ポリマーコンデンサ

ポリマーコンデンサ、より正確にはポリマー電解コンデンサは、固体導電性ポリマー電解質を備えた電解コンデンサ（e-cap）です。次の 4 つのタイプがあります。

• ポリマータンタル電解コンデンサ（ポリマーTa-e-cap）
• ポリマーアルミ電解コンデンサ（ポリマーAl-e-cap）
• ハイブリッドポリマーコンデンサ（ハイブリッドポリマーAl-e-cap）
• ポリマーニオブ電解コンデンサ

ポリマー Ta-e-caps は、長方形の表面実装デバイス ( SMD ) チップ スタイルで使用できます。ポリマー Al-e-caps およびハイブリッド ポリマー Al-e-caps は、長方形の表面実装デバイス (SMD) チップ スタイル、円筒形 SMD (V チップ) スタイル、またはラジアル リード バージョン (シングル エンド) で使用できます。

ポリマー電解コンデンサは、内部等価直列抵抗(ESR)が特に低く、リップル電流定格が高いという特徴があります。その電気的パラメータは、固体タンタルコンデンサと比較して温度依存性、信頼性、耐用年数が類似していますが、非固体電解質を使用したアルミニウム電解コンデンサよりも温度依存性がはるかに優れており、耐用年数が大幅に長くなります。一般に、ポリマー e-caps は、他の固体または非固体電解コンデンサよりも漏れ電流定格が高くなっています。

ポリマー電解コンデンサはハイブリッド構造でも利用できます。ハイブリッドポリマーアルミ電解コンデンサは、固体ポリマー電解質と液体電解質を組み合わせたものです。これらのタイプは、ESR値が低いのが特徴ですが、漏れ電流が低く、過渡現象の影響を受けにくいです。^[1]ただし、非固体e-capsと同様に、温度に依存する耐用年数があります。

ポリマー電解コンデンサは、主に集積電子回路の電源に バッファ、バイパス、デカップリングコンデンサとして使用され、特にフラットまたはコンパクトな設計のデバイスで使用されます。したがって、ポリマー電解コンデンサはMLCC コンデンサと競合しますが、MLCC よりも高い静電容量値を提供し、マイクロフォニック効果を示しません(クラス 2 および 3 のセラミックコンデンサなど)。^{[引用が必要]}

液体電解質を使用したアルミニウム電解コンデンサ(Al-e-caps) は、 1896 年にCharles Pollakによって発明されました。

固体二酸化マンガン（MnO _{2 ）電解質を使用した}タンタル電解コンデンサは、1950年代初頭にベル研究所で発明されました。これは、新しく発明されたトランジスタを補完する小型で信頼性の高い低電圧サポートコンデンサでした。^{[2] [3]}タンタルコンデンサを参照してください。MnO ₂電解質を使用した最初のTa-e-capsは、液体電解質を使用した初期のタイプのAl-e-capsよりも10倍優れた導電性と高いリップル電流負荷を備えていました。さらに、標準的なAl-e-capsとは異なり、 Ta-capsの等価直列抵抗（ESR）はさまざまな温度で安定しています。

1970 年代には、電子回路のデジタル化が進み、動作電圧が低下し、スイッチング周波数とリップル電流負荷が増加しました。これは電源とその電解コンデンサに影響を及ぼしました。電源ラインで使用されるバイパスコンデンサとデカップリングコンデンサには、より低いESRとより低い等価直列インダクタンス(ESL) を持つコンデンサが必要でした。^[4] ESR、ESL、および静電容量の役割を参照してください。

1973年にA. HeegerとF. Wudl ^[5]が 有機伝導体である電荷移動塩TCNQを発見したことで、画期的な進歩がもたらされました。TCNQ（7,7,8,8-テトラシアノキノジメタンまたはN-n-ブチルイソキノリニウムとTTF（テトラチアフルバレン）の組み合わせ）は、ほぼ完璧な1次元構造の鎖状分子で、鎖に沿った導電性はMnO ₂の10倍、非固体電解質の100倍優れています。

電荷移動塩TTF-TCNQを固体有機電解質として使用した最初のAl-e-capsは、1983年に三洋電機から提供されたOS-CONシリーズでした。これらは、MnO ₂と比較して10倍の電解質導電性を備えた巻線型の円筒形コンデンサでした^{[6] [7]}

これらのコンデンサは、可能な限り低い ESR または可能な限り高いリップル電流を必要とするアプリケーション用のデバイスで使用されました。1 つの OS-CON e-cap は、3 つのかさばる「ウェット」e-cap または 2 つの Ta-cap を置き換えることができました。^[8] 1995 年までに、Sanyo OS-CON は、Pentium プロセッサベースの IBM パーソナル コンピューターの推奨デカップリング コンデンサになりました。Sanyo OS-CON e-cap 製品ラインは、2010 年に Panasonic に売却されました。その後、Panasonic は、同じブランドの TCNQ 塩を導電性ポリマーに置き換えました。

ESR低減の次のステップは、1975年にアラン・J・ヒーガー、アラン・マクディアミド、白川秀樹によって導電性ポリマーが開発されたことでした。 ^[9]ポリピロール（PPy）^[10]やPEDOT ^[11]などの導電性ポリマーの導電性は、TCNQの100～500倍優れており、金属の導電性に近いです。

1988年に、PPyポリマー電解質を使用した最初のポリマー電解質e-cap「APYCAP」が日本のメーカーである日通工業によって発売されました。^[12] この製品は、SMDバージョンが利用できなかったこともあり、成功しませんでした。

1991年にパナソニックはポリマーAl-e-capシリーズ「SP-Cap」を発売しました。^{[13]これらのe-capはPPyポリマー電解質を使用し、}セラミック多層コンデンサ（MLCC）と直接比較できるESR値を達成しました。これらはタンタルコンデンサよりも安価であり、ノートパソコンや携帯電話などの小型デバイスに便利なフラットデザインにより、タンタルチップコンデンサとも競合しました。

3年後には、PPyポリマー電解質カソードを備えたタンタル電解コンデンサが登場しました。1993年にNECは「NeoCap」と呼ばれるSMDポリマーTa-e-capsを発表しました。1997年には三洋電機が「POSCAP」ポリマータンタルチップを発表しました。

タンタルポリマーコンデンサ用の新しい導電性ポリマーが、Kemet社によって「1999 Carts」会議で発表されました。^[14]このコンデンサには、新しく開発された有機導電性ポリマーPEDT（ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン） ）が使用されており、 PEDOT （商品名Baytron®）としても知られています。^[15]

2年後の2001年APEC会議で、ケメットはPEDOTポリマーアルミニウムe-capsを市場に導入しました。^[16] PEDOTポリマーは温度安定性が高く、PEDOT：PSS溶液であるため、この電解質はPPyのようなin-situ重合ではなく浸漬によってのみ挿入できるため、生産が速く安価になります。 ^[8]同社のAO-Capシリーズには、高さ1.0～4.0mmの「D」サイズの積層アノードを備えたSMDコンデンサが含まれており、当時PPyを使用していたパナソニックのSP-Capsと競合していました。

2000年代初頭にハイブリッドポリマーコンデンサが開発されました。これは固体ポリマー電解質に加えて、陽極と陰極箔の誘電体層を覆うポリマー層を接続する液体電解質を備えています。^{[1] [17]}非固体電解質は、漏れ電流を減らすために自己修復目的で酸素を供給します。2001年に、NICは、より安価で漏れ電流の少ないポリマータイプに代わるハイブリッドポリマーe-capを発売しました。2016年現在、ハイブリッドポリマーコンデンサは複数のメーカーから入手できます。

