Най-голямото предимство на органометалните филмови кондензатори е, че те са самовъзстановяващи се, което ги прави едни от най-бързо развиващите се кондензатори днес.
Съществуват два различни механизма за самовъзстановяване на метализирани филмови кондензатори: единият е самовъзстановяване чрез разряд; другият е електрохимично самовъзстановяване. Първият се случва при по-високо напрежение, така че се нарича още самовъзстановяване при високо напрежение; тъй като вторият се случва и при много ниско напрежение, той често се нарича самовъзстановяване при ниско напрежение.
Самовъзстановяване при разреждане
За да илюстрираме механизма на самовъзстановяване на разряда, да приемем, че има дефект в органичния филм между два метализирани електрода със съпротивление R. В зависимост от естеството на дефекта, той може да е метален дефект, полупроводник или лошо изолиран дефект. Очевидно е, че когато дефектът е един от първите, кондензаторът ще се е разредил при ниско напрежение. Само във втория случай така нареченият разряд при високо напрежение се самовъзстановява.
Процесът на самовъзстановяване на разряда се състои в това, че веднага след прилагане на напрежение V към метализиран филмов кондензатор, през дефекта преминава омически ток I=V/R. Следователно, плътността на тока J=V/Rπr2 протича през метализирания електрод, т.е. колкото по-близо е зоната до дефекта (толкова по-малко е r) и толкова по-висока е плътността на тока в метализирания електрод. Поради джаулевата топлина, причинена от консумацията на мощност на дефекта W=(V2/R)r, съпротивлението R на полупроводников или изолационен дефект намалява експоненциално. Следователно, токът I и консумираната мощност W се увеличават бързо, в резултат на което плътността на тока J1= J=V/πr12 се увеличава рязко в областта, където метализираният електрод е много близо до дефекта, и неговата джаулева топлина може да разтопи метализирания слой в областта, карайки дъгата между електродите да прелети натам. Дъгата бързо се изпарява и изхвърля разтопения метал, образувайки изолирана изолационна зона без метален слой. Дъгата се гаси и се постига самовъзстановяване.
Поради джаулевата топлина и дъга, генерирани в процеса на самовъзстановяване на разряда, диелектрикът около дефекта и зоната на изолация на диелектричната повърхност неизбежно се увреждат от термични и електрически повреди, като по този начин се получава химическо разлагане, газификация и карбонизация, и дори механични повреди.
От гореизложеното, за да се постигне перфектно самовъзстановяване на разряда, е необходимо да се осигури подходяща локална среда около дефекта. Затова дизайнът на метализирания органичен филмов кондензатор трябва да бъде оптимизиран, за да се постигне разумна среда около дефекта, подходяща дебелина на метализирания слой, херметична среда и подходящо напрежение и капацитет на ядрото. Така нареченото перфектно самовъзстановяване на разряда е: времето за самовъзстановяване е много кратко, енергията за самовъзстановяване е малка, дефектите са изолирани отлично, не се поврежда околният диелектрик. За да се постигне добро самовъзстановяване, молекулите на органичния филм трябва да съдържат ниско съотношение въглеродни към водородни атоми и умерено количество кислород, така че когато молекулите на филма се разлагат по време на самовъзстановяващия се разряд, да не се произвежда въглерод и да не се отлага въглерод, за да се избегне образуването на нови проводими пътища, а по-скоро да се произвеждат CO2, CO, CH4, C2H2 и други газове, които с рязко покачване на газа угасват дъгата.
За да се гарантира, че средата около дефекта няма да бъде повредена по време на самовъзстановяването, енергията за самовъзстановяване не трябва да бъде твърде голяма, но и не твърде малка. За да се премахне метализираният слой около дефекта, да се образува изолационна (високосъпротивителна) зона, дефектът ще бъде изолиран и ще се постигне самовъзстановяване. Очевидно е, че необходимата енергия за самовъзстановяване е тясно свързана с метала на метализирания слой, дебелината му и околната среда. Следователно, за да се намали енергията за самовъзстановяване и да се постигне добро самовъзстановяване, се извършва метализация на органични филми с метали с ниска точка на топене. Освен това, метализираният слой не трябва да бъде неравномерно дебел и тънък, особено за да се избегнат надрасквания, в противен случай изолационната зона ще стане разклонена и няма да постигне добро самовъзстановяване. Всички CRE кондензатори използват обикновени филми и същевременно се прилага строг контрол на входящия материал, като дефектните филми се блокират на място, така че качеството на кондензаторните филми е напълно гарантирано.
В допълнение към самовъзстановяването чрез разряд, има и друго, а именно електрохимичното самовъзстановяване. Нека обсъдим този механизъм в следващата статия.
Време на публикуване: 18 февруари 2022 г.
