聚合物电容器

聚合物电容器，或更准确地说是聚合物电解电容器，是一种具有固态导电聚合物电解质的电解电容器（e-cap）。有四种不同的类型：

• 高分子钽电解电容器（PolymerTa-e-cap）
• 聚合物铝电解电容器（PolymerAl-e-cap）
• 混合聚合物电容器（HybridpolymerAl-e-cap）
• 聚合物铌电解电容器

聚合物Ta-e-caps提供矩形表面贴装器件(SMD)芯片样式。聚合物Al-e-caps和混合聚合物Al-e-caps有矩形表面贴装器件(SMD)芯片样式、圆柱形SMD(V-chip)样式或径向引线版本（单端）。聚合物电解电容器的特点是内部等效串联电阻(ESR)极低，纹波电流额定值高。与固态钽电容器相比，它们的电气参数具有相似的温度依赖性、可靠性和使用寿命，但与采用非固态电解质的铝电解电容器相比，它们具有更好的温度依赖性和更长的使用寿命。通常，聚合物e-cap的漏电流额定值高于其他固体或非固体电解电容器。聚合物电解电容器也可采用混合结构。混合聚合物铝电解电容器结合了固体聚合物电解质和液体电解质。这些类型的特点是ESR值低，但泄漏电流低，对瞬态不敏感，但它们的使用寿命与非固体e-cap类似。聚合物电解电容器主要用于集成电子电路的电源中作为缓冲、旁路和去耦电容器，特别是在扁平或紧凑设计的设备中。因此，它们与MLCC电容器竞争，但提供比MLCC更高的电容值，并且它们没有表现出颤噪效应（例如2类和3类陶瓷电容器）。

具有液体电解质的铝电解电容器（Al-e-caps）由CharlesPollak于1896年发明。采用固体二氧化锰(MnO2)电解质的钽电解电容器是贝尔实验室在1950年代初期发明的，作为一种小型化且更可靠的低压支持电容器，以补充新发明的晶体管，请参阅钽电容器。xxx个使用MnO2电解质的Ta-e-caps的导电性和纹波电流负载比使用液体电解质的早期类型Al-e-caps好10倍。此外，与标准Al-e-caps不同，Ta-caps的等效串联电阻(ESR)在不同的温度下是稳定的。在1970年代，随着工作电压的降低、开关频率和纹波电流负载的增加，电子电路的数字化程度不断提高。这对电源及其电解电容器产生了影响。电源线中使用的旁路和去耦电容器需要具有较低ESR和较低等效串联电感(ESL)的电容器。参见ESR、ESL和电容的作用。1973年取得了突破，A.Heeger和F.Wudl发现了一种有机导体，即电荷转移盐TCNQ。TCNQ（7,7,8,8-四氰基醌二甲烷或Nn-丁基异喹啉与TTF（四硫富瓦烯）结合）是一种几乎完美的一维结构的链状分子，其沿链的电导率是MnO2的10倍，并且具有比非固体电解质高100倍的电导率。xxx个使用电荷转移盐TTF-TCNQ作为固体有机电解质的Al-e-caps是Sanyo于1983年提供的OS-CON系列。这些是卷绕的圆柱形电容器，与MnO2相比，电解质电导率提高了10倍这些电容器用于需要尽可能低的ESR或尽可能高的纹波电流的设备中。一个OS-CONe-cap可以替代三个更大的湿式e-caps或两个Ta-caps。到1995年，SanyoOS-CON成为基于Pentium处理器的IBM个人计算机的首选去耦电容器。三洋OS-CON电子电容产品线于2010年出售给松下。松下随后用同一品牌的导电聚合物代替了TCNQ盐。降低ESR的下一步是AlanJ.Heeger、AlanMacDiarmid和HidekiShirakawa在1975年开发的导电聚合物。聚吡咯(PPy)或PEDOT等导电聚合物的导电性比TCNQ的导电性好100倍500，接近金属的电导率。1988年，日本制造商Nitsuko推出了xxx个聚合物电解质e-cap，即采用PPy聚合物电解质的APYCAP。该产品没有成功，部分原因是它在SMD版本中不可用。1991年松下推出聚合物Al-e-cap系列SP-Cap，这些e-caps使用PPy聚合物电解质，其ESR值可直接与陶瓷多层电容器(MLCC)相媲美。它们仍然比钽电容器便宜，并且由于其扁平设计可用于笔记本电脑和手机等紧凑型设备，它们也与钽片式电容器竞争。三年后，采用PPy聚合物电解质阴极的钽电解电容器紧随其后。1993年，NEC推出了名为NeoCap的SMD聚合物Ta-e-caps。1997年，三洋紧随其后的是POSCAP聚合物钽芯片。Kemet在1999年的Carts会议上介绍了一种用于钽聚合物电容器的新型导电聚合物。该电容器使用了新开发的有机导电聚合物PEDT（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)），也称为PEDOT（商品名Baytron®）。两年后，在2001年APEC会议上，Kemet向市场推出了PEDOT聚合物铝电子电容。PEDOT聚合物具有更高的温度稳定性，并且作为PEDOT:PSS溶液，这种电解质只能通过浸渍而不是像PPy那样的原位聚合来插入，这使得生产更快、更便宜。其AO-Cap系列包括具有D尺寸堆叠阳极的SMD电容器，高度为1.0至4.0mm，与当时使用PPy的PanasonicSP-Caps竞争。大约在千年之交，混合聚合物电容器被开发出来，除了固体聚​​合物电解质外，还有一种液体电解质，连接覆盖在阳极和阴极箔上的介电层的聚合物层。非固体电解质为自愈目的提供氧气以减少泄漏电流。2001年，NIC推出了一种混合聚合物e-cap，以更低的价格和更低的漏电流替代聚合物类型。截至2016年，混合聚合物电容器可从多家制造商处获得。

