Polimer kondansatör - Polymer capacitor

Bir polimer kapasitör veya daha doğrusu bir polimer elektrolitik kapasitör , bir katı iletken polimer elektrolit içeren bir elektrolitik kapasitördür (e-kapak) . Dört farklı türü vardır:

• Polimer tantal elektrolitik kondansatör (Polimer Ta-e-kap)
• Polimer alüminyum elektrolitik kondansatör (Polimer Al-e-kap)
• Hibrit polimer kapasitör (Hibrit polimer Al-e-kapak)
• Polimer niyobyum elektrolitik kapasitörler

Polimer Ta-e-kapaklar dikdörtgen yüzeye monte cihaz ( SMD ) yonga stilinde mevcuttur. Polimer Al-e-kapaklar ve hibrit polimer Al-e-kapaklar, dikdörtgen yüzeye monte cihaz (SMD) yonga stilinde, silindirik SMD (V-çip) stilinde veya radyal kurşunlu versiyonlarda (tek uçlu) mevcuttur.

Polimer elektrolitik kapasitörler, özellikle düşük dahili eşdeğer seri dirençler (ESR) ve yüksek dalgalanma akımı değerleri ile karakterize edilir . Elektrik parametreleri, katı tantal kapasitörlere kıyasla benzer sıcaklık bağımlılığı, güvenilirliği ve hizmet ömrüne sahiptir, ancak katı olmayan elektrolitlere sahip alüminyum elektrolitik kapasitörlere göre çok daha iyi bir sıcaklık bağımlılığına ve önemli ölçüde daha uzun hizmet ömrüne sahiptir. Genel olarak, polimer e-kapaklar, diğer katı veya katı olmayan elektrolitik kapasitörlerden daha yüksek bir kaçak akım oranına sahiptir.

Polimer elektrolitik kapasitörler hibrit yapıda da mevcuttur. Hibrit polimer alüminyum elektrolitik kapasitörler, katı bir polimer elektroliti bir sıvı elektrolit ile birleştirir. Bu tipler, düşük ESR değerleri ile karakterize edilir, ancak düşük kaçak akımlara sahiptir ve geçici akımlara karşı duyarsızdır, ancak katı olmayan e-kapaklara benzer sıcaklığa bağlı bir hizmet ömrüne sahiptirler.

Polimer elektrolitik kapasitörler , özellikle düz veya kompakt tasarıma sahip cihazlarda tampon, baypas ve dekuplaj kapasitörleri olarak entegre elektronik devrelerin güç kaynaklarında kullanılır . Bu nedenle, MLCC kapasitörleriyle rekabet ederler , ancak MLCC'den daha yüksek kapasitans değerleri sunarlar ve mikrofonik etki göstermezler (sınıf 2 ve 3 seramik kapasitörler gibi ).

Tarih

Sıvı elektrolitli alüminyum elektrolitik kapasitörler (Al-e-kapaklar) , 1896'da Charles Pollak tarafından icat edildi .

Tantal elektrolitik kapasitörler katı madde manganez dioksit (MnO ₂ ) elektrolitler tarafından icat edilmiştir Bell Laboratories minyatür ve daha güvenilir bir düşük voltajlı destek kapasitör yeni icat tamamlayacak şekilde, 1950'lerin başında transistor , bkz tantal kondansatör . MnO ₂ elektrolitli ilk Ta- e-kapaklar, sıvı elektrolitli daha önceki Al-e-kapak tiplerinden 10 kat daha iyi iletkenliğe ve daha yüksek bir dalgalanma akım yüküne sahipti. Ek olarak, standart Al-e-kapakların aksine , Ta-kapakların eşdeğer seri direnci (ESR) değişen sıcaklıklarda stabildir.

1970'lerde, elektronik devrelerin artan sayısallaştırılması, azalan çalışma voltajları ve artan anahtarlama frekansları ve dalgalı akım yükleri ile geldi. Bunun güç kaynakları ve bunların elektrolitik kapasitörleri için sonuçları oldu. Güç kaynağı hatlarında kullanılan baypas ve ayırma kapasitörleri için daha düşük ESR'li ve daha düşük eşdeğer seri endüktanslı (ESL) kapasitörlere ihtiyaç vardı. bkz . ESR, ESL ve kapasitansın Rolü .

1973'te bir organik iletken olan yük transfer tuzu TCNQ'nun A. Heeger ve F. Wudl tarafından keşfedilmesiyle bir atılım geldi. TCNQ ( 7,7,8,8-tetrasiyanoquinodimetan veya TTF ( Tetrathiafulvalene ) ile kombinasyon halinde Nn-butil izokinolinyum ), zincirler boyunca MnO _2'ye göre 10 kat daha iyi iletkenliğe sahip neredeyse mükemmel tek boyutlu yapıya sahip bir zincir moleküldür. ve katı olmayan elektrolitlere göre 100 kat daha iyi iletkenliğe sahiptir.

Bir katı organik elektrolit olarak yük transfer tuzu TTF-TCNQ kullanan ilk Al-e-kapaklar, 1983 yılında Sanyo tarafından sunulan OS-CON serisiydi . Bunlar, MnO _2'ye kıyasla 10 kat daha fazla elektrolit iletkenliğine sahip sargılı, silindirik kapasitörlerdir.

Bu kapasitörler, mümkün olan en düşük ESR veya mümkün olan en yüksek dalgalanma akımını gerektiren uygulamalar için cihazlarda kullanılmıştır. Bir OS-CON e-kapak, üç tane daha büyük "ıslak" e-kapağın veya iki Ta-kapağın yerini alabilir. 1995'te Sanyo OS-CON, Pentium işlemci tabanlı IBM kişisel bilgisayarlar için tercih edilen ayırma kapasitörü oldu. Sanyo OS-CON e-cap ürün grubu 2010 yılında Panasonic'e satıldı. Panasonic daha sonra TCNQ tuzunu aynı marka altında iletken bir polimer ile değiştirdi.

ESR indirgenmesi bir sonraki aşama, geliştirilmesiydi iletken polimerler ile Alan J. Heeger , Alan MacDiarmid ve Hideki Shirakawa 1975 gibi iletken polimerlerin iletkenliği polipirol (polipirol) ya da PEDOT 100 faktörüyle TCNQ daha iyidir 500'e kadar ve metallerin iletkenliğine yakındır.

1988'de Japon üretici Nitsuko tarafından PPy polimer elektrolit içeren ilk polimer elektrolit e-kapak "APYCAP" piyasaya sürüldü. Ürün, SMD sürümlerinde mevcut olmadığı için başarılı olamadı.

1991 yılında Panasonic polimer Al-e-cap serisi "SP-Cap" i piyasaya sürdü. Bu e-kapaklar PPy polimer elektrolit kullandı ve seramik çok katmanlı kapasitörler (MLCC'ler) ile doğrudan karşılaştırılabilen ESR değerlerine ulaştı . Hala tantal kapasitörlerden daha ucuzdu ve dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi kompakt cihazlarda kullanışlı düz tasarımlarıyla tantal yonga kapasitörleriyle de rekabet ettiler.

PPy polimer elektrolit katotlu tantal elektrolitik kapasitörler, üç yıl sonra izledi. 1993 yılında NEC , "NeoCap" adı verilen SMD polimer Ta-e-kapaklarını piyasaya sürdü. 1997 yılında Sanyo, "POSCAP" polimer tantal çiplerini piyasaya sürdü.

Tantal polimer kapasitörler için yeni bir iletken polimer Kemet tarafından "1999 Arabalar" konferansında tanıtıldı . Bu kapasitör, yeni geliştirilen organik iletken polimer PEDT (kullanılan Poli (3,4-etilendioksitiyofen) ) olarak da bilinen, PEDOT (ticari isim Baytron®).

İki yıl sonra 2001 APEC Konferansı'nda Kemet, PEDOT polimer alüminyum e-kapakları piyasaya sundu. PEDOT polimeri daha yüksek bir sıcaklık stabilitesine sahiptir ve PEDOT: PSS çözümü olarak bu elektrolit, PPy'de olduğu gibi, üretimi daha hızlı ve daha ucuz hale getiren in situ polimerizasyon yerine sadece daldırma ile yerleştirilebilir. AO-Cap serisi, o sırada PPy kullanan Panasonic SP-Caps ile rekabet halinde olan "D" boyutunda yığılmış anotlu ve 1.0 ila 4.0 mm yüksekliğe sahip SMD kapasitörlerini içeriyordu.

Bin yıllık hibrit polimer kapasitörler geliştirildi; katı polimer elektrolite ek olarak, anot üzerindeki dielektrik tabakayı kaplayan polimer tabakalarını ve katot folyosunu bağlayan bir sıvı elektroliti vardı. Katı olmayan elektrolit, kaçak akımı azaltmak için kendi kendini iyileştirme amacıyla oksijen sağlar. 2001 yılında NIC , bir polimer tipini daha düşük fiyata ve daha düşük kaçak akımla değiştirmek için hibrit bir polimer e-kapak başlattı. 2016 itibarıyla hibrit polimer kapasitörler birden fazla üreticiden temin edilebilir.

Uygulama temelleri

ESR, ESL ve kapasitansın rolü

Tüm elektrolitik kapasitörlerin baskın uygulaması güç kaynaklarındadır . Bunlar, giriş ve çıkış yumuşatma kapasitörler kullanılan sığalarla gibi kısa bir döngü içinde harmonik akımı dolaşmasına baypas kapasitörler şant AC gürültü güç kaynağı hatları atlayarak yere şebeke gerilimindeki düşüşünü hafifletmek için yedek kapasitörler olarak, ani gücü talebi sırasında ya da filtre kondansatörü de , düşük geçişli filtre değiştirme gürültülerini azaltır. Bu uygulamalarda, boyuta ek olarak, kapasitans, empedans Z , ESR ve endüktans ESL, devrelerdeki bu kapasitörlerin işlevselliği için önemli elektriksel özelliklerdir.

Dijital elektronik ekipmana geçiş, daha yüksek frekanslı anahtarlama güç kaynaklarının ve "yerleşik" DC / DC dönüştürücünün , daha düşük besleme voltajlarının ve daha yüksek besleme akımlarının geliştirilmesine yol açtı . Bu uygulamalar için kapasitörler daha düşük ESR değerlerine ihtiyaç duyuyordu; bu, o zamanlar Al-e-kapaklarla yalnızca daha büyük kasa boyutlarında veya çok daha pahalı katı Ta-kapaklarla değiştirilerek gerçekleştirilebiliyordu.

ESR'nin bir entegre devrenin işlevselliğini etkilemesinin nedeni basittir. Devrenin, bir mikroişlemci gibi ani bir güç talebi varsa, besleme voltajı ESL, ESR ve kapasitans şarj kaybı ile düşer. Çünkü ani bir akım talebi olması durumunda elektrik hattının gerilimi düşer:

Δ U = ESR x I .

