聚合物钽电容器坚韧，以满足汽车需求

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如今的汽车越来越依赖电子设备，如信息娱乐和先进的驾驶辅助系统(ADAS)，以满足重要的安全标准和客户需求。虽然飞船上需要更多的电子模块，但几乎没有多余的空间可以容纳它们，所以更小、更节省空间的模块一直是人们追求的目标。

就集成电路而言，摩尔定律减少了工艺几何形状，以及特定应用设备的发展，通过减少电路板上的元件尺寸和数量，有助于微型化。另一方面，许多无源元件的小型化，如供电线路或dc-dc变换器输入/输出所需的电容器，是一个更大的挑战。

聚合物钽与铝电解

传统上，陶瓷或铝电解电容器被用于解耦和电源滤波等任务。钽电解电容器被认为具有更高的容量效率，并且可以使电路变得更小。在可用的类型中，聚合物钽电容器由钽阳极，钽五氧化二钽(Ta₂O₅)的介电介质，以及由导电聚合物制成的阴极，与传统的钽电容器具有二氧化锰(MnO)的优势₂)阴极。

1.KEMET的T598系列聚合物钽器件是专门为满足汽车市场对ecu等应用的严格需求而设计的。

直到现在，汽车工业还不能充分利用聚合物钽的性能。的研究钡镁合金引领了T598系列聚合物钽器件的开发，旨在满足汽车市场的严格需求(图1)．

聚合物钽电容器具有良好的短路故障模式和较低的等效串联电阻(ESR)。低ESR将能量损失和电容自热降到最低，并允许设备处理大纹波电流而没有过度的热应力。由于ESR较低，电容器的滚转频率也更大，这使得聚合物器件能够保持电容达到比MnO更高的频率₂设备。此外，聚合物电容器的ESR具有较低的温度系数，这有助于确保在规定的温度范围内稳定的性能。

此外，确定电容器的额定电压与最大应用电压之间的关系的推荐的降额系数——以减少设备在施加电压时发生故障的趋势——在聚合物电容器的范围内为10-20%。这与MnO推荐的典型降额50%相比₂电容器。因此，聚合物电容器有效地具有更低的额定电压，因此更小的尺寸，比MnO₂电容器选择为相同的应用。

解决汽车AEC-Q200环境测试

聚合物钽电容器已成为流行的紧凑和高效的电路解决方案，如笔记本电脑和平板电脑的高性能直流转换器，或电信交换机和服务器机房的电源供应。然而，有几个因素阻止了它们在小型化汽车电源转换器的尝试中使用。在接受AEC-Q200汽车质量标准规定的测试时，聚合物钽电容器无法通过高温暴露、湿度和使用寿命测试。

2.T598高湿度/高温聚合物钽电容器提供了汽车应用所需的强劲性能。

关于125°C的高温测试，先前对导电聚合物在高温下暴露于空气中的行为的了解表明，降解是由于氧气通过电容器的环氧封装以及引线框架和环氧树脂之间的界面扩散所致。由此产生的氧化降低了聚合物层的导电性，增加了电容器的ESR和耗散因子(DF)。

湿度测试在85°C/85% RH(相对湿度)下进行，直流偏置施加至额定电压1000小时。值得注意的是，电信等其他行业也开始要求85°C/85% RH的资质。这可能是由对其他组件的测试数据分析驱动的，这些数据表明，在85°C和85% RH的环境下，在1000小时的生存时间相当于在目标环境下的实际使用寿命5-10年。

湿度测试导致泄漏电流增大，主要是由于电容器的封装层和阴极层吸湿所致。众所周知，高分子材料在高湿度下会发生水吸附，而温度升高会加速这一过程。

这种吸附促进了金属离子的迁移，例如铜在制造过程中暴露在引线框架的部分，包括焊接钽阳极线。这种金属迁移会导致漏电电流增加，在极端情况下，还会导致设备的短路故障。水分的进入也可能导致设备的机械损坏。

KEMET利用其在钽电容器技术方面的专业知识，开发了一种能够通过AEC-Q200资格测试的聚合物电容器(图2)．关键的进步是一种利用专利技术的新型防潮层。此外，还开发了一种增强型环氧灌封剂和密封工艺。与传统的环氧灌封剂相比，这种新材料对氧气和湿度的渗透性显著降低。图3说明了显着减少水分吸附实现使用修改环氧成型化合物(EMC-C)。

3.与常用的化合物(EMC-A, EMC-B)相比，低渗透成型化合物(EMC-C)显著降低了水分吸附。

这些创新的结合使T598系列聚合物钽电容器得以开发，它可以承受85°C/85% RH直流偏置测试1000小时。该设备还能够承受无偏高温暴露和直流偏工作寿命测试在125°C 1000小时。

通过制造商电气测试

除了AEC-Q200测试外，电容器还必须通过电气测试，如负载转储测试，才能被批准用于汽车模块。负载转储试验模拟交流发电机在产生充电电流和其他负载连接到交流发电机电路时，突然断开汽车电池后可能发生的过电压瞬态。电池突然断开可能是由于连接松动、腐蚀或故意取出电池引起的。

各个汽车制造商都建立了自己的测试脉冲规格。许多都是基于ISO 7637中定义的测试脉冲，该标准将过电压脉冲标准化，假设电路中没有浪涌抑制组件。当然，制造商使用专有的抑制，因此需要适应ISO 7637脉冲，以符合他们自己的车辆的电气环境。

虽然ISO 7637脉冲指定的峰值(未抑制)电压高达87 V，但已知制造商指定了各种级别的抑制。一些极限低至27 V，而其他制造商容忍更大的峰值脉冲电压在45 V区域。图4显示由主要汽车制造商指定的负载转储测试的样本波形。

4.图中显示的是ISO 7637测试脉冲的删节版本，包含了制造商特有的过电压抑制效果。注:t_r< 2女士;t₁= 300毫秒;t_f< 30 ms。

实际的35- 50伏聚合物钽电容器产品不能保证足够高的电压等级，以保证在未抑制的ISO 7637瞬态过电压下的生存。在较低的峰值脉冲电压下，元件存活率有统计学上的提高。KEMET的K598 KO-CAP聚合物钽电容器在55-V脉冲下的存活率为100%，并计划扩展额定电压。

T598电容器的电气参数已根据各汽车制造商的规定，在进行负载转储试验之前和之后进行了测量。电容、损耗因子、ESR和漏电流均显示在测试完成后仍保持在公布的规范之内。

结论

由于技术障碍，汽车模块和电源的设计人员无法利用钽电容已经为消费者手机等设备带来的节省空间的优势。尽管聚合物钽电容器已经消除了“经典”钽电容器与MnO的缺点₂阴极，迄今为止，他们无法通过所有的AEC-Q200环境测试和制造商的电气测试，如负载转储测试。

随着像T598这样的设备的到来，市场应该可以期待新的、更节省空间的汽车模块的出现，这些模块利用了钽电解电容器固有的容量效率和性能。