所有电解电容器的主要应用是在电源中。它们用于输入和输出平滑电容器，作为去耦电容器以在短回路中循环谐波电流，作为旁路电容器通过绕过电源线将交流噪声分流到地，作为备用电容器以减轻线路电压的下降在突然的电力需求或作为低通滤波器中的滤波电容器以降低开关噪声。在这些应用中，除了尺寸之外，还有电容、阻抗Z、ESR和电感ESL对电路中这些电容器的功能具有重要的电气特性。数字电子设备的变化导致了具有更高频率和板载DC/DC转换器、更低电源电压和更高电源电流的开关电源的发展。用于这种应用的电容器需要较低的ESR值，当时使用Al-e-caps只能通过更大的外壳尺寸或通过更换更昂贵的固体Ta-caps来实现。ESR如何影响集成电路功能的原因很简单。如果电路（例如微处理器）有突然的电源需求，电源电压会因ESL、ESR和电容电荷损失而下降。因为在突然的电流需求的情况下，电源线的电压会下降：ΔU=ESR×I。例如：给定3V的电源电压、10%(300mV)的容差和xxx10A的电源电流，突然的电源需求会使电压下降ESR=U/I=(0.3V)/(10A)=30mΩ。这意味着CPU电源中的ESR必须小于30mΩ，否则电路会发生故障。类似的规则适用于电容和ESL。多年来，通过更高蚀刻的阳极箔分别通过更小和更细的钽粉颗粒，比电容可以增加10到15倍，并且可以跟随小型化的趋势。ESL挑战导致了聚合物铝电子帽的堆叠箔版本。然而，为了降低ESR，只有开发新的固体导电材料，首先是TCNQ，然后是导电聚合物，这导致了ESR值非常低的聚合物电解质电容器的开发，电子电路数字化的ESR挑战可以接受。

电解电容器使用一些特殊金属的化学特性，以前称为阀金属，通过阳极氧化形成绝缘氧化层。通过向电解槽中的阳极(+)材料施加正电压，可以形成厚度对应于所施加电压的氧化物阻挡层。该氧化层充当e-cap中的电介质。为了增加电容器电容，阳极表面被粗糙化，因此氧化层表面也被粗糙化。为了完成电容器，反电极必须与粗糙的绝缘氧化物表面相匹配。这是由充当电解电容器阴极(-)电极的电解质完成的。聚合物电容器的主要区别在于阳极材料及其用作电介质的氧化物：

• 聚合物钽电解电容器以高纯度烧结钽粉为阳极，以五氧化二钽（Ta2O5）为电介质，
• 聚合物铝电解电容器使用高纯度和电化学蚀刻（粗化）铝箔作为阳极，氧化铝（Al2O3）作为电介质

与五氧化二钽介电层相比，氧化铝层的性能如下表所示：每个e-cap原则上形成一个平板电容器，其电容是电极面积A、电介质材料的介电常数ε和电介质厚度(d)的增函数。电容与一块板的面积乘以介电常数再除以电介质厚度的乘积成正比。电介质厚度在纳米每伏特的范围内。另一方面，这些氧化层的击穿电压相当高。使用蚀刻或烧结阳极，与相同尺寸或​​体积的光滑表面相比，它们的表面积要大得多，e-caps可以实现高体积电容。与光滑阳极相比，高蚀刻或烧结阳极的最新发展使Al-e-caps或Ta-e-caps的电容值增加了高达200倍，具体取决于额定电压。因为形成电压定义了氧化物的厚度，所以可以很容易地产生所需的电压容差。因此，电容器的体积是由电容和电压的乘积来定义的，即所谓的CV乘积。比较钽和氧化铝的介电常数，Ta2O5的介电常数大约是Al2O3的3倍。因此，Ta-caps理论上可以比具有相同电容和额定电压的Al-caps更小。对于真正的钽电解电容器，氧化层厚度比电容器实际需要的额定电压要厚得多。这样做是出于安全原因，以避免来自场结晶的短路。由于这个原因，源自不同介电常数的实际尺寸差异部分是无效的。

电解电容器中电解质最重要的电性能是其导电性。电解质形成e-cap的对电极、阴极。阳极表面的粗糙结构在氧化层结构中延续，电介质，阴极必须精确地适应粗糙结构。使用液体，就像在传统的湿式e-caps中一样，很容易实现。在固体导电聚合物形成电解质的聚合物e-caps中，实现这一点要困难得多，因为它的导电性来自聚合的化学过程。然而，固体聚合物电解质的好处，电容器的ESR显着降低以及电参数的低温依赖性，

以电荷转移盐四氰基醌二甲烷TCNQ为电解质的电解电容器，以前由三洋生产，商品名为OS-CON，真正意义上的聚合物不是聚合物电容器。此处提到TCNQ电解电容器是为了指出与“真正的”聚合物电容器混淆的危险，后者现在以相同的商品名OS-CON销售。2010年松下整合三洋电容器业务后，原制造商三洋销售的原厂采用TCNQ电解液的OS-CON电容器已停产。松下保留商品名OS-CON，但将TCNQ电解液改为导电聚合物电解液（PPy）.不再提供带有TCNQ电解液的电解电容器。

