Capxon固态电容器介绍v5simply

铝电容器等效串联电路分析
C ESR
ESR=Rox+Re
1 ESR tg ox Re 2fC ox
Re=Reox+Res + Rc
温度特性优良
- ESR在-55~105℃的宽温度范围内都可以几乎保持不变，因此特别适合应用于长期工作在低温恶 劣条件下的电子设备。
液体铝
固体钽 固体铝
陶瓷
CapXon 固态铝电解电容器
Solid Al electrolytic capacitor with conductive polymer 丰宾电子（深圳）有限公司 Capxon Electronic (Shenzhen) Co. Ltd.
汪斌华 2009年1月
索引
1.什么是固态铝电容器 2.固态铝电容器的性能特点 3.固态与液态铝电容器的比较 4.固态铝电容器的失效模式 5.固态铝电容器的应用 6.CapXon产品系列 7.CapXon产品路线图 8.CapXon固态铝电容器的标识、料号
电子传导性的固体电解质（电导率达到
10~102S/cm），具有比液体电解质（电 导率＜10-2 S/cm高得多的电导率，有效 克服了液体电解电容器在高频段的上述 缺点，满足了高速电子产品对电容器的 要求。
典型应用领域
固体铝电容器的阻抗-频率曲线近似于理想电容器，因此，特别适合用作滤波电 容器来去除电路中的纹波、脉冲、数字、静电以及音频等各种噪音； 固体铝电容器通过纹波电流大，因此可以作为开关电源滤波电容器使用，大幅 度减少电容器的使用数量或体积，使电路小型化； 固体铝电容器可以快速放电，可作为消耗大电流的高速电路中的备份电容器使用； 固体铝电容器的ESR值几乎不随温度发生改变，因此，可以应用于低温环境 （最低可至-55℃）中的设备； 固体铝电容器具有超长寿命（85℃寿命可达20,000h，固体铝电容器大致上遵循 10倍使用寿命/温度每下降20℃法则），因此，可以用于那些长时间使用的工业 设备。
当电容器极性接反，电路板上电压较高的时候，会在电容器内部形成很大的电流， 大电流导致电容器急速发热，可能导致电容器内部温度高于PEDOT的分解温度 360℃，促使固体电解质PEDOT分解。

寿命失效：长期使用后，固体铝电容器的特性会发生衰减，比如容量下降、ESR上
升等，当使用时间超过额定寿命，电容器的特性劣化，并可导致电解质绝缘，这称 为开路失效模式。
L液 L0 2
[℃]
T0 TX 10
T0: Max Operating Temperature [℃] Tx: Ambient Temperature
Estimation of life time
Solid Al.E. capacitor 105℃ 95℃ 85℃ 75℃ 2,000h 6,300h 20,000h 63,000h
1 什么是固态铝电容器
• • 固态电解质铝电解电容器，以导电高分子材料作为电 容器阴极材料的电容器 外观---与传统铝电容器相同
• •
电性能---ESR、DF超低 解剖结构---无液体
固态铝电解电容器的结构
固体铝电容器的结构与普通液体铝电容器基本相同，只不过将原来的液体部分替换为现在的固体 部分。在外形上与原来的铝电容器没有任何区别，所以客户无需改变电路板结构，根据设计需 要直接替换固体铝电容器。
进入LGA 775平台之后，随着中央处理器(CPU)运算频率及晶体管数目不断的增加， 为求系统稳定，英特尔(Intel)建议主板(MB)厂商，在新一代的主板上使用固态电 容。I老大发话，份量自然是不同凡响，越来越多的主板厂商都将自家的高端主板 的处理器供电部分均采用的是固态电容
固态铝电解电容器的结构
固态铝电容器应用优势分析
不建议使用的回路
因为在下列情况下固态铝电容器的漏电流可能会较大幅度增大： 1．焊接时； 2．高温无负荷、温度急变（无负荷）环境 因此，不建议在下列回路中使用固态铝电容器： 1．高阻抗回路； 2．时间常量电路； 3．耦合电路； 4．其它对漏电流敏感的电路
固态铝电容器应用注意事项
Al
Al
Polymer oxidized PEDO T Polymer oxidized
