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图标/网站名称网址简单介绍 texas instruments 德州仪器 http://www.ti.com

http://www.ti.com.cn 德州仪器 (ti) 是全球领先的数字信号处理与模拟技术半导体供应商,亦是推动因特网时代不断发展的半导体引擎。?世界闻名的老牌半导体厂商。?microchip technology? 微芯 http://www.microchip.com?生产各类存储器、8位pic产品、智能卡芯片等。maxim [dallas] 美信 http://www.maxim-ic.com http://www.maxim-ic.com.cn 从直流到千兆赫的模拟与混合信号ic:微控制器、光纤、通信、无线rf、数据转换器、高速接口电路、音频、视频、放大器、监控器、模拟开关、显示器、电源和电池管理产品?sipex corporationhttp://www.sipex.comsipex is uniquely positioned to provide complete analog solutions to thousands of customers worldwide who manufacture wired and wireless data communications hardware, networking and telecommunications equip- ment, and portable consumer devices.??linear technology   凌特有限公司 http://www.linear-tech.com http://www.linear.com http://www.linear.com.cn 美国ltc公司,国际著名的高精度模拟电路制造商之一,生产线性电路、 混合信号电路、各类数据转换及放大处理电路。??analog devices adi公司 http://www.analog.com http://www.analog.com/china 美国模拟器件公司,国际上著名的高精度模拟电路制造商之一,生产有线性电路、混合信号电路、各类数据转换及放大处理电路等。??atmelhttp://www.atmel.com美国爱特梅尔公司at系列电路主要有:各类存储器、智能卡ic、mcu等。motorola 摩托罗拉 freescale? semiconductor 飞思卡尔?半导体 http://www.motorola.com http://www.motorola.com.cn http://www.freescale.com http://www.freescale.com.cn 摩托罗拉半导体,以数字逻辑器件、模拟和接口器件、通信及功率器件、各类微处理器、存储器电路为主。2004年4月4日新公司的名称改为freescale半导体。?fairchild? semiconductor http://www.fairchildsemi.com全球主要的高性能半导体产品的供应商,销售市场包括电源、接口元件、模似、混合讯号、逻辑元件、光电组件、以及可设定产品等。national? semiconductor http://www.national.com http://www.national.com/chs 美国国家半导体公司,世界老牌半导体厂商之一。ns公司将真实世界的模拟技术和完美工艺的数字技术相结合,专注基于模拟技术的半导体产品,包括电源管理、图像技术、显示驱动器、音频、放大器和数据转换等领域的独立元件和子系统。?national instrumentshttp://www.ni.comtest and measurementstmicroelectronics

意法半导体 http://www.st.com

http://www.stmicroelectronics.com.cn 意法半导体公司,国际著名半导体公司之一。产品组合几乎覆盖所有的半导体器件领域:专用ic、微处理器和半定制产品、存贮器、标准ic和分立器件等。??philips semiconductors http://www.semiconductors.philips.com

http://www.semiconductors.com 欧洲老牌电子厂商,世界级电子大公司之一,半导体产品涉及的领域较广.??cirrus logichttp://www.crystal.com

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http://www.cirrus.com/cn高性能消费电子模拟、数字信号处理器(dsp)和混合信号芯片ag真人官方入口的解决方案的首要供应商。??infineon technologies 英飞凌 http://www.infineon.com

http://www.infineon.com/cn infineon在国际的半导体工业是一个领先的革新者。产品广泛使用在有线、无线通信领域、汽车及工业电子、计算机安全以及芯片卡市场。产品套件由内存和逻辑产品构成,包含数字、混合信号及模拟ic(集成电路)、分立半导体器件以及系统ag真人官方入口的解决方案。??silicon laboratorieshttp://www.silabs.comsilicon laboratories 为通信产业的主要市场提供多个系列的产品。我们模拟密集型混合信号 ic ag真人官方入口的解决方案是真正独创的ag真人官方入口的解决方案,在集成、节省电路板空间和节约成本方面取得了前所未有的突破。ssthttp://www.sst.comsst's product families include various densities of high functionality flash memory components, flash mass storage products and flash microcontrollers.?harris 哈利斯 http://www.harris.com哈利斯公司以通信产业为主,但半导体涉及的门类越来越多,有多媒体电路、视像电路、各类通信电路、线性电路、数字逻辑电路、功率半导体、mosfet、微处理机等等,并号称是cmos器件的鼻祖。intersilhttp://www.intersil.comintersil corporation, a nasdaq 100 index company, is a global technology leader specializing in the design and manufacture of high performance analog semiconductors.?micrelhttp://www.micrel.commicrel, inc. is a leading manufacturer of advanced, high-performance communications, clock management, mixed signal, analog and power ics. these products include devices for fiber-optic telecommunications and networking, cellular telephones, servers, portable computer systems, computer peripherals, process control systems, consumer electronics and power supplies.catalyst semiconductorhttp://www.catsemi.com??ziloghttp://www.zilog.comzilog公司曾以生产军品电路为主,其中z80系列是最早进入中国市场的微处理器,随后发展有z8系列微处理器及各个应用领域中的z系列电路。?idt - integrated device technologyhttp://www.idt.comidt公司致力于为推动全球网络智能信息包处理提供专用通信集成 电路产品。idt秉承其在基础产品设计和开发方面的优势,广泛服务于通信应用领域,其基本产品系列包括业界最广泛的fifo、多端口和时钟管理产品,以及 电信集成电路等。idt还拥有可满足领先网络设备制造商要求的高性能数字逻辑和高速sram等。??xicorhttp://www.xicor.com生产x系列电路,有与多种微处理器配套的各类存储器产品及智能卡芯片。xicor has merged with intersil.imp, inchttp://www.impweb.comhigh performance, standard analog integrated circuits,? specialty analog high voltage cmos and bicmos. power management ics and communications ics.micrel semiconductorhttp://www.micrel.commicrel, inc. is a leading manufacturer of advanced, high-performance communications, clock management, mixed signal, analog and power ics. these products include devices for fiber-optic telecommunications and networking, cellular telephones, servers, portable computer systems, computer peripherals, process control systems, consumer electronics and power supplies.apex microtechnologyhttp://www.apexmicrotech.comapex microtechnology is a world-wide industry innovator in power analog. apex defines power analog in terms of product solutions that deliver output currents above 1 amp or operate on voltage supplies greater than 100 volts.??agilent technologies