電解コンデンサの主な用途は電源です。入力および出力の平滑コンデンサ、短いループで高調波電流を循環させるデカップリングコンデンサ、電源ラインをバイパスしてACノイズをグランドに流す バイパスコンデンサ、突然の電力需要時にライン電圧の低下を緩和するバックアップコンデンサ、スイッチングノイズを減らすローパスフィルタのフィルタコンデンサとして使用されます。^[18]これらの用途では、サイズに加えて、静電容量、インピーダンスZ、ESR、インダクタンスESLが、回路内でのこれらのコンデンサの機能性にとって重要な電気特性です。

デジタル電子機器への変化により、より高い周波数と「オンボード」 DC/DC コンバータを備えたスイッチング電源が開発され、供給電圧は低下し、供給電流は増加しました。この用途のコンデンサにはより低い ESR 値が必要でしたが、当時の Al-e-caps では、より大きなケース サイズを使用するか、はるかに高価な固体 Ta-caps に置き換えることによってのみこれを実現できました。

ESR が集積回路の機能に影響を及ぼす理由は簡単です。回路 (マイクロプロセッサなど) に突然の電力需要があると、ESL、ESR、および容量充電損失によって供給電圧が低下します。突然の電流需要があると、電源ラインの電圧が低下するためです。

ΔU = ESR × I .

例えば: ^[4]

供給電圧が3V、許容誤差が10%（300mV）、供給電流が最大10Aの場合、突然の電力需要により電圧が

ESR = U / I = (0.3 V)/(10 A) = 30 mΩ。

これは、 CPU電源の ESR が30 mΩ 未満でなければならないことを意味します。そうでない場合、回路が誤動作します。同様のルールが静電容量と ESL にも当てはまります。特定の静電容量は、より高度にエッチングされた陽極箔とより小さくて細かいタンタル粉末粒子によって、それぞれ長年にわたって 10 ～ 15 倍に増加し、小型化のトレンドに従うことができます。ESL の課題は、ポリマー Al 電子キャップのスタック箔バージョンにつながりました。ただし、ESR を下げるには、新しい固体導電性材料 (最初は TCNQ、次に導電性ポリマー) の開発のみが必要であり、これにより ESR 値が極めて低いポリマー電解質コンデンサが開発され、電子回路のデジタル化の ESR の課題が受け入れられるようになりました。

電解コンデンサは、以前は「バルブ金属」と呼ばれていた特殊な金属の化学的特性を利用して、陽極 酸化によって絶縁酸化物層を形成します。電解槽内の陽極 (+) 材料に正の電圧をかけると、印加電圧に対応する厚さの酸化物バリア層を形成できます。この酸化物層は、e-cap の誘電体として機能します。コンデンサの静電容量を増やすには、陽極表面を粗くし、酸化物層表面も粗くします。コンデンサを完成させるには、対極が粗い絶縁酸化物表面と一致する必要があります。これは、電解コンデンサの陰極 (-) 電極として機能する電解質によって実現されます。ポリマー コンデンサの主な違いは、誘電体として使用される陽極材料とその酸化物です。

• ポリマータンタル電解コンデンサは、高純度焼結タンタル粉末を陽極として、五酸化タンタル（Ta ₂ O ₅）を誘電体として、
• ポリマーアルミ電解コンデンサは、高純度で電気化学的にエッチングされた（粗面化された）アルミ箔を陽極として、酸化アルミニウム（Al ₂ O ₃）を誘電体として使用します。

五酸化タンタル誘電体層と比較した酸化アルミニウム層の特性を次の表に示します。

原理的には、すべての電子キャップは「プレート コンデンサ」を形成し、その静電容量は電極面積 A、誘電体材料の誘電率 ε、および誘電体の厚さ (d) の増加関数になります。

${\displaystyle C=\varepsilon \cdot {\frac {A}{d}}}$

静電容量は、1 つのプレートの面積に誘電率を掛け、誘電体の厚さで割った値に比例します。

誘電体の厚さは、1ボルトあたりナノメートルの範囲です。一方、これらの酸化物層の破壊電圧は非常に高いです。同じサイズまたは体積の滑らかな表面と比較して表面積がはるかに大きいエッチングまたは焼結陽極を使用すると、e-capsは高い体積容量を実現できます。最新の高エッチングまたは焼結陽極の開発により、定格電圧に応じて、Al-e-capsまたはTa-e-capsでは滑らかな陽極と比較して最大200倍の容量値が増加します。^{[23] [24] [25]}

形成電圧によって酸化物の厚さが決まるため、必要な電圧許容差を簡単に実現できます。したがって、コンデンサの体積は、静電容量と電圧の積、いわゆる「CV 積」によって決まります。

タンタルと酸化アルミニウムの誘電率を比較すると、Ta ₂ O _{5 の誘電率は Al 2} O ₃の約 3 倍です。したがって、理論的には、同じ静電容量と定格電圧の Al コンデンサよりも Ta コンデンサを小さくすることができます。実際のタンタル電解コンデンサでは、酸化層の厚さは、コンデンサの定格電圧に必要な厚さよりもはるかに厚くなります。これは、フィールド結晶化によるショートを防ぐという安全上の理由から行われます。このため、誘電率の違いから生じる実際のサイズの違いは、部分的には効果がありません。^[26]

電解コンデンサーの電解質の最も重要な電気的特性は、その電気伝導性です。電解質は、e-cap の対電極、つまり陰極を形成します。陽極表面の粗い構造は、酸化物層、つまり誘電体の構造にまで続き、陰極は、その粗い構造に正確に適合する必要があります。従来の「ウェット」e-cap のように液体の場合、これは簡単に実現できます。固体導電性ポリマーが電解質を形成するポリマー e-cap の場合、これは実現がはるかに困難です。なぜなら、その導電性は重合という化学プロセスによって得られるからです。しかし、固体ポリマー電解質の利点、コンデンサーの ESR が大幅に低いこと、および電気パラメーターの温度依存性が低いことは、多くの場合、追加の製造手順と高いコストを正当化します。

電荷移動塩テトラシアノキノジメタンTCNQ を電解質とする電解コンデンサは、かつて三洋電機が「OS-CON」という商標で製造していたが、本当の意味での「ポリマー」とは「ポリマーコンデンサ」ではなかった。ここで TCNQ 電解コンデンサについて言及するのは、現在同じ商標 OS-CON で販売されている「本物の」ポリマーコンデンサと混同する危険性を指摘するためである。かつての製造元三洋電機が販売していた TCNQ 電解質を使用したオリジナルの OS-CON コンデンサは、2010 年に三洋電機のコンデンサ事業がパナソニックに統合されたことで製造中止となった。^[27]パナソニックは商標名 OS-CON を維持しているが、TCNQ 電解質を導電性ポリマー電解質 (PPy) に変更している。^[28]

TCNQ 電解質を使用した電解コンデンサは現在入手できません。

ポリマーは、化学反応である重合によって形成されます。この反応では、モノマーが成長するポリマー鎖に連続的に付着します。^{[29] [30] [31]}通常、ポリマーは電気的に絶縁体であり、よくても半導体です。e-capsの電解質として使用するには、導電性ポリマーが使用されます。ポリマーの導電性は、ドープされた状態で電荷キャリアの自由な移動を可能にする共役二重結合によって得られます。電荷キャリアは電子ホールとして機能します。^{[説明が必要]}つまり、金属導体にほぼ匹敵する導電性ポリマーの導電性は、ポリマーが酸化的または還元的にドープされたときにのみ始まります。

