常州天达电子（2010.06）
金属化薄膜电容器是电子整机和电器、电力设备必不可少的基础元件。随着电子、电力工业和信息化技术的高速度发展，特别是近几年来节能环保、低碳减排技术的发展和绿能源的开发（节能光源、风力发电、太阳能利用、洋流和潮汐能发电等）对金属化薄膜电容器的需求量愈来愈大。
高科技的应用和发展对金属化薄膜电容器的品种、技术性能、可靠性水平、结构形状、几何尺寸及使用安全性提出了愈来愈苛刻的要求。
同时，金属化薄膜电容器生产技术的不断改进（材料、加工技术、制造手段、试验技术）和产品设计结构的变革，大大拓宽了金属化薄膜电容器的应用领域，推动了金属化电容器制造业如火如荼的发展。 金属化电容器已成为电容器门类中最充满生机的产品种。
从市场应用来看，金属化电容器主要面临的技术切入点是高压、高频、高温、高比率特性、高可靠和大电流、大功率。
本文就金属化薄膜电容器的试验、测试技术提出几个值得思考的问题。
一、金属化电容器的耐流特性
电容器的耐电流冲击特性一般用电压上升速率( dv/dt )和脉冲特性(K 0)来表征。这两个技术指标一般在产品的技术规范书中给出。 1. 电压上升速率( dv/dt )给出了电容器在一定电压、频率和脉冲波形下能可靠工作时所能承受的最大瞬态冲击电流 Ip max 。
Ip max A （最大瞬态电流）
C μF （有效容量）
dv/dt V/μs （脉冲上升速率）
2. 电容器的脉冲特性K 0可理解为给定脉冲波形下电容器贮能的大小。
K 0 V 2 / μs （脉冲特性）
τ 脉冲宽度
电容器在工作电路中完成瞬间充放电时(特别是高频脉冲电路中)其电极端面的瞬间电流密度较 大，如
电容器的脉冲上升速率（dv/dt ）较小，端面因桥接电阻产生的阻态功率损耗使薄膜横向热收缩，导致电容器开路或局部开路（表现为tg δ急剧增大。）严重时这种热积聚破坏了边缘抗电绝缘，导致边缘热击穿（表面击穿）。
所以电压上升速率(dv/dt)已是评定电容器性能优劣的一个重要技术指标。它直接反证了产品结构、设计、选材、工艺方法、过程控制等的合理性。
由于dv/dt 是高频脉冲下的一个波形参数，无法用仪表直接数显读出。一般是模拟电容器可能的应力环境（电应力、温度应力），在一个特定系统中产品在一定温度下、对产品施加一定电压的高频dt
dv
C I p ⋅=max ()⎰=τ
02
02dt K dt dv
脉冲，电容器的热平衡不被破坏时用高频记忆示波器捕捉高频高压脉冲的波形。在其上升沿（或下降沿）选取较为线性的部分，从而求出△v/△t (即dv/dt)。△取得愈小，愈接近真实的dv/d t值。
为了考量产品的耐电流能力，在产品测试时也可接入一组dv/dt测试单元，给产品施加一定电压的高频脉冲（电压、频率可调），通过产品的tgδ变化来剔除有内在缺陷的产品。
二、金属化电容器（包括膜箔复合结构高压电容器）高频电流特性的测试
金属化薄膜电容器在高频电路中应用广泛，如金属化聚酯膜电容器常用于隔直、耦合、退耦、旁路、车用低压干扰抑制、节能光源，金属化聚丙烯膜电容器常用于功率因数校正，膜箔复合结构中高压聚丙烯膜电容器及双面金属化聚丙烯膜电容器常用于电视机（S形校正和逆程）及显示器的偏转电路、开关电源、节能灯电子整流器、可控硅整流器、电子光源（如汽车前灯和整流器）等。电压高、容量大，要求能承受较大的高频工作电流。
高频电流特性是金属化电容器的一个重要技术指标。用户常常要求测试高频（正弦波，100∼1000 KHz）最大电流有效值。
