聚合物電容器

聚合物電容器1前言查看電腦等電子設(shè)備的主機(jī)板的話，最常看見的是如圖1的6種類型的電容器。鉭電解電容器（二氧化錳型、高分子型），鋁電解電容器（罐狀/電解液、罐狀/高分子、貼片型），MLCC等。電容器中還有其他的薄膜電容器和鈮電容器等很多種類，本次將說明村田制作所擅長(zhǎng)的聚合物電容器。100L迅C蕓100L迅C蕓-S山遐電解電客器｛二氧） ■電解電窖器魁電電容欝1:高分子型）蚩伏/電解瘟）BW1—q!沁AS答鋁電解電容器MLCCG°容器2何為聚合物電容器?

聚合物電容器是指不論鉭電解電容器還是鋁電解電容器它們?cè)陉帢O的部分都使用了導(dǎo)電性聚合物的電解電容器。高分子型的鋁電解電容器在陽極的部分貼了鋁膜，而在陰極使用了導(dǎo)電性聚合物。高分子型的鉭電解電容器在陽極的部分貼了鉭金屬，而在陰極使用了導(dǎo)電性聚合物。導(dǎo)電性聚合物鋁電解電容器的模式圖如圖2所示。圖圖2圖圖2導(dǎo)電性聚合物鋁電解電容器的模式常規(guī)型的電解電容器陰極使用的是電解液、二氧化錳。如果把他們用導(dǎo)電性聚合物替代的話，能夠降低ESR,能夠使溫度特性穩(wěn)定，更加提高了安全性，并且延長(zhǎng)使用壽命。參考圖1就能明白，聚合物電容器比常規(guī)型電解電容器的ESR更低。此外，如果是電解電容器的話其陽極使用的閥金屬的種類基本上決定了電介質(zhì)的種類，因此也決定了介電常數(shù)、DC偏置特性以及嘯叫特性等。這樣的話,將陽極、陰極和電介質(zhì)用很多種類的材料組合起來就能得到各種各樣的特性。這里既有我們擅長(zhǎng)的也有薄弱的領(lǐng)域，電子設(shè)備設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候也是區(qū)分開來的。3關(guān)于ECAS系列

鋁電解電容器根據(jù)陰極材料和構(gòu)造來區(qū)分大概可以分為3種類型，村田的鋁電解電容器是全固體的多層型聚合物鋁電解電容器（ECAS系列）（參考圖3）。其他的罐狀的纏繞型中，也有在陰極部分使用了電解液和聚合物的產(chǎn)品。ECAS系列的特征是除了在陰極中使用了導(dǎo)電率較高的導(dǎo)電性聚合物，還通過疊加多層鋁元素將電解電容器中的ESR控制得較低。此外，能夠很大程度獲得靜電容量，并且由于沒有DC偏置特性，在施加直流電壓時(shí)實(shí)際使用時(shí)靜電容量穩(wěn)定。如此，低ESR、大容量且容量穩(wěn)定就是ECAS系列的超大特征了。導(dǎo)電性聚合物撾裝材料外部電扱氧化鋁膜（+J外部電扱7導(dǎo)電性聚合物撾裝材料外部電扱氧化鋁膜（+J外部電扱7■碳漿■銀漿圖3ECAS系列的構(gòu)造例4ECAS系列的主要應(yīng)用電容器在電路上的主要用途之一是穩(wěn)定電源線的電壓使之平穩(wěn)。電子設(shè)備越是多功能化，CPU等的電源線對(duì)電壓控制的要求就越高。為了使電壓線穩(wěn)定，大靜電容量有時(shí)是必不可少的。因此，目前為止出現(xiàn)了將多數(shù)MLCC并聯(lián)的提案，但是也有提案說通過和ECAS組合，某些時(shí)候可以控制元件個(gè)數(shù)和成本。村田制作所通過將ECAS系列追加到MLCC的產(chǎn)品陣容中，提出了至今為止最廣泛的提案。圖4是CPU和FPGA的電源線的簡(jiǎn)單的電路圖。

