鉭電容
鉭電容是電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品，是1956年由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制成功的，它的性能優(yōu)異。鉭電容器外形多種多樣，并制成適于表面貼裝的小型和片型元件。鉭電容器不僅在軍事通訊，航天等領(lǐng)域應(yīng)用，而且鉭電容的應(yīng)用范圍還在向工業(yè)控制，影視設(shè)備、通訊儀表等產(chǎn)品中大量使用。
鉭電容命名方式
各國電容器的型號(hào)命名很不統(tǒng)一，國產(chǎn)電容器的命名由四部分組成：
第一部分：用字母表示名稱，電容器為C。
第二部分：用字母表示材料。
第三部分：用數(shù)字表示分類。
第四部分：用數(shù)字表示序號(hào)
鉭電容的作用是什么
鉭電容是由稀有金屬鉭加工而成，先把鉭磨成微細(xì)粉，再與其它的介質(zhì)一同經(jīng)燒結(jié)而成。鉭電容因?yàn)榻饘巽g的固有特性，具有穩(wěn)定性好、不隨環(huán)境的變化而改變、能做到容值很大等特點(diǎn)，在某些方面具有陶瓷電容不可比較的一些特性，因而在許多無法使用陶瓷電容的電路上鉭電容被廣泛選用。
隨著鉭電容在市場的應(yīng)用越來越廣泛，型號(hào)和供貨量的增加，價(jià)格的下跌，如今許多行業(yè)都在用鉭電容替代鋁電解電容。當(dāng)然鉭電容也有本身的缺陷，比如耐壓不夠高，大大限制了鉭電容的用途區(qū)域。就拿音響電路來說吧，音響電路中通常包含濾波、耦合、旁路、分頻等電容，如何在電路中更有效地選擇使用電容器對音響音質(zhì)的改進(jìn)具有較大的影響。音響電路中的耦合電容絕大一部分就是用的鉭電容。
鉭電容自動(dòng)化程度高，精度也高，在運(yùn)輸途中不像插件式那樣容易受損，但是貼片工藝安裝需要波峰焊工藝處理，電容經(jīng)過高溫之后可能會(huì)影響性能，尤其是陰極采用電解液的電容，經(jīng)過高溫后電解液可能會(huì)干枯，插件工藝的安裝成本低，因此在同樣成本下，電容本身的性能可以更好一些。
貼片鉭電容作用主要是清除由芯片自身產(chǎn)生的各種高頻信號(hào)對其他芯片的串?dāng)_，從而讓各個(gè)芯片模塊能夠不受干擾的正常工作，在高頻電子振蕩線路中，貼片式電容與晶體振蕩器等元件一起組成振蕩電路，給各種電路提供所需的時(shí)鐘頻率。
它被應(yīng)用于小容量的低頻濾波電路中，貼片鉭電容與陶瓷電容相比，其表面均有電容容量和耐壓標(biāo)識(shí)，其表面顏色通常有黃色和黑色兩種，譬如100-16即表示容量100μF，耐壓16V，貼片式鋁電解電容擁有比貼片式鉭電容更大的容量，其多見于顯卡上，容量在300μF~1500μF之間，貼片鉭電容主要是滿足電流低頻的濾波和穩(wěn)壓作用，直立電容和貼片電容的區(qū)別 無論是插件還是貼片式的安裝工藝，電容本身都是直立于PCB的，根本的區(qū)別方式是貼片工藝安裝的電容，有黑色的橡膠底座。
鉭電容的標(biāo)識(shí)方法及正負(fù)極判斷
鉭電容的標(biāo)識(shí)方法及正負(fù)極判斷如下：
鉭電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
鉭電容內(nèi)部等效電路
鉭電容標(biāo)識(shí)方法
(1)直標(biāo)法：用字母和數(shù)字把型號(hào)、規(guī)格直接標(biāo)在外殼上。
(2)文字符號(hào)法：用數(shù)字、文字符號(hào)有規(guī)律的組合來表示容量。文字符號(hào)表示其電容量的單位：P、N、u、m、F等。和電阻的表示方法相同。標(biāo)稱允許偏差也和電阻的表示方法相同。小于10pF的電容，其允許偏差用字母代替：B——±0.1pF，C——±0.2pF，D——±0.5pF，F(xiàn)——±1pF。
(3)色標(biāo)法：和電阻的表示方法相同，單位一般為pF。小型電解電容器的耐壓也有用色標(biāo)法的，位置靠近正極引出線的根部，所表示的意義如下表所示：
顏色 黑 棕 紅 橙 黃 綠 藍(lán) 紫 灰
耐壓 4V 6.3V 10V 16V 25V 32V 40V 50V 63V
(4)進(jìn)口電容器的標(biāo)識(shí)方法：進(jìn)口電容器一般有6項(xiàng)組成。
第一項(xiàng)：用字母表示類別：
第二項(xiàng)：用兩位數(shù)字表示其外形、結(jié)構(gòu)、封裝方式、引線開始及與軸的關(guān)系。
第三項(xiàng)：溫度補(bǔ)償型電容器的溫度特性，有用字母的，也有用顏色的，其意義如下表所示：
序號(hào) 字母 顏色 溫度系數(shù) 允許偏差 字母 顏色 溫度系數(shù) 允許偏差