聚合物是通过化学反应、聚合形成的。在这个反应中，单体不断地附着在不断增长的聚合物链上。通常聚合物是电绝缘体，充其量是半导体。为了在e-caps中用作电解质，使用了导电聚合物。聚合物的导电性是通过共轭双键获得的，它允许电荷载流子在掺杂状态下自由移动。由于电荷载流子服务于电子空穴。这意味着，几乎与金属导体相当的导电聚合物的电导率只有在聚合物被氧化或还原掺杂时才开始。聚合物电解质必须能够穿透阳极的最细孔以形成完整、均匀的层，因为只有被电解质覆盖的阳极氧化物部分才能产生电容。为此，聚合物的前体必须由非常小的基础材料组成，这些基础材料甚至可以穿透最小的孔。该前体的尺寸是蚀刻铝阳极箔中的孔尺寸或钽粉尺寸的限制因素。对于电容器制造，必须控制聚合速率。太快的聚合不会导致完全的阳极覆盖，而太慢的聚合会增加生产成本。前体和聚合物或其残留物都不能化学或机械地侵蚀阳极氧化物。聚合物电解质必须在很宽的温度范围内长期具有高稳定性。聚合物薄膜不仅是e-cap的反电极，它还可以保护电介质，甚至可以保护电介质免受外部影响，例如该电容器中石墨的直接接触，该电容器通过石墨和银提供阴极接触。聚合物电子帽采用聚吡咯(PPy)或聚噻吩(PEDOT或PEDT)

聚吡咯（PPy）是一种由吡咯氧化聚合形成的导电聚合物。合适的氧化剂是氯化铁(III)(FeCl3)。水、甲醇、乙醇、乙腈和其他极性溶剂可用于合成PPy。作为固体导电聚合物电解质，它的电导率高达100S/m。聚吡咯是xxx种用于聚合物Al-e-caps以及聚合物Ta-e-caps的导电聚合物。PPy聚合的问题在于聚合速率。当吡咯在室温下与所需的氧化剂混合时，聚合反应立即开始。因此，在化学溶液进入阳极孔之前，聚吡咯就开始形成。聚合速率可以通过低温冷却或电化学聚合来控制。这种冷却方式需要很大的技术努力，不利于大规模生产。在电化学聚合中，首先必须在电介质上施加辅助电极层并将其连接到阳极。为此，将离子掺杂剂添加到聚合物的基本物质中，在xxx次浸渍期间在电介质上形成导电表面层。在随后的浸渍循环中，原位聚合可以通过在阳极和阴极之间施加电压后的电流来控制时间。使用这种方法，可以在阳极的介电氧化物层上形成精细且稳定的聚吡咯薄膜。然而，两种原位聚合方法都很复杂并且需要多次重复聚合步骤，这会增加制造成本。聚吡咯电解质有两个基本缺点。它在电容器的生产中有毒，并且在使用无铅焊料焊接所需的较高焊接温度下变得不稳定。

聚（3,4-乙烯二氧噻吩），缩写为PEDOT或PEDT，是一种基于3,4-乙烯二氧噻吩或EDOT单体的导电聚合物。PEDOT通过用催化量的硫酸铁(III)氧化EDOT来极化。铁的再氧化由过硫酸钠给出。PEDOT的优点是在其导电状态下具有光学透明性、无毒、在280°C的温度下稳定且电导率高达500S/m。它的耐热性使聚合物电容器能够承受无铅焊接所需的更高温度。此外，这种电容器具有更好的ESR值，因为具有PPy电解质的聚合物e-caps。PEDOT在电容器阳极原位聚合的困难方法最初与聚吡咯相同。随着PEDOT预聚合分散体的发展，这种情况发生了变化，其中电容器阳极简单地可以被浸渍，然后在室温下干燥。为此，PEDOT化学品添加了聚苯乙烯磺酸钠(PSS)并溶解在水中。然后，电介质上的完整聚合物层由分散体中的预聚合颗粒组成。这些分散体被称为PEDOT：PSS，商品名为BaytronP®和Clevios™，保护PEDOT的宝贵特性。PEDOT:PSS分散体有不同的变体。对于采用高粗糙度铝阳极箔或细粒钽粉的高电容值电容器，可提供粒径非常小的分散体。这些预聚合颗粒的平均尺寸约为30nm，小到足以穿透最细的阳极毛细管。PEDOT:PSS分散体的另一种变体已被开发出来，其中较大的预聚合颗粒导致相对较厚的聚合物层，以便对矩形Ta和Al聚合物电容器的电容单元进行包封保护，防止机械和电应力。使用PEDOT:PSS分散体生产的聚合物铝电解电容器非常适合达到200V和250V的更高额定电压值。此外，使用这些分散体生产的聚合物电解电容器的漏电流值明显低于用于具有原位聚合聚合物层的聚合物电容器。然而，除了更好的ESR值、更高的温度稳定性和更低的漏电流值之外，使用预聚合PEDOT:PSS分散体的聚合物电容器易于制造，这在只有三个浸入式的浸入几乎完全覆盖了导电聚合物层的电介质。这种方法显着降低了生产成本。

混合聚合物铝电解电容器将粗糙和氧化的铝阳极结构涂层与导电聚合物以及液体电解质结合在一起。液体电解质浸泡在隔板（隔板）中，并通过其离子传导性实现覆盖电介质和阴极箔上的两个聚合物层之间的电接触。液态电解质可以为电容器的自愈过程提供氧气，从而减少漏电流，从而达到常规湿电解电容器等值。此外，对于所需额定电压所需的氧化层厚度的安全裕度可以降低。液体电解质对ESR和温度特性的不利影响相对较小。通过使用适当的有机电解质和良好的电容器密封性，可以实现较长的使用寿命。