ECAS系列的低ESR、低阻抗、穩(wěn)定的靜電容量的特征，最適用于負(fù)載電流變動(dòng)激烈的CPU等各種電源線的平滑用途中（波紋吸收和瞬態(tài)響應(yīng)）?；旧蠋缀跏歉鶰LCC組合起來使用，ECAS系列特別能夠發(fā)揮其控制電壓變動(dòng)（高速backup）的作用?？刂齐妷鹤儎?dòng)的用途中常常使用高分子型的鉭電解電容器、高分子型的鋁電解電容器（罐狀），ECAS系列比起其他的ESR更低，通過取得ESR和靜電容量之間的平衡，最適用于控制電壓變動(dòng)的用途。這樣的ECAS系列經(jīng)常被用于PC（筆記本PC，server，主機(jī)板，復(fù)合機(jī)等），數(shù)碼AV設(shè)備（液晶電視，游戲機(jī)，機(jī)頂盒等）。在設(shè)計(jì)這些電子設(shè)備時(shí)請(qǐng)一定要考慮ECAS系列的產(chǎn)品。數(shù)據(jù)比較圖1是各電容器的特性比較表。傳統(tǒng)的有些使用了電解液的鋁電解電容器（罐狀）或者使用了二氧化錳的鉭電解電容器是相對(duì)而言比較便宜，但是在頻率特性、溫度特性、使用壽命和可靠性方面來說要劣于聚合物電容器。鄙公司的多層型聚合物鋁電解電容器ECAS系列和其他的高分子型相比，雖然產(chǎn)品陣容相對(duì)較少，但是有卓越的頻率特性。容誼范圍尺寸趣特性豈流電壓mai鋁??XXXX?△X嚴(yán)合物〔鷲｝ 、OQXoo0△o鑒削缸編｝?AAAQ0?△oOOCxXo?△XOOOo0??oM電增數(shù)毎列GOoo□oAX?圖1電容器的特性比較我們將圖1所示的6種型號(hào)的電容器的特性做一個(gè)比較。本回將紅框框出部分的特性做一個(gè)比較。評(píng)價(jià)系統(tǒng)統(tǒng)一使用的是6.3V/100uF°（刊登的數(shù)據(jù)只作為例子之一，請(qǐng)作為參考值使用。）圖2是阻抗特性和ESR的頻率特性的比較數(shù)據(jù)。一般來說電容器的ESR和阻抗越低，實(shí)際電路中的平滑特性和瞬態(tài)響應(yīng)特性就越好。MLCC的ESR和阻抗都是最低的，其次是多層型聚合物鋁電解電容器（ECAS系列）、其他的聚合物電容器，鉭電解電容器（二氧化錳型），鋁電解（液狀）。MLCC的電解質(zhì)的鈦酸鋇和電極是多層的，在等價(jià)電路上一層一層的并聯(lián)連接，因此能夠使ESR很低。ECAS也不像MLCC，因?yàn)橛卸鄬拥匿X元素，所以能使ESR變低。其他的電容器基本上只有一個(gè)電容器元素，因此ESR值都相對(duì)較高。

