钽式电容器得益于其他类型的电容器中的许多技术进步。 较高的电容、较高的温度额定值、较高的可靠性以及更小的封装尺寸是钽式零件中的一些改进,包括 SMD 芯片电阻器(用于消费电子产品)、液体钽式电容器(用于高可靠性的工业和军用/航空应用)等等。
钽式电容器是一种极化电容器,它有一个钽质阳极,其中,一层薄的绝缘氧化层为电介质,且其顶部还有充当阴极的液体电解质。 这种结构使得钽式电容器每体积具有较高的电容,且重量低。 Vishay Intertechnology 全球销售的执行副总裁 Dave Valletta 认为,借助技术的进步,钽式电容器供应商提供的零件可具有较多的电容。
Valletta 认为,就像其他供应商一样,Vishay 使用聚合材料来替换钽式电容器中的氧化锰,使电容器能够在 80% 的额定电流下工作,这与此前的 50% 截然不同。
Valletta 说,聚合物更加坚固,其开发的原因是因为,相比传统的钽粉,它具有更高的安全性。
Vishay Intertechnology 最近扩充了其 vPolyTan™ 的 T55 系列表面贴装聚合物钽式模制芯片电容器(图 1),提供 A、B 和 T 成型尺寸,以及 8 种新性能规格。 T55 系列的提供的电容范围为 3.3μF~470μF,额定电压范围为 2.5V~10V,电容公差为 ±20%。 工作温度范围为
-55℃~+105℃。电容器的聚合物阴极在 +25℃ 和 100kHz 下具有 500mΩ~25mΩ 的较低等效串联电阻。 纹波电流额定值高达 2.28 A IRMS。
图 1:Vishay vPolyTan™的 T55 系列钽式电容器。 (来源:Vishay Intertechnology)
随着电子产品微型化已继续成为一种趋势,钽式电容器供应商费劲脑汁地调整他们的产品设计,以在小尺寸零件中提供较大电容器的性能。
AVX 已开发出一种被认为是最小尺寸的聚合物电容器。 F38 系列(图 2)的成型尺寸为0.063 L x 0.033 W x 0.031 H(英寸)或 0.079 L x 0.049 W x 0.031 H(英寸)。 钽式电容器产品营销部的 Allen Mayar 认为,该尺寸等同于 0402、0602 或 0805 陶瓷电容器,使工程师能够在无噪音、稳定聚合物电容的条件下进行设计,且无需改变电路板的布局尺寸。
图 2:AVX 的 F38 系列聚合物电容器。 (来源:AVX 公司)
KEMET 亚洲项目管理主任 Ken Lai 认为,KEMET 通过使用该公司称之为“面朝下”的技术,改变了其钽式电容器的阳极制造方法。 这使公司能够生产出 1mm 高且封装仅为 1.8mm 宽 x 0.8mm 长的电容器。
高可靠性钽部门的产品营销经理 Lizzie Geismar 认为,AVX 现在将其高可靠性钽式电容器封装在防潮的包装中,以最小化吸湿性对非气密性环氧树脂封装产生的影响。 这可在客户回流处理过程中减少电容器遗漏的机率。 该公司最近为聚合物和氧化锰电容器推出表面贴装的气密性封装,适合高可靠性、高温应用。 THH 系列氧化锰电容器能够抵抗的最高工作温度为 230℃,完美适合于井下钻井应用。 气密性封装的 TCH 系列聚合物电容器专为卫星应用而设计。
新应用
钽式电容器适合许多新兴的产品领域,包括企业固态器件 (SSD)、移动设备和高性能云端机柜。 KEMET 的 Lai 认为,聚合物钽式电容器可用于“套牢”电路,以在 SSD 失去动力时防止数据丢失。 聚合物电容器提供较长的使用寿命,低高度,高能源密度,适合各种应用。
Lai 补充说,钽式电容器还可用于要求高频率解耦和过滤的 FPGA 或基于 ASIC 的云端机柜。
汽车电子是另一个日益增长的领域。 KEMET 的 KO-CAP T591 系列(图 3)专为直流—直流变换器中的解耦和过滤而设计,适合汽车信息娱乐和驾驶员辅助应用,以及极端条件(如高湿度、高温度)下的工业应用。
KO-CAP T591 可提供高达 220 微法拉的电容,额定电压高达 10V。 该系列现在的工作温度可高达 125℃,但未来版本可提供 150℃ 的额定温度以及高达 63V 的电压。
图 3:KEMET T591 汽车级钽式电解电容器。 (来源:KEMET)
蓬勃发展的医疗器械领域也是钽式电容器大展前途的一个领域。 AVX 最近开发出 T4J 系列医用电容器(图 4),适用于非植入式医疗应用。 T4J 提供 1.0 微法拉到 680 微法拉的电容范围。 它提供 6.3V、10V、16V、20V、25V、35V 和 50V 的电压。其工作温度范围为 -55℃~+125℃。
图 4:AVX 的 T4J 系列医用电容器。 (来源:AVX)
用于高可靠性应用的液体钽式电容器也得益于性能改进。 Vishay 现在提供符合国防后勤署 (DLA) 15005 图纸的液体钽式电容器,其在 85℃ 温度下的反向电压为 1.5V,能够抵抗 300 次循环的热冲击。 该设备最初采用轴向 T4 尺寸的封装,额定电容为 1000 uF,电容公差为 ±10% 和 ±20%,额定电压为 75V。降低电压额定值时,可在 125℃ 的温度下运行。
钽粉供应
早在十几年前,钽粉的缺乏成为钽式电容器制造商为满足需求而面临的一大挑战。 现在,情况不一样了,因为钽粉的供应处于稳定状态, Vishay 的 Dave Valletta 这样说。
Valletta 说,由于市场需求,钽粉的供应就像任何其他材料一样会出现波动。有时供过于求,有时供不应求。 但是会需求总是会回升,没有一种供应波动会持续很久。
电容器供应商也收缩他们的供应链,以确保钽粉供应不因钽源地区的政治冲突而受到中断。 例如,KEMET 已经开发出一个无冲突钽的垂直一体化钽供应链,该公司声称,这个供应链可以确保为全球电子行业的无冲突钽零件提供可靠供应。 该供应链涵盖所有的过程,包括钽矿的开采、电容器的生产等等。