Войти
Полимерные алюминиевые (черные) и танталовые (коричневые) электролитические чип-конденсаторы прямоугольной формы 
Цилиндрические (намотанные) полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы A полимерный конденсатор, или, точнее, полимерный электролитический конденсатор, представляет собой электролитический конденсатор (e-cap) с твердым электролитом из проводящий полимер. Существует четыре различных типа:
Полимерные Ta-e-колпачки доступны в прямоугольных устройствах для поверхностного монтажа ( SMD ) стиль микросхемы. Полимерные алюминиевые крышки и гибридные полимерные алюминиевые крышки доступны в виде прямоугольных микросхем поверхностного монтажа (SMD), цилиндрических SMD (V-chip) или в виде версий с радиальными выводами (несимметричные).
Полимерные электролитические конденсаторы характеризуются особенно низким внутренним эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и высокими номиналами пульсаций тока. Их электрические параметры имеют аналогичную температурную зависимость, надежность и срок службы по сравнению с твердотельными танталовыми конденсаторами, но имеют гораздо лучшую температурную зависимость и значительно более длительный срок службы, чем алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами. Как правило, полимерные электронные конденсаторы имеют более высокий номинальный ток утечки, чем другие твердотельные или нетвердые электролитические конденсаторы.
Полимерные электролитические конденсаторы также доступны в гибридной конструкции. Гибридные полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы объединяют твердый полимерный электролит с жидким электролитом. Эти типы характеризуются низкими значениями ESR, но имеют низкие токи утечки и нечувствительны к переходным процессам, однако их срок службы зависит от температуры, как и у нетвердых электронных крышек.
Полимерные электролитические конденсаторы в основном используются в источниках питания интегральных электронных схем в качестве буферных, байпасных и развязывающих конденсаторов, особенно в устройствах с плоской или компактной конструкцией. Таким образом, они конкурируют с конденсаторами MLCC, но предлагают более высокие значения емкости, чем MLCC, и не проявляют микрофонного эффекта (например, керамические конденсаторы классов 2 и 3 ).
Алюминиевые электролитические конденсаторы (Al-e-caps) с жидкими электролитами были изобретены в 1896 году Чарльзом Поллаком.
Танталовые электролитические конденсаторы с твердым диоксидом марганца (MnO 2) эл. эктролиты были изобретены Bell Laboratories в начале 1950-х годов в качестве миниатюрного и более надежного низковольтного вспомогательного конденсатора, дополняющего недавно изобретенный транзистор, см. танталовый конденсатор. Первые Ta-e-крышки с электролитами MnO 2 имели в 10 раз лучшую проводимость и более высокую нагрузку пульсации тока, чем предыдущие типы Al-e-крышек с жидким электролитом. Кроме того, в отличие от стандартных алюминиевых колпачков, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) Ta-крышек стабильно при различных температурах.
Электропроводность некоторых электролитов В 1970-х годах растущая оцифровка электронных схем сопровождалась снижением рабочих напряжений, увеличением частоты переключения и нагрузок пульсаций тока. Это имело последствия для источников питания и их электролитических конденсаторов. Потребовались конденсаторы с более низкой ESR и меньшей эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL) для конденсаторов байпаса и развязки, используемых в линиях электропитания. см. Роль ESR, ESL и емкости.
Прорыв произошел в 1973 году с открытием A. Heeger и F. Wudl органического проводника, соли переноса заряда TCNQ. TCNQ (7,7,8,8-тетрацианохинодиметан или Nn-бутилизохинолиний в сочетании с TTF (тетратиафульвален )) представляет собой цепную молекулу почти идеальной одномерной структуры, которая имеет Проводимость вдоль цепочек в 10 раз лучше, чем у MnO 2, и имеет в 100 раз лучшую проводимость, чем нетвердые электролиты.
Конденсаторы OS-CON с твердым электролитом TCNQ имели типичную сиреневую изоляцию. Первыми алюминиевыми конденсаторами, в которых в качестве твердого органического электролита использовалась соль переноса заряда TTF-TCNQ, была серия OS-CON, предложенная в 1983 году. из Саньо. Это были намотанные цилиндрические конденсаторы с 10-кратным увеличением проводимости электролита по сравнению с MnO 2
. Эти конденсаторы использовались в устройствах для приложений, требующих минимально возможного ESR или максимально возможного тока пульсации. Одна электронная крышка OS-CON может заменить еще три громоздких «мокрых» электронных крышки или две крышки Ta-cap. К 1995 году Sanyo OS-CON стал предпочтительным разделительным конденсатором для персональных компьютеров IBM на базе процессоров Pentium. В 2010 году линейка электронных крышек Sanyo OS-CON была продана компании Panasonic. Затем компания Panasonic заменила соль TCNQ проводящим полимером той же марки.
Следующим шагом в уменьшении ESR была разработка проводящих полимеров Аланом Дж. Хигером, Аланом МакДиармидом и Хидеки Сиракавой. в 1975 году. Электропроводность проводящих полимеров, таких как полипиррол (PPy) или PEDOT, лучше, чем у TCNQ, в 100-500 раз и близка к проводимости. металлов.
В 1988 году японским производителем Nitsuko была выпущена первая электронная крышка с полимерным электролитом APYCAP с полимерным электролитом PPy. Продукт не был успешным, отчасти потому, что он не был доступен в версиях SMD.
В 1991 году Panasonic выпустила серию полимерных алюминиевых крышек «SP-Cap». Эти электронные крышки использовали полимерный электролит PPy и достигли значений ESR, которые были напрямую сопоставимы с керамическими многослойными конденсаторами (MLCC). Они были по-прежнему менее дороги, чем танталовые конденсаторы, и благодаря своей плоской конструкции, пригодной для использования в компактных устройствах, таких как ноутбуки и сотовые телефоны, они также конкурировали с танталовыми конденсаторами.
Танталовые электролитические конденсаторы с катодом из полимерного электролита PPy последовали три года спустя. В 1993 году NEC представила свои полимерные крышки SMD Ta-e под названием NeoCap. В 1997 году компания Sanyo выпустила полимерную танталовую стружку POSCAP.
Новый токопроводящий полимер для танталовых полимерных конденсаторов был представлен Кемет на конференции "1999 Carts". В этом конденсаторе использован недавно разработанный органический проводящий полимер PEDT (Поли (3,4-этилендиокситиофен) ), также известный как PEDOT (торговое название Baytron®).
Два года спустя на конференции APEC 2001 г. компания Kemet представила рынку полимерные алюминиевые электронные крышки PEDOT. Полимер PEDOT имеет более высокую температурную стабильность, и, как раствор PEDOT: PSS, этот электролит может быть введен только погружением вместо полимеризации на месте, как для PPy, что делает производство более быстрым и дешевым. В ее серию AO-Cap вошли конденсаторы SMD со сложенным анодом размера «D» и высотой от 1,0 до 4,0 мм, которые в то время составляли конкуренцию конденсаторам Panasonic SP-Cap, в которых использовался PPy.
Примерно на рубеже тысячелетий были разработаны гибридные полимерные конденсаторы, которые помимо твердого полимерного электролита содержат жидкий электролит, соединяющий полимерные слои, покрывающие диэлектрический слой на аноде и катодную фольгу. Нетвердый электролит обеспечивает кислород для самовосстановления, чтобы уменьшить ток утечки. В 2001 году был запущен гибридный полимерный электронный колпачок для замены полимерного типа по более низкой цене и с меньшим током утечки. По состоянию на 2016 год гибридные полимерные конденсаторы доступны от нескольких производителей.
Преимущественное применение всех электролитических конденсаторов - источники питания. Они используются во входных и выходных сглаживающих конденсаторах, как развязывающие конденсаторы для циркуляции гармонического тока в коротком контуре, как байпасные конденсаторы для шунтирования AC шума на землю. путем обхода линий электропитания в качестве резервных конденсаторов для смягчения падения напряжения в сети при внезапном потреблении мощности или в качестве конденсатора фильтра в фильтре нижних частот для уменьшения коммутационных шумов. В этих приложениях, помимо размера, важными электрическими характеристиками для работы этих конденсаторов в цепях являются емкость, импеданс Z, ESR и индуктивность ESL.
