聚合物铝电解电容器什么是聚合物铝电解电容器?

在个人电脑等电子设备的主板上,我们经常会看到如图1所示的6种电容器。它们是钽电解电容器(二氧化锰型、聚合物型)、铝电解电容器(罐型/电解液、罐型/聚合物、贴片型)、MLCC等。

电容器还有很多其他类型,例如薄膜电容器和铌电容器等,但这次将对村田制作所也参与生产的铝电解电容器(聚合物铝电解电容器)进行说明。

EMICON, EMICON-FUN !, Murata Manufacturing, Capacitor, Polymer Capacitor,ECAS series 图1 主要的电容器

什么是铝电解电容器?

铝电解电容器是使用氧化铝膜作为介质的极性电容器。
也会被根据电解质是液体还是固体而分类。

< 结构 >

・阳极部、阴极部
两种都是铝箔
 阳极
99.9%或更高纯度的导体(铝)
 阴极
让液体或固体的电解质与介质紧贴后的物质
・介质
表面带氧化膜的物质(铝:Al₂O₃)

电容器的电容随着“电极面积的增加”、“介质的相对介电常数的增加”、“电极间距离的减小”而增加。

铝是一种具有整流作用的特别金属,被称为阀金属。其他具有阀金属性能的金属有钽和铌。通过阳极氧化在铝表面形成的介质氧化膜(Al₂O₃)的相对介电常数约为7~10,并不比其他电容器中使用的介质高,但它通过电解蚀刻铝表面使表面积扩大了约350倍,形成多孔结构,从而实现了大容量电容器。此外,电容器的耐电压(额定电压)取决于介质的厚度。另一方面,介质越厚,则静电容量越小。铝的特点是每1V的介质厚度很薄,约为1.3nm。因此,适合设计耐高电压且容量大的电容器。

图2-1 电容器的一般公式
陶瓷
(MLCC)
电介质 氧化铝
Al₂O₃
氧化钽
Ta₂O₅
钛酸钡
BaTiO₃
介电常数 7~10 24 2,000~4,000
电极形状 多孔质蚀刻 多孔质烧结粉末 扁平烧结粉末
扩大倍率 最大350倍 最大250倍 ≒1
每1V的电介质厚度 1.3nm 1.6nm 60~100nm

表2-1 各种电容器的电介质的特征

铝电解电容器还被根据电解质是“液体”还是“固体”来分类。电解液为“液体”的铝电解电容器只有能将液体电解液(电解液)气密密封起来的罐型,具有容量大、耐压高的特点。
另一方面,采用“固体”电解质的铝电解电容器因为是固体(导电聚合物)而不需要气密密封,所以不仅有罐型,而且有树脂成型表面贴装型,具有容量大、产品高度低的特点。此外,由于是固体电解质,所以不存在挥发的风险,因此具有比液体电解质寿命更长的特点。

  • 图2-2 液体电解质铝电解电容器
  • 图2-3 固体电解质铝电解电容器

什么是聚合物电容器?

聚合物电容器是一种电解电容器,其阴极使用聚合物(也称为高分子)。
钽电解电容器和铝电解电容器也是如此,但铝电解电容器的阳极使用“铝箔”,阴极使用聚合物。
另一方面,聚合物型钽电解电容器使用“金属钽”作为阳极,使用聚合物作为阴极。
图3-1显示了聚合物铝电解电容器的模式图。

EMICON, EMICON-FUN !, Murata Manufacturing, Capacitor, Polymer Capacitor,ECAS series 图3-1 聚合物铝电解电容器的模式

传统的电解电容器使用液体电解质(电解液)或二氧化锰作为阴极。如果用聚合物代替它们用于阴极形成“导电性聚合物”,则可以实现1.低ESR、2.稳定的温度特性、3.提高安全性以及4.长寿命。(关于1.低ESR,请参照图1及图3-2)

此外,如果是电解电容器,则电介质的种类基本根据用于阳极的阀金属种类决定,而电介质的种类又决定了介电常数、DC偏压特性和啸叫特性。通过这样将多种类型的材料进行组合,阳极、阴极及电介质可以获得各种各样的特性。由于每种材料都有其优点和缺点,因此电子设备设计人员在设计电路时必须正确地分别使用它们。

图3-2 各种电解质材料的导电性代表示例

关于村田制作所的导电聚合物铝电解电容器(ECAS系列)

村田公司的聚合物铝电解电容器(ECAS系列)具有低ESR、低阻抗、大容量的特点。 此外,静电容量具有无直流偏置特性,温度特性也十分稳定,在博文吸收、平滑和瞬态响应方面具有极佳的性能。

因此,十分适合用于平滑各种电路的输入输出电流,并可以作为备用装置在CPU周边设备的负载发生变化时使用。 这将有助于减少元件数量、减小电路板的空间。