L'industria automobilistica è stata finora al di fuori della portata delle possibilità dei condensatori polimerici al tantalio. KEMET ha introdotto la serie T598 di dispositivi polimerici al tantalio, i quali sono progettati specificamente per soddisfare i requisiti stringenti del mercato automotive. I vantaggi dei condensatori polimerici al tantalio includono una modalità di guasto da corto-circuito senza rischi e una Resistenza Equivalente Serie (ESR) inferiore. L'ESR ridotta minimizza le perdite di energia e l'auto-riscaldamento del condensatore, e consente ai dispositivi di gestire correnti di ripple elevate senza eccessivi stress termici. La frequenza di roll-off del condensatore è più elevata, anche a causa della ESR inferiore, che consente ai dispositivi polimerici di mantenere la capacità fino a frequenze più alte rispetto ai dispositivi con catodo al MnO2. Inoltre, la ESR del condensatore polimerico presenta un coefficiente di temperatura basso, che contribuisce ad assicurare prestazioni stabili su un intervallo specificato di temperature.
La risposta ai test ambientali automotive AEC-Q200
I condensatori polimerici al tantalio sono diventati popolari come soluzione compatta ed efficiente per circuiti come i convertitori DC/DC ad alte prestazioni in laptop e tablet, o negli alimentatori, negli interruttori telecom e nelle server room.
Tuttavia, quando sottoposti a test specificati dallo standard di qualità automotive AEC-Q200, i condensatori polimerici al tantalio non sono in grado di passare i test di esposizione alle alte temperature, all'umidità e alle prove di durata operativa. Per quanto riguarda i test ad alta temperatura a 125°C, la conoscenza preventiva del comportamento del polimero conduttivo quando è esposto all'aria a temperature elevate suggerisce che il degrado è dovuto alla diffusione dell'ossigeno attraverso l'incapsulamento epossidico del condensatore e alle interfacce fra il quadro conduttore e la resina epossidica. La conseguente ossidazione riduce la conduttività dello strato polimerico, aumentando la ESR del condensatore e il fattore di dissipazione (DF).
KEMET è un leader di mercato nella tecnologia dei condensatori al tantalio. Come tale, ha sviluppato un condensatore polimerico in grado di passare i test di qualifica AEC-Q200. Il progresso chiave è stato lo sviluppo di un nuovo strato di protezione dall'umidità che sfrutta tecnologie proprietarie brevettate. In più, sono stati sviluppati un incapsulante epossidico e un processo di saldatura migliorato. Il nuovo materiale ha ridotto la permeabilità all'ossigeno e all'umidità, in modo significativo rispetto all'incapsulante epossidico convenzionale. La Figura 3 illustra la riduzione significativa nell'assorbimento di umidità ottenuta usando il composto modificato per lo stampaggio epossidico (EMC-C).
Per KEMET, gli effetti combinati delle innovazioni hanno permesso lo sviluppo di una nuova famiglia di condensatori polimerici al tantalio, la serie T598, che è in grado di sopportare il test a 85°C/85% di RH con polarizzazione in continua per 1000 ore. I dispositivi sono anche in grado di sopportare l'esposizione alle alte temperature in assenza di polarizzazione e i test di durata operativa con polarizzazione in continua a 125°C per 1000 ore.
Il superamento dei test elettrici del costruttore
Oltre ai test AEC-Q200, i condensatori devono anche passare test elettrici come i test di sovraccarico per essere approvati per l'utilizzo all'interno dei moduli automotive. I test di sovraccarico simulano i transitori da sovratensioni che si possono verificare in seguito ad uno scollegamento improvviso della batteria del veicolo, mentre l'alternatore genera la corrente di carica e altri carichi sono connessi al circuito dell'alternatore. Uno scollegamento improvviso della batteria potrebbe essere causato da una connessione allentata, dalla corrosione o dalla rimozione deliberata della batteria.
Le offerte attuali di condensatori polimerici al tantalio da 35V a 50V non garantiscono una tensione nominale sufficientemente alta per garantire la sopravvivenza quando sono esposti al transitorio di sovratensione non soppresso secondo lo standard ISO 7637. A tensioni inferiori dell'impulso di picco, i tassi di sopravvivenza dei componenti crescono statisticamente. I condensatori polimerici al tantalio K598 KO-CAP di KEMET hanno mostrato una sopravvivenza del 100% a impulsi da 55V e i valori nominali di tensione estesi sono parte del programma di sviluppo di componenti T598 di KEMET.
I parametri elettrici dei condensatori T598 sono stati misurati prima e dopo essere stati sottoposti ai test di sovraccarico, come specificato dai singoli produttori automobilistici. La capacità, il fattore di dissipazione, la ESR e la corrente di perdita hanno tutte dato prova di rimanere all'interno delle specifiche pubblicate dopo il completamento dei test.
Conclusione
Le barriere tecnologiche hanno impedito ai progettisti di moduli automotive e di alimentatori di trarre vantaggio dalle riduzioni di spazio che i condensatori al tantalio stanno già assicurando in apparecchi come i terminali mobili consumer. I condensatori polimerici al tantalio hanno eliminato gli svantaggi dei condensatori al tantalio "classici" con catodo al MnO2, e sono stati finora in grado di passare tutti i test ambientali AEC-Q200 e i test elettrici dei produttori come le prove di sovraccarico.
Con l'avvento di dispositivi come il T598, il mercato dovrebbe assistere all'emergere di nuovi e più compatti moduli automotive che sfruttano l'efficienza volumetrica intrinseca e le prestazioni dei condensatori elettrolitici al tantalio.
Cristina Mota Caetano, Direttore Marketing Tecnico di Prodotto, Divisione Tantalio, KEMET Electronics Portugal S.A