根据使用的阳极金属和聚合物电解质与液体电解质的组合，有三种不同的类型：

• 聚合物钽电解电容器
• 聚合物铝电解电容器
• 混合聚合物铝电解电容器

这三种不同的类型或家族，以两种不同的风格生产，

• 矩形SMD芯片，通常采用塑料外壳模制而成，可提供烧结钽阳极或堆叠铝阳极箔和
• 圆柱形样式，金属外壳中的卷绕电池，可提供圆柱形SMD（V芯片）样式或径向引线版本（单端）
• 高分子电解电容器的种类
• 矩形SMD芯片可提供烧结钽阳极或堆叠铝阳极箔
• 在金属外壳中带有绕线电池的圆柱形样式可用作SMD（V芯片）或用于聚合物或混合聚合物铝电容器的径向引线版本（单端）

在1990年代初期，聚合物Ta-caps恰逢使用SMD组装技术的移动电话和笔记本电脑等平板设备的出现。矩形底面实现了xxx的安装空间，这是圆形底面无法做到的。可以制造烧结电池以使成品部件具有期望的高度，通常是其他部件的高度。典型的高度范围从大约0.8到4毫米。

聚合物钽电解电容器本质上是钽电容器，其中电解质是导电聚合物而不是二氧化锰，另请参见钽电容器#材料、生产和样式钽电容器由相对纯的元素钽金属粉末制成。粉末在钽丝（阳极连接）周围被压缩，形成“颗粒”。这种颗粒/线材组合随后在高温（通常为1200至1800°C）下进行真空烧结，从而产生机械强度高的阳极颗粒。在烧结过程中，粉末呈海绵状结构，所有颗粒相互连接成一个整体的空间晶格。这种结构具有可预测的机械强度和密度，但也是高度多孔的，产生大的阳极表面积。然后通过阳极氧化或成型的电化学过程在阳极的所有钽颗粒表面上形成介电层。为此，将“颗粒”浸入非常弱的酸溶液中并施加直流电压。总电介质厚度由形成过程中施加的最终电压决定。此后，用聚合物的前体浸渍氧化的烧结块，以获得聚合物电解质，即对电极。现在，这种聚合颗粒依次浸入导电石墨中，然后浸入银中，以提供与导电聚合物的良好连接。这些层实现了电容器的阴极连接。然后电容单元通常由合成树脂模制而成。<ulclass="gallery">

• 聚合物钽电容器的基本结构
• 具有石墨/银阴极连接的聚合物钽电容器的层结构
• 矩形聚合物钽片式电容器的基本截面
• 矩形聚合物钽片式电容器

聚合物钽电解电容器的ESR值约为采用相同尺寸二氧化锰电解液的钽电解电容器值的1/10。通过在一种情况下将多个阳极块并联连接的多阳极技术，可以再次降低ESR值。除了非常低的ESR值之外，多阳极技术的优点是电感ESL较低，因此电容器适用于更高的频率。所有聚合物钽电容器的缺点是泄漏电流较高，与使用二氧化锰电解质的电容器相比，泄漏电流大约高出10倍。聚合物SMD钽电解电容器的尺寸xxx为7.3x4.3x4.3mm（长×宽×高），在2.5V时容量为1000µF。它们的温度范围为-55°C至+125°C并提供2.5至63V的额定电压值。

降低ESR和ESL仍然是所有聚合物电容器的主要研发目标。一些建设性措施也会对电容器的电气参数产生重大影响。较小的ESR值可以通过例如在一种情况下并联几个常规电容器单元来实现。三个ESR为60mΩ的并联电容器每个的最终ESR为20mΩ。这种技术被称为“多阳极”结构，用于非常低ESR的聚合物钽电容器。在这种结构中，在一种情况下最多可以连接六个单独的阳极。该设计以聚合物钽片式电容器以及价格较低的带有MnO2电解液的钽片式电容器的形式提供。多阳极聚合物钽电容器的ESR值在个位数毫欧范围内。另一个简单的建设性措施改变了电容器的寄生电感ESL。由于电容器外壳内部的引线长度在总ESL中占很大比例，因此可以通过阳极引线的不对称烧结来减少内部引线的长度，从而降低电容器的电感。这种技术称为“面朝下”构造。由于这种面朝下结构的ESL较低，电容器的谐振会转移到更高的频率，这考虑到具有更高开关频率的数字电路的更快负载变化。具有这些新设计增强功能的聚合物钽片式电容器，ESR和ESL均降低了到达特性，越来越接近MLCC电容器的特性。

矩形聚合物铝盖具有一层或多层铝阳极箔和导电聚合物电解质。层状阳极箔在一侧相互接触，该块被阳极氧化以获得电介质，并且该块用聚合物的前体浸渍以获得聚合物电解质，即反电极。与聚合物钽电容器一样，这种聚合块现在依次浸入导电石墨和银中，以提供与导电聚合物的良好连接。这些层实现了电容器的阴极连接。然后，电容单元通常由合成树脂模制而成。<ulclass="gallery">

• 具有层状阳极条的聚合物铝电容器的基本结构
• 具有石墨/银阴极连接的聚合物铝电容器的层结构
• 矩形聚合物铝片式电容器的基本截面
• 矩形聚合物铝片式电容器。外观没有表明使用的内部阳极材料。

矩形聚合物Al-chip-e-caps中的分层阳极箔是电并联的单个电容器。因此，ESR和ESL值并联连接，相应地降低了ESR和ESL，并允许它们在更高的频率下工作。这些矩形聚合物Al-chip-e-cap采用D型外壳，尺寸为7.3x4.3mm，高度在2至4mm之间。它们为Ta-caps提供了具有竞争力的替代品。比较机械可比聚合物Al-chip-e-caps和聚合物Ta-chip-e-caps表明，由于氧化物层中的安全裕度不同，氧化铝和五氧化二钽的不同介电常数对比容量几乎没有影响。聚合物Ta-e-caps使用的氧化层厚度大约相当于额定电压的四倍，而聚合物Al-e-caps的氧化层厚度约为额定电压的两倍。

