धातुकृत फिल्म कैपेसिटर अपनी उत्कृष्ट स्व-उपचार क्षमता, कम हानि और उच्च विश्वसनीयता के कारण पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रतिक्रियाशील पावर क्षतिपूर्ति, नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों और औद्योगिक स्वचालन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, उच्च तापमान, आर्द्रता, ओवरवॉल्टेज और यांत्रिक तनाव जैसी कठोर परिचालन स्थितियों के तहत, उनका प्रदर्शन धीरे-धीरे खराब हो जाता है, जिससे अंततः विफलता होती है।

 

धातुकृत फिल्म कैपेसिटर की सामान्य विफलता तंत्र को आम तौर पर चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण, ढांकता हुआ टूटना, समाई गिरावट, और संरचनात्मक विफलता. व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, ये विफलताएं अक्सर विद्युत क्षेत्र, तापमान, आर्द्रता और यांत्रिक तनाव से जुड़े बहु-भौतिकी युग्मन प्रभावों से प्रेरित होती हैं।

 

मैं, सामान्य विफलता मोड और विशिष्ट अभिव्यक्तियाँ

धातुकृत फिल्म कैपेसिटर की विफलता में आमतौर पर विद्युत पैरामीटर असामान्यताएं और भौतिक संरचनात्मक क्षति दोनों शामिल होती हैं।

 

विफलता मोड	विशिष्ट अभिव्यक्ति	उपकरण पर प्रभाव
धारिता ह्रास	अचानक विफलता होने तक रेटेड सीमा के भीतर रहते हुए धीरे-धीरे कैपेसिटेंस में कमी	कम मुआवजा प्रदर्शन, समय संबंधी त्रुटियां, दोलन अस्थिरता
इन्सुलेशन विफलता	लीकेज करंट में वृद्धि और इन्सुलेशन प्रतिरोध में कमी	उच्च तापीय हानि, तापीय पलायन का खतरा बढ़ जाता है
ढांकता हुआ टूटना	ढांकता हुआ फिल्म पिघलती और पंचर होती है, जिससे प्रवाहकीय पथ बनते हैं	शॉर्ट-सर्किट बर्नआउट और पूर्ण उपकरण विफलता
संरचनात्मक विफलता	आंतरिक फ्रैक्चर, सोल्डर ज्वाइंट डिटेचमेंट, पैकेज क्रैकिंग	ओपन-सर्किट विफलता और धारा प्रवाह में रुकावट

 

II, मेटालाइज्ड फिल्म कैपेसिटर की कोर विफलता तंत्र

1. इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण और नमी का प्रवेश

इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण एसी फ़िल्टरिंग और बिजली क्षतिपूर्ति अनुप्रयोगों में प्राथमिक उम्र बढ़ने के तंत्रों में से एक है।

 

जब धातुकृत फिल्म संधारित्र का सीलिंग प्रदर्शन अपर्याप्त होता है, तो नमी आंतरिक संरचना में प्रवेश कर सकती है, जिससे हवा के टूटने का वोल्टेज कम हो जाता है और फिल्म परतों के बीच आयनीकरण में तेजी आती है। इस आयनीकरण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न ओजोन धातुकृत इलेक्ट्रोड (Zn/Al) को ऑक्सीकरण करता है, जिससे ZnO और Al₂O₃ जैसे गैर-प्रवाहकीय ऑक्साइड बनते हैं। जैसे-जैसे ऑक्सीकरण बढ़ता है, प्रभावी इलेक्ट्रोड क्षेत्र धीरे-धीरे कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप निरंतर कैपेसिटेंस गिरावट होती है।

 

ऐसे वातावरण में जहां सापेक्ष आर्द्रता 85% से अधिक है, धातुकृत परत के अंदर इलेक्ट्रोकेमिकल प्रवासन भी हो सकता है, जिससे प्रवाहकीय डेंड्राइट बनते हैं जो अंततः इंटर -इलेक्ट्रोड शॉर्ट सर्किट को ट्रिगर कर सकते हैं।

 

सल्फर युक्त या अम्लीय गैस वातावरण में, संक्षारण दर 3-5 गुना तक बढ़ सकती है। टर्मिनल टिन प्लेटिंग के क्षरण से संपर्क प्रतिरोध काफी बढ़ जाता है, जिससे ओवरहीटिंग और कनेक्शन विफलता हो जाती है।

 

मुख्य प्रभाव

• धारिता क्षरण
• इन्सुलेशन प्रतिरोध में कमी
• टर्मिनल का ज़्यादा गर्म होना
• शॉर्ट-सर्किट का खतरा

