Tantal Kapasitörler

Kenet tantal kapasitörler, toplaşık saf tantal metal tozu anodu, tantal pentoksitin (Ta2O5) elektrik geçirmeyen katmanı ve manganez dioksit (MnO2) ya da organik iletken polimer (ör. PEDOT, polipirol) olabilecek bir katot ile yapılan polarize, elektrolit kapasitörleridir. Toplaşık anodun, tantal tozunun küçük partikül boyutundan dolayı, tantal kapasitörlerin yüksek hacimsel verimlilik sunmasını sağlayan yüksek bir yüzey alanı vardır.
Tantal kapasitörler için tipik uygulamalar, DC/DC konvertörlerinde ve dekuplaj devrelerde yapılan düzletme ve filtreleme işlemlerini içerir. Geleneksel alüminyum elektrolit kapasitörlerden farklı olarak, kapasitansı kurutup kaybetmez. Seramik kapasitörlerden farklı olarak ise, hiçbir DC öngerilim veya basınç-gürültü etkisi sorunu yaşamaz. Tantal kapasitörler, kendi kendini onarma özelliğinin yanı sıra geniş sıcaklık aralığında da yüksek stabilite sunar. Bu da onları en son teknolojiye sahip tüketici ürünleri ve haberleşme veya örneğin bulut altyapısının yanı sıra otomotiv, askeriye, hava-uzay ve endüstriyel ekipman kullanımı için ideal hale getirmektedir. Bu sektörler, tantal kapasitörlere olan talepte sürekli olarak büyüme kaydederek, şu anda endüstriyel, otomotiv ve haberleşme için genellikle %6 ila %7 oranında ve tüketici çoklu ekran ekipmanlarında %20 büyüme göstermektedir. Şekil 1, mevcut ve gelecek fırsatları kapsayarak, tantal kapasitörlerin önemli özelliklerini hedef uygulamalarla ilişkilendirir.
Kapasitör Yapımı ve Teknolojisi
MnO2, katı tantal kapasitörler için en uzun süredir kullanımda olan katot teknolojisidir. Katot, tantal pentoksit ile kaplı bir gözenekli tantal peletinin manganez dioksit (MnO2)'e dönüştüğü bir solüsyon içine batırılması ile oluşur. Sinterleme ve dielektriğin müteakip oluşumundan önce tozda gömülü olan tantal kablosu anoda elektrik bağlantısı sağlar ve kapasitörün kurşun çerçevesinin anot bağlantı ucuna kaynak edilir. Grafit ve gümüş temas tabakaları, negatif kapasitör bağlantı ucuna bağlantı sağlayan katot üzerinde tortulaşır. Şekil 2, tantal kapasitörün kapsamlı bir kesitini sunar.
Bu tür bir yapı, tantal partikülleri anodun büyük bir yüzey alanına sahip olmasını sağladığı için yüksek hacimsel verimlilik sunar. İnce partikül boyutları üretebilme yeteneği, üreticilerin hacim başına yüksek kapasitans-voltajlı kapasitörler (CV/cc) üretmesine olanak verir.
MnO2 katot teknolojisi, çok düşük kaçak akımı ve KEMET'in yüksek sıcaklık aileleriyle 175°C ya da 200°C'nin üstüne çıkabilen maksimum derecede yüksek sıcaklık kapasitesine sahip kapasitörler üretir. Ek olarak, cihazlar son derecede etkin kendi kendini onarabilme özelliğinden de faydalanırlar. Lokalize alanlarda akım debisinin artmasına sebep olan herhangi bir kusur, MnO2'in daha düşük iletkenliğe sahip olan manganez oksit (MnO3)'e dönüşmesini destekleyen ısınmaya yol açar ve daha fazla bozulmayı önleyerek arızalı alanı etkin bir şekilde onarır.
Maliyet duyarlı uygulamalarda, seramik kapasitör veya V-çipli alüminyum kapasitörler gibi alternatif kapasitör teknolojileri, rekabetçi fiyat alternatifi sunabilir. Ancak, otomotiv, endüstriyel ve uzun vadeli istikrar ve yüksek sıcaklık kapasitesi gerektiren diğer ileri teknoloji uygulamalarının yanı sıra, Ticari Kullanıma Hazır (COTS) uygulamalar için katı MnO2 tantal kapasitörlere olan yoğun talep devam etmektedir.