基于液体电解质缠绕铝电解电容器技术的圆柱形聚合物铝电容器。它们仅适用于铝作为阳极材料。与矩形聚合物电容器相比，它们适用于更大的电容值。由于它们的设计，它们在给定的表面安装区域上的高度可能会有所不同，因此可以通过更高的外壳实现更大的电容值，而无需增加安装表面。这主要用于没有高度限制的印刷电路板。

圆柱形聚合物Al-e-caps由两个铝箔制成，一个蚀刻形成的阳极和一个阴极箔，它们通过隔板机械分离并缠绕在一起。用聚合物前体浸渍绕组以获得聚合的导电聚合物以形成阴极聚合物电极，电连接到阴极箔。然后将绕组装入铝制外壳中并用橡胶密封件密封。对于SMD版本（垂直芯片=V-chip），外壳配有底板。<ulclass="gallery">

• 圆柱形聚合物铝电容器的设计原理
• 铝电解电容器的绕组
• 具有聚合物电解质的卷绕聚合物铝电容器的电容单元的横截面图
• 圆柱形聚合物铝电容器，在圆柱形金属外壳中带有绕线电池，采用径向引线（单端）和SMD样式（V-chip）

对于给定的CV值（电容×额定电压），圆柱形聚合物铝电容器比相应的聚合物钽电容器便宜。它们的尺寸xxx为10×13mm（直径×高度），CV值为3900µF×2.5V它们可以覆盖-55°C至+125°C的温度范围，并提供从以下的标称电压值2.5至200V和250V。与湿Al-e-caps不同，聚合物铝电容器的外壳底部没有通风孔（凹口），因为短路不会形成气体，这会增加外壳中的压力。因此，不需要预定的断点。

混合聚合物电容器仅提供圆柱形结构，因此对应于上述采用径向（单端）设计或带有SMD版本（V-chip）基板的圆柱形聚合物铝电容器。不同之处在于聚合物仅作为薄层覆盖在电介质Al2O3的粗糙结构表面和阴极箔表面。这样，特别是阳极箔小孔中的高欧姆部分可以制成低欧姆，以降低电容器的ESR。由于两个聚合物层之间的电连接服务于液体电解质，就像在浸渍隔膜的传统湿Al-e-caps中一样。非固体电解质传导的小距离稍微增加了ESR，但实际上并不显着。流过小缺陷的电流会导致选择性加热，这通常会破坏覆盖的聚合物薄膜，从而隔离但不能治愈缺陷。在混合聚合物电容器中，液体可以流向缺陷，输送氧气并通过生成新的氧化物来修复电介质，从而降低泄漏电流。混合聚合物Al-e-caps的漏电流比标准聚合物Al-e-caps低得多。

聚合物电解质、两种不同的阳极材料（铝和钽）以及不同的设计导致了多个不同规格的聚合物e-cap系列。为了比较，还列出了采用二氧化锰电解液的钽电解电容器的基本参数。（截至2015年4月）

使用一致的电容、额定电压和尺寸，可以xxx地比较聚合物电容器的电气特性。ESR值和纹波电流是电子设备中聚合物电容器使用的最重要参数。泄漏电流很大，因为它高于非聚合物电解质的e-caps。包括具有MnO2电解质的Ta-e-caps和湿Al-e-caps的各自值。1制造商、系列、电容/额定电压。2W×L×H为长方形（芯片），D×L为圆柱形。3针对100µF、10V电容器计算得出。（截至2015年6月）

聚合物电子电容相对于湿铝电子电容的优势：

• 较低的ESR值。
• 更高的纹波电流能力
• 较低的温度依赖特性
• 电解液不挥发，使用寿命更长
• 在短裤的情况下不会燃烧或爆炸

聚合物e-caps对湿Al-e-caps的缺点：

• 更贵
• 更高的漏电流
• 可因瞬变和更高的电压尖峰而损坏

杂化聚合物Al-e-caps的优点：

• 比聚合物铝e-caps便宜
• 更低的漏电流
• 对瞬变无动于衷

杂化聚合物Al-e-caps的缺点：

• 由于蒸发，使用寿命有限

聚合物Ta和Al-e-caps对MLCC（陶瓷）的优势：

• 无电压相关电容（1型陶瓷除外）
• 无扩音器（1型陶瓷除外）
• 更高的电容值可能

电容器的电气特性由国际通用规范IEC60384-1统一。在本标准中，电容器的电气特性由具有电气元件的理想串联等效电路描述，该电路模拟电解电容器的所有欧姆损耗、电容和电感参数：

• C、电容器的电容量
• RESR，等效串联电阻，概括了电容器的所有欧姆损耗，通常缩写为ESR
• LESL，等效串联电感，即电容器的有效自感，通常缩写为ESL。
• Rleak，代表电容漏电流的电阻

聚合物电解电容器的电容值取决于测量频率和温度。与聚合物电容器相比，具有非固体电解质的电解电容器在频率和温度范围内表现出更广泛的畸变。聚合物Al-e-caps的标准化测量条件是交流测量方法，电压为0.5V，频率为100/120Hz，温度为20°C。对于聚合物Ta-e-caps，对于额定电压≤2.5V的类型，可在测量期间施加1.1至1.5V的直流偏置电压，或对于额定电压>2.5V的类型，可施加2.1至2.5V的直流偏置电压，以避免反向电压。在1kHz频率下测得的电容值比100/120Hz值小10%左右。因此，聚合物e-caps的电容值不能直接比较，并且与薄膜电容器或陶瓷电容器的电容值不同，后者的电容是在1kHz或更高时测量的。聚合物电解电容器电容的基本单位是微法拉（μF）。制造商数据表中指定的电容值称为额定电容CR或标称电容CN。它是根据IEC60063以对应于E系列的值给出的。这些值是根据IEC60062规定的电容容差来防止重叠的。实际测得的电容值必须在公差范围内。

