I condensatori al tantalio beneficiano di molti degli stessi progressi sperimentati da altri tipi di condensatori. Maggiore capacitanza, alti valori di temperatura, maggiore affidabilità e formati più piccoli dei pacchetti sono alcuni dei miglioramenti nelle parti in tantalio, che vanno dai condensatori su chip SMD usati nell'elettronica di consumo ai condensatori al tantalio a umido utilizzati in applicazioni ad alta affidabilità industriali e militari/aerospaziali.
I condensatori al tantalio sono condensatori polarizzati che utilizzano un elettrodo anodico in tantalio con uno sottile strato isolante di ossido come dielettrico, e un elettrolita solido o liquido sopra allo strato di ossido che funge da catodo. Questa struttura consente di avere condensatori al tantalio per combinare l'alta capacitanza per volume con il peso ridotto. I progressi tecnologici permettono ai fornitori di condensatori al tantalio di spremere sempre più capacitanza dalle loro parti, secondo Dave Valletta, vice presidente esecutivo delle vendite mondiali per Vishay Intertechnology.
Come altri fornitori, Vishay ha sostituito l'ossido di manganese con materiale polimerico nei suoi condensatori al tantalio, cosa che, secondo Valletta, consente ai condensatori di funzionare all'80 per cento della corrente nominale rispetto al 50 per cento.
"Il polimero è più robusto ed è stato sviluppato per il suo maggior grado di sicurezza rispetto alla polvere di tantalio tradizionale", ha dichiarato Valletta.
Vishay Intertechnology ha recentemente potenziato la sua serie T55 di condensatori su chip stampato in polimero di tantalio vPolyTan™ a montaggio superficiale (Figura 1) con otto nuovi valori nominali per dimensioni custodia A, B e T. La serie T55 offre una gamma di capacitanze da 3,3 µF a 470 µF su tensioni nominali da 2,5 a 10 V, con una tolleranza di capacità di +/- 20%. La temperatura d'esercizio va da
-55 °C a +105 °C. I catodi polimerici dei condensatori producono minore resistenza di serie equivalente che scende da 500 mΩ a 25 mΩ a +25 °C a 100 kHz. I valori di corrente di ripple vanno fino a 2,28 A IRMS.
Figura 1: Condensatori al tantalio serie T55 vPolyTan™ di Vishay. (Fonte: Vishay Intertechnology)
Con la miniaturizzazione dell'elettronica come tendenza continua, i fornitori di condensatori al tantalio stanno raffinando i progetti dei loro prodotti per comprimere le prestazioni di condensatori più grandi in parti con minore ingombro.
AVX ha sviluppato quello che considera il più piccolo condensatore polimerico disponibile. La serie F38 (Figura 2) è disponibile in dimensioni custodia di 0,063 L x 0,033 P x 0,031 H (poll.) o 0,079 L x 0,049 P x 0,031 H (poll.). L'ingombro è identico a quello dei condensatori in ceramica 0402, 0602 o 0805, cosa che consente agli ingegneri di passare ai polimeri con capacitanza stabile e priva di disturbi senza cambiare il layout della scheda, secondo Allen Mayer, Product Marketing per i condensatori al tantalio.
Figura 2: Condensatori polimerici serie F38 di AVX. (Fonte: AVX Corporation)
KEMET ha rivisto i metodi di costruzione dell'anodo sui propri condensatori al tantalio, utilizzando ciò che l'azienda chiama tecnica "a faccia in giù", secondo Ken Lai, direttore di gestione del programma per KEMET in Asia. Questo consente all'azienda di produrre condensatori con altezze di 1 mm e pacchetti che sono larghi solo 1,8 mm e lunghi 0,8 mm.
AVX sta ora confezionando i propri condensatori al tantalio ad alta affidabilità in sacchetti con barriera anti-umidità per ridurre al minimo l'impatto dell'assorbimento di umidità nei pacchetti epossidici non ermetici, secondo Lizzie Geismar, Product Marketing Manager del tantalio ad alta affidabilità. Ciò ha ridotto il livello di scarto di condensatori nelle lavorazioni presso il cliente. La società ha recentemente introdotto dei pacchetti sigillati ermeticamente a montaggio superficiale per i condensatori sia polimerici che all'ossido di manganese, che ne permette l'uso in applicazioni di alta affidabilità ad alte temperature. Il condensatore all'ossido di manganese serie THH è in grado di sopportare temperature di funzionamento a 230 °C, l'ideale per applicazioni di perforazione. Il condensatore polimerico sigillato ermeticamente serie TCH è progettato per applicazioni satellitari.
