导图社区 金属化薄膜电容
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金属化薄膜电容
金属化薄膜电容失效模式
常规失效模式
自愈
原因
外界原因
负载变频空调在制冷过程中空调变频器产生大量谐波
电压谐波畸变率及电流谐波畸变率增大
内部原因：电弱点
电容的生产过程之中，薄膜内部不可避免地存在空气隙、缺陷杂质、物理缺陷和结晶形态等杂质。
在电容使用过程之中，电介质也会不可避免地产生缺陷。
过程
在受到外界原因影响下，会使得电弱点处产生累积的空间电荷，从而导致内部电场发生畸变
电弱点处的击穿场强会远低于周围地区
畸变电场和外部电场共同作用下电弱点会发生击穿，导致两边电极相互接触，形成一条放电通道，电容出现绝缘失效
电荷通过绝缘通道形成大电流，并产生焦耳热，由于附近金属层比较薄，金属电 极会在焦耳热的影响下受热蒸发并向外扩散，金属蒸汽被电离成等离子体。随着蒸发面积的扩散，其绝缘失效的面积越来越少，直至放电电弧熄灭，电容器恢复绝缘
影响
放电自愈过程中产生的焦耳热和电弧，缺陷周围的介质和介质表面的绝缘隔离区不可避免地受到热损伤和电损伤，从而发生化学分解、气化和碳化，甚至发生机械损伤，会使得电容薄膜的有效面积减少，从而降低容量，直至寿命终结
失效过程
电容薄膜过度自愈引起热量聚集
热量聚集到一定程度后
电容温度瞬间上升，引发电容绝缘性能下降
电容内部短路；产生的巨大能量及气体瞬间释放，电容器内部压力急速增大
引起电容器外壳焊缝处撕裂，伴随大量热量释放，引起电容壳体变形
电容芯子暴露在空气 中，与空气中的氧气接触
达到聚丙烯燃点后开始燃 烧，引起明火，导致电容损毁
关键因素
工作温度
温度偏高容易加剧电容过度自愈
耐电压能力
可由电容的场强进行评估
设计场强与实际工作场强裕度不小于13%
谐波
电容弱焊生产制造缺陷
焊点拉力试验
焊点检验生产过程中对芯组外观100%全检，对焊点直径、焊点高度使用焊点检验工装进20%抽验。
首件鉴定时，建议增加电容的质量控制措施记录
热降解
主要出现在高温条件下
电容在高温环境下发生的性能劣化现象，涉及高分子基底、金属镀层及界面结构的物理化学变化
机制
高分子基底的热劣化
金属层与基底的界面失效
电化学腐蚀加速
材料
聚丙烯(PP)
长期使用温度：≤105(°C)
聚酯(PET)
长期使用温度：≤150(°C)
聚酰亚胺(PI)
长期使用温度：≤260(°C)
聚四氟乙烯(PTFE)
制造工艺
环境与工作条件
金属层氧化
主要出现在高温高湿或者交流电压条件下
金属电极（锌、铝或其合金）在环境因素下发生的电化学腐蚀与化学氧化过程
臭氧氧化
电容器卷绕时膜层间残留的微量空气在电场作用下电离产生臭氧（O₃），臭氧分解出的活性氧原子瞬间氧化金属镀层（Zn/Al），生成不导电的氧化物（ZnO/Al₂O₃），直接减少有效电极面积，导致容量下降。湿气侵入会进一步降低空气击穿电位，加速该过程
电化学腐蚀
高温高湿环境（如85°C/85%RH）下，金属镀层与水分、氧气形成微电池反应
热应力耦合效应
温度升高加速分子运动，一方面促进氧化反应动力学，另一方面因金属与基膜（如PP膨胀系数≈100×10⁻⁶/K）的热膨胀失配，引发界面龟裂，为氧和水汽渗透提供通道
工艺失效模式
封装不当，导致潮气进入
芯子弱焊
芯组铜线与芯子喷金层的接触电阻略大，当电容通电使用时，弱焊处容易过热，热量 传导到芯子上，会产生薄膜自愈
主要用途
支撑电容
支撑
补偿无功
牵引电动机(M) 是一感性负载，其运行中所需要的无功功率由电容器供给
电动机：转子磁场需持续存在的磁能，驱动机械运动（不做功但不可或缺）
变压器：一次侧线圈建立磁场，才能在二次侧感应电压（传递能量需磁场中介）
有功功率与无功功率的区分
基于电力系统中能量的转换形式、传输特性及其在电路中的物理作用三个核心维度定义
能量转换维度（根本原因）：是否产生有效能量转化
有功功率
定义依据：衡量电能转化为其他形式能量（如机械能、热能、光能）的实际效率
物理表现：驱动设备做功（如电动机转动、电热器发热），能量被负载永久消耗
公式：P=U×I×cosϕ
无功功率
定义依据：衡量电能用于建立和维持电磁场的能量交换速率，无能量形式转换。
物理表现：在电源与电抗元件（电感、电容）间往返传递，为磁场/电场提供“支撑”但不消耗能量
公式：Q=U×I×sinϕ
相位关系维度（外在表现）：电流与电压的相位差
有功功率
电流与电压同相位（ϕ=0∘，cosϕ=1），能量单向流动至负载
电流与电压存在90°相位差
电感电流滞后电压，吸收无功（如电动机线圈）
电容电流超前电压，释放无功（如补偿电容器）
物理作用维度：对系统功能的贡献
有功功率：提供动力
无功功率：提供磁场支撑