Из-за внезапной потребности в мощности последующей цепи напряжение питания падает из-за ESL, ESR и потери заряда емкости Переход на цифровое электронное оборудование привел к разработке импульсных источников питания с более высокими частотами и встроенными «Преобразователь постоянного тока в постоянный, более низкое напряжение питания и более высокие токи питания. Конденсаторы для этих приложений требовали более низких значений ESR, которые в то время с алюминиевыми крышками можно было реализовать только с корпусами большего размера или путем замены на гораздо более дорогие твердые крышки Ta.
Причина того, как ESR влияет на функциональность интегральной схемы, проста. Если схема, ф. е. микропроцессор имеет внезапную потребность в мощности, напряжение питания падает из-за ESL, ESR и потери заряда емкости. Поскольку в случае внезапной потребности в токе напряжение в линии питания падает:
Например:
При напряжении питания 3 В с допуском 10 % (300 мВ) и ток питания не более 10 А, внезапное потребление мощности снижает напряжение на
Это означает что ESR в блоке питания CPU должно быть менее 30 мОм, в противном случае произойдет сбой в схеме. Аналогичные правила действуют для емкости и ESL. Удельную емкость можно было увеличивать с годами за счет более протравленных анодных фольг, соответственно, за счет более мелких и мелких зерен танталового порошка в 10-15 раз, и это могло бы соответствовать тенденции к миниатюризации. Задача ESL привела к появлению уложенных друг на друга пластиковых алюминиевых крышек из фольги. Однако для снижения ESR только разработка новых твердых проводящих материалов, сначала TCNQ, а затем проводящих полимеров, что привело к разработке конденсаторов с полимерным электролитом с их очень низкими значениями ESR, задача ESR оцифровки электронных схем могут быть приняты.
Основной принцип анодного окисления (формовки), при котором при приложении напряжения к источнику тока на металлической поверхности формируется оксидный слой. анод В электролитических конденсаторах используются химические свойства некоторых специальных металлов, ранее называемых «вентильными металлами», которые в результате анодного окисления образуют изолирующий оксидный слой. Путем приложения положительного напряжения к материалу анода (+) в электролитической ванне можно сформировать оксидный барьерный слой с толщиной, соответствующей приложенному напряжению. Этот оксидный слой действует как диэлектрик в электронной крышке. Для увеличения емкости конденсаторов поверхность анода делают шероховатой, поэтому поверхность оксидного слоя также шероховата. Чтобы завершить конденсатор, противоэлектрод должен совпадать с шероховатой изолирующей оксидной поверхностью. Это достигается за счет электролита, который действует как катодный (-) электрод электролитического конденсатора. Основное различие между полимерными конденсаторами - это материал анода и его оксид, используемый в качестве диэлектрика:
Свойства слоя оксида алюминия по сравнению с диэлектрическим слоем пятиокиси тантала приведены в следующей таблице:
| Анод -. материал | Диэлектрик | Структура оксида. | Относительная. диэлектрическая проницаемость | Пробой. напряжение. (В / мкм) | Электрический. слой. толщина. (нм / В) |
|---|---|---|---|---|---|
| Тантал | Пятиокись тантала Ta 2O5 | аморфный | 27 | 625 | 1,6 |
| Алюминий | Оксид алюминия Al 2O3 | аморфный | 9,6 | 710 | 1,4 |
| кристаллический | 11,6... 14,2 | 800... 1000 | 1,25... 1,0 |
Между двумя проводящими пластинами (электродами) помещается диэлектрический материал, каждая площадью A, и с расстоянием d.каждая электронная крышка в принципе образует «пластинчатый конденсатор», емкость которого является возрастающей функцией площади электрода A, диэлектрической проницаемости ε диэлектрика материал и толщина диэлектрика (d).
Емкость пропорциональна произведению площади одной пластины, умноженной на диэлектрическую проницаемость и разделенных толщиной диэлектрика.
Толщина диэлектрика находится в диапазоне нанометров на вольт. С другой стороны, напряжение пробоя этих оксидных слоев довольно велико. Используя протравленные или спеченные аноды с их гораздо большей площадью поверхности по сравнению с гладкой поверхностью того же размера или объема, электронные колпачки могут достичь высокой объемной емкости. Последние разработки в области высокотравленных или спеченных анодов увеличивают значение емкости, в зависимости от номинального напряжения, до 200 раз для алюминиевых и электронных колпачков по сравнению с гладкими анодами.
Поскольку формирующее напряжение определяет толщину оксида, можно легко получить желаемый допуск по напряжению. Следовательно, объем конденсатора определяется произведением емкости и напряжения, так называемым «продуктом CV».
Если сравнивать диэлектрические проницаемости оксидов тантала и алюминия, Ta 2O5имеет диэлектрическую проницаемость примерно в 3 раза выше, чем Al 2O3. Следовательно, заглушки Ta теоретически могут быть меньше алюминиевых колпачков с той же емкостью и номинальным напряжением. Для настоящих танталовых электролитических конденсаторов толщина оксидного слоя намного больше, чем фактически требуется номинальное напряжение конденсатора. Это сделано из соображений безопасности, чтобы избежать коротких замыканий в результате полевой кристаллизации. По этой причине реальные различия размеров, обусловленные разной диэлектрической проницаемостью, частично неэффективны.
Наиболее важное электрическое свойство электролита в электролитическом конденсаторе это его электрическая проводимость. Электролит образует противоэлектрод электронной крышки, катод . Шероховатая структура поверхности анода продолжается в структуре оксидного слоя, диэлектрика, катод должен точно соответствовать шероховатой структуре. С жидкостью, как и в обычных «мокрых» электронных крышках, этого легко добиться. В полимерных электронных крышках, в которых твердый проводящий полимер образует электролит, этого добиться намного труднее, потому что его проводимость возникает в результате химического процесса полимеризации. Однако преимущества твердого полимерного электролита, значительно более низкое ESR конденсатора и низкая температурная зависимость электрических параметров во многих случаях оправдывают дополнительные стадии производства, а также более высокие затраты.
Структурная формула TCNQ Электролитические конденсаторы с солью переноса заряда тетрацианохинодиметан TCNQ в качестве электролита, ранее производившаяся Sanyo с Торговое название «OS-CON», в истинном смысле слова «полимер» не было «полимерными конденсаторами». Электролитические конденсаторы TCNQ упоминаются здесь, чтобы указать на опасность путаницы с «настоящими» полимерными конденсаторами, которые в настоящее время продаются под тем же торговым наименованием OS-CON. Оригинальные конденсаторы OS-CON с электролитом TCNQ, продаваемые бывшим производителем Sanyo, были сняты с производства после интеграции подразделения конденсаторов Sanyo компанией Panasonic 2010. Panasonic сохраняет торговое название OS-CON, но заменяет электролит TCNQ на проводящий полимерный электролит (PPy)..
Электролитические конденсаторы с электролитом TCNQ больше не доступны.
Полимеры образуются в результате химической реакции, полимеризации. В этой реакции мономеры непрерывно присоединяются к растущей полимерной нити. Обычно полимеры являются электрическиизоляторами, в лучшем случае полупроводниками. Для использования в качестве электролита в электронных крышках используются электрические проводящие полимеры. Электропроводность полимера достигается за счет сопряженных двойных связей, которые допускают свободное движение носителей заряда в легированном состоянии. Носителями зарядного устройства электронные дырки. Это означает, что это означает, что проводимость проводящих полимеров, которая почти сравнима с металлическими проводниками, начинается тогда, когда полимеры только окислительным или восстановительным легированием.
Полимерный электролит должен иметь возможность проникать в самые мелкие поры анода с образованием полного однородного слоя, потому что только участки оксида анода, покрытые электролитом, вносят вклад в емкость. Для этого предшественники полимера должны состоять из очень маленьких материалов, которые могут проникать даже в самые маленькие поры. Размер этих прекурсоров является ограничивающим фактором размера пор в протравленной анодной фольге или размера порошка тантала. При производстве конденсаторов скорость полимеризации необходимо контролировать. Слишком быстрая полимеризация не приводит к полному покрытию анода, слишком медленная полимеризация увеличивает производственные затраты. Ни предшественники, ни полимер, ни его остатки не могут разрушать оксид анода химически или механически. Полимерный электролит должен иметь стабильность в широком диапазоне температур в течение длительного времени. Полимерная является не только противоэлектродом электронной крышки, она также защищает диэлектрик даже от внешних воздействий, таких как прямой контакт графита в этих конденсаторах, которые имеют катодный контакт через графит и серебро.