Örneğin:

% 10 (300 mV) tolerans ve maksimum 10 A besleme akımı ile 3 V'luk bir besleme gerilimi verildiğinde, ani bir güç talebi gerilimi düşürür.

ESR = U / I = (0,3 V) / (10 A) = 30 mΩ.

Bu, bir CPU güç kaynağındaki ESR'nin 30 mΩ'den az olması gerektiği anlamına gelir , aksi takdirde devre arızalanır. Kapasitans ve ESL için benzer kurallar geçerlidir. Spesifik kapasite yıllar içinde daha yüksek aşındırılmış anot folyoları ile sırasıyla daha küçük ve daha ince tantal toz tanecikleri ile 10 ila 15 kat artırılabilir ve minyatürleştirme eğilimini takip edebilir. ESL sorunu, polimer Al e-kapakların istiflenmiş folyo versiyonlarına yol açtı. Bununla birlikte, ESR'yi düşürmek için sadece yeni, katı iletken malzemelerin geliştirilmesi, önce TCNQ, ardından iletken polimerlerin çok düşük ESR değerlerine sahip polimer elektrolit kapasitörlerinin geliştirilmesine yol açması, elektronik devrelerin dijitalleştirilmesinin ESR zorluğu. kabul edilebilir.

Elektrolitik kapasitörler - temel bilgiler

Anodik oksidasyon

Elektrolitik kapasitörler, daha önce "valf metalleri" olarak adlandırılan bazı özel metallerin kimyasal bir özelliğini kullanırlar ve anodik oksidasyon yoluyla bir yalıtkan oksit tabakası oluştururlar. Bir elektrolitik banyodaki anot (+) malzemesine pozitif bir voltaj uygulayarak, uygulanan voltaja karşılık gelen bir kalınlığa sahip bir oksit bariyer tabakası oluşturulabilir. Bu oksit tabakası, bir e-kapakta dielektrik görevi görür. Kapasitörlerin kapasitansını arttırmak için anot yüzeyi pürüzlendirilir ve böylece oksit tabakası yüzeyi de pürüzlendirilir. Bir kondansatörü tamamlamak için, bir karşı elektrotun kaba izolasyon oksit yüzeyine uyması gerekir. Bu, bir elektrolitik kapasitörün katot (-) elektrodu görevi gören elektrolit tarafından gerçekleştirilir. Polimer kapasitörler arasındaki temel fark, anot malzemesi ve dielektrik olarak kullanılan oksitidir:

• Polimer tantal elektrolitik kapasitörler , dielektrik olarak tantal pentoksit (Ta ₂ O ₅ ) ile anot olarak yüksek saflıkta sinterlenmiş tantal tozu kullanır ve
• Polimer alüminyum elektrolitik kapasitörler , dielektrik olarak alüminyum oksit (Al ₂ O ₃ ) ile anot olarak yüksek saflıkta ve elektrokimyasal olarak kazınmış (pürüzlendirilmiş) alüminyum folyo kullanır.

Alüminyum oksit tabakasının tantalum pentoksit dielektrik tabakaya kıyasla özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir:

Alüminyum, tantal ve niyobyum elektrolitik kapasitörlerdeki farklı oksit katmanlarının özellikleri

Anot malzemesi	Dielektrik	Oksit yapısı	Bağıl geçirgenlik	Arıza gerilimi (V / µm)	Elektrik katman kalınlığı (nm / V)
Tantal	Tantal pentoksit Ta 2 O 5	amorf	27	625	1.6
Alüminyum	Alüminyum oksit Al 2 O 3	amorf	9.6	710	1.4
		kristal	11.6 ... 14.2	800 ... 1000	1.25 ... 1.0

Prensipte her e-kapak, kapasitansı elektrot alanı A'nın, dielektrik malzemenin geçirgenliği ε ve dielektrik (d) kalınlığının artan bir fonksiyonu olan bir "plaka kapasitör" oluşturur.

${\ displaystyle C = \ varepsilon \ cdot {\ frac {A} {d}}}$

Kapasitans, bir plakanın alanı geçirgenlik ile çarpılan ve dielektrik kalınlığa bölünen çarpımla orantılıdır.

Dielektrik kalınlık, volt başına nanometre aralığındadır . Öte yandan bu oksit tabakalarının parçalanma gerilimi oldukça yüksektir. E-kapaklar, aynı boyut veya hacimdeki pürüzsüz bir yüzeye kıyasla çok daha yüksek yüzey alanlarına sahip kazınmış veya sinterlenmiş anotlar kullanarak, yüksek hacimsel kapasitans elde edebilir. Yüksek kazınmış veya sinterlenmiş anotlardaki en son gelişmeler, nominal gerilime bağlı olarak kapasitans değerini Al-e-kapaklar veya Ta-e-kapaklar için düz anotlara kıyasla 200'e kadar bir faktör artırmaktadır.

Oluşturma voltajı oksit kalınlığını tanımladığından, istenen voltaj toleransı kolaylıkla üretilebilir. Bu nedenle, bir kapasitörün hacmi, "CV ürünü" olarak adlandırılan kapasitans ve voltajın çarpımı ile tanımlanır.

Ta, tantal, alüminyum oksit dielektrik sabitleri karşılaştırılması ₂ O ₅ geçirgenlik yaklaşık Al den 3 kat daha yüksek olan ₂ O ₃ . Ta-kapaklar bu nedenle teorik olarak aynı kapasitans ve nominal gerilime sahip Al-kapaklardan daha küçük olabilir. Gerçek tantal elektrolitik kapasitörler için oksit tabakası kalınlıkları, kapasitörün gerçekte ihtiyaç duyduğu anma geriliminden çok daha kalındır. Bu, alan kristalleşmesinden kaynaklanan kısa devrelerin önlenmesi için güvenlik nedeniyle yapılır. Bu nedenle, farklı geçirgenliklerden kaynaklanan gerçek boyut farklılıkları kısmen etkisizdir.

Elektrolitler

Bir elektrolitik kapasitördeki bir elektrolitin en önemli elektriksel özelliği elektriksel iletkenliğidir . Elektrolit, e-kapağın karşı elektrotunu, katodu oluşturur . Anot yüzeyinin pürüzlü yapıları oksit tabakasının yapısında devam eder, dielektrik, katod pürüzlü yapıya tam olarak uyum sağlamalıdır. Geleneksel "ıslak" e-kapaklarda olduğu gibi elde edilmesi kolay bir sıvı ile. Katı iletken bir polimerin elektroliti oluşturduğu polimer e-kapaklarda, bunu başarmak çok daha zordur, çünkü iletkenliği kimyasal bir polimerizasyon sürecinden gelir. Bununla birlikte, katı bir polimer elektrolitin faydaları, kapasitörün önemli ölçüde daha düşük ESR'si ve elektrik parametrelerinin düşük sıcaklık bağımlılığı, çoğu durumda ek üretim adımlarının yanı sıra daha yüksek maliyetleri haklı çıkarır.

Tuz TCNQ elektrolit iletmek

Daha önce Sanyo tarafından "OS-CON" ticari adıyla üretilen, elektrolit olarak yük transfer tuzu tetrasiyanokinodimetan TCNQ içeren elektrolitik kapasitörler, "polimer" teriminin gerçek anlamıyla "polimer kapasitörler" değildi. TCNQ elektrolitik kapasitörler, günümüzde OS-CON markası altında satılan 'gerçek' polimer kapasitörlerle karıştırılma tehlikesine işaret etmek için burada bahsedilmiştir. Eski üretici Sanyo tarafından satılan TCNQ elektrolitli orijinal OS-CON kapasitörleri, Panasonic 2010 tarafından Sanyo kapasitör işletmelerinin entegrasyonu ile durduruldu. Panasonic, OS-CON ticari adını korurken TCNQ elektrolitini iletken polimer elektrolite (PPy) dönüştürdü .

TCNQ elektrolitli elektrolitik kapasitörler artık mevcut değil.

Polimer elektrolit

Polimerler, bir kimyasal reaksiyon , polimerizasyon ile oluşturulur . Bu reaksiyonda, monomerler sürekli olarak büyüyen bir polimer şeridine bağlanır. Genellikle polimerler elektriksel olarak yalıtkanlardır, en iyi ihtimalle yarı iletkenlerdir. E-kapaklarda elektrolit olarak kullanım için, elektriksel iletken polimerler kullanılır. Bir polimerin iletkenliği , katkılı durumda yük taşıyıcıların serbest hareketine izin veren konjuge çift bağlarla elde edilir . Yük taşıyıcıları olarak elektron deliklerine hizmet eder . Yani, metalik iletkenlerle neredeyse karşılaştırılabilir olan iletken polimerlerin iletkenliği, yalnızca polimerler oksidatif veya indirgeyici olarak katkılandığında başlar.

Bir polimer elektrolit, tam ve homojen bir tabaka oluşturmak için anodun en ince gözeneklerine nüfuz edebilmelidir, çünkü sadece elektrolitin kapladığı anot oksit bölümleri kapasitansa katkıda bulunur. Bunun için polimerin öncülerinin en küçük gözeneklere bile nüfuz edebilen çok küçük baz malzemelerden oluşması gerekir. Bu öncüllerin boyutu, kazınmış alüminyum anot folyolarındaki gözeneklerin boyutundaki veya tantal tozunun boyutundaki sınırlayıcı faktördür. Kondansatör imalatı için polimerizasyon hızı kontrol edilmelidir. Çok hızlı polimerizasyon, tam bir anot kapsamı sağlamazken, çok yavaş polimerizasyon üretim maliyetlerini artırır. Ne öncüler ne de polimer veya kalıntıları anot okside kimyasal veya mekanik olarak saldıramaz. Polimer elektrolit, uzun süreler boyunca geniş bir sıcaklık aralığında yüksek stabiliteye sahip olmalıdır. Polimer film, yalnızca e-kapağın karşı elektrodu değil, aynı zamanda dielektriği, grafit ve gümüş aracılığıyla bir katot kontağı ile sağlanan bu kapasitörlerdeki grafitin doğrudan teması gibi dış etkilere karşı bile korur.

Polimer e-kapaklar, polipirol (PPy) veya politiyofen (PEDOT veya PEDT) kullanır

Polipirol PPy

Polipirol (PPy), pirolün oksidatif polimerizasyonu ile oluşan iletken bir polimerdir . Uygun bir oksitleyici ajan, demir (III) klorürdür (FeCl3). PPy'nin sentezi için su, metanol, etanol, asetonitril ve diğer polar çözücüler kullanılabilir. Katı iletken polimer elektrolit olarak 100 S / m'ye kadar iletkenliklere ulaşır  . Polipirol, polimer Al-e-kapaklarda ve ayrıca polimer Ta-e-kapaklarda kullanılan ilk iletken polimerdi.

