高分子固體電容器

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更新時間: 2013-12-11

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高分子固體電容器又叫聚合物電解電容器,是指以高分子導電材料(PEDT)取代傳統電解液的固態電解電容器,現在有高分子固體鋁電解電容器和高分子固體鉭電解電容器兩種。

高分子固體電容器

  又叫聚合物電解電容器,是指以高分子導電材料(PEDT  AUSWAN)取代傳統電解液的固態電解電容器,現在有高分子固體鋁電解電容器和高分子固體鉭電解電容器兩種.


  一、電容器的分類


  電容的種類首先要按照介質種類來分。按介質可分為無機介質電容器、有機介質電容器和電解電容器三大類。


  1、無機介質電容器:包括人們熟悉的陶瓷電容以及雲母電容,在CPU上我們會經常看到陶瓷電容。陶瓷電容的綜合性能很好,可以應用GHz級別的超高頻器件上,比如CPU/GPU。當然,它的價格也很貴。


  2、有機介質電容器:例如薄膜電容器,這類電容經常用在音箱上,其特性是比較精密、耐高溫高壓。


  3、電解電容器:人們所熟知的鋁電容,鉭電容其實都是電解電容。如果說電容是電子元器件中最重要和不可取代的元件的話,那麼電解電容器又在整個電容產業中佔據了半壁江山。中國電解電容年產量300億隻,且年平均增長率高達30%,佔全球電解電容產量的1/3以上。


  電解電容的分類,傳統的方法都是按陽極材質,比如說鋁、鉭或者鈮。但這種憑陽極判斷電容性能的方法已經過時了,目前決定電解電容性能的關鍵並不在於陽極,而在於電解質,也就是陰極。


  按照陰極材料分類,電解電容器可分為電解液、二氧化錳、tcnq有機半導體、固體聚合物導體等。


  二、電解電容器的發展趨勢


  目前,新型的電解電容發展的非常快,某些產品的性能已達到無機電容器的水準,電解電容正在替換某些無機和有機介質電容器。電解電容的使用範圍相當廣泛,基本上,有電源的設備都會使用到電解電容。例如通訊產品,數碼產品,汽車上音響、發動機、ABS、GPS、電子噴油系統以及幾乎所有的家用電器。由於技術的進步,如今在小型化要求較高的軍用電子對抗設備中也開始廣泛使用電解電容。


  在電解電容中,傳統的鋁電解電容由是以電解液作為介電材料,擺脫不了因為物理特性而受熱膨脹,出現漏液的危險現象,讓鋁電解電容器面臨著前所未有的壓力和挑戰,部分市場悲觀地認定鋁電解電容已經窮途末路,未來將退出被動元件舞台舞台。另外,傳統鉭電解電容採用二氧化錳作為陰極材料,除了由於電壓問題容易出現燃燒的危險之外,更因為環保問題使得未來市場大幅受限。此外,由於有機半導體TCNQ是一種氰化物,在高溫時容易揮發齣劇毒的氰氣,在生產和使用中會有限制。因此,高分子固體電容器的成長潛力巨大。


  以高分子導電材料取代傳統電解液的固態鋁質電解電容器,具有高頻低阻抗(10毫歐)、高溫穩定(-50度~125度)、快速放電、減小體積、無漏液現象,以及在85℃的工作環境中,壽命最高可達40,000小時等等優點,讓固態電解電容器受到市場的歡迎,再加上Intel的推波助瀾,更使得固態電容大受市場歡迎,在2005年出現大幅成長,而2006年需求成長動力不減。


  高分子固體電容器的陰極材料可用聚吡咯、聚苯胺和PEDT三種,與前兩者導電聚合物相比。PEDT有如下優點:①在可見光譜內具有高透射率及較高導電率②最小表面電阻可達150Ω/cm2 (決於製造條件)③更好的抗水解性、光穩定性及熱穩定性④在高PH值時,導電性不會下降。


  此外,固態電容採用導電性高分子產品PEDT做為陰極材料的電容,其電導率可以達到100S/CM,這是TCNQ鹽的100倍,是電解液的10000倍,同時也沒有污染。固體聚合物導體電容的溫度特性也比較好,可以忍耐300°C以上的高溫,因此可以使用SMT貼片工藝安裝,也適合大規模生產。固體聚合物導體電容的安全性較好,當遇到高溫的時候,電解質只是熔化而不會產生爆炸,因此它不像普通鋁電解液電容那樣開有防爆槽。但是固態電容器所需要的導電高分子材料PEDT,在2007年10月之前由於是拜耳的專利,目前佔了電容器生產成本的40%-60%,使得這一方面的生產成本面臨相當大瓶頸。


  針對上述困擾電容器廠的成本問題,國內現在有些廠家已經採取自主研發的EDOT合成路線,經過多年的研究,目前已處於世界領先的水平,大大降低了PEDT的價格,使得EDOT的價格下降了50%。國產的EDOT產品將使高分子固體電容器的成本下降30%,極大的推動了高分子固體電容器的行業發展,為行業帶來劃時代的發展!

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       三,高分子電容的電氣特性:

           •  高分子有機半導體固體電容器(poscap)是一種正極採用鉭燒結體或鋁箔,負極採用具有高導電性的高分子材料的電容器,其卓越的高頻特性及低ESR深受好評,被廣泛用於筆記本電腦,電源模塊等的開關電源的輸入輸出端。 
           •  POSCAP的構造基本上與普通鉭電解電容器相同,最大的不同是電解質採用了導電性高分子材料。正極採用鉭燒結體充分發揮鉭的高介電係數特性。不但實現了小型電容器的大容量化,同時負極採用導電性高分子材料實現了更低的ESR及可靠性方面的改善。 
            •  POSCAP的額定電壓2.5V-25V,容量2.2μF -1000μF,ESR最低達5mΩ。推薦使用電壓為額定電壓10V以下的產品,電壓降低10%、額定電壓10V以上的產品,電壓降低20%,而普通鉭電解電容器的電壓降低高達50%。  
            

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             三洋電容 SANYO POSCAP 高安全性 
             由於電解質不含氧原子,發生短路時與使用二氧化錳電解質的電容器相比POSCAP不易燃燒,具有更高的安全性。  
              低ESR 和低阻抗 

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              POSCAP的高導電性實現了低ESR和低阻抗,與同等容量的其它電容器相比阻抗為1/3~1/10。 


             卓越的溫度特性 

              POSCAP所用導電性高分子電解質的電導受溫度影響小,因而,ESR基本上不受溫度影響。 

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            更長的壽命 
            由於電解質被高分子固化,因而,具有長的壽命。較好的熱穩定性不會出現採用電解液的鋁電解電容器那樣的電解液乾涸現象。POSCAP在環境溫度105℃和額定電壓下,10000小時的高溫負荷試驗表明它的ESR及容量的特性變化很小。 
            卓越的自愈能力 
             導電性高分子材料的有機物與二氧化錳無機物相比,在較低的300℃高溫下就會出現熱分解及絕緣化。因此,在短路的前兆階段,即電流流過正極表面氧化絕緣層產生的焦耳熱,會在氧化層微小的絕緣不充分部位形成導電性高分子絕緣層,阻礙電流通過達到自愈修復效果。卓越的自愈能力降低了短路因素,實現了在過衝擊電流下的高可靠性,耐衝擊電流保證至20A。
              高耐熱性 

               導電性高分子材料的耐熱性高,可以達到無鉛化迴流焊的溫度要求。 



  目前國內主要生產廠商為:優締股份(上海)有限公司,該公司與日本一公司合作,同時推出和EDOT搭配使用的對甲苯磺酸鐵鹽,性能優越。

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