Полимерные электронные крышки содержат либо полипиррол (PPy), либо политиофен (PEDOT или PEDT)
Структурная формула полипиррол, с примесью п-толуолсульфоновой кислоты 
Пиррол может быть полимеризован электрохимически для регулирования скорости полимеризации. Полипиррол (PPy) представляет собой проводящий полимер, образованный окислительная полимеризация пиррола. Подходящим окислителем является хлорид железа (III) (FeCl3). Для синтеза PPy можно использовать воду, метанол, этанол, ацетонитрил и другие полярные растворители. Как твердый проводящий полимерный электролит, он достигает электропроводности до 100 S / м. Полипиррол был первым проводящим полимером, который использовался в полимерных алюминиевых крышках, а также в полимерных крышках Ta-e.
Проблема с полимеризацией PPy заключалась в скорости полимеризации. Когда пиррол смешивают с желаемыми окислителями при комнатной температуре, реакция полимеризации начинается немедленно. Таким образом, полипиррол начинает образовываться еще до того, как химический раствор может попасть в поры анода. Скорость полимеризации можно регулировать криогенным охлаждением или электрохимической полимеризацией.
Метод охлаждения требует очень больших технических усилий и не подходит для массового производства. При электрохимической полимеризации сначала должен быть нанесен вспомогательный электродный слой на диэлектрик, который должен быть соединен с анодом. Для этого к основным веществам, полимера, добавляются ионные легирующие добавки, образующие проводящий поверхностный слой на диэлектрике во время первой пропитки. Во время циклов пропитки полимеризацию на месте можно регулировать по времени с помощью тока после приложения напряжения между анодом и катодом. С помощью этого метода может быть получена тонкая и стабильная полипиррольная пленка на диэлектрическом оксидном слое анода. Однако оба метода полимеризации in situ требуют многократного повторения стадий полимеризации, увеличивающие производственные затраты.
Полипиррольный электролит имеет два основных недостатка. Он токсичен при производстве конденсаторов и становится нестабильным при более высоких температурах пайки, требуемых для пайкивинцовыми припоями.
Структурная формула PEDOT 
Структурная формула ПЕДОТ: PSS Поли (3,4-этилендиокситиофен), сокращенно PEDOT или PEDT, представляет собой проводящий полимер на основе 3,4-этилендиокситиофена или мономера EDOT. ПЕДОТ поляризуется окислением ЭДОТ каталитическими количествами сульфата железа (III). Повторное окисление железа определяется с помощью персульфата натрия. Преимуществами PEDOT являются оптическая прозрачность в его проводящем состоянии, нетоксичность, стабильность при температурех 280 ° C и проводимость до 500 S / м. Его термостойкость позволяет изготавливать полимерные конденсаторы, которые выдерживают более высокие температуры, необходимые для бессвинцовой пайки. Кроме того, эти конденсаторы имеют лучшие значения ESR, чем полимерные электронные крышки с электролитом PPy.
Сложные методы полимеризации на месте PEDOT в анодах конденсаторов изначально были такими же, как и с полипирролом. Ситуация изменилась с разработкой полимеризованных дисперсий PEDOT, в которые простые аноды конденсаторов можно было окунуть, а затем высушить при комнатной температуре. Для этого в химикаты PEDOT добавляют натрия сульфонат полистирола (PSS) и растворяют в воде. Полный полимерный слой на диэлектрике состоит из предварительно полимеризованных частиц дисперсии. Эти дисперсии известны как PEDOT: PSS, торговые названия Baytron P® и Clevios ™, защищенная ценные свойства PEDOT.
PEDOT: дисперсии PSS доступны в различных вариантах. Для конденсаторов с высокими значениями емкости с алюминиевой анодной фольгой с высокой шероховатостью или мелкозернистыми порошками тантала зоны распространения с очень маленькими размерами частиц. Средний размер этих полимеризованных частиц составляет около 30 нм, что достаточно мало, чтобы проникнуть в самые тонкие капилляры анода. Другой PEDOT: дисперсия PSS была увеличена с более крупными вариантами толстого полимеризованными, чтобы обеспечить защиту емкостной ячейки прямоугольных Ta- и Al-полимерных конденсаторов от механических и электрических нагрузок.
С PEDOT: дисперсии PSS, полученные из полимерных алюминиевых электролитических конденсаторов, хорошо подходят для достижения более высоких значений номинального напряжения 200 В и 250 В. Кроме того, значения тока утечки полимерных электролитических конденсаторов, которые производятся с этими дисперсиями, значительно ниже, чем для полимерных конденсаторов со слоями полимеризованного на месте полимера. Помимо лучших значений ESR, более высокой температурной стабильности и более низких значений тока утечки, однако, простота производства полимерных конденсаторов с большими полимеризованными дисперсиями PEDOT: PSS, которые уже всего за три погружения в погружение, полное покрытие диэлектрика слоем проводящего полимера.. Этот подход значительно снизил производственные затраты.
Гибридные полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы сочетают в себе покрытие из шероховатой и оксидированной алюминиевой анодной структуры с проводящим полимером вместе с жидким электролитом. Жидкий электролит пропитан сепаратором (прокладкой) и благодаря своей ионной проводимости электрический контакт между обоими полимерными слоями, покрывающими диэлектрик, и катодной фольгой. Жидкий электролит может поставлять кислород для процессов самовосстановления конденсатора, что снижает утечки, так что могут быть достигнуты такие значения, как при обычном «мокром» электролитическом конденсаторе. Кроме того, можно уменьшить прочность оксида необходимой толщины для желаемого номинального напряжения.
Вредное влияние жидкого электролита на СОЭ и температурные характеристики относительно невелико. При использовании соответствующей электролитов и хорошей герметизации конденсаторов может быть достигнут долгий срок службы.
На основе используемого анодного металла и комбинации полимерного электролита вместе с жидким электролитом бывает трех разных типов:
Производятся эти три различных типа или семейства в двух разных стилях:
Прямоугольные SMD-чипы доступны со спеченным танталовым анодом или с уложенными друг на друга алюминиевыми анодными фольгами
Цилиндрические типы с Ячейк и с обмоткой в металлическом корпусе доступны в виде SMD (V-чипов) или в версии версии с радиальными выводами (несимметричные) для полимерных или гибридных полимерно-алюминиевых конденсаторов
В начале 1990 -х полимерные крышки Ta-capли с появлением плоских устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, использующие технологии сборки SMD. Прямоугольная базовая поверхность обеспечивает максимальное пространство для монтажа, невозможно для круглых базовых поверхностей. Спеченный элемент может быть изготовлен таким образом, чтобы готовый компонент имел желаемую высоту, обычно высоту других компонентов. Типичная высота составляет от 0,8 до 4 мм.
Полимерные танталовые электролитические конденсаторы по сути танталовые конденсаторы, в которых электролит представляет собой проводящий полимер вместо диоксида марганца, см. танталовый конденсатор # Материалы, производство и стили Танталовые конденсаторы производятся из порошка чистого элементарного относительно тантала металла.
Порошок сжимается вокруг танталовой проволоки, анодного соединения, с образованием « гранула ». Эту комбинацию таблеток / проволоки затем спекают в вакууме при высокой температуре (обычно от 1200 до 1800 ° C), что дает механически прочную таблетку анода. В процессе спекания порошок приобретает губчатую структуру, в которой все частицы соединяются в монолитную пространственную решетку. Эта структура обладает предсказуемой механической прочностью и плотностью, но также является очень пористой, обеспечивает большую площадь поверхности анода.
сформировали слой диэлектрика на всех поверхностях частиц тантала анода с помощью электрохимического процесса анодирования или формования. Для этого «таблетку» погружают в очень слабый раствор кислоты и прикладывают постоянное напряжение. Общая толщина диэлектрика определяется конечным напряжением, приложенным во время процесса формования. После этого окисленный спеченный блок пропитывают предшественниками полимера для достижения полимерного электролита, противоэлектрода. Эту полимеризованную таблетку теперь последовательно окунают в проводящий графит, а затем в серебро, чтобы обеспечить хорошее соединение с проводящим полимеромером. Эти подкладки обеспечивают катодное соединение конденсатора. В этом случае емкостный элемент обычно формуют из синтетической смолы.
