Идея создания танталовых конденсаторов появилась благодаря уникальным свойствам металла тантал. Объем электролитического конденсатора определяется произведением емкости на напряжение, так называемым CV-объемом. Однако при сравнении диэлектрической проницаемости различных оксидных материалов видно, что пятиокись тантала обладает примерно в 3 раза более высокой диэлектрической проницаемостью, чем оксид алюминия.

Данная статья является переработкой материала из Википедии — свободной энциклопедии и её назначение показать ключевые моменты технологии танталовых конденсаторов. Для лучшего понимания всей сложности данной технологии и вопросов стандартизации, а также перспектив развития, рекомендуется прочтение полной версии (пройдите по ссылке).

Устройство танталового чип конденсатора

Cостоит из гранулы из пористого металла тантала в качестве анода, покрытого изолирующим оксидным слоем, который образует диэлектрик, окруженного жидким или твердым электролитом в качестве катода. Благодаря очень тонкому и относительно высокому слою диэлектрика с диэлектрической проницаемостью, танталовый конденсатор отличается от других обычных и электролитических конденсаторов высокой емкостью на объем (высокая объемная эффективность) и меньшим весом.

Тантал - конфликтный металл. Танталовые электролитические конденсаторы значительно дороже аналогичных алюминиевых электролитических конденсаторов. Танталовые конденсаторы являются поляризованными компонентами, есть плюс и минус и следует соблюдать полярность подключения. Обратное напряжение может разрушить конденсатор. Неполярные (биполярные) танталовые конденсаторы изготавливаются путем последовательного соединения двух поляризованных конденсаторов с анодами, в противоположных направлениях.

Толщина диэлектрика танталовых электролитических конденсаторов очень мала, в пределах нанометров на вольт. Несмотря на это, диэлектрическая прочность этих оксидных слоев довольно высока. Таким образом они могут достигать высокой объемной емкости по сравнению с другими типами конденсаторов. Аноды имеют пористую структуру и соответственно большую общую площадь поверхности по сравнению с гладкой поверхностью тех же габаритных размеров. Это увеличивает значение емкости в 200 раз (в зависимости от номинального напряжения) для твердотельных танталовых конденсаторов.

Конструкция твердого танталового конденсатора с электролитом из диоксида марганца

Варианты изготовления танталовых электролитических конденсаторов

Тип СМД для поверхностного монтажа, 80% всех танталовых конденсаторов - SMD
Танталовый "жемчуг", в виде капли пропитанный смолой, выводы с одной стороны для монтажа в отверстия на печатной плате
Осевые танталовые конденсаторы с твердым и нетвердым электролитом, в основном используемые в военных, медицинских и космических целях.

Танталовые чип конденсаторы Tantal drop Танталовые в виде капли монтаж на печатную плату Tantal Axial Танталовые аксиальные

Система маркировки и размеры танталовых чип конденсаторов

Более 90% всех танталовых электролитических конденсаторов производятся в SMD исполнение. Он имеет контакты на торцах корпуса и изготавливается разных размеров, обычно в соответствии со стандартом EIA-535-BAAC. Различные размеры также можно определить по буквам кода на корпусе конденсатора. Для некоторых размеров корпусов приняты символы A до E, которые производятся на протяжении многих десятилетий, размеры и кодировка корпуса у всех производителей по-прежнему в основном одинаковы.

Однако новые разработки в области танталовых электролитических конденсаторов, такие как технология многоанода для уменьшения ESR или технология "лицевой стороной вниз" для уменьшения индуктивности, привели к гораздо более широкому диапазону размеров и кодов их корпусах. Эти отклонения от стандартов EIA означают, что устройства разных производителей уже не всегда одинаковы. Здесь же мы рассмотрим стандартную систему маркировки.

**Стандартные размеры танталовых чип конденсаторов для поверхностного монтажа (SMD)**
Код EIA метрический	Длинна ± 0,2 (мм)	Ширина ± 0,2 (мм)	Высота макс. (мм)	Код EIA дюймы	Код корпуса AVX	Код корпуса Kemet	Код корпуса Vishay
EIA 1608-08	1.6	0.8	0.8	0603	—	—	—
EIA 1608-10	1.6	0.85	1.05	0603	L	—	M, M0
EIA 2012-12	2.05	1.35	1.2	0805	R	R	W
EIA 2012-15	2.05	1.35	1.5	0805	P	—	R
EIA 3216-10	3.2	1.6	1.0	1206	K	I	Q, A0
EIA 3216-12	3.2	1.6	1.2	1206	S	S	—
EIA 3216-18	3.2	1.6	1.8	1206	A	A	A
EIA 3528-12	3.5	2.8	1.2	1210	T	T	N
EIA 3528-15	3.5	2.8	1.5	1210	H	M	T
EIA 3528-21	3.5	2.8	2.1	1210	B	B	B
EIA 6032-15	6.0	3.2	1.5	2312	W	U	—
EIA 6032-20	6.0	3.2	2.0	2312	F	L	—
EIA 6032-28	6.0	3.2	2.8	2312	C	C	C
EIA 7343-15	7.3	4.3	1.5	2917	X	W	—
EIA 7343-20	7.3	4.3	2.0	2917	Y	V	V
EIA 7343-30	7.3	4.3	3.0	2917	N	—	—
EIA 7343-31	7.3	4.3	3.1	2917	D	D	D
EIA 7343-40	7.3	4.3	4.0	2917	—	Y	—
EIA 7343-43	7,3	4.3	4.3	2917	E	X	E
EIA 7360-38	7.3	6.0	3.8	2623	—	E	W
EIA 7361-38	7.3	6.1	3.8	2924	V	—	—
EIA 7361-438	7.3	6.1	4.3	2924	U	—	—

