Il vantaggio principale dei condensatori a film organometallico è la loro capacità di autoriparazione, che li rende una delle tipologie di condensatori in più rapida crescita oggi sul mercato.
Esistono due diversi meccanismi di autoriparazione per i condensatori a film metallizzato: uno è l'autoriparazione per scarica; l'altro è l'autoriparazione elettrochimica. Il primo si verifica a tensioni più elevate, quindi viene anche definito autoriparazione ad alta tensione; poiché il secondo si verifica anche a tensioni molto basse, viene spesso definito autoriparazione a bassa tensione.
Dimissioni Autoguarigione
Per illustrare il meccanismo di autoriparazione della scarica, si supponga la presenza di un difetto nel film organico tra due elettrodi metallizzati con una resistenza R. A seconda della natura del difetto, questo può essere di tipo metallico, semiconduttore o dovuto a un isolamento insufficiente. Ovviamente, nel primo caso, il condensatore si scaricherà a bassa tensione. Solo nel secondo caso la cosiddetta scarica ad alta tensione si autoripara.
Il processo di autoriparazione della scarica avviene immediatamente dopo l'applicazione di una tensione V a un condensatore a film metallizzato: una corrente ohmica I=V/R attraversa il difetto. Di conseguenza, la densità di corrente J=V/Rπr² scorre attraverso l'elettrodo metallizzato, ovvero, più l'area è vicina al difetto (minore è r) e maggiore è la densità di corrente all'interno dell'elettrodo metallizzato. A causa del calore Joule generato dal consumo di energia W=(V²/R)r del difetto, la resistenza R del semiconduttore o dell'isolante difetto diminuisce esponenzialmente. Pertanto, la corrente I e il consumo di energia W aumentano rapidamente; di conseguenza, la densità di corrente J1= J=V/πr¹² aumenta bruscamente nella regione in cui l'elettrodo metallizzato è molto vicino al difetto, e il calore Joule generato può fondere lo strato metallizzato in quella regione, provocando la formazione di un arco elettrico tra gli elettrodi. L'arco evapora rapidamente e disperde il metallo fuso, formando una zona di isolamento priva di strato metallico. L'arco si estingue e si verifica l'autoguarigione.
A causa del calore Joule e dell'arco generati nel processo di autoriparazione della scarica, il dielettrico attorno al difetto e l'area di isolamento della superficie dielettrica vengono inevitabilmente danneggiati da danni termici ed elettrici, con conseguente decomposizione chimica, gassificazione e carbonizzazione, e persino danni meccanici.
Da quanto sopra, per ottenere un'autoriparazione perfetta della scarica, è necessario garantire un ambiente locale adeguato attorno al difetto, quindi la progettazione del condensatore a film organico metallizzato deve essere ottimizzata per ottenere un mezzo ragionevole attorno al difetto, uno spessore adeguato dello strato metallizzato, un ambiente ermetico e una tensione e capacità del nucleo adeguate. La cosiddetta autoriparazione perfetta della scarica è caratterizzata da: tempo di autoriparazione molto breve, energia di autoriparazione bassa, eccellente isolamento dei difetti, nessun danno al dielettrico circostante. Per ottenere una buona autoriparazione, le molecole del film organico dovrebbero contenere un basso rapporto tra atomi di carbonio e idrogeno e una quantità moderata di ossigeno, in modo che quando si verifica la decomposizione delle molecole del film durante la scarica di autoriparazione, non venga prodotto carbonio e non si verifichi alcuna deposizione di carbonio per evitare la formazione di nuovi percorsi conduttivi, ma piuttosto vengano prodotti CO2, CO, CH4, C2H2 e altri gas per estinguere l'arco con un rapido aumento del gas.
Per garantire che il supporto attorno al difetto non venga danneggiato durante l'autoriparazione, l'energia di autoriparazione non deve essere né troppo elevata né troppo bassa, al fine di rimuovere lo strato di metallizzazione attorno al difetto, formando una zona isolante (ad alta resistenza) che isolerà il difetto, consentendo così l'autoriparazione. Ovviamente, l'energia di autoriparazione richiesta è strettamente correlata al metallo dello strato di metallizzazione, al suo spessore e all'ambiente circostante. Pertanto, per ridurre l'energia di autoriparazione e ottenere una buona autoriparazione, si esegue la metallizzazione di film organici con metalli a basso punto di fusione. Inoltre, lo strato di metallizzazione non deve presentare spessori e sottigliezze irregolari, soprattutto per evitare graffi, altrimenti l'area di isolamento diventerà ramificata e l'autoriparazione non sarà efficace. I condensatori CRE utilizzano tutti film standard e, allo stesso tempo, sono sottoposti a una rigorosa gestione del controllo qualità dei materiali in entrata, bloccando i film difettosi fin dall'inizio, in modo da garantire la piena qualità dei film dei condensatori.
Oltre all'autoriparazione tramite scarica, ne esiste un'altra, ovvero l'autoriparazione elettrochimica. Analizzeremo questo meccanismo nel prossimo articolo.
Data di pubblicazione: 18 febbraio 2022