鉭電容
鉭電容是電容器中體積小而又能達到較大電容量的產(chǎn)品，是1956年由美國貝爾實驗室首先研制成功的，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，航天等領域應用，而且鉭電容的應用范圍還在向工業(yè)控制，影視設備、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
鉭電容的作用是什么
鉭電容是由稀有金屬鉭加工而成，先把鉭磨成微細粉，再與其它的介質(zhì)一同經(jīng)燒結而成。鉭電容因為金屬鉭的固有特性，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，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用越來越廣泛，型號和供貨量的增加，價格的下跌，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。
鉭電容自動化程度高，精度也高，在運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)生的各種高頻信號對其他芯片的串擾，從而讓各個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鐘頻率。
它被應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識，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。
鉭電容的標識方法及正負極判斷
鉭電容的標識方法及正負極判斷如下：
鉭電容內(nèi)部結構圖
鉭電容內(nèi)部等效電路
鉭電容標識方法
(1)直標法：用字母和數(shù)字把型號、規(guī)格直接標在外殼上。
(2)文字符號法：用數(shù)字、文字符號有規(guī)律的組合來表示容量。文字符號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 紫 灰
耐壓 4V 6.3V 10V 16V 25V 32V 40V 50V 63V
(4)進口電容器的標識方法：進口電容器一般有6項組成。
第一項：用字母表示類別：
第二項：用兩位數(shù)字表示其外形、結構、封裝方式、引線開始及與軸的關系。
第三項：溫度補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 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：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：標稱容量，用三位數(shù)字表示，前兩位為有效數(shù)值，第三為是10的冪。當有小數(shù)時，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：允許偏差。用一個字母表示，意義和國產(chǎn)電容器的相同。也有用色標法的，意義和國產(chǎn)電容器的標志方法相同。
進口的，以477 A71N13為例，后邊六位分別與上述六項對應。
鉭電容正負極性
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，短腿的一端是負極。
在焊接電容時，不能將鉭電容的正負極接反，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候，一定要小心謹慎。
如下列圖像所示：
鉭電容優(yōu)缺點
（一）缺點
容量較小、價格也比鋁電容貴，而且耐電壓及電流能力較弱。它被應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用于電壓、電流不大的地方。
（二）優(yōu)點
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合成一個整體，不能單獨存在。因此單位體積內(nèi)具有非常高的工作電場強度，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)展設計進步
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行優(yōu)化，并瞄準不同的應用和細分市場。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)療應用)、更小的直流漏電流、更低的ESL和更高的工作溫度。本文側重其中兩個領域：更低的ESR和更小的尺寸。
1、更低的ESR – 為實現(xiàn)最低ESR而優(yōu)化，這些器件在脈沖或交流應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，適用空間緊張的應用，如智能手機、平板電腦和其他手持式消費電子設備。
1、低ESR鉭電容
減小ESR一直是鉭電容設計的重要研究領域之一。鉭粉的選擇和生產(chǎn)期間涂敷陰極材料時所用的工藝對ESR有顯著影響。但是，對于給定的額定值(容值、電壓、尺寸)，這些因素主要為設計約束并在目前的最先進器件上得到基本解決。使ESR減小的兩個最主要因素是：陰極材料用導電聚合物替代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的導電率約為0.1S/cm。相比之下，導電聚合物(如聚3,4-乙烯二氧噻吩)的導電率在100S/cm范圍內(nèi)。導電率的這一增加直接轉換為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和聚合物設計在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頻率下聚合物設計使ESR的減小幅度多達一個數(shù)量級。
圖1 不同材料的導電率
圖2 不同額定值下的ESR-頻率曲線
引線框架材料是改用導電率更高的材料后可改善ESR的另一個領域。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使其能夠用于鉭電容設計。由于導電率是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
改善鉭電容設計體積效率(容值密度)的兩個主要因素是鉭粉的演變和封裝的改進。
電容設計中使用的鉭粉的質(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。在電容設計中使用這些材料本身就是一個復雜的研究領域，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
使鉭電容設計尺寸減小的另一個重要因素是超高效封裝技術的發(fā)展。業(yè)內(nèi)使用的最常見封裝技術是引線框架設計。這種結構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用，這些器件仍然是可行的解決方案。
圖5 不同封裝技術的體積效率
但是，在主要設計標準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重要優(yōu)勢。在此方面，制造商在封裝技術上已經(jīng)取得了若干進展。如圖5所示，與標準引線框架結構相比，無引線框架設計可改善體積效率。通過減小提供外部連接所需的機械結構的尺寸，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中，Vishay擁有專利的多陣列封裝(MAP)結構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一步改善。該結構通過完全消除內(nèi)部陽極連接使電容元件尺寸在可用體積范圍內(nèi)實現(xiàn)最大化。為進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構
Vishay MAP結構的另一個好處是減小ESL。MAP結構可通過消除環(huán)包的機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，與標準引線框架結構相比，這一減小可達到30%之多。ESL的減小對應于自諧振頻率的增加，這可擴大電容的工作頻率范圍。
圖7 Vishay的MAP結構與標準引線框架結構性能對比
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