ポリマー電解質は、アノードの最も微細な細孔に浸透して完全で均質な層を形成できなければなりません。なぜなら、電解質で覆われたアノード酸化物部分のみが静電容量に寄与するからです。このため、ポリマーの前駆体は、最も小さな細孔にも浸透できる非常に小さなベース材料で構成されている必要があります。この前駆体のサイズは、エッチングされたアルミニウムアノード箔の細孔のサイズまたはタンタル粉末のサイズの制限要因です。コンデンサの製造では、重合速度を制御する必要があります。重合が速すぎると、アノードが完全に覆われず、重合が遅すぎると製造コストが増加します。前駆体もポリマーもその残留物も、化学的または機械的にアノード酸化物を攻撃することはありません。ポリマー電解質は、長期間にわたって広い温度範囲で高い安定性を備えている必要があります。ポリマーフィルムは、e-cap の対電極であるだけでなく、グラファイトと銀を介してカソード接点が設けられたこのコンデンサ内のグラファイトの直接接触などの外部の影響からも誘電体を保護します。

ポリマーeキャップはポリピロール（PPy）^[32]またはポリチオフェン（PEDOTまたはPEDT）^{[33]のいずれかを使用します。}

ポリピロール（PPy）は、ピロールの酸化重合によって形成される導電性ポリマーです。適切な酸化剤は塩化鉄（III）（FeCl ₃）です。水、メタノール、エタノール、アセトニトリル、その他の極性溶媒がPPyの合成に使用できます。^[34]固体導電性ポリマー電解質として、最大100  S / mの導電率に達します。ポリピロールは、ポリマーAl-e-capsとポリマーTa-e-capsに使用された最初の導電性ポリマーでした。

PPy の重合の問題は重合速度でした。ピロールを室温で目的の酸化剤と混合すると、重合反応が直ちに始まります。そのため、化学溶液が陽極の細孔に入る前にポリピロールが形成され始めます。重合速度は、極低温冷却または電気化学的重合によって制御できます。

冷却法は非常に大きな技術的努力を必要とし、大量生産には不利である。電気化学重合では、最初に誘電体上に補助電極層を塗布し、陽極に接続する必要がある。^[33]この目的のために、イオン性ドーパントがポリマーの基本物質に添加され、最初の含浸中に誘電体上に導電性表面層が形成される。その後の含浸サイクル中、陽極と陰極の間に電圧を印加した後、電流の流れによってその場重合を時間制御することができる。この方法により、陽極の誘電体酸化物層上に緻密で安定したポリピロール膜を実現することができる。^[35] しかし、両方のその場重合法は複雑であり、製造コストを増加させる複数の繰り返し重合ステップを必要とする。

ポリピロール電解質には2つの根本的な欠点がある。コンデンサの製造において有毒であり、鉛フリーはんだではんだ付けに必要な高温では不安定になる。^[33]

ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、略してPEDOTまたはPEDT ^{[33]は、3,4-エチレンジオキシチオフェンまたはEDOTモノマーに基づく導電性ポリマーです。 PEDOTは、触媒量の}硫酸鉄(III) によるEDOTの酸化によって分極されます。 鉄の再酸化は過硫酸ナトリウムによって行われます。^[36] PEDOTの利点は、導電状態での光透過性、無毒、280℃の温度まで安定、および最大500  S / mの導電率です。^[33]その耐熱性により、鉛フリーはんだ付けに必要な高温に耐えるポリマーコンデンサを製造できます。 さらに、このコンデンサは、PPy電解質を使用したポリマーe-capsとして優れたESR値を備えています。^[33]

コンデンサの陽極におけるPEDOTのその場重合の難しい方法は、当初はポリピロールと同じでした。これは、コンデンサの陽極を浸漬して室温で乾燥させるだけでよいPEDOTのプレポリマー分散液の開発によって変わりました。この目的のために、PEDOT化学物質にポリスチレン スルホン酸ナトリウム（PSS）を加え、水に溶解します。^[37]誘電体上の完全なポリマー層は、分散液からのプレポリマー粒子で構成されます。これらの分散液はPEDOT：PSSとして知られ、商標名はBaytron P® ^[38]およびClevios™ ^[39]で、 PEDOTの貴重な特性を保護します。^{[40] [41]}

PEDOT:PSS 分散液にはさまざまな種類があります。高粗面化アルミニウム陽極箔または微粒子タンタル粉末を使用した高静電容量コンデンサーには、非常に小さな粒子サイズの分散液が提供されます。これらのプレポリマー化粒子の平均サイズは約 30 nm で、最も細い陽極キャピラリーを貫通できるほど小さいです。PEDOT:PSS 分散液の別の種類は、長方形の Ta および Al ポリマーコンデンサーの容量セルを機械的および電気的ストレスから包み込むように保護するために、比較的厚いポリマー層をもたらす、より大きなプレポリマー化粒子を使用して開発されました。^{[33] [39]}

PEDOT:PSS分散液で製造されたポリマーアルミニウム電解コンデンサは、200 V ^[42]および 250 Vというより高い定格電圧値に達するのに適しています。 ^[43]さらに、これらの分散液で製造されたポリマー電解コンデンサの漏れ電流値は、in-situ重合ポリマー層を持つポリマーコンデンサよりも大幅に低くなっています。しかし、より優れたESR値、より高い温度安定性、より低い漏れ電流値に加えて、プレポリマー化されたPEDOT:PSS分散液を使用したポリマーコンデンサは製造が容易で、わずか3回の浸漬で導電性ポリマー層で誘電体をほぼ完全に覆うことができます。このアプローチにより、製造コストが大幅に削減されました。^[37]

ハイブリッド ポリマー アルミ電解コンデンサは、導電性ポリマーと液体電解質を備えた粗面化および酸化アルミニウム陽極構造のコーティングを組み合わせたものです。液体電解質はセパレーター (スペーサー) に浸されており、そのイオン伝導性により、誘電体と陰極箔を覆う 2 つのポリマー層間の電気的接触を実現します。液体電解質は、コンデンサの自己修復プロセスに必要な酸素を供給できるため、漏れ電流が低減し、従来の「ウェット」電解コンデンサと同等の値を実現できます。さらに、必要な定格電圧に必要な酸化物の厚さの安全マージンを削減できます。

液体電解質がESRと温度特性に及ぼす悪影響は比較的小さい。適切な有機電解質を使用し、コンデンサをしっかりと密封することで、長寿命を実現できる。^{[1] [17]}

使用される陽極金属とポリマー電解質と液体電解質の組み合わせに基づいて、次の 3 つのタイプがあります。

• ポリマータンタル電解コンデンサ
• ポリマーアルミ電解コンデンサ
• ハイブリッドポリマーアルミ電解コンデンサ

これら3つの異なるタイプまたはファミリーは、2つの異なるスタイルで生産されています。

• 長方形のSMDチップ。通常はプラスチックケースで成形され、焼結タンタル陽極または積層アルミニウム陽極箔で利用可能。
• 金属ケースに巻かれたセルを備えた円筒型スタイル。円筒型 SMD (V チップ) スタイルまたはラジアル リード バージョン (シングル エンド) として利用可能。

