탄탈 커패시터,구조, 종류, vs. 알루미늄 커패시터, vs. 세라믹 커패시터,용량값 읽는법

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1. 탄탈 커패시터 History

탄탈 커패시터의 역사는 1950년대에 시작되었습니다.
이 개념은 작은 커패시터를 트랜지스터와 함께 제공하기 위해 벨 연구소에서 개발되었습니다.

탄탈 커패시터의 역사는 1950년대에 시작되었습니다.
이 개념은 작은 커패시터를 트랜지스터와 함께 제공하기 위해 벨 연구소에서 개발되었습니다.
탄탈 커패시터의 구조는 스폰지와 같이 매우 높은 표면적을 가지고 있어 다이렉트릭을 형성하는 데 사용됩니다.
이러한 구조로 인해 다른 커패시터 기술보다 훨씬 작은 패키지에 높은 용량을 제공할 수 있습니다.

이후 몇십 년 동안 탄탈 커패시터 기술은 여러 형태로 진화했습니다.
1980년대까지는 자동 삽입 공정에 적합한 축-방사형 구성이 주류를 이루었습니다.
그러나 이후 조립 기술이 표면 마운트 기술(SMT)을 채택하면서 다양한 크기의 SMT 탄탈 커패시터가 개발되었고 널리 사용되었습니다.

SMT 기술의 널리 사용으로 인해 탄탈 커패시터는 기존의 축-방사형 커패시터와는 다른 환경에서 사용되었습니다.
고온의 보드 수준 리플로우 공정은 탄탈 부품의 얇은 필름 다이렉트릭층에서 결함을 유발할 수 있으며 때로는 치명적인 고장과 심지어는 발화로 이어질 수 있습니다.

이러한 경험을 바탕으로 탄탈 커패시터 제조업체들은 이러한 리플로우 조건에서 커패시터가 생존할 수 있도록 인라인 리플로우 조건부 및 기타 조치를 채택했습니다.
이러한 노력 덕분에 탄탈 커패시터는 모든 응용 프로그램에 적합한 신뢰성을 제공할 수 있게 되었습니다.

SMT 버전의 신뢰성 있는 탄탈 커패시터가 1980년대 후반에 개발되면서 수요가 급증했고, 1990년대에도 이어졌습니다.
휴대전화와 개인용 컴퓨터의 도입과 함께 자동차에 광범위한 전자 장비가 도입되면서 이러한 성장이 주도되었습니다.

2. 탄탈 커패시터 구조

탄탈 커패시터는 커패시터의 양극을 형성하는 탄탈룸 재료로 만들어진 커패시터입니다.
탄탈 커패시터는 전해 커패시터로, 이는 커패시터가 양극에 형성된 산화층을 통해 극성을 가진다는 것을 의미합니다.
탄탈 커패시터에는 탄탈룸 분말 양극, Ta2O5 산화물층 유전체, 그리고 MnO2 또는 고체 폴리머로 이루어진 음극이 포함됩니다.

탄탈 커패시터:구조

탄탈 커패시터는 탄탈룸 분말을 압축하고 소결을 통해 펠릿으로 형성합니다.
탄탈 커패시터의 장점은 매우 얇은 산화층을 형성한다는 것인데, 이 산화층은 20-400 나노미터 두께로 형성될 수 있습니다.
이 펠릿은 고체 스펀지처럼 다공성을 가지고 있어서, 다음 단계에서 (산화 공정) 얇은 산화층이 많은 표면적에 형성됩니다.
이로써 탄탈 커패시터는 다른 기술에 비해 훨씬 높은 용량 및 전압을 단위 체적당 가질 수 있습니다.

3. 탄탈 커패시터 종류

3-1) 탄탈 폴리머 커패시터

탄탈 폴리머 커패시터는 탄탈 소재를 기반으로 한 고분자 형태의 커패시터로, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

  • 고분자 기반 소재: 탄탈 폴리머 커패시터는 고분자 기반 소재로 만들어지며, 이는 전통적인 금속 탄탈 커패시터와는 다른 소재 구조를 가지고 있습니다.
  • 낮은 ESR: 등가 직렬 저항(ESR)이 낮아 고주파 응용에 적합합니다.
    이는 빠른 전압 변화에도 빠르게 반응하여 효율적으로 에너지를 전달할 수 있음을 의미합니다.
  • 높은 내구성과 안정성: 탄탈 폴리머 커패시터는 높은 내구성과 안정성을 제공합니다.
    긴 수명을 가지고 있으며, 환경 조건의 변화에도 강하게 작동합니다.
  • 고밀도 PCB 설계에 적합: 작고 가벼운 크기와 높은 용량을 가지고 있어 PCB(회로 기판) 설계에서 고밀도 구성 요소로 사용하기에 이상적입니다.

탄탈 폴리머 커패시터는 주로 휴대전화, 노트북, 태블릿 등의 소형 전자기기에서 사용되며, 고주파 응용이 필요한 다양한 분야에서 활용됩니다.
이러한 특성으로 인해 탄탈 폴리머 커패시터는 현대 전자 제품의 중요한 구성 요소 중 하나로 자리 잡고 있습니다.