PPy'nin polimerizasyonu ile ilgili sorun, polimerizasyon hızı idi. Pirol oda sıcaklığında istenen oksitleyici maddelerle karıştırıldığında, polimerizasyon reaksiyonu hemen başlar. Böylece, kimyasal çözelti anot gözeneklerine girmeden önce polipirol oluşmaya başlar. Polimerizasyon hızı kriyojenik soğutma veya elektrokimyasal polimerizasyon ile kontrol edilebilir.

Soğutma yöntemi çok büyük bir teknik çaba gerektirir ve seri üretim için elverişsizdir. Elektrokimyasal polimerizasyonda ilk önce dielektrik üzerindeki bir yardımcı elektrot tabakası uygulanmalı ve anoda bağlanmalıdır. Bu amaçla polimerin temel maddelerine iyonik katkı maddeleri eklenerek, ilk emprenye sırasında dielektrik üzerinde iletken bir yüzey tabakası oluşturulur. Sonraki emprenye döngüleri sırasında yerinde polimerizasyon, anot ve katot arasına bir voltaj uygulandıktan sonra akım akışı tarafından zaman kontrollü olabilir. Bu yöntemle, anodun dielektrik oksit tabakası üzerinde ince ve kararlı bir polipirol filmi gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, yerinde polimerizasyonun her iki yöntemi de karmaşıktır ve üretim maliyetlerini artıran çoklu tekrarlı polimerizasyon aşamalarını gerektirir.

Polipirol elektrolitinin iki temel dezavantajı vardır. Kondansatörlerin üretiminde toksiktir ve kurşunsuz lehimlerle lehimleme için gereken daha yüksek lehimleme sıcaklıklarında kararsız hale gelir.

Politiopen PEDOT ve PEDOT: PSS

Poli (3,4-etilendioksitiyofen) , kısaltılmış PEDOT veya PEDT , 3,4-etilendioksitiyofen veya EDOT monomerine dayanan iletken bir polimerdir. PEDOT, katalitik miktarda demir (III) sülfat ile EDOT'un oksidasyonu ile polarize edilir . Demirin yeniden oksidasyonu, Sodyum persülfat ile verilir . PEDOT'un avantajları , iletken durumunda optik şeffaflık , toksik olmayan, 280 ° C'ye kadar sıcaklıklara dayanıklı ve 500 S / m'ye kadar iletkenliktir  . Isı direnci, kurşunsuz lehimleme için gereken yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde polimer kapasitörlerin üretilmesine olanak tanır. Ek olarak bu kapasitörler, PPy elektrolitli polimer e-kapaklar olarak daha iyi ESR değerlerine sahiptir.

Kondansatörlerin anotlarında PEDOT'un in situ polimerizasyonunun zor yöntemleri başlangıçta polipirol ile aynıydı. Bu, basit kapasitör anotlarının daldırılabildiği ve daha sonra oda sıcaklığında kurutulabildiği PEDOT'un önceden polimerize edilmiş dispersiyonlarının gelişmesiyle değişti. Bu amaçla PEDOT kimyasallarına sodyum polistiren sülfonat (PSS) eklenir ve suda çözülür. Dielektrik üzerindeki tam polimer katman daha sonra dispersiyondan önceden polimerize edilmiş parçacıklardan oluşur. Bu dispersiyonlar PEDOT olarak bilinir: PSS, ticari isimler Baytron P® ve Clevios ™, PEDOT'un değerli özelliklerini korur.

PEDOT: PSS dispersiyonları farklı varyantlarda mevcuttur. Yüksek pürüzlü alüminyum anot folyoları veya ince taneli tantal tozları ile yüksek kapasitans değerlerine sahip kapasitörler için çok küçük partikül boyutlarına sahip dispersiyonlar sunulmaktadır. Bu önceden polimerize edilmiş parçacıkların ortalama boyutu, en ince anot kılcal damarlarına nüfuz edecek kadar küçük olan yaklaşık 30 nm'dir. Bir PEDOT: PSS dispersiyonunun başka bir çeşidi, dikdörtgen Ta ve Al polimer kapasitörlerinin kapasitif hücresini mekanik ve elektriksel gerilime karşı saran bir koruma sağlamak için nispeten kalın bir polimer tabakasına yol açan daha büyük ön polimerize parçacıklarla geliştirilmiştir.

PEDOT ile: PSS dispersiyonları ile üretilen polimer alüminyum elektrolitik kondansatörler, 200 V ve 250 V daha yüksek anma gerilim değerlerine ulaşmaya çok uygundur.Ayrıca, bu dispersiyonlarla üretilen polimer elektrolitik kondansatörlerin kaçak akım değerleri, yerinde polimerize edilmiş polimer katmanlara sahip polimer kapasitörler için .. Daha iyi ESR değerleri, daha yüksek sıcaklık kararlılığı ve daha düşük kaçak akım değerlerinin altında, önceden polimerize edilmiş PEDOT: PSS dispersiyonları ile polimer kapasitörlerin üretim kolaylığı, zaten mevcut sadece üç daldırma daldırma, iletken bir polimer tabakası ile neredeyse tam bir dielektrik kaplamasına sahiptir. Bu yaklaşım, üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürmüştür.

Hibrit elektrolit

Hibrit polimer alüminyum elektrolitik kapasitörler, pürüzlendirilmiş ve oksitlenmiş alüminyum anot yapısının bir kaplamasını bir sıvı elektrolit ile birlikte iletken bir polimer ile birleştirir. Sıvı elektrolit, ayırıcıya (ayırıcı) batırılır ve iyon iletkenliği ile dielektriği örten her iki polimer tabakası ve katot folyo üzerindeki elektrik temasını sağlar. Sıvı elektrolit, kapasitörün kendi kendini iyileştirme işlemleri için oksijen sağlayabilir, bu da kaçak akımı azaltır, böylece geleneksel "ıslak" elektrolitik kapasitör gibi değerler elde edilebilir. Ek olarak, istenen anma gerilimi için gerekli oksit kalınlığı için güvenlik marjı azaltılabilir.

Sıvı elektrolitin ESR ve sıcaklık özellikleri üzerindeki zararlı etkileri nispeten düşüktür. Uygun organik elektrolitler kullanılarak ve kapasitörlerin iyi bir şekilde kapatılmasıyla uzun bir hizmet ömrü elde edilebilir.

Türler ve stiller

Kullanılan anot metaline ve bir polimer elektrolitin bir sıvı elektrolit ile kombinasyonuna bağlı olarak, üç farklı tip vardır:

• Polimer tantal elektrolitik kondansatör
• Polimer alüminyum elektrolitik kondansatör
• Hibrit polimer alüminyum elektrolitik kondansatör

Bu üç farklı tip veya aile, iki farklı tarzda üretilmektedir,

• Dikdörtgen SMD yongası, genellikle plastik bir kutu ile kalıplanmış, sinterlenmiş tantal anotlu veya istiflenmiş alüminyum anot folyoları ve
• Metal kasada sarılı hücreli silindirik stil, silindirik SMD (V-çip) stili veya radyal kurşunlu versiyonlar (tek uçlu) olarak mevcuttur

• Polimer elektrolitik kapasitörlerin stilleri
• 

  Dikdörtgen SMD çipleri, sinterlenmiş tantal anotlu veya istiflenmiş alüminyum anot folyoları ile mevcuttur

• 

  Metal bir kasada sarılı hücreye sahip silindirik stiller, SMD'ler (V çipler) olarak veya polimer veya hibrit polimer alüminyum kapasitörler için radyal kurşunlu versiyonlar (tek uçlu) olarak mevcuttur.

Dikdörtgen çip stili

1990'ların başlarında, SMD montaj teknolojisini kullanan cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlar gibi düz cihazların ortaya çıkışıyla aynı zamana denk geldi. Dikdörtgen taban yüzeyi, yuvarlak taban yüzeylerinde mümkün olmayan maksimum montaj alanına ulaşır. Sinterlenmiş hücre, bitmiş bileşenin istenen bir yüksekliğe, tipik olarak diğer bileşenlerin yüksekliğine sahip olacağı şekilde üretilebilir. Tipik yükseklikler yaklaşık 0,8 ila 4 mm arasındadır.

Polimer tantal yonga kapasitörleri

Polimer tantal elektrolitik kapasitörler esas olan tantal kapasitörler , elektrolit iletken polimer yerine manganez dioksit olduğu, ayrıca bkz tantal kondansatör # malzemeler, üretim ve stiller Tantal kapasitörler nispeten saf element bir toz imal edilmektedir tantal metal.

Toz, bir "pelet" oluşturmak için anot bağlantısı olan tantal tel etrafında sıkıştırılır. Bu pelet / tel kombinasyonu daha sonra mekanik olarak güçlü bir anot peleti üreten yüksek sıcaklıkta (tipik olarak 1200 ila 1800 ° C) vakumla sinterlenir . Sinterleme sırasında, toz süngerimsi bir yapıya bürünür ve tüm parçacıklar monolitik bir uzaysal kafese bağlanır. Bu yapı, öngörülebilir mekanik dayanıma ve yoğunluğa sahiptir, ancak aynı zamanda oldukça gözeneklidir ve geniş bir anot yüzey alanı üretir.

Dielektrik katman daha sonra elektro-kimyasal işlem ile tüm anodun tantal parçacık yüzeylerinin oluşturulduğu anodizasyon veya oluşturulması. Bunu başarmak için, "pelet" çok zayıf bir asit çözeltisine batırılır ve DC voltajı uygulanır. Toplam dielektrik kalınlık, şekillendirme işlemi sırasında uygulanan son voltaj tarafından belirlenir. Daha sonra, oksitlenmiş sinterlenmiş blok, polimer elektroliti, karşı elektrotu elde etmek için polimerin öncüleriyle emprenye edilir. Bu polimerleştirilmiş pelet , iletken polimere iyi bir bağlantı sağlamak için şimdi ardışık olarak iletken grafite ve ardından gümüşe daldırılır . Bu katmanlar, kondansatörün katot bağlantısını sağlar. Kapasitif hücre daha sonra genellikle bir sentetik reçine ile kalıplanır.