参考IEC60384-1，聚合物e-caps的允许工作电压称为额定电压UR。额定电压UR是在额定温度范围TR内的任何温度下可以连续施加的xxx直流电压或峰值脉冲电压。电解电容器的耐压性随着温度的升高而降低。对于某些应用，使用更高的温度范围很重要。降低在较高温度下施加的电压可保持安全裕度。因此，对于某些电容器类型，IEC标准规定了针对较高温度的温度降额电压，即类别电压UC。类别电压是在类别温度范围TC内的任何温度下可以连续施加到电容器的xxx直流电压或峰值脉冲电压。右图给出了电压和温度之间的关系。施加高于规定的电压可能会损坏电解电容器。施加较低的电压可能会对聚合物电解电容器产生积极影响。对于混合聚合物Al-e-caps，在某些情况下，较低的施加电压可以延长使用寿命。对于聚合物Ta-e-caps，降低施加的电压会提高可靠性并降低预期的故障率。

额定温度TR和额定电压UR以及更高类别温度TC和降额类别电压UC之间的关系如右图所示。

出于安全原因，聚合物e-cap氧化物层是在高于额定电压的电压下形成的，称为浪涌电压。因此，允许短时间和有限次数的循环施加浪涌电压。浪涌电压表示在其应用期间可在有限数量的周期内施加的xxx峰值电压值。浪涌电压在IEC60384-1中进行了标准化。对于聚合物Al-e-caps，浪涌电压是额定电压的1.15倍。对于聚合物Ta-e-caps，浪涌电压可以是额定电压的1.3倍，四舍五入到最接近的伏特。施加在聚合物电容器上的浪涌电压可能会影响电容器的故障率。

瞬变是快速和高电压尖峰。聚合物电解电容器、铝以及钽聚合物电容器不能承受高于浪涌电压的瞬变或峰值电压。这种类型的e-caps的瞬变可能会破坏组件。如果瞬态的频率和能量含量较低，则混合聚合物铝电容器对高于浪涌电压的高和短期瞬态电压相对不敏感。这种能力取决于额定电压和元件尺寸。低能量瞬态电压会导致类似于齐纳二极管的电压限制对可容忍瞬态电压或峰值电压的明确和通用规范是不可能的。在出现瞬变的每种情况下，都必须单独评估应用程序。

聚合物电解电容器、钽以及铝聚合物电容器是极化电容器，通常要求阳极电压相对于阴极电压为正。然而，它们可以在短时间内承受有限数量的周期内依赖于类型的反向电压。长时间向聚合物电解质电容器施加高于取决于类型的阈值电平的反向电压会导致短路和电容器损坏。为了尽量减少将极化电解液错误插入电路的可能性，必须在外壳上非常清楚地标明极性，请参阅下面的极性标记部分。

另请参阅：电解电容器#阻抗和电解电容器#ESR和耗散因数tanδ阻抗是交流电路中电压与电流的复数比，表示为特定频率下的幅度和相位的交流电阻。在聚合物电解质电容器的数据表中，只有阻抗大小|Z|是指定的，简写为Z。关于IEC60384-1标准，聚合物电解电容器的阻抗值是在100kHz下测量和指定的。在谐振的特殊情况下，其中两个无功电阻XC和XL具有相同的值（XC=XL），阻抗将仅由等效串联电阻ESR决定，它总结了电容器的所有电阻损耗。在100kHz时，电容值在µF范围内的聚合物e-caps的阻抗和ESR值几乎相同。当频率高于谐振时，由于电容器的ESL，阻抗再次增加，将电容器变成电感器。如曲线所示，阻抗和ESR在很大程度上取决于所使用的电解液。曲线显示湿Al-e-caps和MnO2Ta-e-caps、Al/TCNQ和钽聚合物e-caps的阻抗和ESR值逐渐降低。还显示了具有更低Z和ESR值的陶瓷2类MLCC电容器的曲线，但其电容取决于电压。聚合物e-caps优于非固体Al-e-caps的一个优点是温度依赖性低，并且ESR在指定温度范围内几乎呈线性曲线。这适用于聚合物钽、聚合物铝以及混合聚合物铝e-caps。阻抗和ESR也取决于电容器的设计和材料。与矩形Al-e-cap具有相同电容的圆柱形Al-e-cap具有比具有分层电极的矩形Al-e-cap更高的电感，因此它们具有较低的谐振频率。这种效应被多阳极结构放大，其中单个电感通过它们的并联和面朝下技术减少。

纹波电流是在规定温度范围内连续工作的任意频率和电流曲线任意波形的叠加交流电流的均方根(RMS)值。它主要出现在对交流电压进行整流后的电源（包括开关模式电源）中，并作为充电和放电电流流过去耦或平滑电容器。纹波电流在电容器体内产生热量。此耗散功率损耗PL由ESR引起，是有效(RMS)纹波电流IR的平方值。通常，纹波电流值是针对环境温度上升2至6°C计算的，具体取决于类型和制造商。纹波电流可以在较低温度下增加。由于ESR与频率有关并在低频范围内上升，因此在较低频率下必须降低纹波电流。在聚合物Ta-e-caps中，纹波电流产生的热量会影响电容器的可靠性。超过限制可能会导致灾难性故障，包括短路和烧毁组件。纹波电流产生的热量也会影响采用固体聚合物电解质的铝和钽电解电容器的寿命。纹波电流热量会影响所有三种聚合物e-cap类型的寿命。