3-2) 탄탈 알루미늄 커패시터

탄탈 알루미늄 커패시터는 알루미늄을 기반으로 한 전해성 커패시터로, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

  • 높은 용량: 탄탈 알루미늄 커패시터는 높은 용량을 제공합니다.
    이는 작고 가벼운 디자인에서도 많은 전하를 저장할 수 있음을 의미합니다.
  • 높은 전압 허용치: 탄탈 알루미늄 커패시터는 높은 전압 허용치를 가지고 있어 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
  • 저 ESR: 등가 직렬 저항(ESR)이 낮아 고주파 응용에 적합합니다.
    이는 빠른 전압 변화에도 빠르게 반응하여 효율적으로 에너지를 전달할 수 있음을 의미합니다.
  • 긴 수명과 안정성: 탄탈 알루미늄 커패시터는 긴 수명과 안정성을 제공합니다.
    안정적인 전기적 특성을 유지하면서 환경 조건의 변화에도 강하게 작동합니다.
  • 고온 환경에서 안정적: 고온 환경에서도 안정적으로 작동하여 자동차, 산업용 전자 제품 및 고온 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

탄탈 알루미늄 커패시터는 고용량 및 안정성이 요구되는 응용 분야에서 널리 사용되며, 특히 자동차 및 산업용 전자 장비에서 자주 찾을 수 있습니다.
그들의 높은 신뢰성과 성능은 다양한 산업에서 중요한 요소로 작용합니다.

4. 탄탈 커패시터와 다른 커패시터 비교

4-1) 알루미늄 캔 커패시터와 비교

탄탈럼 커패시터와 알루미늄 캔 커패시터의 전해질 구조적 차이는 그들의 성능과 수명에 큰 영향을 미칩니다.
탄탈럼 커패시터는 고체 전해질을 사용하며, 이는 온도에 대해 안정적입니다.
따라서 온도 변화에 따른 용량, ESR, 누설 전류, DF 및 평가 전압과 같은 핵심적인 파라미터가 상대적으로 일정하게 유지됩니다.
반면 알루미늄 캔 커패시터는 액체 전해질을 사용합니다.
이러한 액체 전해질은 온도에 매우 민감하며, 온도 변화에 따라 성능이 불안정해질 수 있습니다.

탄탈 커패시터: 알루미늄 캔 커패시터와 비교

또한, 알루미늄 캔 커패시터의 액체 전해질은 시간이 지남에 따라 증발하거나 건조할 수 있어 수명이 짧아질 수 있습니다.
이는 전기적 특성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
반면 탄탈럼 커패시터는 고체 전해질을 사용하므로 이러한 문제가 발생하지 않습니다.
따라서 탄탈럼 커패시터는 더 긴 수명과 안정된 전기적 특성을 제공하며, 특히 온도 변화에 민감한 환경에서 더욱 신뢰할 수 있습니다.

4-2) MLCC와 비교

다층 세라믹 커패시터(MLCC)는 대부분의 전자 설계에서 흔히 사용되는 표면 마운트 구성 요소입니다.
이러한 MLCC 장치는 전원 공급을 안정화하고 회로를 필터링하는 등 다양한 용도로 사용됩니다.
그러나 MLCC에는 몇 가지 단점이 있어서 특정 시스템에서는 탄탈럼 커패시터가 선호될 수 있습니다.

  • 첫째로, MLCC는 세라믹 재료를 사용하여 제작되어 압전 효과를 가집니다.
    이는 전기 신호가 적용되면 물리적으로 움직이거나 진동하여 소음이 발생할 수 있음을 의미합니다.
    이러한 소음은 주파수에 따라 변하며, 회로의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
    탄탈럼 커패시터는 이러한 압전 효과를 가지고 있지 않으므로 이러한 문제가 발생하지 않습니다.
  • 둘째로, MLCC는 DC 바이어스 특성을 가집니다.
    이는 커패시터에 적용된 전압 수준에 따라 실제 커패시턴스가 변할 수 있음을 의미합니다.
    그러나 탄탈럼 커패시터는 DC 바이어스에 영향을 받지 않으며, 안정적인 성능을 유지합니다.
  • 마지막으로, MLCC의 성능은 온도에 따라 변할 수 있습니다.
    다양한 온도 범위에서 MLCC는 다른 등급의 재료를 사용하여 성능을 유지합니다.
    반면 탄탈럼 커패시터는 넓은 온도 범위에서 안정적인 성능을 제공하며, 온도 변화에 따른 변화가 거의 없습니다.

이러한 이유로 특히 환경이 극단적이거나 안정성이 요구되는 응용 분야에서는 탄탈럼 커패시터가 MLCC보다 선호될 수 있습니다.