• ポリマー電解コンデンサのスタイル
• 
  長方形のSMDチップは、焼結タンタル陽極または積層アルミニウム陽極箔付きで入手可能です。
• 
  金属ケースに巻かれたセルを備えた円筒形のスタイルは、ポリマーまたはハイブリッドポリマーアルミニウムコンデンサ用のSMD（Vチップ）またはラジアルリードバージョン（シングルエンド）として利用できます。

1990 年代初頭、ポリマー Ta キャップは、SMD アセンブリ技術を使用した携帯電話やラップトップなどのフラット デバイスの出現と同時に登場しました。長方形のベース面は、円形のベース面では不可能な最大の取り付けスペースを実現します。焼結セルは、完成したコンポーネントが希望の高さ (通常は他のコンポーネントの高さ) になるように製造できます。一般的な高さは約 0.8 ～ 4 mm です。

ポリマータンタル電解コンデンサは、本質的には電解質が二酸化マンガンではなく導電性ポリマーであるタンタルコンデンサです。タンタルコンデンサ#材料、製造、スタイルも参照してください。タンタルコンデンサは、比較的純粋な元素タンタル金属 の粉末から製造されます。 ^{[44] [45] [46]}

粉末はタンタル線（陽極接続部）の周囲に圧縮され、「ペレット」を形成します。このペレットと線の組み合わせはその後、高温（通常 1200 ～ 1800 °C）で真空焼結され、機械的に強い陽極ペレットが生成されます。焼結中、粉末はスポンジのような構造になり、すべての粒子がモノリシックな空間格子に相互接続されます。この構造は機械的強度と密度が予測可能ですが、非常に多孔質であるため、陽極表面積が大きくなります。

次に、陽極酸化または成形の電気化学プロセスによって、陽極のタンタル粒子表面全体に誘電体層が形成されます。これを実現するために、「ペレット」を非常に弱い酸溶液に浸し、DC 電圧を印加します。誘電体の全体の厚さは、成形プロセス中に印加される最終電圧によって決まります。その後、酸化された焼結ブロックにポリマーの前駆体を含浸させて、ポリマー電解質、つまり対電極を形成します。この重合ペレットは、導電性グラファイトに続いて銀に浸され、導電性ポリマーとの良好な接続が確保されます。この層によって、コンデンサの陰極接続が実現します。次に、容量セルは一般に合成樹脂で成形されます。

• ポリマータンタルコンデンサの基本構造
• 
  グラファイト/銀カソード接続のポリマータンタルコンデンサの層構造
• 
  長方形ポリマータンタルチップコンデンサの基本断面
• 
  長方形ポリマータンタルチップコンデンサ

ポリマータンタル電解コンデンサの ESR 値は、同じサイズの二酸化マンガン電解質を使用したタンタル電解コンデンサの値の約 1/10 にすぎません。複数のアノード ブロックを 1 つのケースに並列に接続するマルチアノード技術により、ESR 値をさらに下げることができます。マルチアノード技術の利点は、非常に低い ESR 値に加えて、インダクタンス ESL が低いことです。これにより、コンデンサはより高い周波数に適しています。

すべてのポリマータンタルコンデンサの欠点は、漏れ電流が高いことです。これは、二酸化マンガン電解質を使用したコンデンサと比較して約 10 倍高くなります。ポリマー SMD タンタル電解コンデンサは、2.5 V で 1000 μF の容量で、最大 7.3 x 4.3 x 4.3 mm (長さ x 幅 x 高さ) のサイズで利用できます。温度範囲は -55 °C ～ +125 °C で、定格電圧値は 2.5 ～ 63 V です。

ESR と ESL を下げることは、すべてのポリマーコンデンサーの主要な研究開発目標です。いくつかの建設的な対策も、コンデンサーの電気的パラメータに大きな影響を与える可能性があります。たとえば、1 つのケースに複数の従来のコンデンサーセルを並列接続することで、ESR 値を小さくすることができます。ESR がそれぞれ 60 mΩ の 3 つの並列コンデンサーは、結果として ESR が 20 mΩ になります。この技術は「マルチアノード」構造と呼ばれ、非常に低い ESR のポリマータンタルコンデンサーで使用されます。^{[47] [48]}この構造では、1 つのケースに最大 6 つの個別のアノードが接続されます。この設計は、ポリマータンタルチップコンデンサーとして、また MnO ₂電解質を使用したより安価なタンタルチップコンデンサーとして提供されています。マルチアノードポリマータンタルコンデンサーの ESR 値は 1 桁ミリオームの範囲です。

もう一つの簡単な構造的対策は、コンデンサの寄生インダクタンス、ESL を変更することです。コンデンサケース内のリード線の長さは総 ESL の大部分を占めるため、陽極リード線の非対称焼結によって内部リード線の長さを短くすることで、コンデンサのインダクタンスを減らすことができます。この技術は「フェイスダウン」構造と呼ばれます。このフェイスダウン構造の ESL が低いため、コンデンサの共振はより高い周波数にシフトされ、スイッチング周波数がますます高くなるデジタル回路のより高速な負荷変化を考慮しています。^[49]

これらの新しい設計強化を備えたポリマー タンタル チップ コンデンサでは、ESR と ESL の両方が減少して特性が向上し、MLCC コンデンサにさらに近づきました。

長方形のポリマー Al コンデンサには、1 層以上のアルミニウム陽極箔と導電性ポリマー電解質があります。 層状の陽極箔は片側で互いに接触しており、このブロックは誘電体を得るために陽極酸化され、ブロックはポリマーの前駆体に含浸されてポリマー電解質、つまり対電極になります。 ポリマー タンタル コンデンサと同様に、この重合ブロックは導電性グラファイトに続いて銀に浸され、導電性ポリマーとの良好な接続が確保されます。 この層によってコンデンサの陰極接続が実現します。 容量セルは、通常、合成樹脂で成形されます。

• 層状陽極ストライプを備えたポリマーアルミニウムコンデンサの基本構造
• 
  グラファイト/銀カソード接続のポリマーアルミニウムコンデンサの層構造
• 
  長方形ポリマーアルミチップコンデンサの基本断面
• 
  長方形のポリマーアルミチップコンデンサ。外観からは内部に使用されている陽極材料はわかりません。

長方形のポリマー Al-chip-e-caps 内の層状陽極箔は、電気的に並列に接続された単一のコンデンサです。したがって、ESR と ESL の値は並列に接続され、それに応じて ESR と ESL が低減され、より高い周波数で動作できるようになります。

これらの長方形ポリマー Al チップ E キャップは、寸法 7.3 x 4.3 mm、高さ 2 ～ 4 mm の「D」ケースで提供されます。Ta キャップの競争力のある代替品となります。^{[50] [より良い情報源が必要]}

機械的に同等なポリマー Al-chip-e-caps とポリマー Ta-chip-e-caps を比較すると、酸化アルミニウムと五酸化タンタルの誘電率の違いは、酸化物層の安全マージンの違いにより、比容量にほとんど影響を与えないことがわかります。ポリマー Ta-e-caps は、定格電圧の約 4 倍に相当する酸化物層の厚さを使用しますが、ポリマー Al-e-caps は定格電圧の約 2 倍です。