crack
crack
Evaporation of polymer layer
Oxidation of polymer layer
2.固态铝电容器的性能特点
既然固态电容如此受到Intel和主板厂商 的重视，那么究竟固态电容有何种特性 呢，相较之前的电解电容来说，又有何 优点呢，下面就来为大家一一做出详细 的解析。首先来谈谈液体电解电容的局 限性。 由于近年来PC的频率越来越高，功 耗随之增大，这对于CPU \ Memory \ PCI Express devices供电部分的电容的 要求就越来越高。而传统水系电解电容 无论阻抗再低，总依然存在，总也会产 生热，当温度升高时，仍会不可避免的 与作为阳极的铝箔发生水合作用，于是 水分逐渐减少。此时滤波与稳压的电容 功能也会不断降低甚至因为温度的持续 攀升，进而产生鼓凸漏液的情况因而发 生(就是DIY玩家通常所说的“电容爆 浆”)，往往因为故障的并联电容造成主 板的运行不正常，甚或完全无法运行而 需要送修。
基本制造流程为：
Aluminum etching foil
Forming Foil slitter Lead wire Separator sheet Winding Forming and carbonization
Polymerized organic semiconductor
Immersion and polymerization Rubber . Case Rubber sealing (curl) Aging and inspection Forming and marking
偶然失效：主要由电路的短路导致，当短路电路中的电流超过1A，电容器内部温
度将会上升，内部压力增大，封口橡胶将可能会凸起甚至开启，电容器会释放出有 害气体，这时请离开这个场合； 核心材料—固体电解质（PEDOT）的分子式：[C6H6O2S]n 在极端情况下（温度高于360℃）， PEDOT会发生分解， 产生COX、SOX、H2S或HO2气体。
PEDOT的化学氧化聚合与掺杂
EDOT PEDOT
+ 2Fe(OTs)3
+ 2 Fe(OTs)2 + 2HOTs （1）
+ Fe(OTs)3
OTs-
+ Fe(OTs)2 （2）
固态铝电容器老化过程中导电阴极层自愈模型
Al2O3 (vaporized) Polymer vacated PEDO T (vaporized) Polymer vacated Al2O3
5.固态铝电容器的应用
近几年，高速信号处理得到了快速发展，
相关的多媒体设备（如数码录像机、个 人电脑、数字电视机等）已具备了高速 特征，这些高速电子产品的发展对电容 器提出了大容量、高频低阻抗、长寿命、 耐高纹波电流等性能要求，传统的铝电 解电容器由于使用了离子传导性液体电 解质，因而有高频段的阻抗高、温度特 性不良的问题。固体铝电解电容器使用
固体铝 液体铝 固体钽 陶瓷 陶瓷
液体铝
固体铝电容器与液体铝、固体钽以及陶瓷电容器的容量变化-温度特性比较
允许纹波电流(Ripple Current)大
2.7 电解质传导方式为电子导电，液体铝电容器是靠电解液中的离子导电来传递信息的，因此速度慢， 且受频率、温度等因素影响大，而固体电解质依靠电子导电方式传递信息，所以不存在液体电 解质那样的载流子延迟问题； 2.8 容许涟波电流大，固体铝电容器由于ESR低，因此，可以在一瞬间向负荷提供很大的电流，本身 因为焦尔热引起的发热量很少，以相同尺寸（φ10×10mm）的产品比较：钽电容器大约为 1900mA，液体铝电容器大约为630mA，而固体铝电容器可以达到5500 mA。图4是几种铝电容 器通过涟波电流值的相对比较示意图。
Wet Al.E.capacitor 105℃ 95℃ 85℃ 75℃ 2,000h 4,000h 8,000h 16,000h
低温稳定性
2.6 低温时也能保持容量稳定，液体电解质在温度降低时会因为离子迁移率降低而导致电容器容量的 急剧降低和ESR的急剧升高，但是固体电解质的温度特性优良，可以在较宽的温度范围内保持容 量的稳定；