IIII*jT0<ESR>IIO.QG11000—TfiiCapfMnO玄呷32IIII*jT0<ESR>IIO.QG11000—TfiiCapfMnO玄呷32門OOlF 一AJCap(liquid)Mi.3x5.BdOOuF1{Kj—Pi&lyirerTaCBPi'352BrnxxF一FiolvmrMcapfHW阿味—PclyinerAi口p]如■歸，斜O(jiān)OuF 侃口臉1曲[如=『es-0,001 0,01 0,1 1 10 100 10WFrequency[MHz]illmmiPi^npffECA^eQ.Q1QJ1Ifl1OT10OTFre<|iuencry[MHz]1finn <Impedance*IUUUi n n~ :~nn—TaC^mMhOlJWKlSj'HMuF —沖十卻少馭襯呻.鬻5.時(shí)100裁ran—FOivnwrTacao-'isz&iirotF■內(nèi)?nwrAl佃風(fēng)師厲刖iqgufE—氏iiynw『也Cap桝獰5弼報(bào)址fMLCC^e/ifiMuFO.1fl圖2阻抗和ESR的頻率特性接下來，圖3將通過紋波電流來表示電容器的發(fā)熱特性。溫度上升越困難說明電容器的特性越優(yōu)良。發(fā)熱的程度相對(duì)的也是ESR和電容器的體積引起的，過熱的話會(huì)對(duì)可靠性和使用壽命產(chǎn)生影響。比如說，溫度上升10°C的話，比較能有多少電流流出的話，ESR較低的MLCC流出的紋波電流肯定是最多的。接下來是多層型聚合物鋁電解電容器（ECAS系列），其他的聚合物電容器，鋁電解（液狀），鉭電解電容器（二氧化錳型）。因?yàn)橐话銇碚fMLCC的發(fā)熱量很小，因此不太會(huì)被作為規(guī)范來保證，包括聚合物電容器在內(nèi)的電解電容器是無法避免這種影響的，因此一般會(huì)對(duì)每個(gè)種類都有規(guī)定。D1o&fjp百￡HVMLCC/J216J10&UF>aLEn4EUadlLJa—Nkr" 1一一-D1o&fjp百￡HVMLCC/J216J10&UF>aLEn4EUadlLJa—Nkr" 1一一-3.5AwPcIyrrwfAl匚ap(Hy7343^CiOliFa1 2J* 5Ripplecurrent[Arms]PthlymHrAICap(V)/<p5. .9/1OOwF>2. □ 4 &flRipptecurrent[Anns]1EO-map-asy&l=EJ?duJWJ.RippleCUntnt(ArmS]0.8A—100kHz—SOQkH^—B1EO-map-asy&l=EJ?duJWJ.RippleCUntnt(ArmS]0.8A—100kHz—SOQkH^—B 1RjpptecunertlfArmS]圖3根據(jù)紋波電流看電容器的發(fā)熱特性關(guān)于MLCC的紋波電流的思索請(qǐng)參考以下鏈接。接下來，圖4所示是靜電容量的溫度特性。全固體的聚合物電容器，二氧化錳型鉭電解電容器即使是溫度變化時(shí)靜電容量也并不會(huì)發(fā)生太大變化，常規(guī)鋁電解電容器使用的是電解液，因此在低溫下很難出現(xiàn)靜電容量。MLCC也會(huì)因?yàn)槭褂玫碾娊橘|(zhì)的種類不同而導(dǎo)致溫度特性有差異，有靜電容量的溫度依存性。ECAS的溫度特性很穩(wěn)定，因此無須太過擔(dān)心使用環(huán)境，請(qǐng)放心使用。（實(shí)際使用時(shí)含有自發(fā)熱的電容器的表面溫度請(qǐng)控制在超高使用溫度105°C以下。）一e-Bue上OPolyrnflrAtCap(H)/734加OOuF><PolymerTaC3p/352a/1U0uF>vPDlyrrerAI 甲5.0x5,MEuF=<TaCap(MnO2)/6032/1OftjF><MLCC/32lfi?l(MkF>-SJ-5Cl-4fl-MJ-3M00IQafWMWWHJWMJTempsrature[d?g.C]wAlCap(Ht一e-Bue上OPolyrnflrAtCap(H)/734加OOuF><PolymerTaC3p/352a/1U0uF>vPDlyrrerAI 甲5.0x5,MEuF=<TaCap(MnO2)/6032/1OftjF><MLCC/32lfi?l(MkF>-SJ-5Cl-4fl-MJ-3M00IQafWMWWHJWMJTempsrature[d?g.C]wAlCap(Ht；kibV<p6ix5,ef1MuF>TemperaturH[-dag.C]圖4靜電容量的溫度特性MLCC的溫度特性請(qǐng)參考以下鏈接。最后，圖5所示的是DC偏置特性的比較。包含了聚合物電容器在內(nèi)的電解電容器會(huì)由于施加電壓也不會(huì)對(duì)介電常數(shù)產(chǎn)生變化，因此施加電壓時(shí)容量也不會(huì)發(fā)生變化。即使施加額定電壓靜電容量也不會(huì)發(fā)生變化，這是電解電容器的優(yōu)勢(shì)。MLCC使用的電介質(zhì)也會(huì)有所區(qū)別，特別是使用高介電常數(shù)的電解質(zhì)時(shí)，會(huì)因?yàn)槭┘又绷麟妷憾菀讓?dǎo)致產(chǎn)生構(gòu)造變形，因此靜電容量的DC偏置依賴趨向于變高。但是最近我們開發(fā)了一種靜電容量不易發(fā)生變化的MLCC。<DCBess>DCBiasM￡<DCBess>DCBiasM￡Strutts圖5各電容器的DC偏置特性MLCC的靜電容量會(huì)由于施加DC偏置而改變的規(guī)律之詳細(xì)說明請(qǐng)點(diǎn)擊以下鏈接。結(jié)語這里介紹的特性比較只是其中一部分，各電容器中都有我們擅長(zhǎng)和薄弱的領(lǐng)域，實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)除了這些特性以外，還必須考慮成本、尺寸等各種各樣的因素，選擇非常適合的電容器。單純的只是因?yàn)榭沼嗫臻g大，只需要靜電容量的情況下我們推薦您一般的鋁電解電容器。靜電容量和ESR都十分重要的情況下推薦您使用聚合物電容器。而對(duì)尺寸有限制的情況下，大能量的MLCC是最理想的，即使是您需要的是在電壓異常的情況下也很強(qiáng)大的電容器，高耐壓、能承受逆電壓的MLCC是當(dāng)仁不讓的。ECAS系列的ESR較低，靜電容量相對(duì)較大并且穩(wěn)定，特別適合廣泛使用在CPU和FPGA