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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。

铁镍合金(如Alloy 42)一直是引线框架材料传统选择。这些合金的优点包括低热膨胀系数(CTE)、低成本和制造中的易用性。铜引线框架材料加工方面的改进使其能够用于钽电容设计。由于导电率是Alloy 42的100倍,铜的使用对ESR有重要影响。例如,采用A外壳(EIA 3216)和传统引线框架的Vishay 100μF/6.3V T55聚合物钽电容在100kHz和25°C条件下提供70mΩ的最大ESR。通过改为铜引线框架,最大ESR可减小到40mΩ。

改善钽电容设计体积效率(容值密度)的两个主要因素是钽粉的演变和封装的改进。

电容设计中使用的钽粉的质量因数是:(容值◊电压)/质量,简写为CV/g。大规模生产中使用的钽粉的演变如图4所示。CV/g的这些增加与更小的颗粒尺寸和粉末纯度改善有关。在电容设计中使用这些材料本身就是一个复杂的研究领域,需要大量研发投资。

使钽电容设计尺寸减小的另一个重要因素是超高效封装技术的发展。业内使用的最常见封装技术是引线框架设计。这种结构具有非常高的制造效率,从而可以降低成本和提高产能。对于不受制于空间的应用,这些器件仍然是可行的解决方案。

但是,在主要设计标准是增加密度的许多电子系统中,能够减小元件尺寸是一个重要优势。在此方面,制造商在封装技术上已经取得了若干进展。如图5所示,与标准引线框架结构相比,无引线框架设计可改善体积效率。通过减小提供外部连接所需的机械结构的尺寸,这些器件可利用该额外可用空间来增加电容元件的尺寸,从而增加容值和/或电压。

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在最新一代封装技术中,Vishay拥有专利的多阵列封装(MAP)结构通过使用位于封装末端的金属化层来提供外部连接使体积效率进一步改善。该结构通过完全消除内部阳极连接使电容元件尺寸在可用体积范围内实现最大化。为进一步说明体积效率的改善,请看图6。从图中可以明显看出电容元件的体积增加了60%以上。这一增加可用于优化器件,以增加容值和/或电压、减小DCL以及提高可靠性。

图6:Vishay拥有专利的多阵列封装结构。

Vishay MAP结构的另一个好处是减小ESL。MAP结构可通过消除环包的机械引线框架显著减小既有电流回路的尺寸。通过使电流回路最小化,可显著减小ESL。如图7所示,与标准引线框架结构相比,这一减小可达到30%之多。ESL的减小对应于自谐振频率的增加,这可扩大电容的工作频率范围。

图7:Vishay的MAP结构与标准引线框架结构性能对比

钽电容技术的进步带来了更低的ESR、更低的ESL和更小的尺寸。导电聚合物阴极系统所用工艺和材料的成熟带来了稳定、可再现的性能。封装技术的改进带来了更高的容值密度和ESL下降。这一切使钽电容不再局限于传统用途而被用于更多的设计。

这些改进结合起来使设计工程师能够在低寄生效应和更高封装密度下获得极大改善的电气性能。

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