安捷伦 http://www.agilent.com

http://www.agilent.com.cn 安捷伦为通信、电子、生命科学和化学分析领域的广大客户提供尖端技术、ag真人官方入口的解决方案和服务。???diodeshttp://www.diodes.com美台二极体股份有限公司,是美国纳斯达克上市公司,在台湾、上海、美国加州有生产工厂。vishayhttp://www.vishay.compassive electronic components (resistors, capacitors, inductors) and discrete semiconductors (diodes, optoelectronics, transistors), irdcs and power ics.?rohm

罗姆 http://www.rohm.com

http://www.rohm.com.cn 日本rohm公司半导体器件及电路涉及的范围较广,在多媒体lsis、光传感器、激光器等方面具有特色。??zetexhttp://www.zetex.com?多门类的分立器件专业厂商。semtechhttp://www.semtech.comanalog and mixed-signal semiconductor products. power management, protection, advanced communications, human interface devices and high-speed test and clocking products.? integrated circuits (ics), discrete and assembly products.supertexhttp://www.supertex.com??international rectifierhttp://www.irf.com

http://www.irf.com.cn 美国国际整流器公司,提供高效率功率器件著称,主产功率整流二极管、大功率整流器、各类相位控制、马达控制、功率转换ic"s,mosfet"s,第四代igbt技术、第五代hexfet型mosfet器件等。on semiconductorhttp://www.onsemi.com美国安森美公司的典型产品有稳压器件、scr、rf器件、各类mosfet等。power integrationshttp://www.powerint.compower integrations leadsthe industry in high-voltage analog integrated circuits providing the most cost-effective ac to dc and high-voltage dc to dc power conversion solutions.cypress semiconductorhttp://www.cypress.com http://www.cypress-chinese.com/ cypress connects 赛普拉斯通过高性能的无线和有线线路应用,服务于个人通信系统和远程系统的应用。包括微控制器、逻辑器件、定时器件、usb、prom 、mems与数据通信产品。??xilinxhttp://www.xilinx.com??altera altera中文 http://www.altera.com http://www.altera.com.cn 著名的高容量门阵列电路生产厂商。提供最先进的可编程逻辑器件、相关的软件工具、ip软件模块以及优秀的设计服务。??latticehttp://www.latticesemi.com生产高集成度的cmos plds为主windriver 风河http://www.windriver.comdevice software optimization integrated embedded platform and technology.armhttp://www.arm.com/chinesearm 公司是全球领先的16/32 位嵌入式 risc 微处理器ag真人官方入口的解决方案的供应商,向全球各大领先电子公司提供高性能、低成本和高效率的risc 处理器、外设和系统芯片技术授权。avx/kyocerahttp://www.avxcorp.comavx/kyocera产品范围较广,有电阻、电容、薄膜电路、表面安装元件、滤波器、电压调整器、时基电路等等。mouser electronicshttp://www.mouser.comelectronic component distributor. ?

