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贴片钽电容五大参数与精度表示方法

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钽电容的使用迄今已接近60年,它以长期可靠性和容值密度而著称。钽电容在军用和商用航空电子、可植入医疗电子、笔记本电脑、智能手机及工业自动化和控制系统设计中居于中心地位。

钽电容受欢迎的主要因素是其体积效率产生的高单位体积容值。容值公式如下:

凭借极大的表面面积、高介电常数和相对较薄的电介质层,钽电容可在1µF至2,200µF容值范围内和最大50 V外加电压条件提供最佳的容值密度。

高级钽粉和高效率封装的结合使钽电容领先于替代技术。例如,目前的钽电容能够以0402外壳尺寸在4V充电电压下提供22µF容值。在电压范围的另一端,我们可找到采用单个封装,在50V充电电压下提供47µF容值的钽电容。

传统钽电容的阴极系统使用二氧化锰(MnO2)材料。这种半导体材料提供自愈机制(这可带来长期稳定性)且相对便宜。但其富氧配方在高热的极端环境中容易导致起火。自上世纪90年代中期以来,导电聚合物技术趋于成熟,从而与MnO2产品形成互补。由于导电率显著高于MnO2,导电聚合物可降低ESR。这一进展与消除敏感应用中的起火危险相结合,推动了相关企业对这种技术的投资。

制造商提供种类广泛的钽电容产品系列,它们针对各种具体特征进行优化,并瞄准不同的应用和细分市场。这些不同的产品系列提供的优化包括更低的ESR、更小的尺寸、高可靠性(面向军用、汽车和医疗应用)、更小的直流漏电流、更低的ESL和更高的工作温度。本文侧重其中两个领域:更低的ESR和更小的尺寸。

钽电容:贴片钽电容五大参数与精度表示方法
贴片钽电容五大参数与精度表示方法

●更低的ESR – 为实现最低ESR而优化,这些器件在脉冲或交流应用中提供更高的效率,在高噪声环境中提供更出色的滤波性能。

●更小的尺寸 – 结合高CV钽粉的使用和高效率封装,这些器件以紧凑尺寸提供高容值,适用空间紧张的应用,如智能手机、平板电脑和其他手持式消费电子设备。

减小ESR一直是钽电容设计的重要研究领域之一。钽粉的选择和生产期间涂敷阴极材料时所用的工艺对ESR有显著影响。但是,对于给定的额定值(容值、电压、尺寸),这些因素主要为设计约束并在目前的最先进器件上得到基本解决。使ESR减小的两个最主要因素是:阴极材料用导电聚合物替代MnO2,引线框架材料从铁镍合金改为铜(Cu)。

传统钽电容的ESR主要源于阴极材料MnO2。如图1所示,MnO2的导电率约为0.1S/cm。相比之下,导电聚合物(如聚3,4-乙烯二氧噻吩)的导电率在100S/cm范围内。导电率的这一增加直接转换为ESR的显著减小。

在图2中,不同额定值下的ESR-频率曲线显示了钽电容器采用聚合物阴极系统的优势。通过直接比较MnO2和聚合物设计在A外壳 6.3 V / 47 μF额定值条件下的ESR-频率曲线,可以看出在100 kHz频率下聚合物设计使ESR的减小幅度多达一个数量级。

引线框架材料是改用导电率更高的材料后可改善ESR的另一个领域。如图3中的电容横截面所示,引线框架提供从内部电容器元件到封装外部的电连接。

关键词:钽电容封装 ;;贴片钽电容的正负极

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