1 A 金 +100 R 黃 -220
2 B 灰 +30 S 綠 -330
11 P 橙 -150 YN -800~-5800
備注：溫度系數(shù)的單位10e -6/℃;允許偏差是% 。
第四項(xiàng)：用數(shù)字和字母表示耐壓，字母代表有效數(shù)值，數(shù)字代表被乘數(shù)的10的冪。
第五項(xiàng)：標(biāo)稱容量，用三位數(shù)字表示，前兩位為有效數(shù)值，第三為是10的冪。當(dāng)有小數(shù)時(shí)，用R或P表示。普通電容器的單位是pF，電解電容器的單位是uF。
第六項(xiàng)：允許偏差。用一個(gè)字母表示，意義和國產(chǎn)電容器的相同。也有用色標(biāo)法的，意義和國產(chǎn)電容器的標(biāo)志方法相同。
進(jìn)口的，以477 A71N13為例，后邊六位分別與上述六項(xiàng)對應(yīng)。
鉭電容正負(fù)極性
鉭電容的極性，對于貼片鉭電容來說，有一條橫線的那一端是鉭電容的正極，而另一端就是鉭電容的負(fù)極。
對于有引線管腳的鉭電容來說，長腿的一端是鉭電容的正極，短腿的一端是負(fù)極。
在焊接電容時(shí)，不能將鉭電容的正負(fù)極接反，否則就無法起到作用，甚至引起可怕的后果：輕則電容被燒焦;重則引起電容爆炸。所以安裝鉭電容的時(shí)候，一定要小心謹(jǐn)慎。
如下列圖像所示：
鉭電容優(yōu)缺點(diǎn)
（一）缺點(diǎn)
容量較小、價(jià)格也比鋁電容貴，而且耐電壓及電流能力較弱。它被應(yīng)用于大容量濾波的地方，像CPU插槽附近就看到鉭電容的身影，多同陶瓷電容，電解電容配合使用或是應(yīng)用于電壓、電流不大的地方。
（二）優(yōu)點(diǎn)
鉭電容全稱是鉭電解電容，也屬于電解電容的一種，使用金屬鉭做介質(zhì)，不像普通電解電容那樣使用電解液，鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙繞制，本身幾乎沒有電感，但這也限制了它的容量。
此外，由于鉭電容內(nèi)部沒有電解液，很適合在高溫下工作。 這種獨(dú)特自愈性能，保證了其長壽命和可靠性的優(yōu)勢。
固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨(dú)特的特征：鉭電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。此層氧化膜介質(zhì)與組成電容器的一端極結(jié)合成一個(gè)整體，不能單獨(dú)存在。因此單位體積內(nèi)具有非常高的工作電場強(qiáng)度，所具有的電容量特別大，即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。
鉭電容的最新發(fā)展設(shè)計(jì)進(jìn)步
制造商提供種類廣泛的鉭電容產(chǎn)品系列，它們針對各種具體特征進(jìn)行優(yōu)化，并瞄準(zhǔn)不同的應(yīng)用和細(xì)分市場。這些不同的產(chǎn)品系列提供的優(yōu)化包括更低的ESR、更小的尺寸、高可靠性(面向軍用、汽車和醫(yī)療應(yīng)用)、更小的直流漏電流、更低的ESL和更高的工作溫度。本文側(cè)重其中兩個(gè)領(lǐng)域：更低的ESR和更小的尺寸。
1、更低的ESR – 為實(shí)現(xiàn)最低ESR而優(yōu)化，這些器件在脈沖或交流應(yīng)用中提供更高的效率，在高噪聲環(huán)境中提供更出色的濾波性能。
2、更小的尺寸 – 結(jié)合高CV鉭粉的使用和高效率封裝，這些器件以緊湊尺寸提供高容值，適用空間緊張的應(yīng)用，如智能手機(jī)、平板電腦和其他手持式消費(fèi)電子設(shè)備。
1、低ESR鉭電容
減小ESR一直是鉭電容設(shè)計(jì)的重要研究領(lǐng)域之一。鉭粉的選擇和生產(chǎn)期間涂敷陰極材料時(shí)所用的工藝對ESR有顯著影響。但是，對于給定的額定值(容值、電壓、尺寸)，這些因素主要為設(shè)計(jì)約束并在目前的最先進(jìn)器件上得到基本解決。使ESR減小的兩個(gè)最主要因素是：陰極材料用導(dǎo)電聚合物替代MnO2，引線框架材料從鐵鎳合金改為銅(Cu)。
傳統(tǒng)鉭電容的ESR主要源于陰極材料MnO2。如圖1所示，MnO2的導(dǎo)電率約為0.1S/cm。相比之下，導(dǎo)電聚合物(如聚3,4-乙烯二氧噻吩)的導(dǎo)電率在100S/cm范圍內(nèi)。導(dǎo)電率的這一增加直接轉(zhuǎn)換為ESR的顯著減小。
