞弧击穿.表面击穿与电容结构、极间距离、负荷电压、保护层的疏水性与透湿性等因素有关.主要就是边缘表面极间飞弧击穿,原因是介质留边量较小,在潮湿环境中工作时银离子迁移和表面水膜形成使电容器边缘表面绝缘电阻显著下降,引起电晕放电,最终导致击穿.高湿度环境中尤其严重.由于银离子迁移的产生与发展需要一段时间,所以在耐压试验初期,失效模式以介质击穿为主,直到试验500h以后,主要失效模式才过渡为边缘表面极间飞弧击穿.