Исследование закономерностей электродинамического разрушения электродов металлопленочных конденсаторов

• Автор: Белько, Виктор Олегович
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные сведения о металлопленочных конденсаторах

1.2. Старение конденсаторов с металлизированными электродами

1.3. Процесс самовосстановления в конденсаторах с металлизированными электродами

1.4. Теории процесса самовосстановления

1.5. Электродинамическое разрушение металлизированных электродов

1.6. Выводы и постановка задач исследования

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования
2.2. Методика исследования субмикросекундных процессов электродинамического разрушения металлизированных электродов под действием тока высокой плотности
2.3. Методика определения площади зон деметаллизации
2.4. Методика определения фрактальной размерности зон деметаллизации
2.5. Методика автоматизированной обработки экспериментальных осциллограмм
2.6. Методика исследования токовой устойчивости перемычек в сегментированных металлизированных электродах
2.6.1. Объекты исследования
2.6.2. Методика исследования
2.7. Методика численного моделирования картины протекания тока в сегментированных электродах
2.8. Методика исследования напряжения перекрытия между сегментами
2.8.1. Объекты исследования
2.8.2. Методика исследования
2.9. Методика исследования динамики роста зон деметаллизации
2.10. Методика статистической обработки экспериментальных данных

Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ В
СУБМИКРОСЕКУНДНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ
3.1. Электродинамическое разрушение тонких металлизированных электродов
3.2. Изучение причин неоднородного разрушения металла
3.3. Регистрация оптического излучения при разрушении электрода .

3.4. Влияние внешних факторов на процесс электродинамического разрушения электродов
3.4.1. Влияние подложки
3.4.2. Влияние ширины образца
3.4.3. Влияние давления
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ В МИКРОСЕКУНДНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ
4.1. Экспериментальное изучение электродинамической устойчивости металлизированных электродов
4.2. Исследование динамических характеристик процесса разрушения металлизации
4.2.1. Динамика процесса радиального разрушения металлизации
4.2.2. Динамика процесса продольного разрушения металлизации
4.3. Энергетические характеристики процесса разрушения металлизации
4.4. Моделирование процесса токового разрушения
металлизированных электродов
4.5. Моделирование распределения плотности тока в металлизированном электроде с сегментацией
4.6. Критические размеры зоны деметаллизации с точки зрения
повторных перекрытий
Выводы
5. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СЕГМЕНТИРОВАННОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ
5.1. Исходные данные для расчета
5.2. Основные этапы расчета
5.3. Пример инженерного расчета параметров сегментированной металлизации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Существенное увеличение удельных характеристик электрических конденсаторов возможно при замене электродов с фольговых на металлизированные, что позволяет использовать эффект самовосстановления (СВ). Электроды конденсатора при этом представляют собой тонкие (5-20 нм) пленки металла (А1, Хп), напыленные на полимерный диэлектрик (полипропилен, полиэтилентерефталат). Такие конденсаторы называются металлопленочными (МГЖ). Укрупнено процесс СВ можно описать следующим образом. При пробое диэлектрика через образовавшийся канал течет ток высокой плотности и металлизированный электрод ввиду малой толщины испаряется, при этом длительность процесса составляет десятые доли - десятки мкс. Образовавшаяся область диэлектрика, свободная от V металла; препятствует вторичному замыканию электродов в-данном месте. Электрическая прочность конденсатора восстанавливается.
К, сожалению, сплошная металлизация не позволяет эффективно использовать ■ конденсаторы при больших значениях напряжения, и емкости, вследствие неуправляемого процесса выделения энергии при СВ. Поэтому дальнейший рост удельных характеристик затруднителен, так как возникает опасность возникновения электротеплового пробоя конденсатора. На современном этапе развития конструкций МПК «центр тяжести» научно-технических проблем сместился от традиционных задач оптимизации диэлектрика с целью исключения или снижения вероятности его пробоя к задачам оптимизации конструкции электродов, с целью реализации «управляемого» пробоя. Поэтому следующим шагом в развитии конденсаторостроения стало ' применение сегментированных металлизированных электродов. Сегментация позволила ограничить энергию СВ и сделать ее управляемым параметром и как следствие' этого -значительно поднять удельные характеристики конденсаторов. Дальнейшая оптимизация конденсаторных, конструкций связана с правильным выбором

• удаление металла происходит из-за плавления или из-за испарения металла,
• ток в зоне деметаллизации распространяется либо по поверхности диэлектрика, либо в газовой среде в виде дуги.
Решается система дифференциальных уравнений, одно из которых описывает зависимость температуры от времени с учетом изменения толщины покрытия от времени и при наличии тока, радиально растекающегося от места короткого замыкания. Второе уравнение описывает связь между скоростью изменения толщины и температурой покрытия.
В первом приближении получено, что радиус зоны деметаллизации равен:
где I - значение тока, ко - толщина слоя металлизации, р - удельное сопротивление металла, ^ - полное время разряда, О - плотность металла, X -удельная теплота испарения металла.
экспериментальными данными. Однако, ввиду положенных в основу допущений, универсальной модель признать нельзя.
В работах [56,57] моделирование процесса самовосстановления производится на основе эквивалентной схемы (см. рис. 1.19,).
(1.6)
Полученные результаты неплохо согласовывались с

Рис. 1.19. Эквивалентная схема для изучения процессов пробоя и самовосстановления конденсатора с металлизированными электродами [56].