汽車電子與通訊領域是目前快速成長的電容器應用市場,此兩大應用所需之電容器須具備有低阻抗、高漣波電流以及高可靠度的特性,在汽車電子領域,高耐溫和高抗震也是須具備的,因此未來電容器的發展將朝向這些特性進行開發改良。本研究開發一種導電高分子混成電解電容器,以導電高分子與液態電解質之混合物為電解質之電容器,其工作溫度可達135˚C,並同時具有固態電解電容器的低阻抗與高可靠度,以及液態電解電容器的高工作電壓與高靜電容量等優點。
本文將從以下大綱,介紹混成電解電容器之研發成果、商業發展近況與其特色和優勢所在。
‧導電高分子電解電容器之分類
‧混成電解電容器之發展起源
‧混成電解電容器之特性
‧混成電解電容器之應用範疇
‧混成電解電容器之商業發展近況
‧結語
【內文精選】
導電高分子電解電容器之分類
導電高分子(Conductive Polymer)電解電容器(Electrolytic Capacitor)有諸多種類,每一種都具有各自的優勢,包含理想的工作電壓(Working Voltage)、頻率、電性特性、環境耐受性與不同應用需求等。導電高分子電解電容器主要可分為四大類:①堆疊型導電高分子鋁電容(圖一);②捲繞型導電高分子鋁電容(圖二);③導電高分子鉭電容(圖三);④導電高分子混成鋁電容(圖四)。
圖四、導電高分子混成鋁電容結構示意圖
混成電解電容器之特性
混成電解電容器之混成電解質(Hybrid Electrolyte)具有修復介電層的功能,不但不會妨礙導電高分子的性能,且能夠增加電容器之耐電壓性,對電容器的長期可靠度都有明顯助益。在接近-60˚C至超過120˚C的工作溫度(Working Temperature)下,混成電解電容器之100 kHz ESR皆能維持在一定範圍內而無劇烈變化,顯示混成電解電容器從低溫至高溫都可以保持穩定的電性特性。在經過長時間負載壽命測試後,混成電解電容器之電容量變化率較傳統液態電解電容器低,而100 kHz ESR更是僅有些微的變化,如圖六、圖七所示。
圖七、混成電解電容器與傳統液態電解電容器於125˚C下長時間壽命測試之特性變化比較
混成電解電容器之應用範疇
根據統計,全球鋁電解電容器的應用領域分布分別為消費性電子產品占45%、工業占23%、資訊13%、通訊7%、汽車電子5%、其他7%。消費類鋁電解電容器主要用於節能照明、電視機、顯示器、電腦及空調等消費類市場。工業類鋁電解電容器主要用於工業和通訊電源、專業變頻器、數位控制、伺服系統、風力發電及汽車等工業領域。由於受到體積的限制,鋁電解電容較多應用在工業、汽車、家電、照明等領域,其中汽車電子與通訊是兩項十分具市場成長性的領域。
混成電解電容器之商業發展近況
Panasonic為全世界第一家生產混成電解電容器之被動元件廠,於2012年首度發表工作電壓介於25~63 V的混成電解電容器,並於2013年進一步推出80 V混成電解電容器,最高使用溫度可達105~125˚C。而在2018年推出最高使用溫度達150˚C的63 V混成電解電容器,耐溫性是逐年不斷提升,此系列是目前為止工作溫度最高的混成鋁電解電容器。
針對混成電解電容器之優異特性與應用潛力,工研院亦規畫相關計畫投入研究。目前所開發之混成電解電容器工作電壓為100 V,工作溫度為135˚C,並具有優異的低阻抗、低漏電流等特性(表三)…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
作者:林甘軒、杜佾璋、蔡麗端/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」394期,更多資料請見下方附檔。