系统影响维度
有功功率失衡 → 频率波动
无功功率失衡 → 电压波动
功率因数（cosϕ）反映电能利用效率
瞬间功率支持
当机车上坡或加速时，负载突然变大，系统的直流电源因不能瞬时提供大量能量从而引起电机转速下降，此时由电容器进行能量补偿
支撑中间回路电压
提供足够的电容量以保证中间直流环节电压的波动维持在 允许限度以内，使变流器得到准确控制
三相滤波电容
电容分类（按介质材料分类）
薄膜电容
箔式电容
结构
独立金属箔（铝箔或锌箔）作为电极
塑料薄膜介质
层叠卷绕
优点
高耐压/耐电流能力
电极厚度达微米级，可承受高脉冲电流（>10A）和高压（≥2kV）
容量稳定性高
无自愈导致的容量衰减，变化率<±1%，适合精密振荡电路
缺点
无自愈性
介质击穿后易永久短路失效
体积大
属箔占用空间，同容量下体积显著大于金属化类型
典型应用
工业电力
高频高压场景
射频调谐
医疗设备
铝等金属箔为电极
在塑料薄膜（如聚丙烯PP、聚酯PET）表面通过真空蒸镀工艺形成纳米级金属层（如铝、锌）作为电极，厚度仅0.02–0.1 μm
聚酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯等为介质
耐压高（kV级）
自愈性（金属化型）
击穿时短路点周围金属蒸发，隔离缺陷并恢复绝缘性，提升可靠性
温度稳定性好
容量稳定性较低
长期使用或多次自愈后容量可能衰减（典型变化率±5%）
耐大电流能力弱
薄电极易受高脉冲电流损伤，需特殊设计
安规电容（X/Y类）
抑制EMI（电源输入端）
电机驱动
交流滤波
PFC电路
电解电容
铝电解电容
介质
阳极金属表面形成的氧化膜
导电极板
液态电解质为负极
电解质与金属箔（阴极基体）共同构成负极
铝为正级
容量大（1μF~10,000μF）
成本低
ESR高
寿命短（高温易干涸）
电源滤波
低频储能
钽电解电容
固态电解质为负极
钽为正级
稳定性高
漏电流小
耐压低（≤50V）
价格高
精密仪器
便携设备电源
固态电容
聚合物电解
ESR极低（＜50mΩ）
长寿命
容量/电压比低
高频开关电源
CPU供电
云母电容
在云母片上喷涂银层做为电极板
天然云母片为介质
金属箔式
在云母片两侧交替夹入铝箔或锡箔作为电极
被银式
在云母片表面真空喷涂银层形成电极（更稳定，温度系数更小）
封装
多片云母-电极单元叠合，通过引线箔交错连接电极
稳定性与精度
容量误差可控制在±1%（精密级），温度系数（TCC）极小（-30~+100 ppm/℃），在-55℃~+200℃范围内容量漂移＜0.1%
高频低损耗
介损低（tanδ<0.001），Q值高，适用于谐振电路和射频匹配
耐压与绝缘
耐压范围宽（百伏至数万伏），绝缘电阻＞1000MΩ（最高达7500MΩ），漏电流极小
环境适应性
耐潮湿（98%湿度）、抗震动，密封型结构可在极端环境下工作
容量与体积矛盾
容量上限低（通常≤0.05μF），同等容量下体积远大于陶瓷或薄膜电容
成本与工艺
天然云母开采和银电极工艺推高成本，价格可达同等陶瓷电容的3-10倍
应用替代性
高频场景逐渐被NP0陶瓷电容取代，滤波场景被CBB薄膜电容挤压
高频电路
射频振荡器、天线调谐、雷达系统（利用低损耗和温度稳定性）
高可靠性设备
航空航天电子、军用通信设备（密封型抗极端环境）
医疗检测设备、高精度计时电路（依赖±1%精度）
陶瓷电容
陶瓷介质
金属电极
优点
高频特性优异
体积小（0402~1812封装）
耐高温（工作温度达125℃）
容量小（≤100μF）
电压敏感性高（易受机械应力裂纹）
高频去耦
RF匹配
电源噪声滤波
主要部件
介质（介电材料）
电容器内部介于两个导电极板之间的绝缘材料
电容的介质本质是绝缘体，通过极化效应提升电容值与耐压能力，其性能直接决定电容器的储能效率、工作频率及寿命
作用
阻止电荷直接流通
介质作为非导电层，物理隔离电容器的正负电极板，防止电荷直接流动导致短路。其电阻率通常超过1000兆欧姆（MΩ），但仍存在微小漏电流（如电解电容漏电流为微安级）
增强电容值
提高耐压能力
介质的高绝缘强度（击穿电场强度）可承受更高电压
类型
固体
陶瓷
云母
塑料薄膜（聚丙烯、聚酯）
液体
绝缘油
电解液
气体介质
空气
六氟化硫（SF₆）
氧化膜
Al₂O₃（铝）
Ta₂O₅（钽）
关键性能参数
介电常数（εr）
衡量介质极化能力的核心指标，εr越大，电容值提升越显著
损耗角正切（tanδ）
表征介质能量损耗
绝缘强度
介质击穿前承受的最大电场强度
温度稳定性
介电常数随温度变化率（TCC）
储存电荷的核心部件，通过外部电路接收和释放电子
电荷载体，面积与间距决定基础容量
金属箔（铝、锌）、金属化薄膜（真空蒸镀铝/锌）或导电涂层
封装与电极引出结构