Слоистая структура полимерного танталового конденсатора с соединением графит / серебряный катод
Основное поперечное сечение прямоугольного полимерного танталового конденсатора
Прямоугольный полимерный танталовый конденсатор
Полимерные танталовые электролитические конденсаторы ES, значения значения которые составляют лишь 1/10 значения танталовых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца того же размера. С помощью многоанодной техники, в которой несколько анодных блоков соединяются параллельно в одном случае, ESR может быть снова уменьшено. Благодаря чему конденсаторы подходят для более высоких частот, ESL обеспечивает более низкую индуктивность ESL, благодаря чему конденсаторы подходят для более высоких частот.
Недостатком всех полимерных танталовых конденсаторов является более высокий ток утечки, который примерно в 10 раз больше, чем у конденсаторов с электролитом из диоксида марганца. Полимерные танталовые электролитические конденсаторы SMD доступны размером до 7,3x4,3x4,3 мм (длина × ширина × высота) с емкостью 1000 мкФ при 2,5 В. Они охватывают диапазон температур от -55 ° C до +125 ° C. И доступны с номинальным напряжением от 2,5 до 63 В.
Многоанодная конструкция имеет несколько спеченных танталовых анодов, которые соединены параллельно, при этом ESR и ESL будет снижено. Снижение ESR и ESL остается основной целью исследований и разработок всех полимерных конденсаторов. Некоторые конструктивные меры также меры также включительно повлиять на электрические параметры. Меньшие значения ESR могут быть достигнуты, например, путем параллельного соединения нескольких обычных конденсаторных ячеек в одном корпусе. Три параллельных конденсатора с ESR 60 мОм каждый имеют результирующее ESR 20 мОм. Эта технология называется конструкцией с «множеством анодов» и используется в танталовых полимерных конденсаторах с очень низким ESR. В этой конструкции подключается до шести отдельных анодов в одном корпусе. Эта конструкция предлагается в виде полимерных танталовых конденсаторов для кристаллов, а также более дешевых танталовых конденсаторов для микросхем с электролитом MnO 2. Полимерные танталовые конденсаторы с несколькими анодами имеют значения ESR в миллиомном диапазоне.
Другая простая конструктивная мера изменяет паразитную индуктивность конденсатора, ESL. Поскольку длина выводов внутри корпуса конденсатора составляет большую часть от общего ESL, индуктивность конденсатора может быть уменьшена за счет уменьшения длины внутренних выводов путем асимметричного спекания анодного вывода. Этот прием называется построением «лицом вниз». Из-за более низкого ESL этой конструкции, расположенной лицевой стороной вниз, резонанс конденсатора смещен в сторону более высоких частот, что учитывает более быстрые изменения нагрузки цифровых схем с постоянно более высокими частотами переключения.
В случае «лицевой стороной вниз» конструкция танталовых конденсаторов чипа, внутренний путь тока конструктивно уменьшен, что снижает паразитный импеданс (ESL), в результате чего резонанс смещается в сторону более высоких частот. Проще говоря, конденсатор становится «быстрее». Конденсаторы для полимерных танталовых кристаллов с этими новыми конструктивными усовершенствованиями, в которых как ESR, так и ESL снизились достижимые характеристики, приближаясь к характеристикам конденсаторов MLCC.
Прямоугольные полимерные алюминиевые крышки имеют одну или несколько слоистых алюминиевых анодных фольг и проводящий полимерный электролит. Слоистые анодные фольги с одной стороны контактируют друг с другом, этот блок анодно окислен для получения диэлектрика, а блок пропитан предшественниками полимера для получения полимерного электролита, противоэлектрода. Как и в случае полимерных танталовых конденсаторов, этот полимеризованный блок теперь последовательно погружают в проводящий графит, а затем в серебро, чтобы обеспечить хорошее соединение с проводящим полимером. Эти слои обеспечивают катодное соединение конденсатора. В таком случае емкостный элемент обычно формуют из синтетической смолы.
Слоистая структура полимерно-алюминиевого конденсатора с соединением графит / серебряный катод
Основное поперечное сечение прямоугольного полимерно-алюминиевого чип-конденсатора
Прямоугольный полимер-алюминий микросхема конденсатора. Внешний вид не имеет никаких указаний на используемый материал внутреннего анода.
Слоистая анодная фольга в полимерных алюминиевых чипах прямоугольной формы представляет собой электрически параллельно соединенные одиночные конденсаторы. Таким образом, значения ESR и ESL соединены параллельно, что снижает ESR и ESL соответственно и позволяет им работать на более высоких частотах.
Эти прямоугольные полимерные электронные заглушки для алюминиевых чипов доступны в корпусе «D» с размерами 7,3x4,3 мм и высотой от 2 до 4 мм. Они представляют собой конкурентоспособную альтернативу Ta-caps.
Сравнение механических сопоставимых полимерных Al-chip-e-cap и полимерных Ta-chip-e-cap показывает, что разные диэлектрические проницаемости оксида алюминия и пятиокиси тантала оказывают незначительное влияние от удельной емкости из-за различного запаса прочности в оксидных слоях. В полимерных крышках Ta-e используется толщина оксидного слоя, которая примерно в четыре раза превышает номинальное напряжение, в то время как полимерные алюминиевые крышки имеют примерно вдвое большее номинальное напряжение.
Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы, основанные на технологии намотки алюминиевых электролитических конденсаторов с жидкими электролитами. Они доступны только с алюминием в качестве анодного материала.
Они предназначены для более высоких значений емкости по сравнению с прямоугольными полимерными конденсаторами. Из-за своей конструкции они могут отличаться по высоте на заданной площади для поверхностного монтажа, так что большие значения емкости могут быть достигнуты в более высоком корпусе без увеличения монтажной поверхности. Это в первую очередь полезно для печатных плат без ограничения по высоте.
Цилиндрические полимерные алюминиевые крышки изготовлены из двух алюминиевых фольг, протравленного и формованного анода и катодной фольги, которые механически разделены раздел и намотаны вместе. Обмотка пропитана предшественниками полимера, чтобы получить полимеризованный проводящий полимер, чтобы сформировать катодно-полимерный электрод, электрически связанный с катодной фольгой. Затем обмотка помещается в алюминиевый корпус и закрывается резиновым уплотнением. Для версии SMD (вертикальная образная микросхема = V-образная микросхема) корпус имеет нижнюю пластину.
Обмотка алюминиевого электролитического конденсатора
Поперечное сечение емкостной полимерного полимерного алюминиевого конденсатора с помощью электролитом
Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы намотанной клеткой врический металлический корпус, с радиатором (несимметричный) и SMD (V-образный чип)
Цилиндрические полимерные алюминиевые-е-заглушки дешевле, чем соответствующие полимерные танталовые конденсаторы для данного значения CV (емкость × номинальное напряжение). Они доступны размером до 10 × 13 мм (диаметр × высота) со значением CV 3900 мкФ × 2,5 В. Они могут охватывать диапазон температур от -55 ° C до +125 ° C и доступны с номинальными значениями напряжения от От 2,5 до 200 В или 250 В.
В отличие от «мокрых» алюминиевых конденсаторов, корпуса полимерных алюминиевых конденсаторов не имеют вентиляционного отверстия (выемки) в нижней части корпуса, поскольку короткое замыкание не образовывать газ, который увеличивал бы давление в корпусе. Следовательно, предопределенная точка разрыва не требуется.
Поперечное сечение емкостной ячейки гибридного полимерно-алюминиевого конденсатора, полимерный электролит в порах алюминиевой фольги и жидкий электролит в качестве электрического соединения между полимерными слоями. Гибридные полимерные конденсаторы доступны только в цилиндрической конструкции, поэтому они соответствуют описанным выше цилиндрическим полимерным алюминиевым конденсаторам с выводами в радиальном (несимметричном) исполнении или с базовой пластиной в версии SMD (V-образный чип). Разница в том, что полимер покрывает только поверхность шероховатой структуры диэлектрика Al 2O3и поверхность катодной фольги тонкими слоями. Благодаря этому, особенно высокоомные части в небольших порах анодной фольги могут быть сделаны низкоомными для уменьшения ESR конденсаторов. Электрическим соединением между обоими полимерными слоями служит жидкий электролит, как в обычных мокрых алюминиевых электролизерах, пропитывающих сепаратор. Небольшое расстояние, на котором проводится нетвердый электролит, немного увеличивает ESR, но на самом деле не сильно. Преимущество этой конструкции состоит в том, что жидкий электролит в процессе работы доставляет кислород, который необходим для самовосстановления диэлектрического слоя при наличии любых мелких дефектов.
