Bevezetés a polimer kondenzátorokhoz

Fallout 4 Végigjátszás w/ Süti 179. Rész - MILA Küldetés: Elvégezve (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

A polimer jelentős előnyöket kínál a tantálnál

A kondenzátor egy látszólag egyszerű eszköz, mely két elektróda lemezből áll, amelyek dielektromos réteggel vannak elválasztva. A kondenzátorokat gyakran a dielektromos rétegben használt anyagok, például kerámia vagy film formájában nevezik el. Ezek az elnevezések az egyik elektróda lemezek, pl. Alumínium vagy tantál formájában is megnevezhetők. A "polimer kondenzátorok" néven ismert típus egy polarizált kondenzátor katódlemezére utal. A szerves vezetőképes polimert, a polietilén-dioxi-tiofént (más néven PEDOT) a kondenzátorokba vezették az 1990-es évek végén. Ez egy izgalmas alternatíva a hagyományos mangán-dioxid (MnO 2 ), amelyet a tantál kondenzátorokban használnak.

1. ábra: SMT tantál keresztmetszet.

A polimer és az MnO 2 tantál közötti különbség

Az egyetlen fizikai különbség a polimer és az MnO 2 tantál kondenzátor között az alkalmazott katód anyag. Az 1. ábra egy tantál csip keresztmetszetét mutatja. Az anód "pellet" ugyanaz a katód anyag esetében. Ez a pellet egy sor lépcsőben van kialakítva. Először a tantálrészecskék csoportját szinterezzük együtt, hogy egyetlen szerkezetet képezzünk az anódelektróda lemez előállításához. Ezután a pelletet elektrolitba mártjuk, ahol feszültséget alkalmazunk, lehetővé téve a tantál-pentoxid (Ta 2 O 5 ) dielektromos rétegének növekedését.

Ezen a ponton vagy egy MnO2 katódréteget vagy polimert lehet a dielektromos szerkezet felett termeszteni. Végül a pellet egy vezető kerethez van kötve és epoxigyártott. Bár ez ugyanazokat a kondenzátorokat eredményezi, a belső struktúrák eltérőek.

2. ábra: A tantál-MnO2 SEM értéke .

A 2. ábra egy tényleges tantál-MnO 2 pellet keresztmetszetét mutatja. Ez a kép rávilágít arra, hogy a kemény anyagok a tantál és a mangán-dioxid körül visznek a viszonylag finom anyagú Ta 2 O 5-öt . A 3. ábra hasonló keresztmetszetet mutat a polimer-tantál pellet esetében.

3. ábra: Polimer-tantál pellet keresztmetszete.

Polimer előnyei

Számos előnye van a polimer használatának, mint például a sokkal alacsonyabb ESR, a fokozott megbízhatóság, a jóindulatú meghibásodási módok, a csökkentett feszültségcsökkenés és az alacsonyabb költségek.

A PEDOT műszakilag félvezetőnek minősül; azonban az MnO2-hoz viszonyítva erősen vezetőképes. A PEDOT vezetőképessége 100-1000 S / cm, míg az MnO 2 1 és 10 S / cm között van. A tényleges komponenseknél ez kisebb nagyságrenddel kisebb ESR-t jelenthet. A 4. ábra az MnO 2 és a polimer tantál közötti különbséget mutatja. Ebben az esetben az anódpellet azonos; az egyetlen különbség a katódréteg.

4. ábra: ESR összehasonlítás a tantálra és a polimerre.

Hőmérsékletváltozás esetén a polimer katód nagyon kevés változást mutat a vezetőképesség (vagy ellenállás) tekintetében a hagyományos katód anyagokkal összehasonlítva. Sem a tantál-Mn02, sem a polimer-tantál kondenzátorok nem tartalmaznak kopásgátlót, mivel konstrukcióik nem tartalmaznak elektrolitot. Olyan szilárd állapotú struktúrák, amelyek a HAST analízis alapján évszázadok vagy ezer évek névleges élettartamával rendelkeznek. A polimer-tantál esetében a legmegfelelőbb a "bekapcsolási" teljesítményük az MnO 2- hez képest. A tantálkondenzátor valószínűleg meghibásodik, amikor a feszültséget először alkalmazzák. Amikor egy tantál kondenzátor átáramló forrasztási folyamaton megy keresztül, a Tantalum, a Ta 2 O 5 és a katód anyaga közötti CTE-eltérések a finom Ta 2 O 5-re stresszt okoznak, ami bizonyos mértékig károsítja.

A hagyományos MnO 2 nagyobb kárt okoz a dielektromos rétegben, mint a vezető polimer. Ez polimer felhasználásakor robusztusabb összetevőt eredményez. Ezenkívül, ha hibás rövidzárlat áll fenn, a polimer nem gyullad.

B meghibásodások regisztrálása

A tantál gyulladás okozta tűzveszélyre vonatkozó tapasztalatai ténylegesen az MnO 2-hez kapcsolódnak, amelyet katódként használnak, nem pedig a tantálra vagy annak oxidjára. Amikor a polimert katódként használják, nincs lehetőség a kondenzátor meggyulladására.