液体電解質を使用した巻線型アルミ電解コンデンサの技術に基づいた円筒形ポリマー アルミコンデンサです。陽極材料としてアルミニウムのみを使用できます。

これらは、長方形のポリマー コンデンサに比べて、より大きな静電容量値を目的としています。設計上、所定の表面実装領域で高さが変化するため、実装面を増やすことなく、ケースを高くすることでより大きな静電容量値を実現できます。これは主に、高さ制限のない プリント回路基板に役立ちます。

円筒形のポリマー Al-e-caps は、エッチングおよび成形された陽極と陰極の 2 つのアルミ箔から成り、セパレータによって機械的に分離され、一緒に巻かれています。巻線にはポリマー前駆体が含浸されており、導電性ポリマーが重合されて陰極を形成し、陰極箔に電気的に接続されたポリマー電極が形成されます。巻線は次にアルミニウム ケースに組み込まれ、ゴム シーリングで密封されます。SMD バージョン (垂直チップ = V チップ) の場合、ケースには底板が設けられています。

• 円筒形ポリマーアルミコンデンサの設計原理
• 
  アルミ電解コンデンサの巻線
• 
  ポリマー電解質を使用した巻線型ポリマーアルミニウムコンデンサの容量セルの断面図
• 
  円筒形ポリマーアルミニウムコンデンサ、巻線セル付き円筒形金属ケース、ラジアルリード（シングルエンド）および SMD スタイル（V チップ）

円筒形ポリマーAl-e-capsは、同じCV値（静電容量×定格電圧）の同等のポリマータンタルコンデンサよりも安価です。サイズは10×13 mm（直径×高さ）まで用意されており、CV値は3900 μF×2.5 Vです^[51]。温度範囲は-55 °C～+125 °Cで、公称電圧値は2.5～200 V ^[42]または250 Vです^[43]。

「ウェット」Al-e-capsとは異なり、ポリマーAlコンデンサのケースにはケースの底に通気口（ノッチ）がありません。これは、短絡によってガスが発生しないため、ケース内の圧力が上昇しないためです。したがって、事前に決められた破断点は必要ありません。

ハイブリッド ポリマー コンデンサは円筒型構造でのみ使用可能であるため、ラジアル (シングル エンド) 設計のリード付き、または SMD バージョン (V チップ) のベース プレート付きで、前述の円筒型ポリマー Al-e-caps に相当します。違いは、ポリマーが誘電体 Al ₂ O ₃の粗面構造の表面と陰極箔の表面を薄い層としてのみ覆うことです。これにより、特に陽極箔の小さな孔にある高抵抗部分を低抵抗にすることができ、コンデンサの ESR を低減できます。両方のポリマー層間の電気的接続は、セパレーターを含浸させた従来のウェット Al-e-caps と同様に液体電解質として機能します。非固体電解質が伝導する距離が短いため、ESR がわずかに増加しますが、実際には劇的ではありません。この構造の利点は、動作中の液体電解質が、小さな欠陥がある場合に誘電体層の自己修復に必要な酸素を供給することです。

小さな欠陥を流れる電流によって選択的な加熱が起こり、通常はその上にあるポリマー フィルムが破壊され、欠陥は分離されますが、修復されるわけではありません。ハイブリッド ポリマー コンデンサでは、液体が欠陥に流れ込み、酸素を供給して新しい酸化物を生成し、誘電体を修復することで、漏れ電流が減少します。ハイブリッド ポリマー Al-e-caps の漏れ電流は、標準のポリマー Al-e-caps よりもはるかに低くなっています。

ポリマー電解質、アルミニウムとタンタルの 2 種類の陽極材料、およびさまざまな設計により、さまざまな仕様の複数のポリマー e-cap ファミリーが生まれました。比較のために、二酸化マンガン電解質を使用したタンタル電解コンデンサの基本パラメータも記載されています。

（2015年4月現在）

ポリマー コンデンサの電気特性は、一貫した静電容量、定格電圧、寸法を使用して比較するのが最も効果的です。ESR とリップル電流の値は、電子機器でポリマー コンデンサを使用する場合に最も重要なパラメータです。リーク電流は、非ポリマー電解質を使用した e-caps よりも高いため、重要です。MnO ₂電解質を使用した Ta-e-caps とウェット Al-e-caps のそれぞれの値が含まれています。

¹メーカー、シリーズ、静電容量/定格電圧。

長方形スタイル（チップ）の場合は^{2 W×L×H、円筒形スタイルの場合は D×L。}

³ 100 μF、10 V のコンデンサに対して計算。

（2015年6月現在）

湿式 Al 電子キャップに対する ポリマー電子キャップの利点:

• ESR値が低くなります。
• より高いリップル電流容量
• 温度依存特性が低い
• 電解液の蒸発がなく、耐用年数が長い
• ショートしても燃えたり爆発したりしない

ウェット Al 電子キャップと比較した ポリマー電子キャップの欠点:

• より高価
• 漏れ電流が高い
• 過渡現象や高電圧スパイクによって損傷を受ける可能性がある

ハイブリッドポリマーAl-e-capsの利点：

• ポリマーアルミニウム電子キャップよりも安価
• 漏れ電流が低い
• 一時的なものに対しては通行不能

ハイブリッドポリマーAl-e-capsの欠点：

• 蒸発による耐用年数の制限

MLCC（セラミック）に対する ポリマー TaおよびAl-e-capsの利点:

• 電圧依存容量なし（タイプ1セラミックを除く）
• マイクロフォニックなし（タイプ1セラミックを除く）
• より高い静電容量値が可能

コンデンサの電気特性は、国際標準規格 IEC 60384-1 によって統一されています。この規格では、コンデンサの電気特性は、電解コンデンサのすべての抵抗損失、容量性および誘導性パラメータをモデル化する電気部品を含む理想的な直列等価回路によって記述されます。

• C、コンデンサの静電容量
• R _ESRは、コンデンサのすべての抵抗損失をまとめた等価直列抵抗で、通常は「ESR」と略されます。
• L _{ESL は}、コンデンサの有効自己インダクタンスである等価直列インダクタンスであり、通常は「ESL」と略されます。
• R_リーク、コンデンサの漏れ電流を表す抵抗

ポリマー電解コンデンサの静電容量値は、測定周波数と温度に依存します。非固体電解質を使用した電解コンデンサは、ポリマーコンデンサよりも周波数と温度の範囲で大きな偏差を示します。

ポリマー Al-e-caps の標準測定条件は、周波数 100/120 Hz、温度 20 °C で 0.5 V の AC 測定方法です。ポリマー Ta-e-caps の場合、逆電圧を回避するために、測定中に定格電圧が ≤2.5 V のタイプでは 1.1 ～ 1.5 V、定格電圧が >2.5 V のタイプでは 2.1 ～ 2.5 V の DC バイアス電圧を印加できます。

1 kHz の周波数で測定された静電容量値は、100/120 Hz の値よりも約 10% 低くなります。したがって、ポリマー e-caps の静電容量値は直接比較することはできず、静電容量が 1 kHz 以上で測定される フィルム コンデンサやセラミック コンデンサの値とは異なります。

ポリマー電解コンデンサの静電容量の基本単位はマイクロファラッド(μF) です。メーカーのデータシートに指定されている静電容量値は、定格静電容量 C _Rまたは公称静電容量 C _Nと呼ばれます。これは、IEC 60063 に従って、E シリーズに対応する値で与えられます。これらの値は、重複を防ぐため、IEC 60062 に従って静電容量許容差で指定されます。