• Polimer tantal kapasitörün temel yapısı
• 

  Grafit / gümüş katot bağlantılı bir polimer tantal kapasitörün katman yapısı

• 

  Dikdörtgen polimer tantal yonga kapasitörünün temel kesiti

• 

  Dikdörtgen polimer tantal çip kondansatör

Polimer tantal elektrolitik kapasitörler, aynı boyuttaki manganez dioksit elektrolitli tantal elektrolitik kapasitörlerin değerinin yaklaşık olarak sadece 1 / 10'u kadar ESR değerlerine sahiptir. Bir durumda birkaç anot bloğunun paralel olarak bağlandığı çoklu anot tekniği ile ESR değeri yeniden azaltılabilir. Çok düşük ESR değerlerine ek olarak çoklu anot teknolojisinin avantajı, daha düşük endüktanslı ESL'dir, bu sayede kapasitörler daha yüksek frekanslar için uygundur.

Tüm polimer tantal kapasitörlerin dezavantajı, manganez dioksit elektrolitli kapasitörlere kıyasla yaklaşık 10 kat daha yüksek olan daha yüksek kaçak akımdır. Polimer SMD Tantal Elektrolitik Kapasitörler, 2,5 V'ta 1000 µF kapasiteli 7,3x4,3x4,3 mm (uzunluk × genişlik × yükseklik) boyuta kadar mevcuttur. -55 ° C ila +125 ° C sıcaklık aralıklarını kapsar. ve 2,5 ila 63 V nominal gerilim değerlerinde mevcuttur.

Yeni tasarımlar - ESR ve ESL'yi düşürür

ESR ve ESL'yi düşürmek, tüm polimer kapasitörler için önemli bir araştırma ve geliştirme hedefi olmaya devam ediyor. Bazı yapıcı önlemlerin, kapasitörlerin elektriksel parametreleri üzerinde de büyük bir etkisi olabilir. Daha küçük ESR değerleri, örneğin bir durumda birkaç geleneksel kapasitör hücresinin paralel bağlanmasıyla elde edilebilir. 60 mΩ ESR'ye sahip üç paralel kapasitörün her biri 20 mΩ'lük bir ESR'ye sahiptir. Bu teknolojiye "çok anotlu" yapı adı verilir ve çok düşük ESR polimer tantal kapasitörlerde kullanılır. Bu yapıda bir durumda altı adede kadar anot bağlanır. Bu tasarım, polimer tantal yonga kapasitörleri ve MnO ₂ elektrolitli daha düşük maliyetli tantal yonga kapasitörleri olarak sunulmaktadır . Çok anotlu polimer tantal kapasitörler, tek haneli miliohm aralığında ESR değerlerine sahiptir.

Diğer bir basit yapıcı önlem, kapasitör olan ESL'nin parazitik endüktansını değiştirir. Kapasitör kasasının içindeki uçların uzunluğu büyük miktarda toplam ESL'ye sahip olduğundan, kapasitörün endüktansı, anot ucunun asimetrik sinterlenmesi ile dahili uçların uzunluğunun azaltılmasıyla azaltılabilir. Bu tekniğe "yüz aşağı" yapı denir. Bu yüz aşağı yapının daha düşük ESL'si nedeniyle kapasitörün rezonansı, daha yüksek anahtarlama frekanslarına sahip dijital devrelerin daha hızlı yük değişikliklerini hesaba katan daha yüksek frekanslara kaydırılır.

Bu yeni tasarım geliştirmelerine sahip polimer tantal yonga kapasitörleri, hem ESR hem de ESL'nin ulaştığı özelliklere ulaşmayı azaltarak MLCC kapasitörlerininkine daha da yaklaştı.

Polimer alüminyum çip kapasitörler

Dikdörtgen polimer Al-kapaklar, bir veya daha fazla katmanlı alüminyum anot folyosuna ve bir iletken polimer elektrolitine sahiptir. Katmanlı anot folyoları bir tarafta birbiriyle temas halindedir, bu blok dielektriği elde etmek için anodik olarak oksitlenir ve blok polimer elektroliti, karşı elektrotu elde etmek için polimerin öncüleriyle emprenye edilir. Polimer tantal kapasitörler için olduğu gibi, bu polimerize blok şimdi iletken polimere iyi bir bağlantı sağlamak için ardışık olarak iletken grafite ve ardından gümüşe daldırılır . Bu katmanlar, kondansatörün katot bağlantısını sağlar. Kapasitif hücre daha sonra genellikle bir sentetik reçine ile kalıplanır.

• Katmanlı anot şeritli bir polimer alüminyum kapasitörün temel yapısı
• 

  Grafit / gümüş katot bağlantılı bir polimer alüminyum kondansatörün katman yapısı

• 

  Dikdörtgen polimer alüminyum çip kapasitörünün temel kesiti

• 

  Dikdörtgen polimer alüminyum çip kapasitör. Dış görünüm, kullanılan dahili anot malzemesine dair hiçbir belirtiye sahip değildir.

Dikdörtgen şekilli polimer Al-çip-e-kapaklardaki katmanlı anot folyoları, elektriksel olarak paralel bağlanmış tek kapasitörlerdir. Böylece, ESR ve ESL değerleri paralel olarak bağlanarak ESR ve ESL'yi buna uygun şekilde azaltır ve daha yüksek frekanslarda çalışmasına izin verir.

Bu dikdörtgen polimer Al-çip-e-kapaklar 7,3x4,3 mm boyutlarında ve 2 ile 4 mm arasında yükseklikte "D" kutusunda mevcuttur. Ta-kapaklara rekabetçi bir alternatif sağlarlar.

Mekanik karşılaştırılabilir polimer Al-çip-e-kapaklar ile polimer Ta-çip-e-kapakların karşılaştırılması, alüminyum oksit ve tantal pentoksitin farklı geçirgenliklerinin, oksit tabakalarındaki farklı güvenlik marjları nedeniyle spesifik kapasite üzerinde çok az etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Polimer Ta-e-kapaklar, nominal gerilimin yaklaşık dört katına karşılık gelen bir oksit tabakası kalınlığı kullanır, polimer Al-e-kapaklar ise nominal gerilimin yaklaşık iki katıdır.

Silindirik (radyal) stil

Sıvı elektrolitlerle sarılmış alüminyum elektrolitik kapasitörler tekniğine dayanan silindirik polimer alüminyum kapasitörler. Anot malzemesi olarak sadece alüminyum ile mevcutturlar.

Dikdörtgen polimer kapasitörlere kıyasla daha büyük kapasitans değerleri için tasarlanmıştır. Tasarımlarından ötürü, belirli bir yüzeye montaj alanında yükseklik olarak değişebilir, böylece daha uzun bir kasa ile montaj yüzeyini arttırmadan daha büyük kapasitans değerleri elde edilebilir. Bu, öncelikle yükseklik sınırı olmayan baskılı devre kartları için kullanışlıdır .

Silindirik polimer alüminyum kapasitörler

Silindirik polimer Al-e-kapaklar iki alüminyum folyodan, bir kazınmış ve oluşturulmuş anottan ve bir ayırıcı ile mekanik olarak ayrılan ve birbirine sarılan bir katot folyodan yapılmıştır. Sargı, katot folyosuna elektriksel olarak bağlanan polimer elektrot katodunu oluşturmak için polimerize iletken polimeri elde etmek için polimer öncülerle emprenye edilir. Sarım daha sonra bir alüminyum kasa içine yerleştirilir ve kauçuk bir conta ile kapatılır. SMD versiyonu için (Dikey çip = V-çip) kasa bir alt plaka ile sağlanır.

• Silindirik polimer alüminyum kapasitörlerin tasarım ilkeleri
• 

  Alüminyum elektrolitik kondansatörün sarılması

• 

  Polimer elektrolitli bir sarılmış polimer alüminyum kapasitörün kapasitif hücresinin enine kesit görünümü

• 

  Radyal kurşunlu (tek uçlu) ve SMD stilinde (V-çip), silindirik metal kutuda sarılmış hücreli silindirik polimer alüminyum kapasitörler

Silindirik polimer Al-e-kapaklar, belirli bir CV değeri için karşılık gelen polimer tantal kapasitörlerden daha ucuzdur (kapasite x nominal voltaj). 3900 µF × 2,5 V CV değeri ile 10 × 13 mm (çap × yükseklik) boyutuna kadar mevcutturlar -55 ° C ila +125 ° C sıcaklık aralıklarını kapsayabilirler ve nominal gerilim değerlerinde mevcutturlar. 2,5 - 200 V sırasıyla 250 V

"Islak" Al-e-kapakların aksine, polimer Al kapasitörlerinin kasalarının alt kısmında bir delik (çentik) yoktur, çünkü kısa devre gaz oluşturmaz ve bu durum kasadaki basıncı artırır. Bu nedenle, önceden belirlenmiş bir kırılma noktası gerekli değildir.

Hibrit polimer alüminyum kapasitörler

Hibrit polimer kapasitörler sadece silindirik tarzda yapıda mevcuttur, bu nedenle radyal (tek uçlu) tasarımda veya SMD versiyonunda (V-çip) bir taban plakası ile yönlendirilen yukarıda açıklanan silindirik polimer Al-e-kapaklara karşılık gelir. Fark polimerin sadece dielektrik Al pürüzlü yapının yüzeyini kaplar yani ₂ O ₃ ve ince tabakalar halinde katot folyonun yüzeyi. Bununla özellikle anot folyosunun küçük gözeneklerindeki yüksek omik parçalar, kapasitörlerin ESR'sini azaltmak için düşük omik hale getirilebilir. Her iki polimer tabakası arasındaki elektrik bağlantısı, ayırıcıyı emprenye eden geleneksel ıslak Al-e-kapaklardaki gibi bir sıvı elektrolite hizmet eder. Katı olmayan elektrolitin ilettiği küçük mesafe, ESR'yi biraz artırır, ancak aslında dramatik bir şekilde değil. Bu yapının avantajı, çalışmakta olan sıvı elektrolitin, herhangi bir küçük kusur varlığında dielektrik tabakanın kendi kendini iyileştirmesi için gerekli olan oksijeni sağlamasıdır.

Küçük bir kusurdan geçen akım seçici ısıtmaya neden olur, bu da normalde üstteki polimer filmi yok eder, kusuru izole eder, ancak iyileştirmez. Hibrit polimer kapasitörlerde sıvı, kusura akabilir, oksijen iletebilir ve yeni oksitler oluşturarak dielektriği iyileştirerek kaçak akımı azaltabilir. Hibrit polimer Al-e-kapaklar, standart polimer Al-e-kapaklardan çok daha düşük bir kaçak akıma sahiptir.

Polimer ailelerin karşılaştırılması

Kriterlerin karşılaştırılması

Polimer elektrolit, iki farklı anot malzemesi, alüminyum ve tantal, farklı tasarımlarla birlikte farklı özelliklere sahip çok sayıda polimer e-kapak ailesine yol açtı. Karşılaştırma için, manganez dioksit elektrolitli tantal elektrolitik kapasitörlerin temel parametreleri de listelenmiştir.

