航空電子工学、軍事、宇宙 (AMS) アプリケーションは、役に立たなくなった古いシステムに代わる新しい高度な機器の必要性により、急成長を遂げています。これらの新しいシステムは、次世代の航空、戦場、宇宙の要件を満たすように設計されています。敵味方識別 (IFF) や追跡およびターゲット検出用のフェーズド アレイ レーダー、航空電子機器の制御と表示、電源システムなどのシステムは、MIL-STD-704のような過酷な環境および電気特性に合わせて設計されています。AMS顧客が競争力を維持する必要性が、市場の成長を推進しています。
この近代化の取り組みの副産物として、より高い体積効率、信頼性、電圧定格、およびバルク容量を備えたコンデンサが必要になります。このニーズを満たすために、エンジニアは Vishay Intertechnologyの vPolyTan™ 固体ポリマータンタルコンデンサに注目してきました。
ポリマータンタルコンデンサとは何ですか?
ほとんどのコンデンサ技術とは異なり、固体ポリマータンタルデバイスでは、アノードとカソードにプレートを使用しません。陽極はタンタル粉末を焼結してタンタルペレットにしたものです。次に、このペレットを陽極酸化処理して、陽極の表面全体に五酸化タンタル (Ta2O5) の誘電体層を形成します。次に、酸化されたペレットに高導電性ポリマーを含浸させて、カソードとして機能させます。この時点で、導電性ポリマー層はグラファイトでコーティングされ、その後に金属銀の層が続き、コンデンサ要素と外部端子（リードフレームなど）の間に導電性表面を提供します。
モールドチップポリマータンタルコンデンサは、エポキシ材料などのプラスチック樹脂で素子を包みます。成形コンパウンドは、UL 94 V-0の要件とASTM E-595のガス放出要件を満たすように選択されています (図1を参照)。
組み立て後、コンデンサはテストおよび検査され、長寿命と信頼性が保証されます。
導電性ポリマーと二酸化マンガン（MNO2）タンタル
導電性ポリマーコンデンサの構造は、二酸化マンガン (MnO2) タンタルの構造と似ています。主な違いは、固体電解質を作成するために使用される材料にあります。標準的なMnO2コンデンサは、一般的な半導体の導電性を備えています。導電性ポリマーコンデンサには、数桁高い電気伝導率を持つ、本質的に導電性のあるポリマー (ICP) 材料が使用されます。その結果、導電性ポリマーコンデンサは等価直列抵抗 (ESR) がMnO2よりもはるかに低くなり、必要な電圧ディレーティングのレベルも低くなります。
ポリマーの火工品/点火不良なし
導電性ポリマーコンデンサのもう1つの特徴は、材料中の酸素含有量が少ないため、発火故障モードが存在しないことです。
コンデンサの誘電体に不純物があると、高電流の漏れ点が発生する可能性があります。MnO2タンタルコンデンサで機能する自己修復メカニズムは、MnO2分子がより抵抗の高いMn2O3 + Oに熱誘導変換することに基づいています。漏れ電流によって十分に高い温度上昇が発生すると、Mn2O3が形成され、それ以上の電流の流れから障害を遮断します (つまり、「自己修復」します)。この過程で生成される自由酸素分子が十分に高い温度でタンタルと相互作用すると、発火して花火現象が発生する可能性があります。
同じ不純物がポリマーコンデンサの誘電体に発生すると、燃焼に利用できる酸素がなくなり、したがって点火失敗は発生しません。自己修復が起こり、欠陥の周囲に非常に抵抗力の高い材料が形成されます。
VishayのHi-Rel製品ラインナップ
電圧降下
すでに説明したように、ポリマー技術の電圧許容範囲が広がることで、電圧ディレーティング要件が低くなります。導電性ポリマーカソードは、ESRが大幅に低いことに加え、良性の故障モード (上記で説明) を備えているため、MnO2に関連する安全上の懸念に対する追加のディレーティングは必要ありません。
下の図2では、定格電圧 (VR) が10 V以下の場合は10% のディレーティングのみが必要ですが、VR >10 Vの場合は20% のディレーティングが推奨されていることがわかります。これらのガイドラインは105°Cまで一貫しています。105°Cを超えると、VRの推奨ディレーティングが40% まで直線的に低下します。125℃で10V。°同様に、VR >10 Vのコンデンサでは、推奨されるディレーティングの46% まで低下します。
高電圧
ディレーティングガイドラインが優れているということは、動作電圧が高くなり、結果として体積効率も高くなることを意味します。一般的なポリマーコンデンサの定格電圧は50Vですが、Vishay Sprague vPolyTan™ この技術は現在、最大75Vの定格を達成しています。これにより、最大125Vまでの電圧ディレーティングが必要なMIL-STD-704、28VDCバス（22VDCから29VDC定常状態）アプリケーションでポリマーを使用できます。 ° C.