実際に測定された静電容量値は許容限度内である必要があります。

IEC 60384-1 を参照すると、ポリマー電子キャップの許容動作電圧は「定格電圧 U _R」と呼ばれます。定格電圧 U _{R は、定格温度範囲 T R}内の任意の温度で連続的に印加できる最大 DC 電圧またはピークパルス電圧です。

電解コンデンサの耐電圧は、温度の上昇とともに低下します。一部の用途では、より高い温度範囲を使用することが重要です。高温で印加される電圧を下げると、安全マージンが維持されます。そのため、一部のコンデンサ タイプでは、IEC 規格で高温に対する「温度ディレーティング電圧」、つまり「カテゴリ電圧 U _{C 」が指定されています。カテゴリ電圧とは、カテゴリ温度範囲 T C}内の任意の温度でコンデンサに連続的に印加できる最大 DC 電圧またはピーク パルス電圧です。両方の電圧と温度の関係は、右の図に示されています。

指定より高い電圧を印加すると電解コンデンサが破壊される可能性があります。

より低い電圧を印加すると、ポリマー電解コンデンサに良い影響を与える可能性があります。ハイブリッドポリマーAl-e-capsの場合、印加電圧を低くすると寿命が延びる場合があります。^[23]ポリマーTa-e-capsの場合、印加電圧を下げると信頼性が向上し、予想される故障率が低下します。^[52]

_{定格温度 T R}と定格電圧 U _Rの関係、および高カテゴリ温度 T _Cと定格カテゴリ電圧 U _{C の}関係は右の図に示されています。

ポリマー e-cap の酸化層は、安全上の理由から、定格電圧よりも高い電圧 (サージ電圧と呼ばれる) で形成されます。したがって、短時間および限られたサイクル数のサージ電圧を印加することが許可されています。

サージ電圧は、限られたサイクル数の間、適用中に印加される可能性のある最大ピーク電圧値を示します。^[23]サージ電圧はIEC 60384-1で標準化されています。

ポリマーAl-e-capsの場合、サージ電圧は定格電圧の1.15倍です。ポリマーTa-e-capsの場合、サージ電圧は定格電圧の1.3倍になり、最も近いボルトに切り上げられます。^[46]

ポリマーコンデンサに印加されるサージ電圧はコンデンサの故障率に影響を及ぼす可能性がある。^{[53] [54] [55]}

過渡現象は高速で高電圧のスパイクです。ポリマー電解コンデンサ、アルミニウム、タンタルポリマーコンデンサは、サージ電圧よりも高い過渡現象やピーク電圧に耐えることができません。このタイプの電解コンデンサの過渡現象は、部品を破壊する可能性があります。^{[46] [53] [54]}

ハイブリッドポリマーAl-e-capsは、過渡電圧の周波数とエネルギー含有量が低い場合、サージ電圧よりも高い高電圧および短期過渡電圧に対して比較的鈍感です。^{[1] [17]この能力は定格電圧と部品のサイズによって異なります。低エネルギーの過渡電圧は、}ツェナーダイオードと同様の電圧制限につながります。^[56] 許容可能な過渡電圧またはピーク電圧の明確で一般的な仕様は不可能です。過渡電圧が発生するすべてのケースで、アプリケーションを個別に評価する必要があります。

ポリマー電解コンデンサ、タンタルコンデンサ、アルミニウムポリマーコンデンサは極性コンデンサであり、通常、陽極電極電圧が陰極電圧に対して正である必要があります。それでも、限られたサイクル数であれば、タイプに依存する逆電圧に短時間耐えることができます。^{[57] [58]}タイプに依存する閾値レベルよりも高い逆電圧がポリマー電解コンデンサに長時間印加されると、回路が短絡し、コンデンサが破壊されます。

極性のある電解液が誤って回路に挿入される可能性を最小限に抑えるために、極性をケースに明確に表示する必要があります。以下の「極性表示」のセクションを参照してください。

参照:電解コンデンサ#インピーダンスと電解コンデンサ#ESRと誘電正接tanδ

インピーダンスは、 AC回路の電圧と電流の複素 比であり、特定の周波数におけるAC 抵抗の大きさと位相として表されます。ポリマー電解コンデンサのデータシートでは、インピーダンスの大きさ|Z|のみが指定されており、単に「Z」と表記されています。IEC 60384-1 規格では、ポリマー電解コンデンサのインピーダンス値は 100 kHz で測定され、指定されています。

共振の特殊なケースでは、リアクタンス抵抗X _CとX _{L の}両方が同じ値 ( X _C =X _L ) を持ち、インピーダンスはコンデンサのすべての抵抗損失をまとめた等価直列抵抗 ESRのみによって決定されます。100 kHz では、インピーダンスと ESR は、容量値が μF 範囲のポリマー e-caps の場合、ほぼ同じ値になります。共振周波数を超えると、コンデンサのESLによりインピーダンスが再び増加し、コンデンサがインダクタに変わります。

曲線に示されているように、インピーダンスと ESR は、使用される電解質に大きく依存します。曲線は、「ウェット」Al-e-caps と MnO ₂ Ta-e-caps、Al/TCNQ、およびタンタル ポリマー e-caps のインピーダンスと ESR 値が徐々に低下することを示しています。Z 値と ESR 値がさらに低いセラミック クラス 2 MLCC コンデンサの曲線も示されていますが、その静電容量は電圧に依存します。

非固体 Al 電子キャップに対するポリマー電子キャップの利点は、温度依存性が低く、指定された温度範囲で ESR がほぼ直線的な曲線を描くことです。これは、ポリマー タンタル、ポリマー アルミニウム、およびハイブリッド ポリマー アルミニウム電子キャップの両方に当てはまります。

インピーダンスとESRはコンデンサの設計と材料にも依存します。長方形のAl-e-capsと同じ静電容量を持つ円筒形のAl-e-capsは、層状電極を持つ長方形のAl-e-capsよりもインダクタンスが高く、そのため共振周波数が低くなります。この効果は、並列接続によって個々のインダクタンスが低減されるマルチアノード構造によって増幅されます^{[47] [48]}および「フェイスダウン」技術。^[49]

「リップル電流」とは、指定された温度範囲内で連続動作する場合の、任意の周波数および電流曲線の任意の波形の重畳AC電流の実効値（RMS）です。これは主に電源（スイッチング電源を含む）でAC電圧を整流した後に発生し、デカップリングコンデンサまたは平滑コンデンサを介して充電電流と放電電流として流れます。^[18]

リップル電流はコンデンサ本体内で熱を発生させます。この電力損失P _{L は}ESRによって発生し、実効 (RMS) リップル電流I _Rの二乗値になります。

${\displaystyle P_{L}=I_{R}^{2}\cdot ESR}$

この内部で発生した熱は、周囲温度やその他の外部熱源に加えて、周囲温度との差Δ Tでコンデンサ本体の温度を上昇させます。この熱は、コンデンサの表面A上の熱損失P _thと周囲に対する 熱抵抗βとして分散される必要があります。

${\displaystyle P_{th}=\Delta T\cdot A\cdot \beta }$

この熱は、熱放射、対流、熱伝導によって周囲に分散されます。コンデンサの温度は、生成された熱と分散された熱の正味のバランスであり、コンデンサの最大指定温度を超えてはなりません。