图标/网站名称网址简单介绍samsunghttp://www.samsung.com三星电子的产品种类已是数不胜数,计算机、通信、消费类产品份额较大。hynix 现代http://www.hynix.com/enghynix半导体公司现已稳固发展成为一个世界水平的半导体制造商。现已成为世界最大的dram生产商。seiko instruments inc

精工技术

seiko instruments (h_k_) ltd

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http://www.sih.com.hk 经营范围: 手表生产和销售, 手表零件, 电子产品及元器件?。renesas technology 瑞萨科技 http://www.renesas.com http://cn.renesas.com 由日立和三菱电机共同创立,它把这两个在半导体领域获得了巨大成就的公司的经验和资源集合在了一起,重点为三大主要市场:移动技术、汽车以及pc、视听设备。?hitachi 日立? http://www.hitachi.com日立半导体产有单片机、存储器、通讯电路、消费类电路、光电器件、各类分立器件及特殊应用电路等等。2003年由日立和三菱电机共同创立瑞萨科技,它把这两个在半导体领域获得了巨大成就的公司的经验和资源集合在了一起。mitsubishi 三菱? http://www.mitsubishichips.com三菱半导体近年来在rf,tft-lcd产业上发展很快。sony 索尼 http://products.sel.sony.com/semiproducts group include ultra-high speed static random access memory (sram), sigmaram? ics, as well as a diverse selection of products targeted to the audio, video and communication markets. these include data communications, tv ics; digital filters; ccd sensors; serial/optical communication ics; gps and cellular/pcs ics; multimedia ics and modules. discrete components include laser diodes and variable capacitance diodes.ricoh

理光 http://www.ricoh.com

http://www.ricoh.com.cn http://www.ricoh.com/lsi/ products:power management ics,real-time clock ics,pc card/ieee1394,image processing lsi/communication lsi.oki

冲 http://www.oki.com

http://www.okisemi.com http://www2.okisemi.com oki semiconductor designs and markets a broad line of advanced integrated circuits fortelecommunications, automotive, computer, and consumer products. oki's product linesinclude telecommunications, rf, speech synthesis, asic, microcontroller, and memorydevices offered in a variety of creative packages.epson

爱普生 http://www.epson.com

http://www.epson.com.cn 专业生产打印机,但很多电子产品上有该公司的元器件、lcd.sharp 夏普 http://sharp-world.com http://www.sharp.com.cn 夏普用先进的液晶和元器件技术为您提供将成为明天主流的独一无二的新产品。?fujitsu

fujitsu china

富士通http://www.fujitsu.com http://cn.fujitsu.

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http://www.ffarc.com产品以计算机周边电路、通信、工业类电路为主。?toshiba 东芝 toshiba semiconductor http://www.toshiba.com http://www.semicon.toshiba.co.jp 东芝半导体,门类比较齐全。?panasonic 松下 http://www.panasonic.com.cn松下电器产业株式会社半导体公司致力于开发,生产和销售包括mos lsi,ccd图像传感器,双极性ic,各种通用分立元件,全息激光组件/gaas/led为主的化合物产品,以及内置高感应体存储器的ic卡等各种半导体产品。omron

欧姆龙中国 http://www.omron.com

http://www.omron.com.cn 欧姆龙株式会社是全球知名的自动化控制及电子设备制造厂商,掌握着世界领先的传感与控制核心技术。nechttp://www.nec.com从分立器件到各个领域的电路,nec半导体算是门类齐全的厂商之一。new japan radio 新日本无线 http://www.njr.com http://www.njr.co.jp audio op amps, ldo regulators, switching regulators, voltage detectors, voltage reference ic's, class d amplifiers, wireless ic's, mmic gaas, saw filters, rf communication ic's.?sanyo 三洋http://www.semic.sanyo.co.jp?nais 松下电工http://www.nais-c.com控制用继电器,操作用开关,检出用开关,控制用专用机器,pc/ fa系统机器。winbond? 华邦 http://www.winbond.com http://www.winbond.com.cn 华邦电子的ics有: multimedia、speeck、memory、pc、data & visual communication、telephony、foundry services 等?。aic 沛亨 http://www.analog.com.tw沛亨半导体公司一向以类比ic之研发设计能力见长, 其优异性能之ic散见于全球各主要知名大厂之产品。holtek semiconductor

盛群半导体

盛扬半导体http://www.holtek.com.tw

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http://www.holtek.com.cn盛群半导体的产品范围包括有:特殊应用 ic设计、单片机 ic系列、记忆体 ic系列、通讯产品 ic系列、消费性产品 ic系列、以及电脑周边产品 ic系列等。?emc? 义隆 http://www.emc.com.tw義隆電子營運內容,主要是研發和行銷積體電路產品為主,包括嵌入式記憶體(embedded memory)、類比的ip和無線通訊的技術(dsp、bluetooth)等,產品從消費性ic、通訊ic、微控制器到電腦週邊ic,產品多達數百種。富晶半導體http://www.fsc.com.tw富晶专注在混合模式、模拟电路以及电源、 电池管理等ic设计。为下列领域提供最好的芯片ag真人官方入口的解决方案和服务:电池管理 ,电源管理 ,混合信号处理应用tm 台湾台晶科技 http://www.tmtech.com.twtmtech product lines include:memory products : low power sram , high speed sram , synchronous sram , fpm/edo dram , synchronous drammixed-signal products : lcd driver , ethernet switch controller , power management , audio , processor , touch screen controller , asic for customer design.sonixhttp://www.sonix.com.tw8-bit 微处理器,usb控制器。凌阳单片机http://www.unsp.com.cn消费性ic设计公司,凌阳十六位单片机。weltrend 伟全http://www.weltrend.com.tw?toko hk? 东光 http://www.toko.com.hk http://www.toko.com/ toko, a multi-national manufacturer and marketer of leading edge electronic components, assemblies and systems.?线圈及滤波器,半导体,陶瓷及介电产品,电感产品。foxconn electronics