これらの高電圧定格と、ポリマーに必要な低いディレーティングを組み合わせることで、他のコンデンサ技術に比べて体積効率が大幅に向上します。
低ESR
カソードの構造は本質的に導電性の高いポリマーであるため、ポリマー コンデンサのESRは非常に低く、通常はMnO2タンタル コンデンサよりも10 % 低くなります。これにより、これらのデバイスは高周波および高リップル電流のアプリケーションに特に適しています。
高い信頼性
ポリマーは固体電解質を使用しているため、液体またはゲル電解コンデンサのように乾燥する心配がありません。この乾燥プロセスは、アルミニウム電解コンデンサの一般的な故障モードであり、過熱を引き起こす可能性があります。液体が蒸発すると圧力が高まり、液体が漏れたり、膨らんだり、さらには破裂/爆発したりする可能性があります。固体ポリマーコンデンサではこの故障メカニズムは見られないため、信頼性がはるかに高く、寿命も長くなります。アルミ電解コンデンサとは異なり、ポリマーコンデンサは問題なく高温で長時間動作できます。
MAPテクノロジー
Vishayのマルチアレイ パッケージング (MAP) テクノロジーは、一定の体積内に最大の静電容量を詰め込みます。これは、リードフレームを最小限に抑え、実際のコンデンサが占める容積を増やすことによって実現されます (図3を参照)。
Hi-Rel T54ファミリーはMAPテクノロジーを活用して容積効率を向上させます。MAPとデュアルアノード設計を組み合わせることで、ESR定格をさらに低くすることができます (下の図4を参照)。
積層コンデンサ
VishayはMAPテクノロジーを活用して、小さなフットプリントで高容量を必要とするアプリケーション向けにT54ファミリにスタック オプションを追加しました。スタックでは、複数のコンデンサが並列アレイで一緒にクランプされます。コンデンサが並列に構成されると、ESRが減少して静電容量が増加します。スタック オプションは、1 x 2 (コンデンサの幅が1つ、高さが2つ)、1 x 3、2 x 2、2 x 3、および3 x 2です。使用可能な定格は、75 VDCで130 μFから16 VDCで2800 μFまでの範囲です。カスタムアレンジメントにも対応可能です。これらのスタックされたバルク容量構成により、設計者のPCB上のスペースを大幅に節約できます。
エネルギー貯蔵/バルク容量
VishayのMAPおよびスタックアレイ技術により、体積効率が向上します。このバルク容量の向上により、ポリマーは、パルスレーダー、ライダー、ホールドアップなどのエネルギー貯蔵や急速充放電サイクルを必要とするアプリケーションに適した選択肢となります。
コンデンサに蓄えられたエネルギーの式を以下に示す。
E = ½ CV2の
どこ、
- Eはジュール単位のエネルギーです。
- Cはファラッド単位の静電容量であり、
- Vは定格電圧（ボルト）です。
T54シリーズは、900 μF / 35 VDC定格のスタック ポリマー ソリューションを使用した理想的な条件に基づいて、E6パッケージ (2 x 3アレイ) に最大5 J/in2を収容できます。
長期的な信頼性
多層セラミックやアルミ電解コンデンサなどの競合技術とは異なり、ポリマーコンデンサは、上記の特徴により摩耗しないという特徴を備えています。これにより、Hi-Relの軍事および宇宙アプリケーションに必要な長期的な信頼性が実現します。図6は、ポリマー技術に見られる長期安定性を示しており、時間の経過に伴う静電容量、漏れ電流、ESRの変化はほとんどありません。
アプリケーション
ハイエンド サーバー マザーボード、MIL-STD-704電源、フェーズド アレイ レーダー、IFF、ネットワーク インフラストラクチャ、エネルギー ストレージ、電力調整、デカップリング、スムージング、フィルタリング、ホールドアップなど。
部品ファミリー
注目の製品
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