Главное преимущество металлоорганических пленочных конденсаторов заключается в их способности к самовосстановлению, что делает эти конденсаторы одними из самых быстрорастущих на сегодняшний день.

Существует два различных механизма самовосстановления металлизированных пленочных конденсаторов: разрядное самовосстановление и электрохимическое самовосстановление. Первый происходит при более высоком напряжении, поэтому его также называют высоковольтным самовосстановлением; поскольку второй также происходит при очень низком напряжении, его часто называют низковольтным самовосстановлением.

Самоисцеление после разрядки

Для иллюстрации механизма самовосстановления после разряда предположим, что в органической пленке между двумя металлизированными электродами имеется дефект с сопротивлением R. В зависимости от природы дефекта, это может быть металлический дефект, дефект полупроводника или дефект плохой изоляции. Очевидно, что при наличии дефекта первого типа конденсатор разрядится при низком напряжении. Только в последнем случае происходит самовосстановление после так называемого высоковольтного разряда.

Процесс самовосстановления после разряда заключается в том, что сразу после приложения напряжения V к металлизированному пленочному конденсатору через дефект проходит омический ток I = V/R. Следовательно, плотность тока J = V/Rπr² протекает через металлизированный электрод, то есть чем ближе область к дефекту (чем меньше r), тем выше плотность тока внутри металлизированного электрода. Из-за джоулева тепла, вызванного потреблением мощности дефектом W = (V²/R)r, сопротивление R полупроводникового или изоляционного дефекта экспоненциально уменьшается. Поэтому ток I и потребляемая мощность W быстро возрастают, в результате чего плотность тока J1 = J = V/πr¹² резко возрастает в области, где металлизированный электрод находится очень близко к дефекту, и его джоулево тепло может расплавить металлизированный слой в этой области, вызывая здесь дуговой разряд между электродами. Дуга быстро затухает и отбрасывает расплавленный металл, образуя изолированную зону без металлического слоя. Дуга гаснет, и происходит самовосстановление.

Вследствие джоулева тепла и дуги, возникающих в процессе самовосстановления разряда, диэлектрик вокруг дефекта и изоляционная зона диэлектрической поверхности неизбежно повреждаются термическим и электрическим воздействием, что приводит к химическому разложению, газификации и карбонизации, а также к механическим повреждениям.

Из вышеизложенного следует, что для достижения идеального самовосстановления при разряде необходимо обеспечить подходящую локальную среду вокруг дефекта, поэтому конструкция металлизированного органического пленочного конденсатора должна быть оптимизирована для достижения разумной среды вокруг дефекта, подходящей толщины металлизированного слоя, герметичной среды, а также подходящего напряжения и емкости сердечника. Так называемое идеальное самовосстановление при разряде характеризуется: очень коротким временем самовосстановления, малой энергией самовосстановления, отличной изоляцией дефектов и отсутствием повреждения окружающего диэлектрика. Для достижения хорошего самовосстановления молекулы органической пленки должны содержать низкое соотношение атомов углерода к атомам водорода и умеренное количество кислорода, чтобы при разложении молекул пленки в процессе самовосстановления при разряде не образовывался углерод и не происходило осаждения углерода, что предотвращает образование новых проводящих путей, а вместо этого образовывались CO2, CO, CH4, C2H2 и другие газы, которые гасят дугу с резким увеличением концентрации газа.
Для обеспечения сохранности среды вокруг дефекта при самовосстановлении, энергия самовосстановления не должна быть слишком большой, но и не слишком малой. Это необходимо для удаления металлизированного слоя вокруг дефекта, образования изоляционной (высокоомной) зоны, изоляции дефекта и достижения самовосстановления. Очевидно, что требуемая энергия самовосстановления тесно связана с металлом металлизированного слоя, его толщиной и окружающей средой. Поэтому для снижения энергии самовосстановления и достижения хорошего самовосстановления используется металлизация органических пленок низкоплавкими металлами. Кроме того, металлизированный слой не должен быть неравномерно толстым или тонким, особенно во избежание царапин, иначе изоляционная зона станет разветвленной, и самовосстановление не будет достигнуто. Во всех конденсаторах CRE используются качественные пленки, и одновременно осуществляется строгий контроль качества поступающих материалов, исключающий дефектные пленки на входе, что гарантирует высокое качество пленок конденсаторов.

Помимо разрядного самовосстановления, существует еще один механизм — электрохимическое самовосстановление. Обсудим этот механизм в следующей статье.