Farklı polimer kapasitör ailelerinin referans değerlerinin karşılaştırılması

Anot malzemesi	Elektrolit	Tarzı	Kapasitans aralığı (µF)	Anma gerilimi (V)	Maks. Alan sayısı çalışma sıcaklığı (° C)
Tantal	Manganez dioksit	dikdörtgen	0.1 ... 1.500	2.5 ... 63	105/125/150/175
	Polimer	dikdörtgen	0.47 ... 3.300	2.5 ... 125	105/125
Alüminyum	Polimer	dikdörtgen	2,2 ... 560	2.0 ... 16	105/125
	Polimer	silindirik (SMD ve radyal)	3,900 ... 3,900	2.0 ... 200	105/125/135
	Hibrit, polimer ve katı olmayan	silindirik (SMD ve radyal)	6.8 ... 1.000	6.3 ... 125	105/125

(Nisan 2015 itibariyle)

Elektriksel parametrelerin karşılaştırılması

Polimer kapasitörlerin elektriksel özellikleri, tutarlı kapasitans, nominal voltaj ve boyutlar kullanılarak en iyi şekilde karşılaştırılabilir. ESR ve dalgalanma akımı değerleri, elektronik ekipmanda polimer kapasitörlerin kullanımı için en önemli parametrelerdir. Kaçak akım önemlidir, çünkü polimer olmayan elektrolitlere sahip e-kapaklardan daha yüksektir. MnO Ta-E-kapaklar ilgili değerler ₂ elektrolit ve ıslak Al-E-başlıkları bulunmaktadır.

Aynı boyuttaki tipler için farklı e-cap ailelerinin ana elektrik parametrelerinin karşılaştırılması

E-cap ailesi elektrolit	Tür 1	Boyutlar 2 W × L × H D × L (mm)	Maks. Alan sayısı ESR 100 kHz, 20 ° C (mΩ)	Maks. Alan sayısı dalgalanma akımı 85/105 ° C (mA)	Maks. Alan sayısı 2 dakika (µA) sonra kaçak akım 3
MnO, 2 -tantalum kondansatörler MnO 2 -elektrolit	Kemet, T494 330/10	7,3 × 4,3 × 4,0	100	1.285	10 (0.01CV)
MnO 2 -tantal kapasitörler Multianode, MnO 2 -Electrolyte	Kemet, T510 330/10	7,3 × 4,3 × 4,0	35	2.500	10 (0.01CV)
Polimer tantal kapasitörler polimer elektrolit	Kemet, T543 330/10	7,3 × 4,3 × 4,0	10	4.900	100 (0.1CV)
Polimer tantal kapasitörler multianode, polimer elektrolit	Kemet, T530 150/10	7,3 × 4,3 × 4,0	5	4.970	100 (0.1CV)
Polimer alüminyum kapasitörler polimer elektrolit	Panasonic, SP-UE 180 / 6.3	7,3 × 4,3 × 4,2	7	3.700	40 (0,04CV)
Polimer alüminyum kapasitörler polimer elektrolit	Kemet, A700 220 / 6.3	7,3 × 4,3 × 4,3	10	4.700	40 (0,04CV)
"Islak" alüminyum kapasitörler, SMD etilen glikol / forax-elektrolit	NIC, NACY, 220/10	6,3x8	300	300	10 (0.01CV)
"Islak" alüminyum kapasitörler, SMD su bazlı elektrolit	NIC, NAZJ, 220/16	6,3 × 8	160	600	10 (0.01CV)
Polimer alüminyum kapasitörler polimer elektrolit	Panasonic, Kıdemli Başkan Yardımcısı 120 / 6.3	6,3 × 6	17	2.780	200 (0.2CV)
Hibrit polimer alüminyum kapasitörler polimer + katı olmayan elektrolit	Panasonic, ZA 100/25	6,3 × 7,7	30	2.000	10 (0.01CV)

¹ Üretici, seri, kapasitans / nominal gerilim.

Dikdörtgen stil (yonga) için ² G × U × Y, silindirik stil için D × L.

³ 100 µF, 10 V kapasitör için hesaplanmıştır.

(Haziran 2015 itibariyle)

Avantajlar ve dezavantajlar

Polimer e-kapakların ıslak Al-e-kapaklara karşı avantajları :

• daha düşük ESR değerleri.
• daha yüksek dalgalanma akımı kapasitesi
• özelliklere bağlı olarak daha düşük sıcaklık
• elektrolit buharlaşmaz, daha uzun servis ömrü
• şort durumunda yanma veya patlama olmaz

Polimer e-kapakların ıslak Al-e-kapaklara karşı dezavantajları :

• daha pahalı
• daha yüksek kaçak akım
• geçici akımlar ve yüksek voltaj yükselmelerinden zarar görebilir

Hibrit polimer Al-e-kapakların avantajları :

• polimer alüminyum e-kapaklardan daha ucuz
• daha düşük kaçak akım
• geçici olaylara karşı dayanılmaz

Hibrit polimer Al-e-kapakların dezavantajı :

• buharlaşma nedeniyle sınırlı hizmet ömrü

Avantajları polimer Ta ve Al-E-başlıkları MLCCs karşı (seramik):

• voltaja bağlı kapasitans yok (tip 1 seramikler hariç)
• mikrofonik yok (tip 1 seramikler hariç)
• daha yüksek kapasitans değerleri mümkün

Elektriksel özellikler

Seri eşdeğer devre

Kondansatörlerin elektriksel özellikleri uluslararası genel şartname IEC 60384-1 ile uyumlu hale getirilmiştir. Bu standartta, kapasitörlerin elektriksel özellikleri, elektrolitik kapasitörlerin tüm omik kayıplarını, kapasitif ve endüktif parametrelerini modelleyen elektrik bileşenlerine sahip idealleştirilmiş bir seri-eşdeğer devre ile açıklanmaktadır:

• C , kapasitörün kapasitansı
• R _ESR , kapasitörün tüm omik kayıplarını özetleyen eşdeğer seri direnç , genellikle "ESR" olarak kısaltılır
• L _ESL , kapasitörün etkin kendi kendine endüktansı olan eşdeğer seri endüktans , genellikle "ESL" olarak kısaltılır.
• R _kaçağı , kapasitörün kaçak akımını temsil eden direnç

Anma kapasitans, standart değerler ve toleranslar

Polimer elektrolitik kapasitörlerin kapasitans değeri, ölçüm frekansı ve sıcaklığa bağlıdır. Katı olmayan elektrolitlere sahip elektrolitik kapasitörler, polimer kapasitörlere göre frekans ve sıcaklık aralıklarında daha geniş bir sapma gösterir.

Polimer Al-e-kapaklar için standartlaştırılmış ölçüm koşulu, 100/120 Hz frekansta ve 20 ° C sıcaklıkta 0,5 V ile bir AC ölçüm yöntemidir. Polimer Ta-e-kapaklar için, nominal gerilimi ≤2,5 V olan tipler için 1,1 ila 1,5 V veya nominal gerilimi> 2,5 V olan tipler için 2,1 ila 2,5 V DC ön gerilim voltajı, kaçınmak için ölçüm sırasında uygulanabilir. ters akım.

1 kHz frekansta ölçülen kapasitans değeri, 100/120 Hz değerinden yaklaşık% 10 daha azdır. Bu nedenle, polimer e-kapakların kapasitans değerleri doğrudan karşılaştırılamaz ve kapasitansı 1 kHz veya daha yüksek olarak ölçülen film kapasitörler veya seramik kapasitörlerinkinden farklıdır .

Bir polimer elektrolitik kapasitörün kapasitansının temel birimi mikrofaraddır (μF). Üreticinin veri sayfalarında belirtilen kapasitans değeri, nominal kapasitans C _R veya nominal kapasitans C _{N olarak adlandırılır} . E serisine karşılık gelen değerlerde IEC 60063'e göre verilmiştir . Bu değerler, üst üste binmeleri önlemek için IEC 60062'ye uygun bir kapasite toleransı ile belirtilir.

E3 serisi	E6 serisi	E12 serisi
10-22-47	10-15-22-33-47-68	10-12-15-18-22-27 33-39-47-56-68-82
kapasitans toleransı ±% 20	kapasitans toleransı ±% 20	kapasitans toleransı ±% 10
harf kodu "M"	harf kodu "M"	harf kodu "K"

Ölçülen gerçek kapasitans değeri, tolerans sınırları içinde olmalıdır.

Anma ve kategori gerilimi

IEC 60384-1'e atfen, polimer e-kapaklar için izin verilen çalışma voltajına "nominal voltaj U _R " denir . Nominal gerilim U _R , nominal sıcaklık aralığı T _R dahilindeki herhangi bir sıcaklıkta sürekli olarak uygulanabilen maksimum DC gerilimi veya tepe darbe gerilimidir .

Elektrolitik kapasitörlerin gerilime dayanıklılığı, artan sıcaklıkla azalır. Bazı uygulamalar için daha yüksek bir sıcaklık aralığı kullanmak önemlidir. Daha yüksek bir sıcaklıkta uygulanan voltajı düşürmek, güvenlik marjlarını korur. Bu nedenle bazı kapasitör tipleri için IEC standardı, daha yüksek bir sıcaklık için "sıcaklık düşürülmüş gerilim", "kategori gerilimi U _C " belirtir . Kategori voltajı, kategori sıcaklık aralığı T _C içinde herhangi bir sıcaklıkta bir kapasitöre sürekli olarak uygulanabilen maksimum DC voltajı veya tepe darbe voltajıdır . Hem voltajlar hem de sıcaklıklar arasındaki ilişki sağdaki resimde verilmiştir.

Belirtilenden daha yüksek bir voltaj uygulamak elektrolitik kapasitörlere zarar verebilir.

Daha düşük bir voltajın uygulanması, polimer elektrolitik kapasitörler üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir. Hibrit polimer Al-e-kapaklar için, bazı durumlarda daha düşük uygulanan voltaj, kullanım ömrünü uzatabilir. Polimer Ta-e-kapaklar için uygulanan voltajın düşürülmesi güvenilirliği artırır ve beklenen arıza oranını azaltır.

Anma ve kategori sıcaklığı

Nominal sıcaklık T _R ve nominal gerilim U _{R ile} daha yüksek kategori sıcaklığı T _C ve indirilmiş kategori gerilimi U _C arasındaki ilişki sağdaki resimde verilmiştir.

Aşırı Gerilim

Polimer e-kapak oksit tabakaları, anma geriliminden daha yüksek bir gerilimde, aşırı gerilim olarak adlandırılan, güvenlik nedenleriyle oluşturulur. Bu nedenle, kısa süreler ve sınırlı sayıda döngü için bir aşırı gerilim uygulanmasına izin verilir.

