Los capacitores de tantalio se benefician de muchos de los mismos avances experimentados por otros tipos de resistores. La capacitancia superior, las clasificaciones de temperatura más elevadas, una mayor confiabilidad y tamaños de paquetes más pequeños son algunas de las mejoras en las piezas de tantalio que varían desde capacitores de chip SMD utilizados en sistemas electrónicos de consumo hasta capacitores de tantalio húmedos utilizados en aplicaciones militares/aeroespaciales e industriales de alta confiabilidad.
Los capacitores de tantalio son capacitores polarizados que utilizan un electrodo de ánodo de tantalio con una capa fina de óxido aislante como un dieléctrico, y un electrolito sólido o líquido sobre la capa de óxido que funciona como cátodo. Esta construcción permite a los capacitores de tantalio combinar una alta capacitancia por volumen y un bajo peso. Los avances técnicos permiten a los proveedores de capacitores de tantalio obtener una mayor capacitancia de sus piezas, según Dave Valletta, el vicepresidente ejecutivo de ventas globales de Vishay Intertechnology.
Como otros proveedores, Vishay reemplazó el óxido de manganeso con un material de polímero en sus capacitores de tantalio que, según Valletta, permite a los capacitores operar a un 80 % de la corriente nominal en comparación con el 50 %.
"El polímero es más robusto y se desarrolló debido a su grado superior de seguridad en comparación con el polvo de tantalio tradicional", afirmó Valletta.
Vishay Intertechnology mejoró recientemente su serie T55 de capacitores con chip moldeado de tantalio de polímero con montaje superficial vPolyTan™ (figura 1) con ocho nuevas clasificaciones en tamaños de caja A, B y T. La serie T55 ofrece una gama de capacitancia de 3,3 µF a 470 µF en clasificaciones de tensión de 2,5 a 10 V, con una tolerancia de capacitancia de +/-20 %. La gama de temperatura de funcionamiento es de
-55 °C a +105 °C. Los cátodos de polímero de los capacitores producen una resistencia en serie equivalente inferior de 500 mΩ a 25 mΩ, a +25 °C y 100 kHz. Las clasificaciones de corriente de ondulación varían hasta 2,28 A IRMS.
Figura 1: capacitores de tantalio serie T55 vPolyTan™ de Vishay. (Fuente: Vishay Intertechnology)
Con la miniaturización de los sistemas electrónicos como una tendencia continua, los proveedores de capacitores de tantalio están modificando sus diseños de productos para obtener el rendimiento de capacitores más grandes en piezas más pequeñas.
AVX ha desarrollado lo que considera los capacitores de polímero más pequeños disponibles. La serie F38 (figura 2) viene en tamaños de caja de 0,063 de largo x 0,033 de ancho x 0,031 de altura (pulg.) o 0,079 de largo x 0,049 de ancho x 0,031 de altura (pulg.). El diseño es idéntico al de los capacitores de cerámica 0402, 0602 o 0805, que permite a los ingenieros diseñar en polímeros de capacitancia estable e insonoros sin cambiar el diseño de la placa, según Allen Mayar, del área de Marketing de productos para capacitores de tantalio.
Figura 2: capacitores de polímero serie F38 de AVX. (Fuente: AVX Corporation)
KEMET revisó los métodos de construcción de ánodos en sus capacitores de tantalio utilizando lo que la compañía denomina técnica "boca abajo", según Ken Lai, director de administración de programas para KEMET en Asia. Esto permite a la compañía producir capacitores con alturas de 1 mm y paquetes de solo 1,8 mm de ancho x 0,8 mm de largo.
AVX ahora empaqueta sus capacitores de tantalio de alta confiabilidad en bolsas resistentes a la humedad para minimizar el impacto de la absorción de humedad en paquetes de resina epóxica no herméticos, según Lizzie Geismar, gerenta de Marketing de productos de tantalio de alta confiabilidad. Esto redujo el nivel de caída de capacitores a través del procesamiento de reflujo de cliente. La compañía introdujo recientemente paquetes sellados herméticamente con montaje superficial para capacitores de polímero o manganeso que permiten el uso en aplicaciones de alta confiabilidad y alta temperatura. El capacitor de óxido de manganeso serie THH puede soportar temperaturas de operación de 230 °C, que es ideal para aplicaciones de perforación de pozos. El capacitor de polímero serie TCH sellado herméticamente está diseñado para aplicaciones satelitales.