沙画制作如何提供大容量（大功率）的100∼1000 KHz正弦波测试源是关键。
三、安全电容器的技术升级
电子产品在工作过程中产生的电磁交叉干扰严重影响了电子产品间的正常运行、污染了人类生存环境、危及安全用电。“电磁兼容”（EMC）已成为电子产品的发展和信息化建设的重要课题。在这样的
背景下，抗电磁干扰和电源跨线电容器发展迅速，这为金属化电容器的发展提供了前所未有的机遇，具有广阔的市场前景。
国内具有一定规模和技术实力的制造厂完成了抗电磁干扰和电源跨线电容器的安全认证。认
证产品主要为金属化聚丙烯和金属化聚酯膜交流电容器。申请认证的国家：UL（美）、VDE（德）、CSA（加拿大）、DEMKO（丹麦）、SEV（瑞士）、SEMKO（瑞典）、NEMKO（挪威）、FIMKO（芬兰）、CQC（中国）。新建企业也在积极准备。
移动消防泵认证的试验依据：UL 1414-1994（第5版）、IEC 60384-14、GB/T 14472及相关国家的等效标准。认证的安全等级为X2（模拟雷击脉冲电压为2500V），也有个别制造厂正致力于Y2等级（脉冲试验电压为5000V）的薄膜电容器的安全认证，并通过了相应的试验。
但随着技术进步和技术更新的市场压力增大，都面临产品技术标准升级的问题。
对IEC 60384-14 (涉及以VDE为中心的其他欧共体国家认证)面临气候类别的升级（从40/85/21 上升到55/100（110、125）/56）；
对UL 1414面临从第5版上升到第6版（2000版）的问题（第6版生效日期为2007年5月1 日）。即从X2上升到X1安全等级。X1与X2相比，介质耐压试验从1500V AC/60Hz/60s 提高到2000V AC/60Hz/60s；
脉冲试验从2500 V DC上升到4000V DC，Y2要达到5000 V DC。另，寿命试验也更为严酷。
这对我国金属化电容器的行业技术水平（制造技术和试验技术）是一个极大的考验和挑战。
四、金属化电容器的自愈和可靠性
金属化电容器的主要特点是有高的工作场强，较大的比率特性和在击穿时的自愈功能。但自愈不充分、过度自愈或瞬间连续放电过程都会使电容器性能下降、甚至失效。在使用过程中，自愈次数越少，可靠性越高。
认真研究自愈机理、合理选择赋能工艺（赋能方式和赋能工艺参数）、确保产品在制造过程中充分有效自愈，对产品的使用可靠性至关重要。 工艺赋能的目的是赋予电容器一定的能量（电压、电流和时间），捕捉到电场弱点，使之击穿并持续放电以达到电极绝缘恢复的目的（自愈。）我们希望通过赋能作用，使电容器在制造过程中充分
有效自愈，尽量避免电容器在使用中自愈的发生，以提高产品的使用可靠性。
赋能电压的高低、种类、施加方式和施加时间等因素直接影响到自愈效果。应避免自愈不足和 过度自愈。
电容器的自愈是靠储存在电容器内部的能量进行的，赋能电压低时，疵点击穿后放电难以维持，自愈没有足够的能量和时间完成，达不到自愈效果。 就同一电容器而言，赋能电压愈高，击穿点就 愈合多，自愈作用就愈频繁，当超出某一值时，瞬态击穿大量发生，电容器工作失常、失效。应根 据介质的厚度和疵点密度、电极方阻、电容器额定电压和使用时可能的过电压等因素来确定工艺赋 能电压。
交流、直流多级赋能、高频大电流赋能可获得更理想的赋能效果。
赋能电源的内阻对赋能效果也有直接影响。内阻大，电容器不能获得足够的自愈能，放电不能 维持，自愈不能完成。
赋能时间应由产品容量大小确定。
五、X2电容器的ARC（自愈漏电流）测试
