Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы АЭК занимают особое положение между различными типами конденсаторов, в частности потому, что их принцип работы основан на электрохимических процессах.

Достоинствами АЭК, которые привели к их широкому применению, являются большая удельная емкость по объему (емкость на единицу объема) и способность такого конденсатора обеспечивать прохождение большого переменного тока при высокой надежности и отличном отношении цена/качество.

Как и в других конденсаторах, АЭК содержит слои электропроводного матери­ала, которые разделены слоями диэлектрика. Один электрод (анод) сформирован алюминиевой фольгой, имеющей большую площадь поверхности. Оксидный слой (Аl₂0₃), который выполнен на этой фольге, используется как диэлектрик. В отли­чие от других конденсаторов, противоположный электрод (катод) конденсатора пред­ставляет собой жидкость — электролит. Вторая алюминиевая фольга, так называе­мая катодная фольга, служит контактом с большой поверхностью для прохождения тока к рабочему электролиту.

Фольга, подвергнутая травлению, позво­ляет получить весьма малые размеры конденсаторов. Электрические характеристи­ки конденсаторов с плоской (не травлённой) фольгой лучше, однако их размеры значительно больше.

Диэлектрический слой АЭК создается анодным оксидированием для создания алюминиевого оксидного слоя (Аl₂O₃) фольги. Поскольку электролитические конденсаторы в качестве катода имеют жидкость, они имеют преимущество в том, что мелкие углубления в оксидированном слое заполняются.

.

Танталовые конденсаторы

Технология поверхностного монтажа (ТПМ), используемая при создании многих электронных устройств, требует, чтобы компоненты, устанавливаемые на печатную плату, имели минимальный объем и малую высоту. Вслед­ствие отсутствия электролита ТК не имеют видимых причин старения, что непос­редственно влияет на их надежность.

Многие технологические характеристики и параметры ТК, такие как снижение допустимого напряжения в диапазоне верхних температур, пульсация тока (пере­менная составляющая), комплексное сопротивление, последовательное сопротив­ление, ток утечки, аналогичны характеристикам и параметрам АЭК и должны учи­тываться разработчиком аппаратуры. Конструкция ТК показана на рис. 3.10.

Танталовый проводник Диэлектрик Уголь Полимер

Сварка Двуокись марганца

Танталовый порошок

Рис. 3.10. Упрощенная конструкция ТК для поверхностного монтажа

Основу конденсатора составляет танталовый порошок, получаемый из чистого металла. Размер зерен зависит от допустимого напряжения, порошок с крупными зернами (до 10 мкм) используется для конденсаторов с высоким напряжением. Порошок смешивается со связующим составом, гарантирующим, что отдельные частицы будут хорошо связаны между собой при прессовании, а сам порошок наи­лучшим образом будет подходить для этой операции. Порошок прессуется при вы­соком давлении вокруг проволоки из титана, и в результате формируется заготовка, которая подвергается дальнейшим операциям. Связующий состав затем удаляется нагревом заготовок до 150 °С в течение нескольких минут в вакууме. Дальнейшее спекание заготовки, происходящее при температуре 1500...2000 °С в вакууме, и по­зволяет соединить отдельные частицы порошка, сформировав при этом трубчатую структуру, имеющую большую

поверхность. Таким образом, формируется анод кон­денсатора. Следующая важная технологическая операция — образование диэлектрическо­го слоя пятиокиси тантала. По сути, это электрохимический процесс анодирова­ния порошка тантала. Заготовки погружаются в слабый раствор кислоты при повы­шенной температуре, например 85 °С, напряжение и ток контролируются при обра­зовании диэлектрика. Пятиокись титана образуется на поверхности металла, но «прорастает» и внутрь него. В процессе формирования слоя диэлектрика образуется также тонкий полупро­водящий оксид титана между пятиокисью и металлом. Присутствие полупроводни­кового слоя является единственной причиной того, что ТК являются полярными. Следующей стадией в производстве ТК является формирование поверхности катода. Это достигается процессом перехода от нитрата марганца (Mn(NO₃)2) к дву­окиси марганца (МnO₂).

Затем следует погружение заготовок в дисперсный состав графита, постановка их в печь, чтобы была обеспечена хорошая адгезия. После этого такой же процесс повторяется с дисперсным раствором серебра, для того чтобы можно было подсоединить катод к выводу конденсатора

Пленочные конденсаторы

Характеристики и возможности их применения в большой степени зависят от ис­пользуемого диэлектрика. Поэтому конденсаторы классифицируются (группиру­ются) и имеют определенное назначение в зависимости от типа диэлектрика [6].

По типу диэлектрика пленочные конденсаторы делятся на: полиэтиленовые терефталатные (полистироловые); полипропиленовые; полиэтиленовые нафталатные.

Электроды конденсаторов выполняются либо металлизацией диэлектрика (пла­стиковой пленки), либо использованием металлической фольги, закрывающей боль­шую часть поверхности диэлектрика.

Конденсаторы, выполняемые металлизацией диэлектрика, имеют решающее преимущество над конденсаторами, имеющими электроды из металлической фольги, — они обладают самовосстанавливающимися свойствами при локаль­ных пробоях.

Конденсаторы на основе пленки из полистирола имеют средние технические па­раметры, положительный и заметный температурный коэффициент емкости (TKE) — +600 • 10⁶/К, диапазон рабочих температур до 100 (125) °С.

Конденсаторы с диэлектриком из полипропилена обладают очень хорошей спо­собностью выдерживать большие импульсные нагрузки, связанные со скоростью изменения напряжения. Эти конденсаторы имеют также очень высокое сопро­тивление изоляции (порядка 200...400 ГОм) и меньший временной дрейф емкости по сравнению с другими пленочными конденсаторами. Полипропиленовые кон­денсаторы имеют отрицательный TKE и могут работать до температуры 85...100 °С.

Конденсаторы с полиэтиленовым нафталатным диэлектриком имеют следую­щие особенности: положительный ТКЕ (меньший, чем у полистироловых), высо­кая допустимая температура (125, 140 °С), возможность выполнения в корпусе для поверхностного монтажа.

На высоких частотах собственная индуктивность конденсатора приводит к появлению резонанса, который может приводить к нежелательному влиянию на электрические цепи. Собственная индуктивность образуется выводами конденса­тора и зависит от того, как выполнены диэлектрические обкладки и их металли­зация. Для снижения собственной индуктивности токовые проводники конденса­тора должны быть выполнены бифилярно, а контакты внутри конденсатора, вы­полняемые металлической фольгой, должны иметь достаточную поверхность. На частотах выше резонансной кон­денсатор становится индуктивным элементом, теряя свои основные свойства. Конденсаторы большой емкости (1 мкФ и более) имеют резонансную частоту менее 2 МГц.