富士康 http://www.foxconn.com

http://www.foxconn.com.cn 富士康专业研发生产精密电气连接器、精密线缆及组配、电脑机壳及准系统、电脑系统组装、无线通讯关键零组件及组装、光通讯组件、消费性电子、液晶显示设备、半导体设备、合金材料等产品的高新科技企业。?cosmo 冠西電子 http://www.cosmo-ic.com為一專業的繼電器和光耦合器製造廠商。大唐微电子有限公司?http://www.dtt.com.cn/me/products.asp智能卡领域。长电科技http://www.cj-elec.com江苏长电科技股份有限公司是中国集成电路封装生产基地,国内著名的三极管制造商。中南电子http://www.zn-cn.com?上海新茂半导体http://www.syncmos.sh.cn4位微控制器,8位微控制器,专业集成电路asic,flas存储器。 ?

图标/网站名称网址简单介绍elna capacitorhttp://www.elna-america.comelna is an international leader in designing and manufacturing of a wide range of high reliabilitycapacitors and related electronic components.truly

truly semiconductors http://www.truly.com.hk

http://www.trulysemi.com lcm,lcd,touch panel,oled. ?上海昱电电子有限公司http://www.utx-value.com专注于安规电容元器件的研发与生产。可提供mini box、pet、串心电容、y电容、add7755、mlcc、niko-ic等系列配套产品。?rubycon rubycon红宝石电容 http://www.rubycon.com http://www.rubycon.co.jp/cn 以铝电解电容、塑胶薄膜电容器为主的各种电容产品,以开关电源部件为主的各种电子器件。 中华液晶资讯网http://cn.china-tft.com全球最大的液晶产业门户网站;产品tft;lcd;tn;stn;led;oled;panel;touch panel。lcd在线-lcd onlinehttp://www.lcdinline.com 厦门高卓立液晶http://www.lcdchina.com专业设计、制造各种笔段式、点阵式液晶显示屏及其模块。可生产各种tn、htn、stn、fstn及cog液晶显示屏及液晶显示模块。 盛凌http://www.shinning.com.cn集开发、制造、加工服务和贸易为一体的主营电子连接器及线缆连接器组合及相关配套产品的专业公司。 molexhttp://www.molex.commolex welcome connectors interconnects electrical,electronic, fiber optic and industrial components, header, plug, receptacle, switch, socket, pcmcia, cable, simm, dimm, plcc, i-o, input-output, microminature, industrial.murata 村田 http://www.murata.comcapacitors,thermistors/resistors,coil (inductors) / delay lines,noise suppression products / emi filters("emifil"),resonators,piezoelectric sound components,microwave products,products for audio visual equipment,power supplies,sensors,spherical speaker products.鸿琪股份有限公司http://www.hchtwn.com.twswitches, jacks, potentiometers, connectors.matrix connectorshttp://www.matrixconnector.comglobal supplier of interconnect products. hirose connectorshttp://www.hirose.coma world leader in electrical connectors. hirose supplies a vast range of connectors for many different applications and industries based on the advanced technologies for developing industrial connectors. gradconn connectorshttp://www.gradconn.comgradconn produces best quality board to board connectors in 1.27mm, 2mm, 1.27mm x 2.54mm and 2.54mm pitches. ?

图标/网站名称网址简单介绍利尔达单片机http://www.lierda.com利尔达单片机技术是美国德州仪器公司msp430单片机首家增值经销商。? 周立功单片机http://www.zlgmcu.com电子元器件代理商。?p&s 力源

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王凯平

(常州常捷科技有限公司,江苏 常州 213031)

摘要:脉冲或交流应用的干式金属化薄膜电容器在制造过程中,介质薄膜层与层之间不可避免的存有气隙。当运行电压超过某一值时,会发生气隙电离,导致金属化镀层被蒸发而形成大小不一的电离斑点,减小了电极的有效面积,显著降低了电容量值从而影响设备的正常运行;通过等效电路的计算,提出了介质相对介电常数大小影响电容器电离电压高低的关系式,显示了在高能量密度脉冲功率电容器的研发中过度追求高介电常数介质的路径可能存在的问题;文末列举了两份实验数据,提出了解决气隙电离的参考途径。

关键词:干式金属化薄膜电容器;气隙;气隙电离;电离斑点; 电离电压; 解决途径doi:

中图分类号:tn609 ?? 文献标识码:b? ??