Nuove applicazioni
I condensatori al tantalio stanno trovando applicazione in numerosi settori emergenti, tra cui dispositivi allo stato solido (SSD) di tipo enterprise, dispositivi mobili ed elettrodomestici per cloud ad alte prestazioni. Secondo Lai di KEMET, i condensatori polimerici al tantalio vengono utilizzati nei circuiti "hold-up" per prevenire la perdita di dati quando l'SSD perde l'alimentazione. I condensatori polimerici offrono una lunga durata operativa, bassa altezza e una elevata densità di energia per queste applicazioni.
I condensatori al tantalio sono utilizzati anche in elettrodomestici basati su FPGA o ASIC per cloud che richiedono disaccoppiamento e filtraggio ad alta frequenza, ha aggiunto Lai.
L'elettronica del settore automobilistico è un'altra area in crescita. La serie KO-CAP T591 di KEMET (Figura 3) è progettata per il disaccoppiamento e il filtraggio di convertitori CC-CC in applicazioni automobilistiche di infotainment e assistenza alla guida, nonché in applicazioni industriali in cui possono essere presenti condizioni estreme quali alta umidità e temperatura.
Il KO-CAP T591 è disponibile in capacitanze fino a 220 microfarad con valori fino a 10 volt. Questa serie ha ora temperature di esercizio fino a 125 °C, ma le future versioni saranno disponibili con temperature nominali fino a 150 °C e tensioni fino a 63 V.
Figura 3: Condensatore elettrolitico al tantalio per settore automobilistico T591 di KEMET. (Fonte: KEMET)
Il campo rovente dei dispositivi medicali è anch'esso una zona nascente per condensatori al tantalio. AVX ha sviluppato di recente la serie T4J di condensatori medicali (Figura 4), che sono progettati per l'utilizzo in applicazioni medicali non impiantabili. La T4J offre una gamma di condensatori da 1,0 µF a 680 µF. Sono disponibili in tensioni di 6,3, 10, 16, 20, 25, 35 e 50 V. La gamma delle temperature d'esercizio è di -55 °C fino a +125 °C.
Figura 4: Serie T4J di AVX di condensatori medicali. (Fonte: AVX)
I condensatori al tantalio a umido, utilizzati in applicazioni ad alta affidabilità, beneficiano anche di miglioramenti nelle prestazioni. Vishay offre ora un condensatore al tantalio a umido approvato secondo il disegno 15005 della Defense Logistics Agency (DLA), con una tensione inversa di 1,5 V a 85 °C con la capacità di sopportare uno shock termico di 300 cicli. Il dispositivo è inizialmente offerto in una dimensione custodia T4 con una capacità di 1000 uF, una tolleranza di capacità di +/-10 per cento e +/-20 per cento, e una tensione nominale di 75 V. Può operare a 125 °C con declassamento di tensione.
Fornitura di polvere di tantalio
Qualche anno fa, una carenza di polvere di tantalio creò problemi ai produttori di condensatori al tantalio nel tenere il passo con la domanda. Ma ora non è più così: le forniture di polvere di tantalio sono stabili, ha detto Dale Valletta di Vishay.
"La polvere di tantalio ha oscillato come qualsiasi altro materiale a causa della domanda del mercato", ha detto La Valletta. "A volte va su e a volte va giù. Ma la domanda torna sempre; nessuna di queste fluttuazioni nelle forniture è durata a lungo."
I fornitori di condensatori stanno inoltre accorciando la loro catena di approvvigionamento per garantire che le forniture di polvere di tantalio non vengano interrotte da conflitti politici nelle regioni in cui ha origine il tantalio. La KEMET, per esempio, ha sviluppato una catena di approvvigionamento del tantalio verticalmente integrata, senza conflitti, che sostiene assicuri un approvvigionamento affidabile di componenti senza conflitto per l'industria elettronica globale. La catena di approvvigionamento copre tutti i processi che vanno dall'estrazione di minerale di tantalio alla produzione di condensatori.