ポリマー電解コンデンサのリップル電流は、上限定格温度で100kHzでの最大実効値（RMS）として規定されています。非正弦波リップル電流は、フーリエ解析によって個々の単一周波数に分離し、二乗加算してRMS値を計算する必要があります。^[59]

${\displaystyle I_{R}={\sqrt {{i_{1}}^{2}+{i_{2}}^{2}+{i_{3}}^{2}+{i_{n}}^{2}}}}$

通常、リップル電流値は、タイプやメーカーによって異なりますが、周囲温度に対してコア温度が2～6℃上昇した場合を想定して計算されます。^[60]リップル電流は低温で増加する可能性があります。ESRは周波数に依存し、低周波数範囲で上昇するため、低周波数ではリップル電流を低減する必要があります。^[61]

ポリマーTa-e-capsでは、リップル電流によって発生する熱がコンデンサの信頼性に影響を与えます。^{[62] [63] [64] [65]}限界を超えると、短絡や部品の焼損を伴う壊滅的な故障につながる可能性があります。

リップル電流によって発生する熱は、固体高分子電解質を使用したアルミニウム電解コンデンサやタンタル電解コンデンサの寿命にも影響を与える。^{[18] [66]}

リップル電流熱は3種類のポリマー電解コンデンサの寿命に影響を与えます。^[18]

ポリマータンタル電解コンデンサは、ピーク電流やパルス電流に敏感です。^{[53] [54]}誘導性の高い回路など、サージ電流、ピーク電流、パルス電流にさらされるポリマーTa-e-capsには、電圧の低減が必要です。可能であれば、電圧プロファイルはランプターンオンにする必要があります。これにより、コンデンサが受けるピーク電流が低減されます。

ハイブリッド ポリマー Al-e-caps には、電流サージ、ピーク、またはパルス電流に関する制限はありません。ただし、合計電流は指定されたリップル電流を超えてはなりません。

DCリーク電流(DCL) は、他の従来のコンデンサにはない、電解コンデンサのユニークな特性です。正しい極性の DC 電圧が印加されたときに流れるDC電流です。この電流は、e-caps の直列等価回路でコンデンサと並列に接続された抵抗R_リークによって表されます。固体ポリマーコンデンサの DCL の主な原因は、はんだ付け後の電気絶縁破壊点、不純物または不十分な陽極酸化による不要な導電経路、および長方形タイプの場合、過剰な MnO ₂、湿気経路、または陰極導体 (炭素、銀) による誘電体のバイパスなどです。^[67]

データシートの漏れ電流仕様は、定格静電容量値C _Rと定格電圧U _Rの値を乗算し、2 分または 5 分後に測定した数値を追加して算出されます。たとえば、非固体 Al-e-caps の式は次のようになります。

${\displaystyle I_{\mathrm {リーク} }=0{.}01\,\mathrm {{A} \over {V\cdot F}} \cdot U_{\mathrm {R} }\cdot C_{\mathrm {R} }+3\,\mathrm {\mu A} }$

固体ポリマー電子キャップの漏れ電流は、通常、急速に低下しますが、その後は到達したレベルに留まります。この値は、印加電圧、温度、測定時間、およびケースの密封条件によって生じる湿気の影響によって異なります。

ポリマー電解コンデンサのリーク電流値は比較的高いです。このリーク電流は、通常の条件下ではポリマー電解質が形成プロセス用の酸素を供給できないため、新しい酸化物を生成するという意味での「修復」では低減できません。誘電体層の欠陥のアニーリングは、局所的な過熱とポリマーの蒸発によってのみ実行できます。ポリマー電解質コンデンサのリーク電流値は、メーカーとシリーズによって異なりますが、 0.2 C _R U _Rから 0.04 C _R U _{Rの間です。したがって、ポリマーコンデンサのリーク電流値は、「ウェット」Al-e-caps および MnO 2} Ta-e-capsよりも高くなります。

固体ポリマーAl-e-capsのこの高いリーク電流の欠点は、ハイブリッドAl-e-capsによって回避されます。ハイブリッドAl-e-capsの液体電解質は、酸化物欠陥の再形成に必要な酸素を供給するため、ハイブリッドは湿式Al-e​​-capsと同じ値を達成します。^{[17] [18]}

誘電吸収は、長時間充電されたままのコンデンサが短時間放電しても完全に放電されない場合に発生します。理想的なコンデンサは放電後に 0 ボルトに達しますが、実際のコンデンサは時間遅延双極子放電によって小さな電圧を発生します。この現象は誘電緩和、"浸漬"、"バッテリー動作" とも呼ばれます。

ポリマータンタルコンデンサおよびアルミニウム電解コンデンサについては、誘電吸収の数値は入手できません。

コンポーネントの信頼性とは、このコンポーネントが一定時間内にどの程度確実に機能を果たすかを示す特性です。これは確率過程の影響を受け、定性的および定量的に記述できますが、直接測定することはできません。電解コンデンサの信頼性は、耐久テストを伴う製造時の故障率を特定することで経験的に決定されます。信頼性は通常、バスタブ曲線で示され、初期故障または初期故障、定常ランダム故障、および摩耗故障の 3 つの領域に分けられます。故障率で合計される故障は、短絡、開回路、および劣化故障 (電気パラメータの超過) です。ポリマー Ta-e-caps の場合、故障率は回路直列抵抗器によっても影響されますが、ポリマー Al-e-caps では必要ありません。

故障のない部品を大量に生産するためには、今日では極めて低いレベルの故障率を検証するために数十億単位のテストユニット時間が必要である。これには長期間にわたって約100万個のユニットをテストする必要があり、これは大規模なスタッフと相当な資金を必要とすることを意味する。^[68]テストされた故障率は、多くの場合、大規模なユーザーからの現場からのフィードバック（現場故障率）で補完され、故障率の推定値を下げる。

歴史的な理由により、Ta-e-caps と Al-e-caps の故障率の単位は異なります。Al-e-caps の場合、信頼性の予測は一般に故障率 λで表され、単位は 一定したランダム故障期間中の標準動作条件 40 °C および 0.5 U R での故障間隔( FIT )_です。これは、標準動作条件で 10 億 (10 ^{9 ) のコンポーネント動作時間 (たとえば、1000 個のコンポーネントで 100 万時間、または 100 万個のコンポーネントで 1000 時間の場合は 1 ppm/1000 時間) に予測できる故障数です。}この故障率モデルは、暗黙的に故障がランダムであると想定しています。個々のコンポーネントはランダムに故障しますが、その率は予測可能です。FIT の逆数値は平均故障間隔( MTBF )です。

Ta-e-capsの場合、故障率「F _Ta」は、85 °C、U = U _R、回路抵抗0.1 Ω/Vで「1000時間あたりn％故障」という単位で指定されます。これは、「FIT」モデルと比較してはるかに厳しい動作条件で1000時間の動作中に予想される故障率です。故障率「λ」と「F _Ta」は、温度、印加電圧、湿度、衝撃、振動などのさまざまな環境要因、およびコンデンサの静電容量値を含む動作条件によって異なります。^[52]故障率は、温度と印加電圧の増加関数です。

固体タンタルコンデンサと「湿式」アルミニウムコンデンサの故障率は、産業用^[69]または軍事用^[70]に標準化された加速係数を使用して再計算できます。後者は業界で確立されており、産業用途でよく使用されます。ただし、ポリマータンタルコンデンサとポリマーアルミニウムコンデンサについては、2016 年時点で加速係数は公開されていません。したがって、タンタルコンデンサの故障率F _Taから故障率λへの再計算の例は、標準コンデンサを比較することによってのみ示されます。例:

