Der größte Vorteil von metallorganischen Folienkondensatoren besteht darin, dass sie selbstheilend sind, was diese Kondensatoren zu einem der am schnellsten wachsenden Kondensatortypen der Gegenwart macht.

Es gibt zwei verschiedene Mechanismen zur Selbstheilung von Metallfilmkondensatoren: die Entladungs-Selbstheilung und die elektrochemische Selbstheilung. Erstere tritt bei höheren Spannungen auf und wird daher auch als Hochspannungs-Selbstheilung bezeichnet; da letztere auch bei sehr niedrigen Spannungen stattfindet, spricht man oft von Niederspannungs-Selbstheilung.

Selbstheilung der Entladung

Um den Mechanismus der Selbstheilung von Entladungen zu veranschaulichen, nehmen wir an, dass sich im organischen Film zwischen zwei metallisierten Elektroden ein Defekt mit dem Widerstand R befindet. Je nach Art des Defekts kann es sich um einen metallischen Defekt, einen Halbleiterdefekt oder einen Defekt mit unzureichender Isolierung handeln. Im ersten Fall entlädt sich der Kondensator erwartungsgemäß bei niedriger Spannung. Nur im zweiten Fall heilt sich die sogenannte Hochspannungsentladung selbst.

Der Prozess der Selbstheilung durch Entladung beruht darauf, dass unmittelbar nach Anlegen einer Spannung V an einen Metallfilmkondensator ein ohmscher Strom I = V/R durch den Defekt fließt. Dadurch fließt die Stromdichte J = V/Rπr² durch die metallisierte Elektrode. Je näher der Bereich am Defekt liegt (je kleiner r ist), desto höher ist die Stromdichte innerhalb der metallisierten Elektrode. Aufgrund der Joule-Wärme, die durch den Leistungsverbrauch des Defekts W = (V²/R)r entsteht, sinkt der Widerstand R eines Halbleiter- oder Isolierfehlers exponentiell. Daher steigen Strom I und Leistungsverbrauch W rapide an. Infolgedessen steigt die Stromdichte J₁ = J = V/πr² in dem Bereich, in dem die metallisierte Elektrode sehr nahe am Defekt liegt, sprunghaft an. Die Joule-Wärme kann die Metallschicht in diesem Bereich aufschmelzen, wodurch ein Lichtbogen zwischen den Elektroden entsteht. Der Lichtbogen verdampft schnell und stößt das geschmolzene Metall ab, wodurch eine isolierende Zone ohne Metallschicht entsteht. Der Lichtbogen erlischt, und die Selbstheilung ist abgeschlossen.

Aufgrund der Joule-Wärme und des Lichtbogens, die beim Selbstheilungsprozess durch Entladung entstehen, werden das Dielektrikum um den Defekt herum und der Isolationsbereich der dielektrischen Oberfläche zwangsläufig durch thermische und elektrische Schäden beschädigt, wodurch chemische Zersetzung, Vergasung und Verkohlung sowie sogar mechanische Schäden auftreten.

Aus dem Vorangegangenen ergibt sich, dass für eine optimale Selbstheilung durch Entladung ein geeignetes lokales Umfeld um den Defekt herum gewährleistet werden muss. Daher muss das Design des metallisierten organischen Filmkondensators optimiert werden, um ein geeignetes Medium um den Defekt, eine geeignete Dicke der Metallisierungsschicht, eine hermetische Abdichtung sowie eine geeignete Kernspannung und -kapazität zu erreichen. Die sogenannte optimale Selbstheilung durch Entladung zeichnet sich durch eine sehr kurze Selbstheilungszeit, eine geringe Selbstheilungsenergie, eine hervorragende Isolation des Defekts und die Unschädlichkeit des umgebenden Dielektrikums aus. Für eine gute Selbstheilung sollten die Moleküle des organischen Films ein niedriges Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff und einen moderaten Sauerstoffgehalt aufweisen. Dadurch wird bei der Zersetzung der Filmmoleküle während der Selbstheilung durch Entladung kein Kohlenstoff gebildet und es kommt auch nicht zu Kohlenstoffablagerungen, die die Bildung neuer leitfähiger Pfade verhindern würden. Stattdessen entstehen CO₂, CO, CH₄, C₂H₂ und andere Gase, die den Lichtbogen durch einen steilen Gasanstieg löschen.
Um zu gewährleisten, dass das umgebende Medium bei der Selbstheilung nicht beschädigt wird, darf die Selbstheilungsenergie weder zu hoch noch zu niedrig sein. Sie dient dazu, die Metallisierungsschicht um den Defekt zu entfernen, eine isolierende Zone (hoher Widerstand) zu bilden und den Defekt zu isolieren, wodurch die Selbstheilung ermöglicht wird. Die benötigte Selbstheilungsenergie hängt eng mit dem Metall der Metallisierungsschicht, ihrer Dicke und der Umgebung zusammen. Um die Selbstheilungsenergie zu reduzieren und eine gute Selbstheilung zu erzielen, werden organische Folien mit niedrigschmelzenden Metallen metallisiert. Zudem darf die Metallisierungsschicht keine ungleichmäßige Dicke aufweisen, insbesondere keine Kratzer, da sonst die Isolationszone verzweigt wird und die Selbstheilung beeinträchtigt wird. CRE-Kondensatoren verwenden ausschließlich Standardfolien. Gleichzeitig wird eine strenge Wareneingangskontrolle durchgeführt, bei der fehlerhafte Folien aussortiert werden, um die Qualität der Kondensatorfolien vollständig zu gewährleisten.

Neben der Selbstheilung durch Entladung gibt es noch eine weitere, die elektrochemische Selbstheilung. Diesen Mechanismus werden wir im nächsten Artikel genauer betrachten.