在圖2中，不同額定值下的ESR-頻率曲線顯示了鉭電容器采用聚合物陰極系統(tǒng)的優(yōu)勢。通過直接比較MnO2和聚合物設(shè)計(jì)在A外殼 6.3 V / 47 μF額定值條件下的ESR-頻率曲線，可以看出在100 kHz頻率下聚合物設(shè)計(jì)使ESR的減小幅度多達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖1 不同材料的導(dǎo)電率
圖2 不同額定值下的ESR-頻率曲線
引線框架材料是改用導(dǎo)電率更高的材料后可改善ESR的另一個(gè)領(lǐng)域。如圖3中的電容橫截面所示，引線框架提供從內(nèi)部電容器元件到封裝外部的電連接。
圖3 電容橫截面
鐵鎳合金(如Alloy 42)一直是引線框架材料傳統(tǒng)選擇。這些合金的優(yōu)點(diǎn)包括低熱膨脹系數(shù)(CTE)、低成本和制造中的易用性。銅引線框架材料加工方面的改進(jìn)使其能夠用于鉭電容設(shè)計(jì)。由于導(dǎo)電率是Alloy 42的100倍，銅的使用對ESR有重要影響。例如，采用A外殼(EIA 3216)和傳統(tǒng)引線框架的Vishay 100μF/6.3V T55聚合物鉭電容在100kHz和25°C條件下提供70mΩ的最大ESR。通過改為銅引線框架，最大ESR可減小到40mΩ。
2、緊湊鉭電容
改善鉭電容設(shè)計(jì)體積效率(容值密度)的兩個(gè)主要因素是鉭粉的演變和封裝的改進(jìn)。
電容設(shè)計(jì)中使用的鉭粉的質(zhì)量因數(shù)是：(容值?電壓)/質(zhì)量，簡寫為CV/g。大規(guī)模生產(chǎn)中使用的鉭粉的演變?nèi)鐖D4所示。CV/g的這些增加與更小的顆粒尺寸和粉末純度改善有關(guān)。在電容設(shè)計(jì)中使用這些材料本身就是一個(gè)復(fù)雜的研究領(lǐng)域，需要大量研發(fā)投資。
圖4 大規(guī)模生產(chǎn)中使用的鉭粉的演變
使鉭電容設(shè)計(jì)尺寸減小的另一個(gè)重要因素是超高效封裝技術(shù)的發(fā)展。業(yè)內(nèi)使用的最常見封裝技術(shù)是引線框架設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)具有非常高的制造效率，從而可以降低成本和提高產(chǎn)能。對于不受制于空間的應(yīng)用，這些器件仍然是可行的解決方案。
圖5 不同封裝技術(shù)的體積效率
但是，在主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是增加密度的許多電子系統(tǒng)中，能夠減小元件尺寸是一個(gè)重要優(yōu)勢。在此方面，制造商在封裝技術(shù)上已經(jīng)取得了若干進(jìn)展。如圖5所示，與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)相比，無引線框架設(shè)計(jì)可改善體積效率。通過減小提供外部連接所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸，這些器件可利用該額外可用空間來增加電容元件的尺寸，從而增加容值和/或電壓。
在最新一代封裝技術(shù)中，Vishay擁有專利的多陣列封裝(MAP)結(jié)構(gòu)通過使用位于封裝末端的金屬化層來提供外部連接使體積效率進(jìn)一步改善。該結(jié)構(gòu)通過完全消除內(nèi)部陽極連接使電容元件尺寸在可用體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大化。為進(jìn)一步說明體積效率的改善，請看圖6。從圖中可以明顯看出電容元件的體積增加了60%以上。這一增加可用于優(yōu)化器件，以增加容值和/或電壓、減小DCL以及提高可靠性。
圖6 Vishay擁有專利的多陣列封裝結(jié)構(gòu)
Vishay MAP結(jié)構(gòu)的另一個(gè)好處是減小ESL。MAP結(jié)構(gòu)可通過消除環(huán)包的機(jī)械引線框架顯著減小既有電流回路的尺寸。通過使電流回路最小化，可顯著減小ESL。如圖7所示，與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)相比，這一減小可達(dá)到30%之多。ESL的減小對應(yīng)于自諧振頻率的增加，這可擴(kuò)大電容的工作頻率范圍。
圖7 Vishay的MAP結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)性能對比
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