 

2. बिजली का तनाव और बार-बार होने वाले नुकसान को ठीक करना

धातुकृत फिल्म कैपेसिटर की प्रमुख विशेषताओं में से एक उनकी स्व-उपचार क्षमता है। जब एक स्थानीयकृत ढांकता हुआ टूटना होता है, तो दोष के चारों ओर धातुकृत परत तेजी से वाष्पीकृत हो जाती है, क्षतिग्रस्त क्षेत्र को अलग कर देती है और संधारित्र को सामान्य रूप से काम करना जारी रखने की अनुमति देती है।

हालाँकि, बार-बार स्व-उपचार की घटनाएं धीरे-धीरे प्रभावी धातुकृत इलेक्ट्रोड क्षेत्र का उपभोग करती हैं, जिससे संचयी समाई में कमी आती है और वोल्टेज झेलने की क्षमता कमजोर हो जाती है।

 

प्रायोगिक अध्ययन से पता चलता है कि:

• बार-बार स्वतः हीलिंग डिस्चार्ज कैपेसिटेंस क्षरण को काफी तेज कर देता है
• धारिता में कमी के साथ-साथ ढांकता हुआ प्रतिरोध वोल्टेज कम हो जाता है
• कम शेष धारिता के परिणामस्वरूप खराब इन्सुलेशन प्रदर्शन होता है

 

3.ओवरवोल्टेज प्रभाव

ओवरवॉल्टेज भयावह ढांकता हुआ टूटने के लिए एक सीधा ट्रिगर है।

 

चूंकि संधारित्र की बिजली हानि ऑपरेटिंग वोल्टेज के वर्ग के साथ लगभग बढ़ जाती है, लंबे समय तक ओवरवॉल्टेज ऑपरेशन ढांकता हुआ उम्र बढ़ने और आंतरिक हीटिंग को तेज करता है। इस बीच, स्विचिंग संचालन या ग्रिड गड़बड़ी के कारण क्षणिक उछाल वोल्टेज रेटेड वोल्टेज से कई गुना तक पहुंच सकता है, जो सीधे ढांकता हुआ परत को छिद्रित कर सकता है।

 

आईईईई शोध के अनुसार:

जब विद्युत क्षेत्र की ताकत 10⁶ V/cm तक पहुंच जाती है, तो तापमान के साथ आंतरिक निर्वहन की संभावना तेजी से बढ़ जाती है

तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, आंशिक निर्वहन की संभावना लगभग दोगुनी हो जाती है

 

मुख्य प्रभाव

• त्वरित स्व-उपचार खपत
• आंतरिक तापमान में वृद्धि
• ढांकता हुआ पंचर
• बेलगाम उष्म वायु प्रवाह
• अचानक विपत्तिपूर्ण विफलता

 

4.मल्टीफ़िज़िक्स युग्मन त्वरित एजिंग तंत्र

अत्यधिक परिचालन स्थितियों के तहत,धातुकृत फिल्म संधारित्रविफलताएँ आमतौर पर विद्युत क्षेत्र, तापमान, आर्द्रता और यांत्रिक तनाव के बीच युग्मित अंतःक्रिया के कारण होती हैं।

 

4.1. विद्युत क्षेत्र-तापमान युग्मन

उच्च तापमान पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) फिल्म की ढांकता हुआ ताकत और ढांकता हुआ स्थिरांक को कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय विद्युत क्षेत्र में वृद्धि होती है। बढ़ा हुआ विद्युत क्षेत्र आंतरिक शक्ति अपव्यय और तापमान को और बढ़ाता है, जिससे एक सकारात्मक फीडबैक लूप बनता है।

यह घटना स्थानीयकृत "हॉट स्पॉट" उत्पन्न करती है, जहां तापमान कई सौ डिग्री सेल्सियस तक बढ़ सकता है, अंततः ढांकता हुआ फिल्म पिघल जाती है और विनाशकारी टूटने का कारण बनती है।

 

नतीजे

• स्थानीय तापीय सांद्रता
• आंशिक निर्वहन तीव्रता
• फिल्म का पिघलना
• थर्मल ब्रेकडाउन विफलता

 

4.2. तापमान-यांत्रिक तनाव युग्मन

एल्यूमीनियम धातुकरण और पॉलीप्रोपाइलीन ढांकता हुआ फिल्म के थर्मल विस्तार गुणांक काफी भिन्न होते हैं। तापमान चक्रण के दौरान, पर्याप्त इंटरफ़ेसीय कतरनी तनाव उत्पन्न होता है।

 

