鉭電容器的陽極選擇

鉭電容器的陽極選擇開關式電源，微處理器和數字電路應用的一個共同趨勢是降低高頻工作時的噪聲。為了做到這一點，元器件必須具備低ESR（電阻率）、高電容和高可靠性。

鉭電容器陽極的總體表面積，特別是其表面積與體積比，是確定其ESR值的關鍵參數之一，總表面積越大，ESR值越大。使用多陽極是大幅降低鉭電容器ESR值的其中一種方法，其做法是在一個電容體中使用多個相同的電極材料并排。
                                           

傳統的做法

在高壽命和高可靠性應用中，二氧化錳電板極常規鉭電容器仍然是一個普遍的選擇。二氧化錳技術能提供極好的場性能和環境穩定性以及在很寬的電壓范圍如2.5～50V內提供高電阻率和熱阻率，器件設計的運行溫度在125℃以上。然而，與聚合物鉭電容器相比，二氧化錳電極系統較高的ESR是一個缺點。

陽極選擇

單一陽極技術成為標準通用型選擇是由于其出色的性價比。多陽極設計可提供更低的ESR值，但其缺點是生產成本要高于單陽極解決方案。

使用標準的芯片集成工藝的槽式陽極設計是低ESR與低成本折中的一種結果。因此，槽式設計通常用于價格敏感同時要求低ESR的設計，而多陽極技術適合用于既要求低ESR更要求高可靠性的應用中，如電信基礎設施、網絡、服務器和軍事/航空航天等應用。

除了上述差異，多陽極的概念有另兩處優勢。

(1)多陽極設計具有更好的散熱性能，這意味著多陽極電容可以承載更高的持續電流；同理，多陽極電容對抗電流浪涌危害的能力也更強。

(2)相較于單一的陽極，多陽極電容的單位容積效率較低，這導致了一種假設，認為多陽極不能達到與單一陽極一樣的CV（定電壓因素）。事實上，薄的陽極實現起來更容易，并且更易被第二個二氧化錳電極系統穿透，使更高的CV得以利用，因此，多陽極電容器能達到同樣甚至更高的CV水平。

常見多陽極類型

當今市場上常用的鉭多陽極通常采用縱向排列3～5個陽極于一個電容體內的方法實現，如圖1所示。這實際是從制造的角度來看的，如果從ESR的角度，此解決辦法則不如橫向布局，橫向布局中更薄的平板陽極有望進一步減小ESR。
                                      
                                 圖1多陽極裝置在一個電容器體中使用兩個或兩個以上的陽極

新的多陽極裝置多陽極設計的費用隨其陽極個數增長而成倍增長。目前大多數設計中使用的三陽極設計已接近成本與ESR的最佳優化比。

縱向設計的結構中，一個陽極通過電極銀膠環氧樹脂連接到第二個，再到另一個電極引線框。同樣的做法被使用于標準的單陽極電容中，因此其制造技術與舊有的類似，無須為多陽極設計的新技術環節追加很多額外投資。

另一方面，橫向設計需要為陽極之間的連接產生新的解決方法，這直接導致了代價高昂的技術修改。因此，迄今為止這種設計并沒有被用于單一多陽極電容的批量生產。橫向的設計更經常使用于一些特殊應用中，方式是通過焊接或跳汰系統，將兩個或兩個以上完整的電容器疊加到陣列或模塊中。

橫向和縱向結構兩者ESR性能之間的差異如圖2所示。這個例子是基于對D類電容器的理論計算，圖2表明，兩陽極橫向結構與三陽極系統的縱向結構的ESR值相似。然而，相對而言橫向結構在ESR上性價比優勢更顯著。

                                           
                                     圖2橫向和縱向結構性能表現相似，成本成為決定因素

相比橫向結構，縱向設計在縮減高度上受限制更大，目前的電容器高度一般在3.5～4.5mm。今天，這一因素更顯重要，甚至在有如電信基礎設施、軍事等應用中，電子產品的小型化也正成為一個考驗，這在過去是不曾有的。

利用兩個陽極橫向“鏡像”結構，研究人員已經開發出一種新型的多陽極結構。鏡像結構使用改良的引線框形狀，引線框定位于兩陽極中間。這種結構解決了電極橫向排列的連接問題，并使工藝改裝費用下降到了可接受的水平。

兩陽極鏡像設計的ESR性能稍遜色于三陽極縱向結構的效果，但它制造起來更便宜。鏡像設計的主要好處在于，它使多陽極電容器的高度減小，最低下降到3.1mm。

利用鏡像設計的其他優點是，其對稱的布局有助于減少自感（ESL）。對稱的結構對電感回路作了部分補償，有利于將ESL降低至采用經典引線框設計的方案之下。

一個D類單陽極設計的ESL值為2.4nH，典型值為2.1nH左右。鏡像設計的ESL值約1nH為常規設計的一半。這會將鏡像多陽極的共振頻率升至更高值，如圖3所示。
                                             
                                                                                  圖3鏡像設計的性能

（a）顯示出其電容隨頻率下降值低于單陽極解決方案，并且其（b）ESR值也是如此

鏡像結構如果使用更薄的陽極，電容將隨頻率下降至更低。鏡像設計的共振頻率改變，其原因是目前一般的DC/DC轉換器其開關頻率的工作范圍（250～500kH）會因降低ESL而顯著升高。

鏡像設計的另一個好處是改善了其散熱性能如圖4所示，紋波電流在陽極產生的熱量通過PCB板上的引線和鉭絲得以發散冷卻。
                                                    
                                                          圖4鏡像設計（a）相比單陽極器件功耗改善

因此，盡管單陽極D類電容可連續散熱只有150mW，但類似尺寸的鏡像結構電容可以處理255mW。鏡像橫向型多陽極電容器目前可達到的電容值為220～1000μF，電壓為2.5～10V，ESR值為25～35mΩ。未來的發展將進一步擴展電壓范圍至35和50V，這將使電容器在設計高度日趨重要的電信新應用中非常具吸引力。單個35～50V電容在3.1mm的最大高度內擁有10～22μF的電容量，65～140mΩ的ESR值，這是其他任何技術都難以企及的。