松下 | 电容器的历史与选择方法（前篇）

　　前言

　　本文将回顾松下机电所销售的普通电解电容器和导电性聚合物电容器的产品发展历程及其被应用于主要设备的原因，并针对各商品的特点与区分使用进行解说。

　　PART 01

　　松下机电的普通电解电容器

　　和导电性聚合物电容器

　　首先，我们将简要回顾一下电容器的分类。如下图所示，最基本的电容器种类之一包括铝、钽等普通电解电容器。而作为普通电解电容器的发展形态出现的，则是导电性聚合物电容器。

　　松下机电针对普通电解电容器和导电性聚合物电容器，以小型化、表面贴装产品为中心，推出了以下5种产品：

　　为了加深对各产品特点与使用方法的理解，我们将结合产品与用途拓展的历程进行解说。

　　PART 02

　　从普通电解电容器到导电性聚合物

　　电容器的进化与用途拓展

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　　电解电容器的问世

　　(1970年代以前)

　　电解电容器于1930年代开始商业化量产，随后逐步向大容量化发展。在大容量化过程中采用了多种技术手段，主要方法包括：铝电解电容器通过铝箔的蚀刻微细化处理，钽电解电容器通过钽粉末微细化处理，以扩大储存电能的电介质表面积，从而持续实现大容量化。随着容量增大，其尺寸也朝着小型化的方向不断发展。松下机电自1970年开始量产铝电解电容器。

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　　普通电解电容器的普及

　　(1980年代)

　　电解电容器确立了作为普通电容器种类的地位，并被广泛应用到了各种电子设备中。其被广泛应用的原因，很大程度上在于与其他类型的电容器相比，电解电容器更容易获得大容量。1980年代，录像机、CD播放器、家用游戏机等影音设备开始普及。这些设备中大量使用了小型普通电解电容器。

　　CD播放器基板示例

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　　导电性聚合物电容器的普及(1990年代)

　　1990年代，DVD播放器、MD播放器、新型家用游戏机等1980年代普及的影音设备进一步向高性能化发展。此外，自1990年代后半期起，以Windows 95的发布为契机，个人电脑逐渐普及。这些设备上安装的高性能半导体由于电路微细化导致的动作电压下降等原因，对电源稳定化的要求愈发严苛。

　　此时，能够有效解决这一课题并逐步普及的，是作为普通电解电容器发展形态的有机半导体电容器。这类电容器于1983年由三洋电机(现松下机电)以“OS-CON”的名称在全球首次开始量产，随后通过材料改良于1999年转型为导电性聚合物电容器。这些电容器在保持与传统的普通电解电容器同等大容量的同时，通过实现低内部电阻(低ESR)，能够以更少的元件数量实现电源稳定化，为设备的高性能化与小型化提供了选择方案。此外，由于采用固体电解质，这些电容器还具有提升设备可靠性的优势。

　　例如，在早期的台式电脑中使用了大量普通电解电容器，后来逐渐被OS-CON所取代。这是由于CPU性能提升导致电流和发热量增加，使得普通电解电容器不仅需要增加电容器数量，还导致部分产品频繁出现电解液泄漏故障。OS-CON因其卓越的性能和可靠性得到认知，从而在工业设备、通信设备等各种领域得到了广泛应用。

　　电容器的种类和电解质的电导率

　　(OS-CON的出现)

　　OS-CON用途示例

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　　低矮芯片型导电性聚合物电容器的普及(2000年代)

　　进入2000年代，蓝光播放器、MP3播放器、高性能家用游戏机和超薄电视等影音设备持续升级换代。这一时期电子设备的关注焦点在于个人电脑的进化。个人电脑具备万能性，它除了像影音设备一样可以享受视频、音乐和游戏外，还通过与互联网的连接，能够访问海量内容。为了充分利用这一便利性，无论是在公司还是在家庭，对便携式电脑的需求都在上升，2000年代，笔记本电脑的需求超过了台式电脑。