Ток, протекающий через небольшой дефект, приводит к избирательному нагреву, который обычно разрушает покрывающую полимерную пленку, изолируя, но не залечивая дефект. В гибридных полимерных конденсаторах жидкость может течь к дефекту, доставляя кислород и восстанавливая диэлектрик за счет образования новых оксидов, уменьшая ток утечки. Гибридные полимерные алюминиевые крышки имеют гораздо меньший ток утечки, чем стандартные полимерные алюминиевые крышки.
Полимерный электролит, два разных анодных материала, алюминий и тантал, вместе с различными конструкциями привели к множеству полимеров. - семейства колпачков с разными характеристиками. Для сравнения приведены также основные параметры танталовых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца.
| Материал анода | Электролит | Стиль | Емкость. диапазон. (мкФ) | Номинальное. напряжение. (В) | Макс.. рабочая. температура. (° C) |
|---|---|---|---|---|---|
| Тантал | Марганец диоксид | прямоугольный | 0,1... 1,500 | 2,5... 63 | 105/125/150/175 |
| Полимер | прямоугольный | 0.47...3,300 | 2.5...125 | 105/125 | |
| Алюминий | Полимер | прямоугольный | 2,2... 560 | 2,0... 16 | 105/125 |
| Полимер | цилиндрический. (SMD и радиально) | 3,3... 3,900 | 2,0... 200 | 105/125/135 | |
| Гибридный,. полимерный и нетвердый | цилиндрический. (SMD и радиальный) | 6,8... 1000 | 6,3... 125 | 105/125 |
(As от апреля 2015 г.)
Электрические свойства полимерных конденсаторов лучше всего сравнивать, используя g согласованная емкость, номинальное напряжение и размеры. Значения ESR и тока пульсации являются наиболее важными параметрами для использования полимерных конденсаторов в электронном оборудовании. Ток утечки значительный, потому что он выше, чем у электронных крышек с неполимерными электролитами. Включены соответствующие значения Ta-e-крышек с электролитом MnO 2 и влажных Al-e-крышек.
| Семейство электронных крышек. электролит | Тип | Размеры. Вт × Д × В. Д × Д. (мм) | Макс. ESR. 100 кГц, 20 ° C. (мОм) | Макс. пульсации тока. 85/105 ° C. (мА) | Макс. ток утечки. через 2 мин. (мкА) |
|---|---|---|---|---|---|
| MnO 2 -танталовые конденсаторы. MnO 2 -электролит | Kemet, T494. 330/10 | 7,3 × 4,3 × 4,0 | 100 | 1,285 | 10 (0,01CV) |
| MnO 2 -танталовые конденсаторы. Многоанодные, MnO 2 -электролитные | Kemet, T510. 330/10 | 7,3 × 4,3 × 4,0 | 35 | 2,500 | 10 (0,01CV) |
| Полимерные танталовые конденсаторы. полимерный электролит | Kemet, T543. 330/10 | 7,3 × 4,3 × 4,0 | 10 | 4,900 | 100 (0,1CV) |
| Полимерные танталовые конденсаторы. многоанодные, полимерный электролит | Kemet, T530. 150/10 | 7,3 × 4,3 × 4,0 | 5 | 4,970 | 100 (0,1CV) |
| Полимерные алюминиевые конденсаторы. полимерный электролит | Panasonic, SP-UE. 180 /6.3 | 7.3 × 4.3 × 4.2 | 7 | 3,700 | 40 (0,04CV) |
| Полимерные алюминиевые конденсаторы. полимерный электролит | Kemet, A700. 220 / 6,3 | 7,3 × 4,3 × 4,3 | 10 | 4700 | 40 (0,04CV) |
| «мокрая» алюминиевая емкость торс, SMD. этиленгликоль / форакс-электролит | NIC, NACY,. 220/10 | 6.3x8 | 300 | 300 | 10 (0,01CV) |
| «мокрые» алюминиевые конденсаторы, SMD. электролит на водной основе | NIC, NAZJ,. 220/16 | 6,3 × 8 | 160 | 600 | 10 (0,01CV) |
| Полимерные алюминиевые конденсаторы. полимерный электролит | Panasonic, SVP. 120 / 6,3 | 6,3 × 6 | 17 | 2,780 | 200 (0,2CV) |
| Гибридные полимерные алюминиевые конденсаторы. полимер + нетвердый электролит | Panasonic, ZA. 100/25 | 6,3 × 7,7 | 30 | 2,000 | 10 (0,01CV) |
(по состоянию на июнь 2015 г.)
Преимущества полимерных электронных крышек по сравнению с мокрыми алюминиевыми электронными крышками:
Недостатки полимерных электронных крышек по сравнению с влажным Al-e -элементы:
Преимущества гибридных полимерных алюминиевых колпачков :
Недостаток гибридных полимерных алюминиевых крышек :
Преимущества полимерных заглушек Ta и Al-e-cap перед MLCC (керамическими):
Последовательная эквивалентная схема электролитического конденсатора Электрические характеристики конденсаторы согласованы международная общая спецификация IEC 60384-1. В этом стандарте электрические характеристики конденсаторов описываются идеализированной последовательной эквивалентной схемой с электрическими компонентами, которые моделируют все омические потери, емкостные и индуктивные параметры электролитических конденсаторов:
Типичная зависимость емкости конденсатора от температуры для полимерной алюминиевой крышки и двух нетвердых алюминиевых крышек Величина емкости полимерных электролитических конденсаторов зависит от частоты измерения и температуры. Электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами демонстрируют более широкую аберрацию в частотном и температурном диапазонах, чем полимерные конденсаторы.
Стандартные условия измерения для полимерных алюминиевых колпачков - это метод измерения переменного тока с напряжением 0,5 В, частотой 100/120 Гц и температурой 20 ° C. Для полимерных колпачков Ta-e во время измерения может применяться напряжение смещения постоянного тока от 1,1 до 1,5 В для типов с номинальным напряжением ≤2,5 В или от 2,1 до 2,5 В для типов с номинальным напряжением>2,5 В, чтобы избежать Обратное напряжение.
Значение емкости, измеренное на частоте 1 кГц, примерно на 10% меньше значения 100/120 Гц. Следовательно, значения емкости полимерных электронных колпачков нельзя напрямую сравнивать и отличаются от значений емкости пленочных конденсаторов или керамических конденсаторов, емкость которых измеряется на частоте 1 кГц или выше.
Основной единицей емкости полимерного электролитического конденсатора является микрофарад (мкФ). Значение емкости, указанное в технических данных производителя, называется номинальной емкостью C R или номинальной емкостью C N. Он приводится в соответствии с IEC 60063 в значениях, соответствующих серии E. Эти значения указаны с допуском емкости в соответствии с IEC 60062, предотвращающим перекрытия.
| Серия E3 | Серия E6 | Серия E12 |
|---|---|---|
| 10-22-47 | 10-15-22-33-47-68 | 10-12- 15-18-22-27. 33-39-47-56-68-82 |
| допуск емкости ± 20% | допуск емкости ± 20% | допуск емкости ± 10 % |
| буквенный код «M» | буквенный код «M» | буквенный код «K» |
Фактическое измеренное значение емкости должно находиться в пределах допуска.
Соотношение между номинальным напряжением U R и напряжением категории U C и номинальной температурой T R и температурой категории T CВ соответствии с IEC 60384-1 допустимое рабочее напряжение для полимерных электронных крышек называется «номинальное напряжение U R ». Номинальное напряжение U R - это максимальное постоянное напряжение или пиковое импульсное напряжение, которое может применяться непрерывно при любой температуре в пределах номинального диапазона температур T R.
. Доказательство напряжения электролитических конденсаторов уменьшается с повышением температуры. Для некоторых приложений важно использовать более высокий температурный диапазон. Снижение напряжения, подаваемого при более высокой температуре, сохраняет запас прочности. Поэтому для некоторых типов конденсаторов стандарт МЭК определяет «напряжение пониженного температурного номинала» для более высокой температуры, «напряжение категории U C ». Категория напряжения - это максимальное напряжение постоянного тока или пиковое импульсное напряжение, которое может непрерывно подаваться на конденсатор при любой температуре в пределах диапазона температур категории T C. Соотношение между напряжениями и температурами показано на рисунке справа.