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? ? ? 脉冲功率电容器是新概念电磁武器包括电磁脉冲武器和电磁动能武器等的脉冲功率电源的关键件,也是激光激发核聚变系统的基础件 [1]98。从文献公开的国内外数据看,此类脉冲功率电容器的充放电寿命大多不长,在能量密度为2.0 j /cm3左右时仅数千次而已。即使美国ga公司研制的cmx型电容器在2.0 j /cm3条件下,也只能达到5万次的水平 [1]99,实用价值似乎仍然不高。正常情况下,脉冲功率电容器充放电寿命的长短是指在规定的容量衰减条件下充放电次数的多少。显然此类电容器在充放电试验或实际应用过程中必然会产生电容量的减小,这种减小会导致脉冲功率装置无法正常运行。分析其原因,电容器介质层间发生了气隙电离应该是其中之一。因此,对于干式金属化薄膜电容器而言,深入讨论研究其气隙电离的有关问题对于增加脉冲功率电容器的充放电寿命具有一定的意义。

1? 气隙电离发生的原理

? ? ? 金属化薄膜电容器在制造过程中,介质薄膜层与层之间不可避免的存在着气隙。由于薄膜厚度的不均匀,薄膜表面的不平整,甚至金属化镀层厚度和薄膜表面之间的空隙以及生产工艺等因素,这种气隙在某些位置还会比较严重。因此,金属化薄膜电容器如果无法消除这些气隙,则在脉冲或交流应用中当脉冲或交流电压超过某一水平时,上述存在的气隙会被电场击穿,发生气隙电离。电离时由于气隙“中性分子的外层电子将脱离分子的束缚”而逸出[2] ,在电容器介质薄膜和相邻一层薄膜的金属化镀层电极之间,产生带电荷的正、负离子。由于电场的作用,这些正、负离子在不同的层间分别向电容器的负、正电极运动,在和电极接触前瞬间产生放电火花,其能量蒸发掉对应位置的金属化镀层,在作为电极的金属化镀层上形成基本规则为圆形但大小不一的电离斑点。气隙电离发生的原理示意图:不均匀,薄膜表面的不平整,甚至金属化镀层厚度和薄膜表面之间的空隙以及生产工艺等因素,这种气隙在某些位置还会比较严重。因此,金属化薄膜电容器如果无法消除这些气隙,则在脉冲或交流应用中当脉冲或交流电压超过某一水平时,上述存在的气隙会被电场击穿,发生气隙电离。电离时由于气隙“中性分子的外层电子将脱离分子的束缚”而逸出[2] ,在电容器介质薄膜和相邻一层薄膜的金属化镀层电极之间,产生带电荷的正、负离子。由于电场的作用,这些正、负离子在不同的层间分别向电容器的负、正电极运动,在和电极接触前瞬间产生放电火花,其能量蒸发掉对应位置的金属化镀层,在作为电极的金属化镀层上形成基本规则为圆形但大小不一的电离斑点。气隙电离发生的原理示意见

图1?电容器介质层间发生气隙电离的原理示意

2 ??气隙电离现象的实例描述

? ? ? 发生气隙电离后的电容器,在介质薄膜电极镀层上形成电离斑点的两例状况见图2和图3。

图2 形成电离斑点的金属化薄膜图例之一

图3 形成电离斑点的金属化薄膜图例之二

? ? ? 图2是一只1000pf的圆柱形多串联电容器在10kvac电压下数分钟内迅速发生气隙电离并解剖后两层金属化薄膜的图片。图中白色条状为介质薄膜,黑色条状是薄膜上的金属化镀层,其上的白色圆点、半圆点即为金属化镀层被蒸发后的电离斑点。在电容器电极上施加10kvac电压强迫其迅速发生气隙电离时,在电容器外表面能看到放电火花,并能听到“叭叭”的放电声响。仔细观察图2可以发现,位于金属化镀层条边缘处的电离斑点大都呈半圆或大半圆形态,而且面积较大;而在金属化镀层条上的斑点则呈现圆形且面积较小。这一现象表明,在金属化镀层条的边缘,由于10nm左右的镀层厚度和薄膜表面之间形成的空隙使得该处存在较多的气隙,而相对集中的较多气隙电离增加了该处的放电能量,从而蒸发掉较大面积上的金属化镀层;而缺失的半圆部分,则是因为该处没有金属化镀层电极而不会吸引带电离子的撞击,因而不存在放电火花,也不可能出现电离斑点。此外,电离斑点的不规则分布可以说明气隙的不规则存在。