Aşırı gerilim, sınırlı sayıda döngü için uygulamaları sırasında uygulanabilecek maksimum tepe gerilim değerini gösterir. Aşırı gerilim, IEC 60384-1'de standardize edilmiştir.

Polimer Al-e-kapaklar için aşırı gerilim, nominal gerilimin 1,15 katıdır. Polimer Ta-e-kapaklar için aşırı gerilim, en yakın volta yuvarlanarak nominal voltajın 1,3 katı olabilir.

Polimer kapasitörlere uygulanan aşırı gerilim, kapasitörün arıza oranını etkileyebilir.

Geçici Gerilim

Geçici akımlar hızlı ve yüksek voltaj yükselmeleridir . Polimer elektrolitik kapasitörler, alüminyum ve tantal polimer kapasitörler, geçici gerilimlere veya aşırı gerilimden daha yüksek tepe gerilimlere dayanamaz. Bu tür e-kapaklar için geçici olaylar, bileşenleri tahrip edebilir.

Hibrit polimer Al-e-kapaklar, geçici gerilimlerin frekansı ve enerji içeriği düşükse, yüksek ve kısa süreli geçici gerilimlere aşırı gerilimden daha yüksek nispeten duyarsızdır. Bu yetenek, nominal gerilime ve bileşen boyutuna bağlıdır. Düşük enerjili geçici voltajlar, bir zener diyotuna benzer bir voltaj sınırlamasına yol açar . Tolere edilebilir geçici akımların veya tepe voltajlarının kesin ve genel bir özelliği mümkün değildir. Geçici olayların ortaya çıktığı her durumda, başvuru ayrı ayrı değerlendirilmelidir.

Ters akım

Polimer elektrolitik kapasitörler, tantal ve alüminyum polimer kapasitörler polarize kapasitörlerdir ve genellikle anot elektrot voltajının katot voltajına göre pozitif olmasını gerektirir. Bununla birlikte, kısa anlarda, sınırlı sayıda döngü için tipe bağlı bir ters gerilime dayanabilirler. Polimer elektrolit kondansatörüne uzun süre uygulanan tipe bağlı eşik seviyesinden daha yüksek bir ters voltaj, kısa devreye ve kondansatörün bozulmasına neden olur.

Polarize bir elektrolitiğin bir devreye yanlış bir şekilde takılma olasılığını en aza indirmek için, polaritenin kasa üzerinde çok açık bir şekilde gösterilmesi gerekir, aşağıdaki "Polarite işareti" bölümüne bakın.

Empedans ve ESR

Ayrıca bkz: Elektrolitik kondansatör # Empedans ve Elektrolitik kondansatör # ESR ve dağılım faktörü tan δ

Empedansı olan kompleks oranı bir akım ile gerilim arasında AC devre olarak, eksprese eden AC direnci hem de genlik ve faz belirli bir frekansta. Polimer elektrolit kapasitörlerin veri sayfalarında sadece empedans büyüklüğü | Z | belirtilir ve basitçe "Z" olarak yazılır . IEC 60384-1 standardına göre polimer elektrolitik kapasitörlerin empedans değerleri 100 kHz'de ölçülür ve belirtilir.

Her iki reaktif direncin X _C ve X _L' nin aynı değere ( X _C = X _L ) sahip olduğu özel rezonans durumunda , empedans yalnızca kapasitörün tüm direnç kayıplarını özetleyen eşdeğer seri direnç ESR ile belirlenecektir. . 100 kHz'de empedans ve ESR, µF aralığında kapasitans değerlerine sahip polimer e-kapaklar için neredeyse aynı değere sahiptir. Rezonansın üzerindeki frekanslarda , kondansatörün ESL'si nedeniyle empedans tekrar artar ve kondansatörü bir indüktöre dönüştürür.

Eğrilerde gösterildiği gibi, empedans ve ESR, kullanılan elektrolite büyük ölçüde bağlıdır. Eğriler, "ıslak" Al-e-kapaklar ve MnO ₂ Ta-e-kapaklar, Al / TCNQ ve tantal polimer e-kapakların giderek daha düşük empedans ve ESR değerlerini gösterir . Daha düşük Z ve ESR değerlerine sahip, ancak kapasitansı gerilime bağlı olan bir seramik Sınıf 2 MLCC kapasitörünün eğrisi de gösterilmiştir.

Katı olmayan Al-e-kapaklara göre polimer e-kapakların bir avantajı, düşük sıcaklık bağımlılığı ve ESR'nin belirtilen sıcaklık aralığında neredeyse doğrusal eğrisidir. Bu hem polimer tantal, polimer alüminyum hem de hibrit polimer alüminyum e-kapaklar için geçerlidir.

Empedans ve ESR, kapasitörlerin tasarımına ve malzemelerine de bağlıdır. Dikdörtgen Al-e-kapaklar ile aynı kapasitansa sahip silindirik Al-e-kapaklar, katmanlı elektrotlu dikdörtgen Al-e-kapaklardan daha yüksek endüktansa sahiptir ve bu nedenle daha düşük bir rezonans frekansına sahiptirler. Bu etki, bireysel endüktansların paralel bağlantıları ve "yüz aşağı" tekniği ile azaltıldığı çoklu anot yapısı ile güçlendirilir.

Dalgalanma akımı

Bir "dalgalanma akımı", belirtilen sıcaklık aralığında sürekli çalışma için herhangi bir frekansın üst üste binen AC akımının ve akım eğrisinin herhangi bir dalga biçiminin kök ortalama kare (RMS) değeridir. Bir AC voltajını düzelttikten sonra esas olarak güç kaynaklarında ( anahtarlamalı güç kaynakları dahil) ortaya çıkar ve dekuplaj veya yumuşatma kapasitöründen şarj ve deşarj akımı olarak akar.

Dalgalanma akımları, kapasitör gövdesi içinde ısı üretir. Bu güç kaybı P _L , ESR'den kaynaklanır ve efektif (RMS) dalgalanma akımı I _R'nin karesi değeridir .

${\ displaystyle P_ {L} = I_ {R} ^ {2} \ cdot ESR}$

Ortam sıcaklığına ve diğer harici ısı kaynaklarına ek olarak dahili olarak üretilen bu ısı, ortama karşı Δ T'lik bir sıcaklık farkı ile daha yüksek bir kapasitör vücut sıcaklığına yol açar . Bu ısı, ısı kayıpları olarak dağıtılacak olan P _th kapasitörün yüzeyi üzerine bir termal direnç p ortam sıcaklığına.

${\ displaystyle P_ {th} = \ Delta T \ cdot A \ cdot \ beta}$

Bu ısı ortama termal radyasyon , konveksiyon ve termal iletim yoluyla dağıtılır . Üretilen ve dağıtılan ısı arasındaki net denge olan kapasitörün sıcaklığı, kapasitörün belirtilen maksimum sıcaklığını aşmamalıdır.

Polimer e-kapaklar için dalgalanma akımı, üst nominal sıcaklıkta 100 kHz'de maksimum etkili (RMS) değer olarak belirtilir. Sinüzoidal olmayan dalgalanma akımları analiz edilmeli ve Fourier analizi ile kendi tekil frekanslarına ayrılmalı ve bir RMS değerini hesaplamak için karesel toplama ile özetlenmelidir.

${\ displaystyle I_ {R} = {\ sqrt {{i_ {1}} ^ {2} + {i_ {2}} ^ {2} + {i_ {3}} ^ {2} + {i_ {n} } ^ {2}}}}$

Tipik olarak dalgalanma akımı değeri, türe ve üreticiye bağlı olarak ortama göre 2 ila 6 ° C'lik çekirdek sıcaklık artışı için hesaplanır. Dalgalanma akımı, daha düşük sıcaklıklarda artırılabilir. ESR frekansa bağlı olduğundan ve düşük frekans aralığında yükseldiğinden, dalgalanma akımı daha düşük frekanslarda azaltılmalıdır.

Polimer Ta-e-kapaklarda dalgalanma akımının ürettiği ısı, kapasitörlerin güvenilirliğini etkiler. Sınırın aşılması, kısa devreler ve yanan bileşenlerle feci arızalara neden olabilir.

Dalgalanma akımının ürettiği ısı, katı polimer elektrolitli alüminyum ve tantal elektrolitik kapasitörlerin ömrünü de etkiler.

Dalgalanma akımı ısısı, üç polimer e-kapak türünün ömürlerini etkiler.

Akım dalgalanması, tepe veya darbe akımı

Polimer tantal elektrolitik kapasitörler tepe veya darbe akımlarına duyarlıdır. Örneğin yüksek endüktif devrelerde dalgalanma, tepe noktası veya darbe akımlarına maruz kalan polimer Ta-e-kapaklar, bir voltaj düşüşü gerektirir. Kapasitörün maruz kaldığı tepe akımı düşürdüğü için, mümkünse voltaj profili bir rampa açması olmalıdır.

Hibrit polimer Al-e-kapaklar akım dalgalanması, tepe veya darbe akımları üzerinde herhangi bir kısıtlamaya sahip değildir. Bununla birlikte, özetlenen akımlar, belirtilen dalgalanma akımını aşmamalıdır.

Kaçak akım

DC kaçak akımı (DCL) diğer geleneksel kapasitörler yok elektrolitik kapasitörler için benzersiz bir karakteristiktir. Bu ise DC doğru polarite bir DC voltaj uygulandığında akımın. Bu akım, e-kapakların seri eşdeğer devresindeki kapasitör ile paralel olarak direnç R _{sızıntısı} ile temsil edilir . Katı polimer kapasitörler için DCL'nin ana nedenleri, lehimlemeden sonra elektriksel dielektrik bozulma noktaları, safsızlıklar veya zayıf anodizasyon nedeniyle istenmeyen iletken yollar ve nem yolları veya katot nedeniyle aşırı MnO ₂ nedeniyle dielektriğin dikdörtgen tiplerde baypas edilmesidir. iletkenler (karbon, gümüş).

Veri sayfası kaçak akım spesifikasyonu, nominal kapasitans değeri C _R ile nominal gerilim U _R değerinin çarpılmasıyla verilir , 2 veya 5 dakika sonra ölçülen ek bir rakam, örneğin katı olmayan Al-e-kapaklar için bir formül :

${\ displaystyle I _ {\ mathrm {Leak}} = 0 {.} 01 \, \ mathrm {{A} \ over {V \ cdot F}} \ cdot U _ {\ mathrm {R}} \ cdot C _ {\ mathrm {R}} +3 \, \ mathrm {\ mu A}}$

Katı polimer e-kapaklardaki kaçak akım genellikle çok hızlı düşer, ancak daha sonra ulaşılan seviyede kalır. Değer, uygulanan gerilime, sıcaklığa, ölçüm süresine ve kasa sızdırmazlık koşullarının neden olduğu nemin etkisine bağlıdır.