ARC与一般的电气电弧放电不同，为耐压测试中所发生的漏电流的剧烈变化的通称，是对介质绝缘劣化的提前预测，波形为一尖端高频波。
X2电容器在生产过程中通过合理的赋能工艺使介质弱点得到充分自愈，在以后的测试和使用过程中不出现自愈性击穿。但如果赋能工艺设计不合理或过程失控，产品的内部电场弱点不能完全清除，这对产品的使用可靠性是有害的。
ARC表现为电容器通过耐电压测量时漏电流的激烈变化，电流一般为mA级（一般正常绝缘漏电为nA级），由于金属化电容器的自愈作用，电压波动或下降，但不会跌落为零。同时，由于一般X2电容器的耐压测试的漏电流门限设置为2倍容性电流，远远大于ARC的自愈性瞬态漏电，所以无法将这种有缺陷的产品作为击穿而剔除。
如何在现行的测试系统上增加ARC测试功能，即在耐压测量时将产生漏电激烈变化的产品予以剔除，从而把潜在的可能导致早期失效的产品去除，提高放行产品的使用可靠性。
分火头
这是很有现实意义的一件工作。
六、开展非线性测量，提高放行批产品的使用可靠性
薄膜电容器的使用可靠性严格服从浴盆曲线。其固有失效率取决于产品设计、材质、制造工艺 和过程控制方法等。
为了验证产品的可靠性水平，通常采用模拟试验来进行评价。这种方法有如下不足：
⑴ 时间过长。增加了放行产品的质量风险，甚至无法及时追溯。
⑵ 成本太高。耗费大量产品、占用大量试验设备和检测仪器。
⑶ 对产品属破坏性试验。
⑷ 加速试验不能真实地模拟产品在使用中的实际应力状态，试验结论不能有效地帮助用户合 理选择和正确使用薄膜电容器，也不能很好地帮助制造商分析和改进自己的产品。
如何降低放行产品的早期失效率，一直是产品制造商认真研究的课题。
实践证明，增加检验频度、提高放行标准（内控标准）这种方法并不可取。因为：
⑴ 并不能真正剔除早期失效的产品，降低质量风险。
⑵ 增加了产品成本。
⑶ 反复的电应力冲击（特别是耐电压测试）降低了放行产品的使用可靠性。
水塔水位控制从理论上看，薄膜电容器属线性元件。但由于内部接触电阻的存在使薄膜电容器具有明显的非线性。薄膜电容器设计、选材及工艺方法的不合理和工艺执行的不稳定性直接导致产品的非线性。
实践证明，呈现较大非线性度的元件，其使用稳定性小，使用寿命也短。用薄膜电容器的非线
性度来评价其可靠性是一种比较科学的方法。目前已在国外普遍采用。
⑴ 用非线性度的平均中心值可定量评价批产品的可靠性水平。
⑵ 超出中心值允许偏差范围的产品可视为有内在缺陷的产品，予以剔除。降低了放行产品早期失效的风险。
⑶ 对产品是非破坏性的测试。
⑷ 试验周期短，成本低，宜于生产过程控制中使用。
蒸煮柜如条件允许，在产品制造过程中，运用非线性测量方法(非破坏性的)，可剔除有内在缺陷的会发生早期失效的产品。如：
⑴ 电极与引线的接触不良，金属化电容器的喷金桥接工艺不良。
⑵ 介质材料的缺陷。
⑶ 电极材料的缺陷。
⑷ 机械加工（分切、卷绕等）产生的不稳定性。
⑸ 工艺环境污染造成的缺陷。
注：在元件上加一个标准正弦波电压，测量在元件上产生的三次谐波电压。三次谐波电压与基波电压之比， 即元件的非线性（-dB）。
元件的非线性度常用三次谐波衰减或三次谐波指数表示。
V 1 基波测试电压（V）支承辊
E 3 三次谐波电压（V）
A 3 三次谐波衰减（dB）
THI 三次谐波指数（-dB）
2010.06.04
3
1
3lg 20E V A =1
3
lg 20V E THI =
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