? ? ? 图3是一只交流状态间歇使用三年后因为电容量下降20%而失效的电容器在解剖后两层金属化薄膜重叠在一起的图片,图4、图5则是把重叠的两层薄膜分开后单层薄膜的电离状况。该电容器使用边缘加厚金属化薄膜制造。仔细观察图4、图5可以看到,两层薄膜上的气隙电离现象有三个特点:其一是在金属化边缘加厚区电离斑点较少而且面积较小,这是因为在边缘加厚部位的金属化镀层较厚,并由此导致了电容器芯子在压扁定型时薄膜层与层之间相对致密而气隙较少的缘故;其二是在金属化加厚区和普通区的交界处,均有一排面积较小但非常密集的电离斑点,这一方面是由于该处的金属化镀层在此有一个由厚向薄的过渡带,导致该处气隙较多,因而气隙电离也就较多,另一方面是由于该处镀层厚度尚未明显降低,气隙电离时蒸发掉的金属较少而致电离斑点也较小;其三是在薄膜宽度方向靠近镀层加厚区一侧、离开加厚区的部分,因为金属化镀层较薄,气隙也较多,同样的放电能量能蒸发掉更大面积上的镀层金属,因而导致了这一区域产生大量面积较大的电离斑点

图4图3中重叠的介质分开后一层薄膜的状况

图5? 图3中重叠的介质分开后另一层薄膜的状况

3? ?气隙电离的后果

? ? ? 在灯箱上和高倍放大镜下观察上述图2至图5所示的气隙电离现象可以发现,电离斑点所在位置的介质薄膜基本正常,均没有发生穿孔,仅是表面上金属化镀层被蒸发掉而已。图4中几个电离斑点的放大图片见图6。其它发生更为严重气隙电离的电容器,尽管电容量下降甚至超过50%,但电容器仍未发生击穿的现象也可以证明此点。因此可以判断,对于金属化薄膜电容器而言,无论是短时内强迫发生的气隙电离,或是在较长工作时间内逐步发生的气隙电离,实际上不会发生介质的电离击穿,即是说,金属化薄膜电容器不存在介质电离击穿的问题,因为一旦气隙电离发生,其造成的电离斑点已经没有了金属化镀层而不再处于电容器的工作电场之中,也就不存在介质进一步被击穿的问题。因此,在脉冲或交流电压的作用下,电容器介质和相邻电极镀层之间的气隙电离给我们带来的后果不是文献所述“交流电压下的电离性击穿 [3]207”, 而是大量产生的电离斑点造成了极板面积的明显减小,从而造成电容量的显著下降而致电容器失效,严重缩短了电容器的使用寿命。对于脉冲功率电容器而言,如果存在气隙电离这一问题,则可能因为电容量的减小而达不到输出能量的要求,导致脉冲功率装置无法正常运行;对于电动机运转电容器而言,则由于电容量的减少会导致力矩减小,使得电动机不能正常运转。

图6? 图4中几个电离斑点的放大图片

4? ?气隙电离与自愈击穿的区别

? ? ? 金属化薄膜电容器在介质击穿时具有自愈的功能,自愈时也会发生放电声响并形成基本规则为圆形但大小不一的斑点,并导致电容量的减小。由此在一些场合会把气隙电离和击穿自愈两者混淆起来,但实际上它们却是两种不同的物理现象。不同于气隙电离的发生机理,自愈是在介质击穿瞬间,电容器的两个电极间在击穿位置发生间隙放电并形成瞬间的电流通路,导致了瞬间的过电流流过,间隙放电和瞬间过电流产生的热量蒸发掉穿孔点周围介质上的小块金属化镀层而形成斑点,并因此把穿孔点孤立于电容器工作电场之外而自愈。显然,不同的发生机理导致了气隙电离和击穿自愈两种现象存在着有无击穿孔的根本区别。此外,应该如何有效防止这两种现象的发生,也有着完全不同的途径。图7是一个击穿自愈斑点的图片,在放大镜下仔细观察自愈斑点,可以看到在击穿孔周围存在着一圈薄膜受热收缩形成的堆积物。

图7 金属化薄膜击穿并自愈后的图片

5? ?气隙电离的等效电路及分析

? ? ? 上述分析表明,对应用于脉冲和交流状态的干式金属化薄膜电容器而言,气隙电离是一个必须引起足够重视的问题,有必要进一步深入分析。

? ? ? 文献建立了具有封闭气隙的无机介质电容器模型,并导出了模型的等效电路[3]208。参照其原理,可以建立气隙在介质和金属化镀层之间的金属化薄膜电容器模型及其等效电路如图8。在电容器中,气隙的分布是不均匀的,各个位置的气隙大小也不相同。按照模型,我们仅针对某一个扁平型且垂直于电场方向的气隙具体分析其击穿电压和电容器开始发生气隙电离的门槛电压之间的关系,并分析影响气隙电离的三个因素。