Особенности танталовых конденсаторов

Доступная емкость танталовых чип конденсаторов – от 1 до нескольких сотен мкФ. Относительно низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и наименьшее значение утечки. Благодаря этим свойствам, танталовые конденсаторы успешно работают в качественной аудиоаппаратуре, тестовых и измерительных приборах. Тонкий оксидный слой обеспечивает высокую диэлектрическую проницаемость. Сочетание значительной площади поверхности губчатого анода с хорошей диэлектрической проницаемостью обеспечивает хранение большого запаса энергии.

Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию. В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.

Устройство и главные отличия от обычных электролитов (вариант на основе книги Л.Н. Закгейма)

В качестве диэлектрика в оксидно-полупроводниковом конденсаторе использован тонкий слой окиси тантала, формованный в электролите на металле. В отличие от обычных электролитических конденсаторов оксидно-полупроводниковые конденсаторы не содержат жидкого электролита. Роль катодной обкладки в этих конденсаторах играет слой электронного полупроводника - MnO2, нанесенного на оксидный слой. В промышленном производстве выпускаются две разновидности оксидно-полупроводниковых конденсаторов: с проволочными анодами и с объемно-пористыми анодами.

На риcунке представлено схематическое устройство оксидно-полупроводниковых конденсаторов.
а) проволочным анодом, б) - с объемно-пористым анодом 1 - слой 2 - анод; 3 - корпус; 4 - изолятор.

Проволочный анод изготовлен из танталовой проволоки, навитой спиралью. После формовки анод покрывается слоем двуокиси марганца, поверх которого наносятся контактные слои углерода и металла. Объемно-пористый анод изготовляется спеканием таблетки из порошка в вакууме совершенно так же, как и анод конденсаторов с жидким электролитом. После формовки каждое зерно анода покрывается слоем двуокиси марганца, затем так же наносятся контактные слои углерода и металла.

Аноды помещаются в герметизированные металлические корпуса, являющиеся одновременно и отрицательным выводом конденсаторов. Благодаря малой толщине и низкому удельному сопротивлению двуокиси марганца, последовательное сопротивление оксидно-полупроводниковых конденсаторов мало, что определяет необычайно малую температурную и частотную зависимость емкости и тангенса угла потерь этих конденсаторов, по сравнению с другими электролитическими конденсаторами.

Главные преимущества оксидно-полупроводниковых конденсаторов

Оксидно-полупроводниковые конденсаторы могут нормально работать в интервале температур от —80 до 85° С. Весьма малые габариты и хорошие характеристики в широком интервале температур делают оксидно-полупроводниковые конденсаторы наиболее перспективными для применения в схемах с полупроводниковыми приборами и в микромодульной аппаратуре. В этом они превосходят обычные электролитические конденсаторы. А также благодаря отсутствию жидкого электролита - они гораздо дольше сохраняют свою работоспособность. Применяются в продукции специального и общего назначения, бортовой и наземной аппаратуре связи, приборах, требующих повышенной стабильности электропараметров.

Главные недостатки оксидно-полупроводниковых конденсаторов

Оксидно-полупроводниковые конденсаторы обычно изготовляются на рабочие напряжения от 3 до 35 в емкостью от 0,033 до 1 мкф для конденсаторов с проволочными анодами и от 1 до 300 мкф для конденсаторов с объемно-пористыми анодами. В этом они уступают обычным электролитическим конденсаторам. Ну и стоимость изготовления у них выше.

О ниобиевых конденсаторах

Это электролитический конденсатор, анод которого (+) изготовлен из пассивированного металла ниобия или монооксида ниобия, на котором изолирующий слой пятиокиси ниобия действует как диэлектрик. Твердый электролит на поверхности оксидного слоя служит катодом конденсатора (−). Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры.

Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную.Это дает возможность накапливать значительный электрический заряд. Как и танталовые - ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества.

Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости.
Недостаток - это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.

Ниобиевые конденсаторы были разработаны в Соединенных Штатах и Советском Союзе в 1960-х годах. Получили большее распространение благодаря более низкой стоимости и лучшей доступности ниобия по сравнению с танталом.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии и ещё одна полезная ссылка на dzen.ru