2.1 结构类型：卷绕式，分引线型和表面贴装型 两种，外形结构与传统的液体铝电解电
容器完全一致，在使用中可以直接替换；
2.2 工作电压范围：2.5 ~25V，容量范围： 10~3500μF； 2.3 工作电解质：聚(3,4) 亚乙基二氧噻吩 （PEDOT）。与聚吡咯、TCNQ、聚苯 胺等固体电解质相比，PEDOT在导电性、 热稳定性、化学稳定性等方面具有较为 明显的优势，是目前世界上可选择的综 合性能最好的固体电解质；
Characteristics Type of Capacitor 小型化 频率特性 /ESR 温度特性 电压 容量 寿命 安全性
液体铝电容器
◎
×
×
○
◎
×
△
固态钽电容 器
◎◎
○
◎
△
△
◎
X
固态铝电容 器
◎
◎◎
◎
×
◎
◎
◎◎
叠层结构固体电容器
◎◎
◎
◎
× ×
△
○
○
where：good←◎○△×→bad
4.固态铝电容器的失效模式
固体铝电容器（导电高分子型） 固体铝电容器（有机半导体型） 液体铝电容器（LOW ESR型） 固体钽电容器（Ta-CAP）
几种铝电容器通过纹波电流值的相对比较
特性总结
高Baidu Nhomakorabea低阻抗
近似于理想电容器的阻抗频率曲线 允许通过大纹波电流 可以快速放电
ESR几乎不随温度而改变
长寿命
3 固态与液态铝电容器的性能比较
固体铝电容器与液体铝、固体钽以及陶瓷电容器的ESR-温度特性比较
长寿命
2.5 性能稳定且使用寿命长，固体电解质没有挥发性，在使用中不易损失。固体铝电容器的寿命温度 系数基本上遵循温度每下降20℃、寿命增加10倍的规律，而液体铝电容器则遵循温度每下降 10℃、寿命增加2倍的规律。因此，比较而言，固体铝电容器的实际使用寿命要远远长于液体铝 电容器。 L: Life expectancy L0: Catalogue life [h] [h]
固态电容是目前铝电容器产品中最高阶的产品，固态电容的电解质材料为功能性导电高分子，能大幅提 升产品的稳定度与安全性，它与液态铝质电解电容最大差别，在于所使用的电解质材料，过去铝质电解 电容所使用的电解质材料是离子性电解液，而固态电容则是导电性高分子材料。
• 固态铝电容器的解剖结构
固态铝电解电容器的制造流程
高频低阻抗
2.4 高频低阻抗： - 固体铝电容器最出色 的性能就是它具有近 似于理想电容器的优 良的阻抗频率特性。 在100KHz~1MHz的宽 频率范围内都具有很 低的阻抗值，因此特 别适合于作为去耦合 电容器来去除电路中 的纹波、脉冲、数字、 静电以及音频等各种 噪音；
固体铝电容器与液体铝和固体钽电容器的阻抗-频率特性比较
• 请仔细核对所选固态铝电容器的工作电压、容量、ESR、纹波电流、 工作温度范围等参数 • 固态铝电容器的最佳应用频率范围：1KHz~500KHz • 与其它电容器串、并联时，请注意电流和电压的平衡问题 • 测试和充电时，请串联1KΩ保护电阻 • 清洗电路板时，请尽量不要使用超声波 • 固态铝电容器在焊接后LC值可能会增大，甚至可能会大幅度增大。在 经过电压处理后LC会逐渐下降到正常水平
6.Capxon的产品系列
PL Series: Low ESR Products-----ESR 7mΩ PS Series : Standard Products -----最高电压25v PU Series : Ultra Low ESR Products -----ESR 6mΩ PX Series : Low Profile Products -----Φ4~ Φ6.3 PM Series: SMD Type ------ Φ4~ Φ6.3 PD Series: SMD Type ------ Φ8~ Φ10 Large cap.& Low ESR PV Series: SMD Type ------ Φ8~ Φ10 Large cap.& Low Height PE Series: Low ESR & Down sized ------ Φ6.3×8 我们可以为客户定制有特殊要求的固体铝电容器，而不仅仅限于 目前SPEC.中所列出来的规格。