图8 分析气隙电离的电容器模型和等效电路

? ? ? 在图8中,处于电场中的气隙具有厚度d1及面积s时,实际上构成了一个电容器。由于空气的相对介电常数近似为1,因此其电容量c1=ε0s /d1,ε0为真空绝对介电常数;而对应于气隙,由相对介电常数为 εr、厚度为d的介质构成了面积和c1相同的电容器c2,其电容量为c2= εrε0s /d。显然,如图所示,当在电容器的两电极间施加电压u时,处于同一电场中的介质电容器c2和气隙电容器c1上的分压关系为u2 / u1=c1/c2=d /εrd1 ,因而有:u2=u1d /εrd1,所以有u=u1 u2=u1(1 d /εrd1)。

? ? ? 根据对气隙电离现象的分析,在上式中当分配在气隙电容上的电压u1达到气隙的击穿电压ub时,气隙开始发生电离。此时施加于电容器电极的电压u=ui ,称之谓电离电压,实际上就是电容器可能发生气隙电离的起始门槛电压,于是有:ui =ub(1 d /εrd1)(1)

(1)式中,ub作为空气气隙的击穿电压,在同样外部条件下可以认为其值是不变的。因此,(1)式表明了电容器的电离电压ui受d、εr和d1影响的关系。介质厚度d越大、相对介电常数εr和存在的气隙d1越小,越有利于提高电容器电离电压ui的水平。但在工程上,由于介质厚度的增加会显著增大电容器的体积而没有选择的空间,所以不可能通过介质厚度来提高电离电压;而对于介质相对介电常数,就目前状况而言,基本上没有选择的余地。因此,影响电容器电离电压ui的主要因素是介质层间存在的气隙d1。如同前文对气隙电离实例的描述和分析,电容器产生电离斑点的状况,主要取决于介质层间存在气隙的状况,包括气隙的多少、大小和位置的分布,也和导致气隙电离发生时气隙所处电场强度的大小以及对应位置镀层金属的厚薄等因素有关。

? ? ? 根据(1)式,可以具体分析介质相对介电常数εr和存在的气隙d1对电容器电离电压ui的影响程度。

6? ?介电常数大小对气隙电离的影响

? ? ? 虽然目前对介质相对介电常数基本没有选择余地,但在脉冲功率电容器的研发中,为了提升能量密度指标,往往会追求相对介电常数更高的聚合物介质,希望εr达到10甚至更高。如此材料制成的电容器,其它如放电特性等性能不论,单就气隙电离可能导致电容器电容量下降、充放电寿命缩短就是一个不容小觑的问题,必须重视。由此,对于相对介电常数εr对气隙电离的影响,使用比较方法进一步作如下分析:

? ? ? 假定有2只电容器ca和cb,他们的d和d1均相同,但介质的相对介电常数εr不同,而且有εrb=nεra,n > 1。根据(1)式有:

uia=ub(1 d /εrad1)=ub(d εrad1)/εrad1

uib=ub(1 d /nεrad1)=ub(d nεrad1)/ nεrad1

于是有:uib/ uia=(d nεrad1)/(nd nεrad1) (2)由于n>1,必然nd>d因此:uib/ uia<1

? ? ? ?(2)式表明介质相对介电常数εr大的电容器在d和d1相同条件下比εr小的电容器电离电压会降低,而且εr越大,电容器的电离电压降得越低,在同样工作电压下更容易发生气隙电离。如果考虑在金属化薄膜电容器中气隙厚度d1非常之小,远不足以用μm来度量,在(2)式中我们把d1项舍去,则有:uib/ uia= 1/n (3)

? ? ? (3)式中的n为两种介质材料相对介电常数大小的比值,该式近似表明了介质相对介电常数大小影响电容器电离电压高低的反比关系。按照此式,如果使用相对介电常数为11的聚合物介质制造电容器,则与使用聚丙烯膜介质的相同电容器比较,前者的电离电压即开始发生气隙电离的门槛电压会降低至后者的大约1/5。

7? ?气隙多少对气隙电离的影响

? ? ? 有文献指出,“有这样一个最小电压值约250v(有效值),比它再低时,游离就不发生了[4]”。实际上,这一“最小电压值”的界限是有气隙多少的条件的。如果包括工艺在内的各种因素不能保证电容器介质层间存在的气隙低于某一水平,则很可能在200v(有效值)甚至更低的情况下,仍旧会发生气隙电离。可以作如下分析:

? ? ? 假设金属化聚丙烯膜电容器c在介质厚度为d、层间气隙为d1时的电离电压为ui,如果c的层间气隙d1增加为d1'且d1'=nd1,n>1,那么该电容器的电离电压ui'会在ui的基础上下降多少?