बार-बार थर्मल साइक्लिंग की स्थिति में तनाव का स्तर 50 एमपीए तक पहुंच सकता है। एक बार जब सामग्री की थकान सीमा पार हो जाती है, तो धातुकृत परत में माइक्रोक्रैक बन जाते हैं।

 

उसी समय, ऊंचा तापमान तेज हो जाता है:

• धातु प्रसार
• ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं
• एल्यूमीनियम ऑक्साइड परत का विकास
• तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए ऑक्सीकरण वृद्धि दर लगभग तीन गुना हो जाती है।

 

नतीजे

• धातुकरण टूटना
• बढ़ा हुआ ईएसआर
• विद्युत चालकता में कमी
• त्वरित उम्र बढ़ना

 

4.3. यांत्रिक तनाव युग्मन

पीसीबी असेंबली, परिवहन, कंपन और स्थापना के दौरान यांत्रिक तनाव भी कैपेसिटर विश्वसनीयता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है।

2000 माइक्रोस्ट्रेन से अधिक पीसीबी झुकने का तनाव, दीर्घकालिक कंपन या प्रभाव लोडिंग के साथ, इसका कारण हो सकता है:

• आंतरिक फिल्म का टूटना
• सोल्डर जोड़ की थकान
• टर्मिनल टुकड़ी
• पैकेज विरूपण

 

ये यांत्रिक माइक्रोक्रैक नमी के प्रवेश और संक्षारण प्रसार के मार्ग भी बन जाते हैं, जिससे विद्युत रासायनिक उम्र बढ़ने में और तेजी आती है।

 

नतीजे

• ओपन-सर्किट विफलता
• रुक-रुक कर विद्युत संपर्क
• नमी का प्रवेश
• परिचालन जीवनकाल कम हो गया

 

5.विनिर्माण और प्रक्रिया दोष

धातुकृत फिल्म कैपेसिटर में प्रारंभिक विफलता का एक और महत्वपूर्ण स्रोत विनिर्माण दोष हैं।

 

सामान्य प्रक्रिया से संबंधित दोषों में शामिल हैं:

• कच्चे माल में अशुद्धियाँ
• असमान धातुकृत परत की मोटाई
• ढांकता हुआ फिल्म में पिनहोल दोष
• अधूरा वैक्यूम सुखाने और निरार्द्रीकरण
• ख़राब एनकैप्सुलेशन गुणवत्ता

 

ये दोष स्थानीय विद्युत क्षेत्र एकाग्रता बिंदु बनाते हैं, जिससे ऑपरेशन के दौरान आंशिक निर्वहन और ढांकता हुआ टूटने की संभावना अधिक हो जाती है।

पैकेजिंग के दौरान पेश की गई अवशिष्ट आंतरिक नमी सेवा जीवन के प्रारंभिक चरण से जंग और इन्सुलेशन गिरावट को और तेज कर देती है।

 

नतीजे

प्रारंभिक-जीवन विफलता

स्थानीयकृत ढांकता हुआ टूटना

विश्वसनीयता में कमी

छोटा सेवा जीवन

 

तृतीय,निष्कर्ष

की विश्वसनीयताधातुकृत फिल्म कैपेसिटरविद्युत तनाव, पर्यावरणीय स्थिति, थर्मल प्रबंधन, यांत्रिक लोडिंग और विनिर्माण गुणवत्ता से काफी प्रभावित है। सभी विफलता तंत्रों में, इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण, बार-बार स्व-उपचार की खपत, ढांकता हुआ ब्रेकडाउन और मल्टीफ़िज़िक्स युग्मन प्रभाव दीर्घकालिक प्रदर्शन और सेवा जीवन को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक हैं।

 

संधारित्र की विश्वसनीयता और परिचालन जीवनकाल में सुधार के लिए, निम्नलिखित उपाय महत्वपूर्ण हैं:

• उन्नत सीलिंग और नमी संरक्षण
• उचित थर्मल प्रबंधन और वेंटिलेशन
• ओवरवोल्टेज और हार्मोनिक दमन
• स्थापना के दौरान यांत्रिक तनाव कम हो गया
• उच्च गुणवत्ता वाली ढांकता हुआ फिल्म निर्माण और एनकैप्सुलेशन प्रक्रियाएं

 

अनुकूलित डिजाइन, सामग्री चयन और पर्यावरण संरक्षण के साथ, धातुयुक्त फिल्म कैपेसिटर आधुनिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में काफी बेहतर स्थिरता, सुरक्षा और परिचालन स्थायित्व प्राप्त कर सकते हैं।