Aplicaciones nuevas
Los capacitores de tantalio están encontrando su camino en una cantidad de sectores de productos emergentes, como los dispositivos de estado sólido (SSD) empresariales, los dispositivos móviles y los dispositivos en la nube de alto rendimiento. Según Lai de KEMET, los capacitores de tantalio de polímero se utilizan en circuitos de "retención" para evitar la pérdida de datos cuando los SSD pierden potencia. Los capacitores de polímero ofrecen una vida útil prolongada, una baja altura y una densidad de alta energía para estas aplicaciones.
Los capacitores de tantalio también se utilizan en dispositivos en la nube basados en FPGA o ASI que requieren un filtrado y un desacoplamiento de alta frecuencia, añadió Lai.
El sistema electrónico automotor es otra área en crecimiento. La serie KO-CAP T591 de KEMET (figura 3) está diseñada para desacoplar y filtrar convertidores de CC a CC en aplicaciones de ayuda al conductor y de información y entretenimiento en el vehículo, además de aplicaciones industriales donde las duras condiciones, como la alta humedad y la temperatura, son un problema.
La serie KO-CAP T591 está disponible en capacitancias de hasta 220 microfaradios y tiene una clasificación de hasta 10 voltios. Esta serie ahora tiene temperaturas de operación de hasta 125 °C, pero las futuras versiones estarán disponibles con temperaturas nominales de hasta 150 °C y tensiones de hasta 63 V.
Figura 3: capacitor de tantalio electrolítico de grado automotor T591 de KEMET. (Fuente: KEMET)
El campo de dispositivos médicos también es un área nueva para los capacitores de tantalio. AVX desarrolló recientemente la serie T4J de capacitores médicos (figura 4), que están diseñados para ser utilizados en aplicaciones médicas no implantables. El T4J ofrece una gama de capacitores de 1,0 µF a 680 µF. Está disponible en tensiones de 6,3; 10; 16; 20; 25; 35; y 50 voltios. El rango de temperatura de operación es de -55 °C a +125 °C.
Figura 4: capacitores médicos serie T4J de AVX. (Fuente: AVX)
Los capacitores de tantalio húmedos, utilizados en aplicaciones de alta confiabilidad, también se benefician de mejoras en el rendimiento. Vishay ofrece ahora un capacitor de tantalio húmedo aprobado para el esquema 15005 de la Agencia de Logística de Defensa (DLA), con una tensión inversa de 1,5 V a 85 °C con la capacidad de soportar una descarga térmica de 300 ciclos. El dispositivo se ofrece inicialmente en un tamaño de caja T4 axial con una clasificación de capacitancia de 1000 uF, una tolerancia de capacitancia de +/-10 % y +/-20 %, y una clasificación de tensión de 75 voltios. Puede operar a 125 °C con una gradación de tensión.
Suministro de polvo de tantalio
A principios de esta década, una escasez de polvo de tantalio generó desafíos para los fabricantes de capacitores de tantalio que intentaban satisfacer la demanda. Esto ya no sucede en la actualidad, ya que los suministros de polvo de tantalio son constantes, afirmó Dave Valletta de Vishay.
"El polvo de tantalio fluctuó como cualquier otro material debido a la demanda del mercado", dijo Valletta. "A veces aumenta y otras disminuye. Pero la demanda siempre vuelve; ninguna de estas fluctuaciones de suministro duran tanto tiempo".
Los proveedores de capacitores también ajustan su cadena de suministro para garantizar que los suministros de polvo de tantalio no se interrumpan por conflictos políticos en las regiones donde se origina el tantalio. KEMET, por ejemplo, desarrolló una cadena de suministro de tantalio verticalmente integrada sin conflictos que la compañía asegura que garantiza un suministro confiable de piezas sin conflictos a la industria electrónica global. La cadena de suministro abarca todos los procesos desde la minería del mineral de tantalio hasta la fabricación de los capacitores.