Приложение более высокого напряжения, чем указано, может привести к повреждению электролитических конденсаторов.
Применение более низкого напряжения может оказать положительное влияние на полимерные электролитические конденсаторы. Для гибридных полимерных алюминиевых крышек более низкое приложенное напряжение в некоторых случаях может продлить срок службы. Для полимерных заглушек Ta-e снижение приложенного напряжения увеличивает надежность и снижает ожидаемую интенсивность отказов.
Соотношение между номинальной температурой T R и номинальное напряжение U R, а также температура более высокой категории T C и напряжение пониженной категории U C показаны на рисунке справа.
Полимерные оксидные слои электронных колпачков формируются по соображениям безопасности при более высоком напряжении, чем номинальное напряжение, что называется импульсным напряжением. Следовательно, разрешается подавать импульсное напряжение на короткое время и ограниченное количество циклов.
Импульсное напряжение указывает максимальное пиковое значение напряжения, которое может применяться во время их применения в течение ограниченного количества циклов. Перенапряжение стандартизировано в IEC 60384-1.
Для полимерных алюминиевых колпачков импульсное напряжение в 1,15 раза больше номинального напряжения. Для полимерных колпачков Ta-e импульсное напряжение может быть в 1,3 раза больше номинального напряжения, округленного до ближайшего вольт.
Перенапряжение, приложенное к полимерным конденсаторам, может повлиять на частоту отказов конденсатора.
Переходные процессы - это быстрые и высокие скачки напряжения. Полимерные электролитические конденсаторы, алюминиевые, а также танталовые полимерные конденсаторы не выдерживают переходных процессов или пикового напряжения, превышающего импульсное напряжение. Переходные процессы для этого типа электронных колпачков могут разрушить компоненты.
Гибридные полимерные алюминиевые-электронные колпачки относительно нечувствительны к высоким и кратковременным переходным напряжениям, превышающим импульсное напряжение, если частота и энергосодержание переходные процессы низкие. Эта способность зависит от номинального напряжения и размера компонентов. Переходные напряжения низкой энергии приводят к ограничению напряжения, аналогичному стабилитрону. Однозначное и общее определение допустимых переходных процессов или пиковых напряжений невозможно. В каждом случае возникновения переходных процессов приложение должно оцениваться индивидуально.
Полимерные электролитические конденсаторы, танталовые, а также алюминиево-полимерные конденсаторы являются поляризованными конденсаторами и обычно требуют, чтобы напряжение анодного электрода было положительным по отношению к напряжению на катоде. Тем не менее, они могут выдерживать в течение коротких промежутков времени обратное напряжение в зависимости от типа в течение ограниченного числа циклов. Обратное напряжение выше порогового уровня в зависимости от типа, приложенного в течение длительного времени к конденсатору с полимерным электролитом, приводит к короткому замыканию и разрушению конденсатора.
Чтобы свести к минимуму вероятность неправильного включения поляризованного электролита в цепь, полярность должна быть очень четко указана на корпусе, см. Раздел «Маркировка полярности» ниже.
См. Также: Электролитический конденсатор # Импеданс и Электролитический конденсатор # ESR и коэффициент рассеяния tan δ
Импеданс - это сложное отношение напряжения к току в цепи AC , которое выражается как сопротивление переменному току как по величине, так и по фаза на определенной частоте. В технических паспортах конденсаторов с полимерным электролитом только величина импеданса | Z | указывается и пишется просто как "Z". Что касается стандарта IEC 60384-1, значения импеданса полимерных электролитических конденсаторов измеряются и указываются при 100 кГц.
В частном случае резонанса, в котором оба реактивных сопротивления X C и X L имеют одинаковое значение (X C=XL), полное сопротивление будет определяться только эквивалентным последовательным сопротивлением ESR, которое суммирует все резистивные потери конденсатора. На частоте 100 кГц импеданс и ESR имеют почти одинаковые значения для полимерных электронных крышек со значениями емкости в диапазоне мкФ. С частотами выше резонанса импеданс снова увеличивается из-за ESL конденсатора, превращая конденсатор в катушку индуктивности.
Типичные характеристики импеданса по частоте для электронных конденсаторов 100 мкФ с разными электролитами по сравнению с керамическим конденсатором MLCC 100 мкФ класса 2.
Типовая кривая 
как функция температуры 
для полимерных конденсаторов () и «мокрых» алюминиевых конденсаторов ()Импеданс и ESR, как показано на Кривые, как показано на кривых, сильно зависят от используемого электролита. Кривые показывают все более низкие значения импеданса и ESR "влажных" Al-e-caps и MnO 2 Ta-e-caps, Al / TCNQ и электронные крышки из танталового полимера. Также показана кривая керамического конденсатора MLCC класса 2 с еще более низкими значениями Z и ESR, но чья емкость зависит от напряжения.
Преимущество полимера e -капсов над нетвердыми алюминиевыми-е-колпачками - низкотемпературная зависимость и почти линейная кривая ESR в указанном температурном диапазоне. Это относится как к полимеру тантала, полимера алюминия, так и к гибридному полимеру. алюминиевые колпачки.
Импеданс и ESR также зависят от конструкции и материалов конденсаторов. Цилиндрические алюминиевые крышки с той же емкостью, что и прямоугольные алюминиевые крышки, имеют более высокую индуктивность, чем прямоугольные алюминиевые крышки со слоистыми электродами, и поэтому они имеют более низкую резонансную частоту. Этот эффект усиливается за счет конструкции с множеством анодов, в которой отдельные индуктивности уменьшаются за счет их параллельного соединения и техники «лицевой стороной вниз».
Высокие пульсации тока через сглаживающий конденсатор C1 в источник питания с полуволновым выпрямлением вызывает значительное внутреннее тепловыделение, соответствующее ESR конденсатора. «Пульсирующий ток» - это среднеквадратическое (RMS) значение наложенный переменный ток любой частоты и любой формы кривой тока для непрерывной работы в указанном диапазоне температур. Он возникает в основном в источниках питания (включая импульсные источники питания ) после выпрямления переменного напряжения и протекает в виде тока заряда и разряда через развязывающий или сглаживающий конденсатор.
Пульсационные токи генерируют тепло внутри корпус конденсатора. Эти потери мощности рассеяния P L вызваны ESR и представляют собой квадрат эффективного (RMS) тока пульсаций I R.
Это внутреннее тепло, дополнительно к температуре окружающей среды и другим внешним источникам тепла, приводит к более высокой температуре корпуса конденсатора с разницей температур Δ T по сравнению с окружающей средой. Это тепло должно распределяться в виде тепловых потерь P th по поверхности конденсатора A и теплового сопротивления β окружающей среде.
Это тепло распространяется в окружающую среду за счет теплового излучения, конвекция и теплопроводность. Температура конденсатора, которая представляет собой чистый баланс между произведенным и распределяемым теплом, не должна превышать максимальную заданную температуру конденсатора.
Ток пульсаций для полимерных электронных колпачков указан как максимальное эффективное (среднеквадратичное) значение на частоте 100 кГц при верхней номинальной температуре. Несинусоидальные пульсирующие токи должны быть проанализированы и разделены на отдельные отдельные частоты с помощью анализа Фурье и суммированы путем сложения квадратов для вычисления среднеквадратичного значения.
Обычно значение пульсирующего тока рассчитывается для повышения температуры ядра на 2–6 ° C по сравнению с окружающей средой, в зависимости от типа и производителя. Ток пульсаций можно увеличить при более низких температурах. ESR зависит от частоты и увеличивается в низкочастотном диапазоне, пульсирующий ток необходимо уменьшать на более низких частотах.
В полимерных крышках Ta-e тепло, выделяемое пульсирующим током, влияет на надежность конденсаторов. Превышение предела может привести к катастрофическим отказам с короткими замыканиями и возгоранием компонентов.
Тепло выделяемое пульсирующим током, также влияет на срок службы алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов с твердыми полимерными электролитами.
Тепло от пульсирующего тока влияет на срок службы всех типов полимерных электронных крышек.
Полимерные танталовые электролитические конденсаторы чувствительны к пиковым или импульсным токам. Полимерные заглушки Ta-e, которые подвергаются импульсным, пиковым или импульсным токам, например, в высокоиндуктивных цепях, требуют снижения напряжения. Если возможно, профиль напряжения должен быть плавным включением, поскольку это снижает пиковый ток, испытываемый конденсатором.