聚合物钽电解电容器对峰值或脉冲电流很敏感。暴露于浪涌、峰值或脉冲电流的聚合物Ta-e-caps，例如，在高电感电路中，需要电压降额。如果可能，电压曲线应该是斜坡开启，因为这会降低电容器所经历的峰值电流。混合聚合物Al-e-caps对电流浪涌、峰值或脉冲电流没有限制。但是，汇总电流不得超过规定的纹波电流。

直流泄漏电流(DCL)是其他传统电容器所没有的电解电容器的独特特性。它是施加正确极性的直流电压时流过的直流电流。该电流由与e-caps串联等效电路中的电容器并联的电阻器Rleak表示。固体聚合物电容器DCL的主要原因是焊接后电介质击穿的fe点、由于杂质或由于阳极氧化不良导致的不需要的导电路径，以及由于湿气路径或阴极导体导致的MnO2过量导致的电介质旁路的矩形类型（碳，银）。固体聚合物e-caps中的漏电流通常会快速下降，但随后会保持在达到的水平。该值取决于施加的电压、温度、测量时间和外壳密封条件引起的水分影响。聚合物e-caps具有相对较高的漏电流值。在产生新氧化物的意义上，这种泄漏电流不能通过愈合来减少，因为在正常情况下，聚合物电解质不能为形成过程提供氧气。只能通过局部过热和聚合物蒸发来对介电层中的缺陷进行退火。聚合物电解质电容器的漏电流值在0.2CRUR到0.04CRUR之间，具体取决于制造商和系列。因此，聚合物电容器的漏电流值高于湿Al-e-caps和MnO2Ta-e-caps。混合铝电子帽避免了固体聚合物铝电子帽的这种较高漏电流的缺点。它们的液体电解质提供了重整氧化物缺陷所必需的氧气，从而使混合物达到与湿Al-e-caps相同的值。

当长时间保持充电的电容器在短暂放电时仅不完全放电时，就会发生介电吸收。虽然理想的电容器在放电后会达到零伏，但真正的电容器会因偶极子的延时放电而产生一个小电压，这种现象也称为介电弛豫、浸泡或电池作用。对于聚合物钽和铝电解电容器，没有可用的介电吸收数据。

组件的可靠性是表示该组件在时间间隔内执行其功能的可靠性的属性。它受随机过程的影响，可以定性和定量地描述，但不能直接测量。电解电容器的可靠性是通过确定生产中伴随耐久性测试的故障率来凭经验确定的。可靠性通常显示为浴盆曲线，分为三个区域：早期失效或早期失效失效、持续随机失效和磨损失效。故障率中累计的故障是短路、开路和退化故障（超过电气参数）。对于聚合物Ta-e-caps，故障率也受电路串联电阻的影响，而聚合物Al-e-caps则不需要。需要数十亿的测试单位小时来验证当今要求的极低水平范围内的故障率，以确保生产大量组件而不会出现故障。这需要在很长一段时间内测试大约100万台设备，这意味着需要大量人员和大量资金。测试的故障率通常辅以来自大用户的现场反馈（现场故障率），这通常会降低故障率估计由于历史原因，Ta-e-caps和Al-e-caps的故障率单位不同。对于Al-e-caps，可靠性预测通常以故障率λ表示，在标准操作条件40°C和0.5UR下，在恒定随机故障期间的单位故障时间(FIT)。这是在标准操作条件下，在十亿(109)个组件运行小时（例如，1000个组件运行100万小时，或100万个组件运行1000小时，即1ppm/1000小时）中可预期的故障数量条件。该故障率模型隐含地假设故障是随机的。单个组件在随机时间发生故障，但以可预测的速度发生故障。FIT的倒数是平均故障间隔时间(MTBF)。对于Ta-e-caps，故障率FTa指定为在85°C、U=UR和0.1Ω/V的电路电阻下每1000小时的n%故障。与“FIT”模型相比，这是在更苛刻的操作条件下可以预期的1000小时操作的故障百分比。故障率“λ”和FTa取决于操作条件，包括温度、施加的电压以及各种环境因素（例如湿度、冲击或振动）以及电容器的电容值。故障率是温度和施加电压的递增函数。固体Ta-e-caps和湿Al-e-caps的故障率可以使用为工业或军事环境标准化的加速因子重新计算。后者在工业中建立并经常用于工业应用。然而，对于聚合物Ta-e-caps和聚合物Al-e-caps，截至2016年尚未公布加速因子。因此，将钽电容器故障率FTa重新计算为故障率λ的示例只能通过比较给出标准电容器。例子：故障率FTa=0.1%/1000h在85°C和U=UR应重新计算为故障率λ在40°C和U=0.5UR。使用来自MIL-HDBK217F的以下加速因子：FU=电压加速因子，对于U=0,5UR是FU=0.1FT=温度加速因子，对于T=40°C是FT=0.1FR=串联电阻RV的加速因子，在相同的值下它是=1它遵循λ=FTaxFUxFTxFRλ=(0.001/1000h)×0.1×0.1×1=0.00001/1000h=1•10−9/h=1FIT截至2015年，已公布的聚合物钽电容器和聚合物铝电容器的故障率数据在0.5到20FIT的范围内。这些计算寿命内的可靠性水平可与其他电子元件相媲美，并在正常条件下实现数十年的安全运行。