Polimer e-kapaklar nispeten yüksek kaçak akım değerlerine sahiptir. Bu kaçak akım, yeni oksit üretme anlamında "iyileşme" ile azaltılamaz, çünkü normal koşullar altında polimer elektrolitler, şekillendirme işlemleri için oksijen sağlayamaz. Dielektrik katmandaki kusurların tavlanması, yalnızca yerel aşırı ısınma ve polimer buharlaşması yoluyla gerçekleştirilebilir. Polimer elektrolit kapasitörler için kaçak akım değerleri , üreticiye ve seriye bağlı olarak 0,2 C _R U _R ile 0,04 C _R U _{R arasındadır} . Bu nedenle, polimer kapasitörler için kaçak akım değeri "ıslak" Al-e-kapaklar ve MnO ₂ Ta-e-kapaklardan daha yüksektir .

Katı polimer Al-e-kapakların mevcut dezavantajının bu daha yüksek sızıntısı, hibrit Al-e-kapaklar ile önlenir. Sıvı elektrolitleri, oksit kusurlarının düzeltilmesi için gerekli olan oksijeni sağlar, böylece hibritler ıslak Al-e-kapaklarla aynı değerleri elde eder.

Dielektrik absorpsiyon (ıslatma)

Dielektrik absorpsiyon, uzun süre şarjlı kalan bir kapasitör kısa bir süre deşarj edildiğinde yalnızca eksik olarak boşaldığında meydana gelir. İdeal bir kapasitör deşarjdan sonra sıfır volta ulaşsa da, gerçek kapasitörler zaman gecikmeli dipol deşarjından küçük bir voltaj geliştirir, bu aynı zamanda dielektrik gevşeme , "ıslatma" veya "batarya eylemi" olarak da adlandırılan bir olaydır .

Polimer tantal ve alüminyum elektrolitik kapasitörler için dielektrik absorpsiyon için rakamlar mevcut değildir.

Güvenilirlik ve ömür

Güvenilirlik (başarısızlık oranı)

Güvenilirliği bir bileşenin, bu bileşeni, bir zaman aralığı içinde, onun işlevi güvenilir gösteren bir özelliktir. Stokastik bir sürece tabidir ve nitel ve nicel olarak tanımlanabilir, ancak doğrudan ölçülebilir değildir. Elektrolitik kapasitörlerin güvenilirliği, dayanıklılık testlerine eşlik eden üretimdeki arıza oranının belirlenmesiyle ampirik olarak belirlenir . Güvenilirlik normalde bir küvet eğrisi olarak gösterilir ve üç bölüme ayrılır: erken arızalar veya bebek ölümleri, sürekli rastgele arızalar ve yıpranma arızaları. Bir arıza oranında toplanan arızalar, kısa devre, açık devre ve bozulma arızalarıdır (elektrik parametrelerinin aşılması). Polimer Ta-e-kapaklar için arıza oranı, polimer Al-e-kapaklar için gerekli olmayan devre serisi rezistöründen de etkilenir.

Arıza olmadan büyük miktarlarda parçanın üretimini sağlamak için bugün gerekli olan çok düşük seviye aralığındaki arıza oranlarını doğrulamak için milyarlarca test birimi saatine ihtiyaç vardır. Bu, uzun bir süre boyunca test edilen yaklaşık bir milyon birim gerektirir, bu da büyük bir personel ve önemli bir finansman anlamına gelir. Test edilen başarısızlık oranları, genellikle büyük kullanıcılardan gelen geri bildirimlerle tamamlanır (alan başarısızlık oranı), bu çoğunlukla başarısızlık oranı tahminlerini düşürür

Tarihsel nedenlerden dolayı, Ta-e-caps ve Al-e-caps’lerin başarısızlık oranı birimleri farklıdır. Al-E-başlıkları için güvenilirlik tahmini genel olarak ifade edilir başarısızlık oranı X birimi, F ailures I , n , T ime ( FIT 40 ° C ve 0.5 U Standart çalışma koşullarında) _R, sabit rasgele hataların döneminde. Bu, standartta bir milyar ( ¹⁰⁹ ) bileşen-saatlik çalışmada beklenebilecek arıza sayısıdır (örneğin, 1 milyon saat için 1000 bileşen veya 1000 saat için 1 milyon bileşen, yani 1 ppm / 1000 saat) çalışma koşulları. Bu başarısızlık oranı modeli, dolaylı olarak, başarısızlıkların rastgele olduğunu varsayar. Bireysel bileşenler rastgele zamanlarda ancak tahmin edilebilir bir oranda başarısız olur. FIT karşılıklı değeri M EAN T ime B etween F ailures (MTBF).

Ta-e-kapaklar için arıza oranı "F _Ta " 85 ° C, U = U _R ve 0.1 Ω / V devre direncinde "1000 saat başına% n arıza" birimi ile belirtilir . Bu, “FIT” modeline kıyasla çok daha zorlu çalışma koşullarında 1000 saatlik çalışmada beklenebilecek arıza yüzdesidir. Arıza oranları "λ" ve "F _Ta ", sıcaklık, uygulanan voltaj ve nem, şoklar veya titreşimler gibi çeşitli çevresel faktörler ve kapasitörün kapasitans değeri gibi çalışma koşullarına bağlıdır. Başarısızlık oranları, sıcaklık ve uygulanan voltajın artan bir fonksiyonudur.

Katı Ta-e-kapaklar ve "ıslak" Al-e-kapaklar arıza oranları, endüstriyel veya askeri bağlamlar için standartlaştırılmış hızlandırma faktörleri ile yeniden hesaplanabilir. İkincisi endüstride kurulmuştur ve genellikle endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Bununla birlikte, polimer Ta-e-kapaklar ve polimer Al-e-kapaklar için 2016 itibariyle hiçbir hızlandırma faktörü yayınlanmamıştır. Tantal kapasitör arıza oranı F _Ta'dan arıza oranına λ yeniden hesaplama örneği, bu nedenle yalnızca şu şekilde verilebilir: standart kapasitörlerin karşılaştırılması. Misal:

85 ° C'de ve U = U _R'de bir başarısızlık oranı F _Ta =% 0.1 / 1000 saat , 40 ° C'de ve U = 0,5  U _R'de bir başarısızlık oranı λ olarak yeniden hesaplanacaktır .

MIL-HDBK 217F'nin aşağıdaki hızlanma faktörleri kullanılır:

F _U = gerilim hızlandırma faktörü, U = 0,5  U _R için F _U = 0,1

F _T = sıcaklık hızlanma faktörü, T = 40 ° C için F _T = 0.1

F _R = R _V serisi direnci için hızlanma faktörü , aynı değerde = 1

Takip eder

λ = F _Ta x F _U x F _T x F _R

λ = (0.001 / 1000 h) × 0.1 × 0.1 × 1 = 0.00001 / 1000 h = 1 • 10 ⁻⁹ / h = 1 FIT

2015 itibariyle, polimer tantal ve polimer alüminyum kapasitörler için yayınlanan arıza oranı rakamları 0,5 ila 20 FIT aralığındadır. Hesaplanan ömür içindeki bu güvenilirlik seviyeleri diğer elektronik bileşenlerle karşılaştırılabilir ve normal koşullar altında onlarca yıldır güvenli çalışma sağlar.

Ömür, hizmet ömrü

Yaşam süresi , hizmet ömrü elektrolitik kapasitörler, yük altında kullanım süresi ya da kullanım ömrü olan sıvı elektrolit zaman yıpranma arızalara yol üzerinde buharlaşabilir katı olmayan elektrolitik kapasitörler özel bir niteliği vardır. MnO ₂ elektrolitli katı tantal kapasitörlerin yıpranma mekanizması yoktur, bu nedenle tüm kapasitörlerin başarısız olduğu noktaya kadar sabit arıza oranı en azdır. Katı olmayan Al-e-kapaklar gibi ömür boyu özellikleri yoktur.

Bununla birlikte, polimer tantal ve polimer alüminyum elektrolitik kapasitörlerin bir ömür süresi spesifikasyonu vardır. Polimer elektrolit, iletken polimerin termal bozunma mekanizmasıyla küçük bir iletkenlik bozulmasına sahiptir. Elektrik iletkenliği, yaşlanmanın iletken polimer taneciklerinin büzülmesine bağlı olduğu granüler metal tipi bir yapı ile uyumlu olarak, zamanın bir fonksiyonu olarak azalır.

Kondansatörlerin işlevselliğinin süresi (kullanım ömrü, yük ömrü, hizmet ömrü), üst kategori sıcaklığında anma gerilimi ile IEC 60384-24 / -25 / -26'ya göre bir zaman hızlandırıcı dayanıklılık testi ile test edilir . Testi geçmek için test koşulları

• kısa devre veya açık devre yok
• kapasitansın% 20'den az azaltılması
• ESR, empedans veya kayıp faktörünün 2 faktöründen daha az artması

Polimer kapasitör bozulması arızaları için belirtilen sınırlar, katı olmayan Al-e-kapaklardan çok daha yakındır. Bu, polimer e-kapakların yaşam süresi davranışının ıslak Al-e-kapaklara göre çok daha kararlı olduğu anlamına gelir.

Polimer kapasitörlerin ömür özellikleri, katı olmayan Al-e-kapaklara benzer terimlerle, maksimum voltaj ve sıcaklıkta saat cinsinden bir süre ile belirtilmiştir, örneğin: 2000saat / 105 ° C. Bu değer, "20 derece kuralı" adı verilen bir formülle münferit koşullarda bir operasyonel yaşam süresi tahmini için kullanılabilir:

${\ displaystyle L_ {x} = L _ {\ text {Spec}} \ cdot 10 ^ {\ frac {T_ {0} -T_ {A}} {20}}}$

• L _x = tahmin edilecek yaşam süresi
• L _Spec = belirtilen yaşam süresi (kullanım ömrü, yük ömrü, hizmet ömrü)
• T ₀ = üst kategori sıcaklığı (° C)
• T _A = e-kapak kasasının sıcaklığı (° C) veya kapasitörün yakınındaki ortam sıcaklığı

Bu kural, termik polimer reaksiyon hızının belirtilen bozunma sınırları içindeki değişimini karakterize eder. Bu formüle göre, 65 ° C'de çalıştırılan 2000 h / 105 ° C polimer kapasitörün teorik olarak beklenen hizmet ömrü, yaklaşık 200.000 saat veya yaklaşık 20 yıl ile hesaplanabilir (daha iyi tahmin edilebilir).