Гибридные полимерные алюминиевые крышки не имеют ограничений по броскам тока, пиковым или импульсным токам. Однако токи пульсирующий токи не должны быть использованы.
общие характеристики утечки электролитических конденсаторов: ток утечки 
как функция времени 
в зависимости от типа электролита нетвердый, с содержанием воды нетвердый, органический твердый, полимерный постоянный ток утечки (DCL) - уникальная характеристика электролитических конденсаторов, которых нет у других обычных конденсаторов. Это постоянный ток, который течет, когда подается постоянное напряжение правильной полярности. Этот ток представлен резистором R Leak, включенным конденсатору в эквивалентной последовательной схеме электронных конденсаторов. Основные причины DCL для твердотельных полимерных конденсаторов: f. е. точки электрического пробоя диэлектрика после пайки, нежелательные токопроводящие дорожки из-за примесей или из-за плохого анодирования, обхода диэлектрика из-за избытка MnO 2 из-за дорожек влаги или катодных проводников (углерод, серебро
Спецификация тока утечки в паспорте дана путем умножения значения номинальной напряжения C R на значение номинального напряжения U R вместе с добавленным числом, измеренным через 2 или 5 минут, например формула для нетвердых Al-e-caps:
Ток утечки в твердых полимерных электронных крышках обычно падает очень быстро, но остается на достигнутом уровне, значение зависит от приложенного напряжения, температуры, времени и влияния, вызванной условиями герметизаци. и корпуса.
Полимерные электронные заглушки имеют относительно высокие значения тока утечки. Этот ток утечки не может быть уменьшен «заживлением» в смысле образования нового оксида, поскольку в нормальных условиях полимерные электролиты не доставляют кислород для процессов образования. Отжиг дефектов в диэлектрическом слое может осуществляться только локальным перегрева и испарения полимера. Значения тока утечки для конденсаторов с полимерным электролитом составляют от 0,2 ° C RURдо 0,04 ° C RUR, в зависимости от производителя и серии. Таким образом, значение тока утечки для полимерных конденсаторов выше, чем для «мокрых» алюминиевых крышек и MnO 2 Ta-e-крышек.
Отсутствие утечки за счет гибридных алюминиевых крышек. Их жидкий электролит обеспечивает, который необходим для преобразования оксидных дефектов, так что гибриды достигают тех же значений, что и влажные алюминиевые электролитические колпачки.
Диэлектрик Поглощение происходит, когда конденсатор, который оставался заряженным в течение долгого времени, разряжается частично при кратковременном разряде. Хотя идеальный конденсатор достигнет нуля вольт после разряда, реальные конденсаторы вырабатывают небольшое напряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени, явление, которое также называется диэлектрическая релаксация, «впитывание» или «действие батареи».
Для полимерных танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов данные по диэлектрической абсорбции отсутствуют.
Кривая ванны с временами «ранних отказов», «случайных отказов» и «отказов из-за износа». Время случайных отказов - это время постоянной отказов . Надежность компонент - это свойство, которое обеспечивает надежно этот компонент функцию в интервале времени. Он подчиняется случайному процессу и может быть описан качественно и количественно, но не поддается непосредственному измерению. Надежность электролитических конденсаторов путем эмпирического определения силы отказов при производстве, сопровождающего испытания на долговечность. Надежность обычно отображается в виде кривой и делится на три области: ранние отказы или отказы младенческой смертности, постоянные случайные отказы и отказы из-за износа. Отказы, суммируемые параметры отказов, включая короткое замыкание, обрыв цепи и отказы из-за плохих характеристик (превышение электрических параметров). Для полимерных крышек Ta-e на интенсивность отказов влияет также резистор цепи, который не требуется для полимерных алюминиевых крышек.
Для проверки уровня отказов в диапазоне очень низких уровней требуются миллиарды тестовых часов, которые требуются сегодня для обеспечения большого количества компонентов без сбоев. Для этого требуется около миллиона единиц испытанных в течение длительного периода. Проверенная интенсивность отказов часто используется обратной связью от пользователей (интенсивность отказов на местах), что в основном снижает оценку частоты отказов
По историческим причинам единиц частоты отказов Ta-e-caps и все колпачки разные. Для Al-e-caps прогноз надежности обычно выражается в частота отказов λ с единицей Fнеисправностей In Tвремя (FIT ) при стандартных условиях эксплуатации 40 ° C и 0,5 U R в период постоянных случайных отказов. Это количество отказов часов, которое можно ожидать за один миллиард (10) компонентных работ (например, 1000 компонентов за 1 миллион часов или 1 миллион компонентов за 1000 часов, что составляет 1 ppm / 1000 часов) при стандартной эксплуатации. условия. Эта модель интенсивности отказов неявно предполагает, что отказы случайны. Отдельные компоненты выходят из строя случайно, но с предсказуемой скоростью. Обратным углом FIT является Mean T время B между F ailures (MTBF).
Для крышек Ta-e-cap интенсивность отказов «F Ta » указывается с единиц измерения «n% отказов на 1000 часов» при 85 ° C, U = U R и сопротивление цепи 0,1 Ом / В. Это процент отказов, который можно ожидать за 1000 часов работы на более сложных условиях эксплуатации по сравнению с моделью «FIT». Интенсивность отказов «λ» и «F Ta » зависит от условий эксплуатации, включая температуру, приложенное напряжение и факторы окружающей среды, такие как влажность, удары или вибрации, а также от значения емкости конденсатора. Частота отказов зависит от температуры и приложенного напряжения.
Интенсивность отказов твердых крышек и "мокрых" крышек можно пересчитать с коэффициентами ускорения, стандартизованными для промышленных или военных условий. Последний широко используется в промышленности и часто используется для промышленности применения. Однако для полимерных заглушек Ta-e и полимерных Al-e-заглушек по состоянию на 2016 г. не публиковалось никаких коэффициентов ускорения. Пример пересчета из отказов танталового конденсатора F Ta в интенсивность отказов λ путем сравнения стандартных конденсаторов. Пример:
Интенсивность отказов F Ta = 0,1% / 1000 ч при 85 ° C и U = U R должна быть пересчитана в интенсивность отказов λ при 40 ° C и U = 0,5 U R.
Используются следующие коэффициенты ускорения из MIL-HDBK 217F:
Отсюда следует
По состоянию на 2015 г. указанные показатели отказов для полимерных танталовых, а также для полимерно-алюминиевых конденсаторов равны в диапазоне от 0,5 до 20 FIT. Эти уровни надежности в пределах расчетного срока сопоставимы с другими электронными компонентами и безопасную работу в десятилетий при нормальных условиях.
Срок службы, срок службы, срок службы или срок службы электролитических конденсаторов особой характеристикой не- твердо-электролитические конденсаторы, жидкий электролит, который может испаряться со временем, что приводит к поломкам из-за износа. Твердотельные танталовые конденсаторы с электролитом MnO 2 не имеют механизма износа, поэтому постоянная интенсивность отказов, по крайней мере, до точки отказа всех конденсаторов. У них нет срока службы, как у нетвердых алюминиевых крышек.
Однако полимерные танталовые, а также полимерно-алюминиевые электролитические конденсаторы имеют срок службы. Полимерный электролит имеет небольшое ухудшение проводимости из-за механизма термической деградации проводящего полимера. Электропроводность уменьшается со скоростью в соответствии со структурой типа гранулированного металла, в которой старение происходит из-за усадки зерен проводящего полимера.
Время функциональности конденсаторов (срок службы, срок службы, срок службы) испытан с помощью испытаний на долговечность ускорением в соответствии с IEC 60384-24 / -25 / -26 с номинальным напряжением при температуре верхней категории. Условия испытаний для прохождения теста:
Указанные пределы для отказов полимерного конденсатора намного ближе, чем для нетвердых алюминиевых конденсаторов. Это означает, что срок службы полимерных электронных крышек намного более стабильный, чем у влажных алюминиевых электронных крышек.
