|
|
|
T520B替代较大片式钽电容和陶瓷电容
|
|
The "T520B"as an Alternative to Larger
Tantalums or Ceramic Chips
|
|
■KEMET 电子公司
|
将聚合物所具有的低ESR性能扩展用于更小外形尺寸的"B"型（3528－21）器件，可实现更小的占用板面积。其接近1210型片式陶瓷电容器的尺寸也为用小脚印封装产品实现较大的电容量创造了条件。
聚合物阴极系统
二氧化锰阴极系统在表面安装钽电容器中的应用有很长的历史了。由于这种材料能够依靠二氧化锰本身的"自愈"机制代替"湿"的形成能力，因此可把一种"湿"系统转变成一种固态系统。这种机制的存在使二氧化锰能转化为一种具有较高电阻系数的低氧化物材料（即三氧化二锰），从而有效地阻断介质中缺陷点的故障电流。
该系统的工作性能良好，其失效率在偏压暴露的条件下，随时间的增加而成倍地减少。该系统存在的问题是二氧化锰材料的电阻率甚高（2到10欧姆厘米），高成分的氧会导致热"燃"型失效的产生。这种阳极的电阻率对电容器的电阻效应起主导作用，由于阳极板的电阻率就是钽电容的电阻率12.4微欧厘米。高频下（≥100kHz）的ESR（可测得的'等效串联电阻'）主要取决于阴极板连接的电阻率。
在我们进一步降低这种电容器的ESR寄生效应的过程中，二氧化锰材料总能成为一种具有竞争性的替代品，但我们需要附加一种可重复这种已确系?quot;自愈"性的材料。导电性聚合物可模仿这种效应，可使集中电流产生局部化蒸发，打破传导链。把这种材料替换为一种二氧化锰系统不是一件容易的事情。二氧化锰系统是一种"浸－干"型过程，而聚合物需要通过在球形（电极）的微孔结构中形成材料的聚合作用，才能覆盖Ta2O5介质。可用于此目的的导电性聚合物有多种，但主要是两种。我们选择的聚合物主要考虑的是材料在+125℃下的导电性和持久性。
其自愈性能能有效地打断缺陷处存在的阴极触点对介质的连接。电流在进入缺陷处时集中到聚合物上，使聚合物局部加热，通过汽化打断缺陷点对阴极板的电接触。这些部件呈现出与二氧化锰器件相当的随时间下降的失效率。实际上自愈过程聚合物释放的能量比二氧化锰低许多。
性能优势－优于钽
转向采用聚合物所带来的在ESR性能上的改进，并不是使这两种材料在传导率上的加倍（duplicate），因为所淀积的聚合物量与使用二氧化锰形成的淀积厚度有所不同。两者有明显区别（见阻抗和ESR对频率曲线）。D-7343型与尺寸更小的B-3528型，或者二氧化锰（T491）系统与聚合物（T520）相比，具有相近的电容量值。
对电阻响应情况进行对比，我们可以发现电容的衰落效应有很大改进。由于阳极的球状结构和阴极触点对该结构的渗透沟道作用，造成了各种不同的RC时间常数，产生了强的RC－Ladder效应。这种效应使电容量随频率的增加而跌落。在这两种器件中，该效应都受到球状结构尺寸（B外形更小能使此效应变低）以及阴极材料（聚合物电阻率更低也能减小此效应）的影响。
图4所示为电容量对选取频率的变化，从中可看出，阴极体系和元件尺寸更小所带来的改进。一步步缩小尺寸，带来的将是成本上的降低。
性能优势－优于陶瓷
这种B外形器件的物理尺寸使之可作为替代1210型陶瓷电容器的折衷方案。陶瓷电容器的性能普遍认为已是最好的了，用钽电容代替陶瓷电容，能带来什么益处吗？回答是肯定的。
作为一般原则，用钽电容代替陶瓷电容时，为实现更高的ESR，钽的电容量必须做得更高。其补偿办法趋向采用降低由拖曳电流（能量）造成的电容器的dv/dt改变或电压随时间的变化量。用T520B代替22微法的片式陶瓷电容，根据更新率（refresh
rate）的不同，其电容量必须为47微法到100微法才行。表1中给出一些原则性参数以保证每一组数据都有效（见表1）。表中第一列为1210型片式陶瓷电容器，以及钽电容量开始等同于并随后低于陶瓷电容的参照dv/dt幅度时的更新时间。
以22微法－X5R陶瓷电容为开头的行，该电容器的dv/dt响应比最高为3.1微秒的100微法T520B器件低。在这一范围以外，100微法片式钽电容将产生较低的dv/dt响应。如果更新时间高于7.4微秒，则使用68微法的T520B性能更好，如果超过11微秒，则倾向使用47微法的T520B。
对进行钽电容对陶瓷电容的性能比较时，我们还需提到断裂问题。较大型的陶瓷电容器在安装到电路板上之后，具有更高的机械易断裂性。这种断裂十分隐蔽，完成后用电扫描方法很难探到，却能造成失效（短路）。钽电容器通过引线框架连接，可实现对任何张力的隔离，没有潜在的断裂危险性。
最后是成本上的比较。高容量的陶瓷电容器需要成百上千的叠层数才能达到所需的电容值。这是导致高成本的因素之一，由此带来的器件价格是T520B型替代产品的3-5倍。
|
|