根据上述假设和(1)式,有:

ui=ub(1 d /εrd1)=ub(d εrd1)/εrd1

ui'=ub(1 d /εrnd1)=ub(d εrnd1)/ εrnd1

由此:

ui'/ ui=(εrnd1 d)(εrd1)/ (εrnd1)(εrd1 d)=(εrnd1 d) / (εrnd1 nd ) (4)

由于n>1,必然nd>d因此:ui'/ ui<1

? ? ? ?(4)式表明,介质层间气隙多的电容器,其电离电压一定偏低。如果考虑气隙厚度d1远不足以用μm来度量,在(4)式中把d1项舍去,则有:

ui'/ ui= 1/n (5)式中的n为同样电容器中介质层间气隙多少的比值,该式近似表明了电容器介质层间气隙多少影响电容器电离电压高低的反比关系。如果由于材料、工艺等因素导致电容器c的层间气隙在原来d1的基础上增加25% 即n=1.25,则电容器c的电离电压可能从原来的ui下降为0.8ui,即是说如果ui原来为250v(有效值),则气隙增加一定量后可能ui就降为200v(有效值)了。

8? ?解决气隙电离的参考途径

? ? ? 在大多应用场合,额定的脉冲电压或交流电压都会远高于电容器的电离电压。在此条件下,解决电容器的气隙电离问题只有两条途径:其一是消除存在于电容器介质层与层之间的气隙;其二是采用多串联的办法使其中每一串电容器上的工作电压低于其电离电压,从而不会发生气隙电离。

? ? ? 图9、图10显示了两只圆柱形多串联电容器在同样条件的脉冲充放电试验24万次并解剖后金属化薄膜(重叠在一起)的状况[5]。显然,图10电容器发生了严重的气隙电离,致使其与标称值0.02μf相比,电容量下降了17% ,仅为0.0166μf,而且可以看到电离斑点大量发生在金属化镀层条的边沿,和图2所示状况相似。其原因也和图2电容器相同,是由于金属化镀层厚度和薄膜表面之间的空隙处积聚了较多气隙而造成,由此也能看出气隙d1之小。而图9电容器测量电容值几乎没有变化,解剖图片显示金属化薄膜状态正常,没有发现电离斑点。这两只电容器额定指标相同,尺寸均符合要求,只是设计上图9电容器比图10电容器多了一串。由此可以推测,恰恰是多出的这一串降低了每串电容器上承受的试验电压,使得此试验电压低于了它的电离电压。根据上述分析的结果还可以推测,若使用εr较高的介质材料来制造上述规格的电容器,则即使采用和图9电容器相同的串数时也可能导致气隙电离的发生。

图9 充放电试验后基本正常的金属化薄膜

图10 充放电试验后发生气隙电离的金属化薄膜

? ? ? 图11是三组多串联电容器充放电寿命试验的曲线图,三组电容器均为0.02μf,但结构分别为6串、7串和12串,试验条件为温度100℃,脉冲电压15kv,频率2.3hz[6]。试验曲线图表明:2只6串结构电容器在充放电39万次和78万次后均发生了严重的气隙电离,致使电容器的电容量发生雪崩式大幅下降;而7串结构的电容器在180万次充放电试验后电容量下降约为10%;至于12串结构的电容器则在180万次充放电试验后电容量变化很小,基本没有发生气隙电离。

? ? ? 上述两例高压电容器充放电寿命试验结果表明,对于在脉冲或交流工作状态的电容器,尤其是高能量密度要求下的干式高压脉冲功率电容器,必须设计有合理的串联数才能防止其气隙电离的发生,由此提升其充放电次数,保证达到更高使用寿命的要求。如果为了提升电容器能量密度指标而使用介电常数εr较大的介质材料,则对串联数会有更高的要求,并且由此也会对介质材料的厚度控制造成更大的难度。

图11 三组高压电容器充放电寿命的比较

9? 结论

? ? ? 在储能、电力等领域,使用干式金属化薄膜电容器已成为发展趋势。但干式电容器在制造过程中介质薄膜层间不可避免的存有气隙,当运行的脉冲或交流电压超过电容器的电离电压时,在电场作用下上述层间存在的气隙会发生电离,导致金属化镀层被蒸发而形成大小不一的电离斑点。不断发生的气隙电离会严重减小金属化镀层电极的有效面积,从而显著降低电容器的电容量而影响整个系统的正常运行。分析表明:气隙电离不会导致电容器介质的电离性击穿,只会因电容量的减小而降低其使用寿命;使用相对介电常数较大的介质材料制造的电容器,使用时发生气隙电离的门槛电压会降低,在相同工作条件下更易发生气隙电离;交流状态工作时,只要低于250v(有效值)即可防止发生气隙电离这一认知是有条件的,如果气隙偏多,即便在200v(有效值)或更低工作电压时同样可能发生气隙电离,这种气隙多少对于电离电压高低的影响在脉冲功率电容器中同样存在;通过多串联方法降低每一串电容器上的工作电压,使之低于其电离电压可以有效地防止气隙电离的发生。对于干式高能量密度的脉冲功率电容器而言,为了保证其在允许的容衰条件下获得更多的充放电次数,从而延长电容器的使用寿命,这一点尤其重要。

参考文献:

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