Срок службы полимерных конденсаторов указан в терминах, аналогичных характеристикам нетвердых алюминиево-электронных колпачков, с временем в часах при максимальном напряжении и температуре, например: 2000 ч / 105 ° C. Это значение можно использовать для оценки срока службы в отдельных условиях по формуле, называемой «правило 20 градусов»:
Это правило характеризует изменение скорости термических полимерных реакций в заданных пределах деструкции. В соответствии с этой формулой теоретический ожидаемый срок службы полимерного конденсатора 2000 ч / 105 ° C, который работает при температуре 65 ° C, может быть рассчитан (точнее оценен) как примерно 200 000 часов или примерно 20 лет.
Для гибридных полимерных алюминиевых крышек правило 20 градусов не применяется. Ожидаемый срок службы этих полимерных гибридных электронных крышек можно рассчитать с помощью правила 10 градусов. Для вышеуказанных условий срок службы электронных крышек с жидким электролитом может составить 32000 часов или примерно 3,7 года.
Полимерные конденсаторы, танталовые, а также алюминиевые, надежны на том же уровне, что и другие электронные компоненты с очень низкой частотой отказов. Однако все танталовые электролитические конденсаторы, включая полимерный тантал, имеют уникальный режим отказа, называемый «полевой кристаллизацией».
Полевая кристаллизация является основной причиной деградации и катастрофических отказов твердотельных танталовых конденсаторов. Более 90% Сегодняшние редкие отказы Ta-e-caps вызваны коротким замыканием или повышенным током утечки из-за этого режима отказа.
Чрезвычайно тонкая оксидная пленка танталового электролитического конденсатора, диэлектрический слой, должна иметь форму аморфной структуры. Преобразование аморфной структуры в кристаллическую увеличивает проводимость, как сообщается, в 1000 раз, а также увеличивает объем оксида.
После приложения напряжения на ослабленных участках в оксиде конденсатора образуется локализованный более высокий ток утечки, который приводит к локальному нагреву полимера, в результате чего полимер либо окисляется и становится высокоомным, либо испаряется. Полевая кристаллизация с последующим пробоем диэлектрика характеризуется внезапным увеличением тока утечки в течение нескольких миллисекунд от величины наноампера до величины ампера в цепях с низким импедансом. Увеличивающийся ток может быть ускорен как «лавинный эффект» и быстро распространяться по металлу / оксиду. Это может привести к разной степени разрушения, начиная от довольно небольших обожженных участков на оксиде до зигзагообразных обгоревших полос, покрывающих большие площади окатыша, или полного окисления металла. Если источник тока неограничен, кристаллизация поля может вызвать короткое замыкание конденсатора . Однако, если источник тока ограничен твердыми заглушками MnO 2 Ta-e, происходит процесс самовосстановления, окисляя MnO 2 в изолирующий Mn 2O3
In полимер Ta-e. -сгорание колпачков не представляет опасности. Однако может произойти полевая кристаллизация. В этом случае полимерный слой избирательно нагревается и выгорает за счет увеличения тока утечки, так что неисправная точка изолирована. Поскольку полимерный материал не обеспечивает кислородом, ток утечки не может увеличиваться. Однако неисправная зона больше не влияет на емкость конденсаторов.
Полимерные Al-e-колпачки демонстрируют тот же механизм самовосстановления, что и полимерные Ta-e-колпачки. После приложения напряжения к ослабленным участкам в оксиде образуется локализованный путь более высокого тока утечки. Это приводит к локальному нагреву полимера; при этом полимер либо окисляется и становится очень резистентным, либо испаряется. Кроме того, гибридные полимерные алюминиевые крышки демонстрируют этот механизм самовосстановления. Однако жидкий электролит может доставить кислород для образования нового диэлектрического оксида. Это причина относительно низких значений тока утечки гибридных полимерных конденсаторов.
Много разных типов полимерных электролитических конденсаторов показывают в долгосрочном электрическом поведении, присущих им режимах отказа и механизме самовосстановления. Для обеспечения безопасной работы производители рекомендуют различные правила применения, ориентированные на поведение типа, см. Следующую таблицу:
| Тип. электролитических конденсаторов | Долговременное. электрическое поведение | Режимы отказа | Самовосстановление. механизм | Применение. правила |
|---|---|---|---|---|
| «Мокрые» алюминиевые крышки | Высыхание со временем,. емкость уменьшается,. ESR увеличивает | Нет уникальных. определяемых | Новый оксид образовался. при приложении напряжения | Расчет срока. Правило 10 ° C |
| Полимерные алюминиевые крышки | Ухудшение проводимости,. СОЭ увеличивает | Нет уникального. определяемого | Изоляции диэлектрических повреждений. путем окисления или испарения электролита | Расчет срока службы. Правило 20 ° C |
| MnO 2 Ta-e-caps | Стабильный | Полева я кристаллизация ция. | Тепловая изоляция. дефектов в диэлектрике. путем окисления электролита MnO 2. в изолирующем MnO 2O3. при ограничении тока | Снижение номинальных значений напряжения на 50%. Последовательное сопротивление 3 Ом / В. |
| Полимерные заглушки Ta-e | Ухудшение проводимости,. увеличение СОЭ | Полевая кристаллизация. | Изоляция диэлектрических повреждений. путем окисления или испарение электролита | Снижение напряжения на 20%. |
| Гибридные полимерные алюминиевые колпачки | Ухудшение проводимости,. высыхание со временем,. уменьшение емкости,. ESR увеличивается | Нет уникальных. определяемых | Новый оксид образовался. при приложении напряжения | Расчет срока службы. Правило 10 ° C |
Символы электролитического конденсатора
 |  |  |
| Электролитический. конденсатор | Электролитический. ко нденсатор | Электролитический. конденсатор |
Маркировка полярности полимерных электролитических конденсаторов
 |  |
| Recta Обычные полимерные конденсаторы,. танталовые, а также алюминиевые,. имеют маркировку полярности. на анодной (плюс ) стороне | Цилиндрические полимерные конденсаторы. имеют маркировку полярности. на стороне катода (минус ) |
Полимерные электролитические конденсаторы с достаточным пространством имеют нанесенную кодовую маркировку с указанием
Для очень маленьких конденсаторов маркировка невозможна.
Код маркировки зависит от производителя.
Стандартизация электронных компонентов и связанных технологий соответствует правилам, установленным Международной электротехнической комиссией (IEC), некоммерческой, не -государственная международная организация по стандартизации .
Определение характеристик и методика испытаний для конденсаторов, используемых в электронном оборудовании, изложены в Общей спецификации :
Испытания и требования, которым должны соответствовать полимерные танталовые и полимерно-алюминиевые электролитические конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартных типов, изложены в следующем секционные спецификации :
Характеристики ESR и ESL полимерных электролитических конденсаторов сходятся с характеристиками конденсаторов MLCC. И наоборот, удельная емкость конденсаторов класса 2-MLCC приближается к емкости конденсаторов танталовых кристаллов. Однако, помимо этой растущей сопоставимости, есть аргументы в пользу или против определенных типов конденсаторов. Многие производители конденсаторов приводят эти решающие аргументы своих технологий против конкуренции в презентациях и статьях, f. е.:
| Производитель | Полимерные. Танталовые конденсаторы | Полимерные. Алюминиевые конденсаторы | ||
|---|---|---|---|---|
| прямоугольные. SMD | прямоугольные. SMD | цилиндрический. с выводами. SMD, V-Chip | цилиндрический. гибридный | |
| AVX | X | - | - | - |
| CapXon | - | - | X | - |
| CDE Cornell Dubilier | X | - | - | X |
| Чинсан, (Элита) | - | - | X | - |
| Элна | - | - | X | - |
| Иллинойс | - | X | X | - |
| Цзянхай | - | - | X | - |
| КЕМЕТ | X | X | X | - |
| Лелон | - | - | X | - |
| Мацуо | X | X | - | - |
| Мурата | - | X | - | - |
| Nippon Chemi-Con | - | - | X | X |
| NIC | X | - | X | X |
| Nichicon | - | X | X | - |
| Panasonic | X | X | X | X |
| PolyCap | - | - | X | |
| ROHM | X | - | - | - |
| Rubycon | - | X | - | - |
| Samsung | X | - | - | - |
| Samwha | - | - | - | X |
| Sun Electronic (Suncon) | - | - | - | X |
| Teapo / Luxon | - | - | X | - |
| Vishay | X | - | - | - |
| Würth Elektronik eiSos | - | X | X | - |
| Ягео | - | - | X | |
По состоянию на июль 2016 г.