4-2-1) DC 바이어스 전압

MLCC에서는 바이어스 전압이 증가함에 따라 커패시턴스가 감소합니다.
이는 MLCC가 바이어스 전압에 따라 실제 커패시턴스가 변화한다는 것을 의미합니다.
그러나 탄탈럼 커패시터는 바이어스 전압에 영향을 받지 않으며, 동일한 커패시턴스를 가진 MLCC 장치보다 물리적으로 더 작을 수 있습니다.

4-2-2) AC 전압 (노이즈)

MLCC에서는 AC 전압이나 노이즈가 적용될 때 기판이 진동할 수 있습니다.
이러한 진동은 가청 주파수의 소음을 발생시킬 수 있습니다.
그러나 탄탈럼 커패시터의 기판은 진동하지 않기 때문에 가청 주파수의 소음을 생성하지 않습니다.

4-2-3) 온도

MLCC에서는 커패시턴스가 온도에 영향을 받으며, 낮은 온도 및 높은 온도에서 감소합니다.
반면에 탄탈럼 커패시터는 모든 등급의 온도에서 안정된 커패시턴스를 유지합니다.

탄탈 커패시터:비교

4-3) 알루미늄 폴리머 커패시터와 비교

알루미늄 폴리머 커패시터는 일반적으로 알루미늄 캔 커패시터의 소재를 사용하지만, 액체 전해질을 고체 폴리머 소재로 대체합니다.
이 고체 폴리머는 이러한 커패시터의 등가 직렬 저항(ESR)을 mΩ 범위로 낮추며 동시에 온도, 시간, 전압 및 주파수에 대한 매개변수의 안정성을 제공합니다.
알루미늄 폴리머 커패시터는 전통적인 알루미늄 캔 커패시터보다 기술적 개선을 제공하지만, 탄탈럼 커패시터는 여전히 우수한 매개변수를 제공합니다.

  • 먼저, 탄탈럼 커패시터는 다공성 구조 때문에 더 높은 CV를 달성할 수 있습니다.
  • 둘째, 탄탈럼 커패시터는 병렬 층과 다수의 양극을 가진 내부 구조 때문에 더 낮은 ESR을 달성할 수 있습니다.
  • 마지막으로, 탄탈럼 커패시터는 진동에 대해 더 저항력이 있으며, 특히 자동차 응용 분야에서 중요합니다.

요약하면, 탄탈럼 커패시터는 오늘날 다른 표준 커패시터들보다 많은 기술적 이점을 제공합니다.

탄탈 커패시터:장.단점

5. 탄탈 커패시터 용량값 읽는 방법

탄탈 커패시터:읽는 법

5-1) 리드형 탄탈럼 커패시터의 용량값 읽는 방법

  • 색상 코드 (Color Coding): 일부 리드형 탄탈럼 커패시터는 용량을 나타내기 위해 색상 코드를 사용합니다.
    예를 들어, 두 개의 색상 대역이 있고, 각 대역의 조합은 특정 숫자나 값을 나타냅니다.
  • 숫자 표기 (Numeric Markings): 대부분의 커패시터는 용량을 직접 숫자로 표기합니다.
    이 숫자는 용량을 나타내며, 특정 단위인 마이크로패럿 (μF)나 피코패럿 (pF) 등으로 표시됩니다.
    이 숫자는 커패시터의 측면이나 상단에 새겨져 있습니다.
  • 용량 표기 단위 (Capacitance Units): 용량은 일반적으로 마이크로패럿 (μF) 단위로 표시됩니다.
    따라서 “47 μF”는 47 마이크로패럿를 나타냅니다.
    종종 피코패럿 (pF)나 나노패럿 (nF) 단위로도 표시될 수 있습니다.

5-2) SMD 탄탈럼 커패시터 용량값 읽는 방법

전자 제품에서는 표면 마운트(Surface Mount) 탄탈럼 커패시터가 일반적으로 사용됩니다.
충분한 여유를 갖고 설계된 경우, 이러한 커패시터는 안정된 서비스를 제공하며, 현대 장비에 필요한 작은 패키지 크기에서 높은 용량 값을 달성할 수 있습니다.

땜질에 필요한 온도를 견딜 수 없기 때문에, 알루미늄 전해 커패시터는 초기에는 표면 마운트 패키지로 제공되지 않았습니다.
결과적으로, 높은 용량 값을 위해 필요한 커패시터의 선택지는 거의 표면 마운트 조립에서 탄탈럼 커패시터였습니다.
SMD 전해액이 출시되었음에도 불구하고, 우수한 비용, 크기 및 성능 매개 변수로 인해 탄탈럼은 SMD용 커패시터로 선택됩니다.

SMD 탄탈럼 커패시터에는 일반적으로 세 개의 숫자가 마킹되어 있습니다.
첫 두 숫자가 주요 숫자이고, 세 번째 숫자가 곱셈기입니다.
값은 피코파라드 단위로 표시됩니다. 따라서 SMD 탄탈럼 커패시터의 값은 47 x 105 피코패럿이며, 이는 4.7 마이크로패럿와 동일합니다.

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