Hibrit polimer Al-e-kapaklar için 20 derece kuralı geçerli değildir. Bu polimer hibrit e-kapakların beklenen ömrü, 10 derece kuralı kullanılarak hesaplanabilir . Yukarıdaki koşullar için, sıvı elektrolitli e-kapaklar 32.000 saat veya yaklaşık 3.7 yıllık bir kullanım ömrü bekleyebilir.

Hata modları, kendi kendini iyileştirme mekanizması ve uygulama kuralları

Alan kristalleşmesi

Polimer kapasitörler, tantal ve alüminyum, çok düşük arıza oranlarına sahip diğer elektronik bileşenlerle aynı yüksek seviyede güvenilirdir. Bununla birlikte, polimer tantal dahil tüm tantal elektrolitik kapasitörler, "alan kristalizasyonu" adı verilen benzersiz bir arıza moduna sahiptir.

Alan kristalleşmesi, katı tantal kapasitörlerin bozunmasının ve yıkıcı arızalarının ana nedenidir. Günümüzün nadir görülen arızalarının% 90'ından fazlası, bu arıza modu nedeniyle kısa devre veya artan kaçak akımdan kaynaklanmaktadır.

Tantal elektrolitik kapasitörün son derece ince oksit filmi olan dielektrik tabaka, amorf bir yapı olarak oluşturulmalıdır. Amorf yapının kristalize bir yapıya dönüştürülmesi iletkenliği bildirildiğine göre 1.000 kat artırır ve ayrıca oksit hacmini artırır.

Alan kristalizasyonunu takiben bir dielektrik bozulma , düşük empedans devrelerinde nano amper büyüklüğünden amper büyüklüğüne birkaç milisaniye içinde kaçak akımda ani bir artışla karakterize edilir. Artan akım akışı, bir "çığ etkisi" olarak hızlandırılabilir ve metal / oksit yoluyla hızla yayılabilir. Bu, oksit üzerindeki oldukça küçük, yanmış alanlardan topağın geniş alanlarını kaplayan zikzak yanık şeritlere veya metalin tamamen oksitlenmesine kadar değişen çeşitli derecelerde tahribata neden olabilir. Akım kaynağı sınırsız ise, bir alan kristalleşmesi bir kapasitör kısa devresine neden olabilir . Bununla birlikte, mevcut kaynak katı MnO ₂ Ta-e-kapaklarla sınırlıysa, MnO _2'yi yalıtkan Mn ₂ O _3'e oksitleyen bir kendi kendini iyileştirme süreci gerçekleşir.

Polimer Ta-e-kapaklarda yanma bir risk değildir. Bununla birlikte, alan kristalleşmesi meydana gelebilir. Bu durumda, polimer tabakası seçici olarak ısıtılır ve artan kaçak akımla yakılır, böylece hatalı nokta izole edilir. Polimer malzeme oksijen sağlamadığı için kaçak akım hızlanamaz. Bununla birlikte, hatalı alan artık kapasitörlerin kapasitansına katkıda bulunmaz.

Kendi kendini iyileştirme

Polimer Al-e-kapaklar, polimer Ta-e-kapaklar ile aynı kendi kendini iyileştirme mekanizmasını sergiler. Oksitteki zayıf noktalara voltaj uygulandıktan sonra, lokalize daha yüksek bir kaçak akım yolu oluşur. Bu, polimerin lokal olarak ısınmasına yol açar; böylece polimer ya oksitlenir ve oldukça dirençli hale gelir - ya da buharlaşır. Ayrıca, hibrit polimer Al-e-kapaklar bu kendi kendini iyileştirme mekanizmasını gösterir. Bununla birlikte, sıvı elektrolit hatalı noktaya akabilir ve yeni dielektrik oksit oluşturmak için oksijen verebilir. Hibrit polimer kapasitörler için nispeten düşük kaçak akım değerlerinin nedeni budur.

Uygulama kuralları

Pek çok farklı tipte polimer elektrolitik kapasitör, elektriksel uzun vadeli davranışta, içsel arıza modlarında ve kendi kendini iyileştirme mekanizmalarında farklılıklar gösterir. Kaydetme işlemini sağlamak için, üreticiler tip davranışına yönelik farklı uygulama kuralları önermektedir, aşağıdaki tabloya bakınız:

Uzun vadeli elektrik davranışı, arıza modları, kendi kendini iyileştirme mekanizması ve farklı elektrolitik kapasitör türlerinin uygulama kuralları

Elektrolitik kapasitörler tipi	Uzun vadeli elektriksel davranış	Başarısızlık modları	Kendi kendini iyileştirme mekanizması	Uygulama kuralları
"Islak" AL-e-kapaklar	Zamanla kurur , kapasitans düşer, ESR artar	Belirlenebilir benzersiz yok	Gerilim uygulanarak oluşan yeni oksit	Kullanım ömrü hesaplama 10 ° C kuralı
Polimer Al-e-kapaklar	İletkenliğin bozulması, ESR artar	Belirlenebilir benzersiz yok	Oksidasyon veya elektrolit buharlaşması ile dielektrik arıza izolasyonu	Kullanım ömrü hesaplama 20 ° C kuralı
MnO 2 Ta-e-kapaklar	Kararlı	Alan kristalleşmesi	Akım sınırlıysa , elektrolit MnO 2'nin yalıtkan MnO 2 O 3'e oksitlenmesiyle dielektrikteki arızaların termal olarak indüklenen yalıtımı	Voltaj değer kaybı% 50 Seri direnç 3 Ω / V
Polimer Ta-e-kapaklar	İletkenliğin bozulması, ESR artar	Alan kristalleşmesi	Oksidasyon veya elektrolit buharlaşması ile dielektrik arıza izolasyonu	% 20 voltaj düşüşü
Hibrit polimer Al-e-kapaklar	İletkenliğin bozulması, zamanla kuruma, kapasitans azalır, ESR artar	Belirlenebilir benzersiz yok	Gerilim uygulanarak oluşan yeni oksit	Kullanım ömrü hesaplama 10 ° C kuralı

Ek bilgiler

Kondansatör sembolü

Elektrolitik kapasitör sembolleri

Elektrolitik kondansatör	Elektrolitik kondansatör	Elektrolitik kondansatör

Polarite işareti

Polimer elektrolitik kapasitörler için polarite işareti

Dikdörtgen polimer kapasitörler, tantal ve alüminyum, anot ( artı ) tarafında bir polarite işaretine sahiptir .	Silindirik polimer kapasitörler , katot ( eksi ) tarafında bir polarite işaretine sahiptir .

Baskılı işaretler

Yeterli alan verilen polimer elektrolitik kapasitörler, belirtmek için kodlanmış işaretlere sahiptir.

• üreticinin adı veya ticari markası;
• üreticinin tip tanımı;
• polarite
• anma kapasitans;
• nominal kapasitans toleransı
• anma gerilimi
• iklim kategorisi veya nominal sıcaklık;
• üretim yılı ve ayı (veya haftası);

Çok küçük kapasitörler için işaretleme yapmak mümkün değildir.

İşaretlerin kodu üreticiye göre değişir.

Standardizasyon

Elektronik bileşenler ve ilgili teknolojiler standardizasyonu , kar amacı gütmeyen , hükümet dışı bir uluslararası standartlar kuruluşu olan Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) tarafından verilen kuralları izler .

Elektronik ekipmanda kullanılan kapasitörler için özelliklerin tanımı ve test yöntemlerinin prosedürü Genel şartnamede belirtilmiştir :

• IEC / EN 60384-1 - Elektronik ekipmanda kullanım için sabit kapasitörler

Standartlaştırılmış tipler olarak onay için elektronik ekipmanda kullanılmak üzere polimer tantal ve polimer alüminyum elektrolitik kapasitörler tarafından karşılanması gereken testler ve gereksinimler aşağıdaki bölüm şartnamelerinde belirtilmiştir :

• IEC / EN 60384-24— İletken polimer katı elektrolitle yüzeye monte sabit tantal elektrolitik kapasitörler
• IEC / EN 60384-25— İletken polimer katı elektrolitle yüzeye monte sabit alüminyum elektrolitik kapasitörler
• IEC / EN 60384-26— İletken polimer katı elektrolitli sabit alüminyum elektrolitik kapasitörler

Teknolojik rekabet

Polimer elektrolitik kapasitörlerin ESR ve ESL özellikleri, MLCC kapasitörlerinkine yakınsıyor. Tersine, Sınıf 2-MLCC kapasitörlerinin spesifik kapasitansı tantal yonga kapasitörlerininkine yaklaşıyor. Bununla birlikte, bu artan karşılaştırılabilirliğin yanı sıra, belirli kapasitör türlerinin lehine veya aleyhine tartışmalar vardır. Pek çok kondansatör üreticisi, teknolojilerinin bu önemli argümanlarını sunumlarda ve makalelerde rekabete karşı oluşturur, f. e .:

• MLCC'ye karşı Al-Polymer e-kapaklar: Panasonic
• Polimer ve "ıslak" e-kapağa karşı MLCC: Murata
• "Islak" e-kapaklara karşı Al-Polymer e-kapaklar: NCC, NIC
• Standart katı Ta-MnO ₂ e-kapaklara karşı Ta-Polimer e-kapaklar: Kemet

Üreticiler ve ürünler

Polimer elektrolitik kapasitörlerin dünya çapında faaliyet gösteren üreticileri ve bunların tür spektrumu

Üretici firma	Polimer Tantal kapasitörler	Polimer Alüminyum kapasitörler
	dikdörtgen SMD	dikdörtgen SMD	silindirik kurşunlu SMD, V-Chip	silindirik Hibrit
AVX	X	-	-	-
CapXon	-	-	X	-
CDE Cornell Dubilier	X	-	-	X
Chinsan, (Elit)	-	-	X	-
Elna	-	-	X	-
Illinois	-	X	X	-
Jianghai	-	-	X	-
KEMET	X	X	X	-
Lelon	-	-	X	-
Matsuo	X	X	-	-
Murata	-	X	-	-
Nippon Chemi-Con	-	-	X	X
NIC	X	-	X	X
Nichicon	-	X	X	-
Panasonic	X	X	X	X
PolyCap	-	-	X
ROHM	X	-	-	-
Rubycon	-	X	-	-
Samsung	X	-	-	-
Samwha	-	-	-	X
Sun Elektronik (Suncon)	-	-	-	X
Teapo / Luxon	-	-	X	-
Vishay	X	-	-	-
Würth Elektronik eiSos	-	X	X	-
Yageo	-	-	X

Temmuz 2016 itibariyle

Ayrıca bakınız

• Alüminyum elektrolitik kondansatör
• Elektrolitik kondansatör
• Niyobyum kapasitör
• SAL elektrolitik kondansatör
• Tantal kapasitör
• Kondansatör türleri

Referanslar

Dış bağlantılar