　　当然，消费者更倾向于轻薄的笔记本电脑。传统的台式电脑通常使用OS-CON，但其高度成为了许多笔记本电脑的瓶颈。另一方面，传统的普通钽电解电容器虽然有低矮产品，符合零部件高度要求，但据了解，由于其ESR(等效串联电阻)较大，且材料含氧特性可能导致偶发自燃故障，因此未能成为可行的选择方案。在这样的背景下，成功解决上述课题并获得广泛应用的，正是自1990年代开始量产的低矮芯片型导电性聚合物电容器。全球首款量产产品是松下机电研发的“SP-Cap”，于1990年开始量产。随后，三洋电机(现松下机电)于1997年推出了同类低矮芯片型产品“POSCAP”并开始量产。

　　两者的用途有部分重叠，但具有细微差异，需要根据使用位置和目的进行区分使用。SP-Cap因其铝层叠结构而擅长实现低ESR，因此特别适用于大电流处理器的电源输出电压稳定化。另一方面，POSCAP通过钽粉末技术和烧结体结构实现高容量密度，擅长应对小型化和高耐压化，特别适用于安装面积和高度限制苛严的小型设备和电源输入输出。

　　电容器的种类和电解质的电导率

　　(SP-Cap、POSCAP的出现)

　　笔记本电脑电源电路示例和SP-Cap、POSCAP使用位置

　　AC适配器电源电路示例和OS-CON、POSCAP使用位置

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　　导电性聚合物电容器需求扩大(2010年代)

　　个人电脑作为工作和个人信息处理的高性能工具，需求持续存在，但在2010年代，操作体验更优越的智能手机作为信息通信终端的主角迅速普及。作为智能手机前身的移动电话自1980年代就已存在，随后经过不断小型化逐步普及，但其功能性与个人电脑相比仍有局限。然而，在2010年代，随着通信网络和智能手机性能的提升，智能手机成了可以享受视频、游戏和SNS(社交网络服务)的终端，并且由于其便携性和电源便利性高于个人电脑，因此迅速得到普及。但是，智能手机的便利性并非仅由设备本身提供，许多应用程序和服务依赖于与云端服务器和存储设备的联动。此外，连接云端和智能手机的基站和通信设备也是不可或缺的。这些设备为了应对智能手机爆炸式普及带来的通信量和信息量的急剧增加，逐年使用更高性能的处理器。这些设备的工作温度高于个人电脑和智能手机，因此对其使用的电容器提出了高可靠性和电源稳定化能力的严苛要求。因此，相较于普通电解电容器，像SP-Cap、POSCAP、OS-CON这样的导电性聚合物电容器成了标准的选择方案。

　　服务器电源电路示例及导电性聚合物电容器使用位置

　　2010年代也是导电性聚合物电容器在各类车载设备中展现其价值的时期。其背景是以提高燃油效率、增强安全性和环境保护等为目的的电子化进程发展。从取代液压和机械控制系统开始，到安装电池和马达作为驱动力的xEV(电动化汽车)转型，再到安装ADAS(高级驾驶辅助系统)等，随着车载电子电路的增加，为满足有限的安装空间和重量要求，传统使用的普通电解电容器需要实现小型化和元件数量的精简。

　　电容器的种类和电解质的电导率

　　(混合电容器的出现)

　　混合电容器的用途示例随着电子电路增加，不仅需要应对大电流化的需求，车载设备还必须满足节省电池能耗、防止短路等安全性要求。为满足这些需求，松下机电于2012年开始量产导电性聚合物电容器与普通电解电容器的融合产品—混合电容器。混合电容器通过同时采用导电性固体电解质和液体电解质的复合结构，实现了低ESR和低漏电流(高绝缘自愈性)的协同优化。因此，混合电容器满足了上述需求，被广泛应用于各类车载设备的LC滤波器、DC/DC转换器和逆变器等中。此外，与传统的导电性聚合物电容器一样，混合电容器也被应用于工业设备和信息通信基础设施等领域。