Ha a Ta 2 O 5- ben a szivárgási hely elegendő áramot biztosít, akkor a katódrétegben lokalizált hő keletkezik. Ha a hőmérséklet 400 ° C fölött van, akkor az MnO 2 Mn 2O3-ra változik, ami nem vezet. Azonban ez a folyamat egy korlátozott oxigénatomot is létrehoz. Olyan helyzetekben, ahol a jelenlegi korlátozott, ez a folyamat valóban meggyógyítja vagy bizonyítja a szivárgási helyet, ezáltal erősebbé teszi az összetevőt. Olyan helyzetekben, ahol az áram nincs korlátozva, olyan hő keletkezhet olyan gyorsan, hogy exoterm reakció kezdődik, amelyet ez a határtalan oxigénatom táplál. Ha hő és oxigén van, akkor tüzet kapsz.

Hasonló polimerizációs folyamatot jelent a polimer-tantál. Az egyedülálló előny az, hogy amikor a polimer felmelegszik, oxidálja a polimer láncokat. Ez az anyagot nem vezetőképessé teszi. A polimer gyógyulási folyamatának előnye, hogy nem áll rendelkezésre szabad oxigén. Továbbá, mivel jelentősen vezetőképesebb, kevésbé melegszik, ami csökkenti a gyulladási képességet is.

Kevesebb feszültségcsökkenés

Amint említettük, amikor ezek a részek átmennek a reflow kemencében, gyengeségek képződnek a dielektromos rétegben. Ezek a gyengeségek okozzák, hogy a szivárgási áram átáramlik a dielektromos rétegen, és hozzájárul a tantál kondenzátorok "bekapcsolásához".

Az MnO 2-ben okozott kár nagyobb, mint a polimer. Ezért az MnO 2 alapú tantálokat általában 50% -os feszültségcsökkenéssel kell használni. Miközben a 10 V-nak megfelelő vagy azzal egyenlő polimerek 10% -ot igényelnek, és a 10 V feletti névleges polimerre 20% -os leértékelésre van szükség. Érdekes, hogy még a 20% -os feszültségcsökkenés mellett is a polimerek még alacsonyabb bekapcsolási hibaarányt mutatnak, mint a hasonló MnO 2, 50% -os leértékeléssel.

Polimer kompromisszumok

Számos kompromisszum van figyelembe véve, amikor egy polimer-tantált választunk egy alkalmazáshoz. A vezetőképes polimernek határa van a működési hőmérsékletére. Miközben egyes polimer kondenzátorok 125 ° C-ra vannak besorolva, a legtöbb esetben 85 ° C vagy 105 ° C-os alkalmazásokra van korlátozva. Az anyag korlátozása miatt nem valószínű, hogy ez a felső határ jelentősen megnő a közeljövőben.

Miközben a polimer alapú kondenzátorok képesek öngyógyulni, magas vezetőképességük kevésbé lokalizált fűtést jelent. Kevésbé lokalizált fűtés esetén kevésbé lesz öngyógyító vagy ellenálló képesség a katódrétegről. Ez nagyobb szivárgási áramokat eredményez. Például egy MnO2-konstrukció 1 nA szivárgási árammal 1 μA szivárgási árammal rendelkezhet, ha helyette polimer katódot használnak.

A vezetőképes polimer alkalmazása során több gyártási lépés van. Ez arra a következtetésre vezethetne, hogy ezek a kondenzátorok mindig drágábbak lesznek. Mivel ezeket a kondenzátorokat gyakran kapcsolják tápegységekben, figyelembe kell venni a kapcsolási frekvenciát.

MnO 2 -talátum, szemben a polimer-tantál kapcsolási példával.

Az 5. ábra egy MnO 2 és a polimer tantál frekvenciaválaszát mutatja különböző hőmérsékleteken.

5. ábra: Tantál és polimer tantál esetében a kapacitás vs. frekvencia.

Szobahőmérsékleten (25 ° C) az MnO 2 (standard) tantál 10 kHz-en múlja el a kapacitást, miközben a polimer tantál 200 kHz-nél nagyobb kapacitást biztosít. Ez mindkét kondenzátorral azonos feszültséggel, ugyanolyan kapacitással és ugyanazon házmérettel rendelkezik. Ha azonban többféle standard tantál használatban van, akkor lehet, hogy egyetlen polimerrel helyettesíthető. Még ha a darabonkénti ár is magasabb lehet, akkor a teljes megoldási ár alacsonyabb lehet. A feszültség, a kapacitás és a méret mellett a termelési volumen szerepet játszik a kondenzátor árában is. Minden évben kevesebb MnO 2 tantál keletkezik, míg a polimer tantál termelés nő. Ez a kettő együttesen potenciálisan semleges kompromisszumot eredményez, vagy néha költségmegtakarítást eredményez.

BY JAMES LEWIS, a technológiai és alkalmazási szakemberek vezetője, a KEMET Electronics, www.kemet.com