电解电容器的使用寿命、使用寿命、负载寿命或使用寿命是非固态电解电容器的一个特殊特性，其液体电解质会随着时间的推移而蒸发，导致磨损失效。采用MnO2电解液的固态钽电容器没有磨损机制，因此在所有电容器都发生故障之前，其故障率始终保持不变。它们没有像非固体Al-e-caps那样的使用寿命规格。然而，聚合物钽和聚合物铝电解电容器确实有使用寿命规格。聚合物电解质由于导电聚合物的热降解机制而具有小的导电性劣化。电导率随时间而降低，这与粒状金属型结构一致，其中老化是由于导电聚合物颗粒的收缩。电容器功能的时间（使用寿命、负载寿命、使用寿命）根据IEC60384-24/-25/-26以额定电压在上限温度下进行时间加速耐久性测试。通过测试的测试条件是

• 无短路或开路
• 电容减少不到20%
• ESR、阻抗或损耗因数的增加小于因数2

聚合物电容器退化故障的规定限制比非固体铝电容器更接近。这意味着，聚合物e-caps的寿命行为比湿Al-e-caps稳定得多。聚合物电容器的寿命规范与非固态铝电容器的寿命规范类似，在xxx电压和温度下的时间以小时为单位，例如：2000小时/105°C。Lx=估计寿命

• LSpec=规定寿命（使用寿命、负载寿命、使用寿命）
• T0=上限温度(°C)
• TA=e-cap外壳的温度(°C)或电容器附近的环境温度

该规则表征热聚合物反应速度在指定降解限度内的变化。根据该公式，在65°C下运行的2000h/105°C聚合物电容器的理论预期使用寿命可以计算（更好地估计）约200,000小时或约20年。对于混合聚合物Al-e-caps，20度规则不适用。这些聚合物混合电子电容的预期寿命可以使用10度规则来计算。对于上述条件，带有液体电解质的e-cap的预期使用寿命为32,000小时或大约3.7年。

聚合物电容器、钽电容器和铝电容器与其他电子元件一样高可靠性，故障率非常低。然而，包括聚合物钽在内的所有钽电解电容器都有一种独特的失效模式，称为“场结晶”。场结晶是固体钽电容器退化和灾难性故障的主要原因。当今90%以上的罕见故障Ta-e-cap是由这种故障模式导致的短路或泄漏电流增加引起的。钽电解电容器极薄的氧化膜，即电介质层，必须形成非晶结构。将无定形结构变为结晶结构会增加导电性，据报道增加了1,000倍，并且还增加了氧化物的体积。继电介质击穿后的场结晶化的特征是泄漏电流在几毫秒内突然上升，从纳安级到低阻抗电路中的安级。增加的电流可以作为“雪崩效应”加速并通过金属/氧化物迅速传播。这会导致不同程度的破坏，从氧化物上相当小的烧焦区域到覆盖球团大面积的锯齿状烧伤条纹或金属的完全氧化。如果电流源不受限制，则场结晶可能会导致电容器短路。然而，如果电流源仅限于固体MnO2Ta-e-caps，则会发生自愈过程，将MnO2氧化成绝缘的Mn2O3在聚合物Ta-e-caps中燃烧没有风险。然而，可能会发生场结晶。在这种情况下，聚合物层被增加的漏电流选择性地加热和烧掉，从而隔离故障点。由于高分子材料不提供氧气，所以漏电流不能加速。然而，故障区域不再对电容器电容有贡献。

聚合物Al-e-caps表现出与聚合物Ta-e-caps相同的自愈机制。在氧化物中的弱化点施加电压后，形成局部较高漏电流路径。这导致聚合物局部加热；从而聚合物要么氧化并变得高电阻-要么蒸发。此外，混合聚合物Al-e-caps显示出这种自愈机制。然而，液态电解质可以流向故障点，并可以输送氧气以形成新的介电氧化物。这就是混合聚合物电容器的漏电流值相对较低的原因。

许多不同类型的聚合物电解电容器在电气长期行为、固有故障模式和自愈机制方面表现出差异。为确保安全操作，制造商针对类型行为推荐了不同的应用规则，见下表：

电解电容符号

聚合物电解电容器的极性标记

聚合物电解电容器，如果有足够的空间，有编码的压印标记以指示

• 制造商的名称或商标；
• 制造商的型号名称；
• 极性
• 额定电容；
• 额定电容容差
• 额定电压
• 气候类别或额定温度；
• 制造年份和月份（或星期）；

对于非常小的电容器，不可能进行标记。标记的代码因制造商而异。

电子元件和相关技术的标准化遵循国际电工委员会(IEC)制定的规则，该委员会是一个非盈利、非政府的国际标准组织。通用规范中规定了电子设备用电容器的特性定义和测试方法的程序：

• IEC/EN60384-1-用于电子设备的固定电容器

电子设备用聚合物钽电容器和聚合物铝电解电容器作为标准型认可的试验和要求在以下部分规范中规定：

• IEC/EN60384-24—采用导电聚合物固体电解质的表面贴装固定钽电解电容器
• IEC/EN60384-25—采用导电聚合物固体电解质的表面贴装固定铝电解电容器
• IEC/EN60384-26—采用导电聚合物固体电解质的固定铝电解电容器

聚合物电解电容器的ESR和ESL特性正在向MLCC电容器趋同。相反，2类MLCC电容器的比电容接近钽片式电容器的比电容。然而，除了这种日益增加的可比性之外，还有支持或反对某些类型电容器的论据。许多电容器制造商在演示文稿和文章中撰写了他们技术对抗竞争的这些关键论据，f。即：

• 针对MLCC的Al-Polymere-caps：松下
• MLCC对抗聚合物和湿式e-caps:Murata
• Al-Polymere-caps对湿e-caps:NCC,NIC
• Ta-Polymere-caps与标准固体Ta-MnO2e-caps：Kemet

截至2016年7月