Tantal Polimer Kapasitörler
Mevcut sistem tasarımında enerji verimliliğine verilen büyük önem, daha düşük Eşdeğer Seri Direnç (ESR) sunan tantal kapasitörlere olan talepleri artırmaktadır. Düşük-ESR MnO2 kapasitörleri, bu taleplere yanıt vermek için gelişmeye devam ediyor. Ancak, MnO2'nin göreceli olarak yüksek özdirenci, ESR'nin daha fazla azalmasına bir engel teşkil eder.
Tantal polimer kapasitörler, geleneksel MnO2 katodunu organik iletken polimerle değiştirerek bu kısıtlamanın üstesinden gelir. Bu kapasitör sınıfı, önemli derecede düşük ESR'ye, genellikle 105°C olan daha düşük maksimum çalışma sıcaklığına ve yaklaşık on kat daha yüksek olan kaçak akıma sahiptir.
Tantal polimer kapasitörler, maliyete duyarlı tüketici dışı uygulamalarda başarılıdır ve ucuz ürün tasarımlarında giderek daha fazla rekabetçi hale gelmektedir. Özellikle, yüksek hesap gücü sağlamak için sistem-çip üstü entegrasyonu dengeleyen küçük tüketici cihazlarına ilişkin piyasalardaki büyüme, seramik çip gibi alternatiflerine kıyasla tantal polimer kapasitörlerin sunduğu yüksek performans/fiyat oranından dolayı talepleri artırmaktadır. Şekil 3, 2016 yılına kadar MnO2 ve polimer tantal kapasitörler için dünya piyasalarındaki görünümünü sunmaktadır.
Tantal polimer kapasitörlerin gelişimi, ESR'nin devamlı azaltılmasına, maksimum voltaj kapasitesinin arttırılmasına ve daha küçük ve ince ambalaj boyutları elde etmeye odaklanarak devam eder. Sürekli iyileştirme anlayışı ile, tantal polimer kapasitörler yüksek güvenirlikli performans talebi olan uygulamalar için giderek daha çekici hale gelmektedir.
Benzersiz Destek Altyapısı
Tantal tedariki, küresel "ihtilafsız" mineral taleplerine tabidir. Tantal cevheri doğal olarak nadir olmasa da, bu, bulunabilirlik açısından bir kısıtlanma gibi algılanabilir. Tedarik güvenliğini sağlamak ve elektronik ürünlerde kullanılan malzemelere ilişkin tüm yönetmeliklere uygunluk garantisi sağlamak için, tantal üreticileri tantal tedarik zincirindeki rolleri açısından sosyal sorumluluk yönünde adımlar atmaktadırlar. Örneğin, KEMET, endüstride eşi benzeri olmayan bir entegre ve sürdürülebilir tedarik zinciri kurmuştur. Bu tedarik zinciri, "ihtilafsız" tantal madenini tedarik etmeyi ve üretim ve kimyasal işlem kabiliyetlerini de kapsar. KEMET'in uluslararası şirket içi üretim tesisleri ağı, en yüksek saflık standartlarında tantal tozu, kablo ve anot üretebilmektedir.
Daha İleriye Taşıma
2014'e girerken, tantal üreticileri otomotiv-sınıfı polimer kapasitörler, hermetik sızdırmaz ambalajlarda polimerler, yüksek voltajlı polimer kapasitörler, 125°C sıcaklıklarda mevcut daha fazla polimerler ve son derece ince (1,0 mm) ve küçük ambalajlarda ultra düşük ESR'li polimer kapasitörler gibi yeniliklere ayak uydurmaya devam etmektedir. Toz geliştirme safhasından tam bir kapasitör ambalajlanmasına kadar, gelecek takvim yılı sonuna kadar diğer beklenmedik yenilikler, yeni ürün aileleri ve aile-uzantıları göreceğiz.