85 °CおよびU= U _Rでの故障率F _Ta = 0.1%/1000 hは、40 °CおよびU = 0.5  U _Rでの故障率λに再計算されるものとする。

MIL-HDBK 217F の次の加速係数が使用されます。

F _U = 電圧加速係数、U = 0.5 の場合、 U _RはF _U = 0.1

F _T = 温度加速係数、T = 40 °Cの場合、F _T = 0.1

F _R = 直列抵抗R _Vの加速係数、同じ値では = 1

それは次の通りである

λ = F _Ta x F _U x F _T x F _R

λ = (0.001/1000 時間) × 0.1 × 0.1 × 1 = 0.00001/1000 時間 = 1•10 ⁻⁹ / 時間 = 1 FIT

2015 年現在、ポリマータンタルコンデンサとポリマーアルミニウムコンデンサの公表故障率は 0.5 ～ 20 FIT の範囲です。計算された寿命内でのこれらの信頼性レベルは他の電子部品と同等であり、通常の条件下では数十年にわたって安全に動作します。

電解コンデンサの寿命、サービス寿命、負荷寿命、または有効寿命は、非固体電解コンデンサの特殊な特性です。非固体電解コンデンサの液体電解質は時間の経過とともに蒸発し、摩耗故障につながります。MnO ₂電解質を使用した固体タンタルコンデンサには摩耗メカニズムがないため、すべてのコンデンサが故障するまで、故障率は一定ではありません。非固体 Al-e-caps のような寿命仕様はありません。

しかし、ポリマータンタルやポリマーアルミ電解コンデンサには寿命仕様がある。ポリマー電解質は、導電性ポリマーの熱劣化メカニズムにより、導電性がわずかに低下する。導電性は時間の関数として低下し、これは粒状金属型構造と一致しており、老化は導電性ポリマー粒子の収縮によるものである。^[66]

コンデンサの機能時間（耐用年数、負荷寿命、サービス寿命）は、IEC 60384-24/-25/-26 ^[71]に従って、定格電圧で上限カテゴリ温度で加速耐久試験によってテストされます。テストに合格するためのテスト条件は次のとおりです。

• 短絡や断線がない
• 静電容量の20%未満の減少
• ESR、インピーダンス、損失係数の増加が2倍未満

ポリマー コンデンサの劣化故障の規定限界は、非固体 Al-e-caps の場合よりもはるかに近いです。つまり、ポリマー e-caps の寿命挙動は、湿式 Al-e-caps よりもはるかに安定しています。

ポリマーコンデンサの寿命仕様は、非固体Al-e-capsと同様に、最大電圧と温度での時間で指定されます。たとえば、2000時間/105°Cです。この値は、「20度ルール」と呼ばれる式を使用して、個々の条件での動作寿命を推定するために使用できます。^{[72] [73] [74]}

${\displaystyle L_{x}=L_{\text{Spec}}\cdot 10^{\frac {T_{0}-T_{A}}{20}}}$

• L _x = 推定される寿命
• L_仕様= 指定寿命（耐用年数、負荷寿命、サービス寿命）
• T ₀ = 上限カテゴリ温度 (°C)
• T _A = 電子キャップケースの温度（°C）またはコンデンサ付近の周囲温度

このルールは、指定された劣化限度内での熱ポリマー反応速度の変化を特徴付けます。この式によると、65 °C で動作する 2000 時間/105 °C ポリマーコンデンサの理論上の予想耐用年数は、約 200,000 時間、つまり約 20 年と計算できます (より正確には推定できます)。

ハイブリッド ポリマー Al-e-caps には、20 度ルールは適用されません。これらのポリマー ハイブリッド e-caps の予想寿命は、10 度ルールを使用して計算できます。上記の条件では、液体電解質を使用した e-caps の寿命は 32,000 時間、つまり約 3.7 年と予想されます。

タンタルやアルミニウムなどのポリマーコンデンサは、他の電子部品と同等の高い信頼性があり、故障率も非常に低い。しかし、ポリマータンタルを含むすべてのタンタル電解コンデンサには、「フィールド結晶化」と呼ばれる独特の故障モードがある。^[75]

固体タンタルコンデンサの劣化や壊滅的な故障の主な原因は、フィールド結晶化です。^[76]今日のTa-e-capsのまれな故障の90％以上は、この故障モードによる短絡または漏れ電流の増加によって引き起こされます。^[77]

タンタル電解コンデンサの誘電体層である極薄酸化膜は、アモルファス構造にする必要がある。アモルファス構造を結晶構造に変えることにより、導電性が1,000倍にも向上し、酸化物の体積も増加すると報告されている。^{[26] [78]}

電界結晶化に続いて起こる誘電破壊は、低インピーダンス回路において、数ミリ秒以内にナノアンペアからアンペアへとリーク電流が急激に上昇する特徴がある。増加する電流は「雪崩効果」として加速され、金属/酸化物に急速に広がる。その結果、酸化物上のかなり小さな焼け跡から、ペレットの広い範囲を覆うジグザグの焼け跡、または金属の完全な酸化まで、さまざまな程度の破壊が生じる可能性がある。^{[79] [80]}電流源が無制限の場合、電界結晶化によってコンデンサの短絡が発生する可能性がある。しかし、固体 MnO ₂ Ta-e-capsでは電流源が制限されている場合、自己修復プロセスが発生し、MnO ₂が 絶縁性の Mn ₂ O _{3に酸化される。}

ポリマー Ta-e-caps では燃焼の危険はありません。ただし、フィールド結晶化が発生する場合があります。この場合、ポリマー層は増加するリーク電流によって選択的に加熱され、燃焼して、故障箇所が隔離されます。ポリマー材料は酸素を供給しないため、リーク電流は加速できません。ただし、故障領域はコンデンサの静電容量に寄与しなくなります。

ポリマー Al-e-caps は、ポリマー Ta-e-caps と同じ自己修復メカニズムを示します。酸化物の弱くなった部分に電圧をかけると、局所的に高リーク電流経路が形成されます。これによりポリマーが局所的に加熱され、ポリマーが酸化されて高抵抗になるか、蒸発します。また、ハイブリッド ポリマー Al-e-caps もこの自己修復メカニズムを示します。ただし、液体電解質が欠陥のある部分に流れ込み、酸素を供給して新しい誘電体酸化物を形成する可能性があります。これが、ハイブリッド ポリマー コンデンサのリーク電流値が比較的低い理由です。

ポリマー電解コンデンサにはさまざまなタイプがあり、電気的長期挙動、固有の故障モード、自己修復メカニズムが異なります。安全な動作を確保するために、メーカーはタイプ挙動に基づいたさまざまな適用ルールを推奨しています。次の表を参照してください。

電解コンデンサの記号

ポリマー電解コンデンサの極性表示

十分なスペースがあるポリマー電解コンデンサには、コード刻印があり、

• 製造業者の名前または商標。
• 製造業者の型式指定。
• 極性
• 定格容量;
• 定格容量の許容差
• 定格電圧
• 気候区分または定格温度。
• 製造年と月（または週）

非常に小さいコンデンサの場合、マーキングはできません。

マーキングのコードはメーカーによって異なります。

電子部品および関連技術の標準化は、非営利の非政府国際標準化機構である国際電気標準会議（IEC）^[82]によって定められた規則に従います。^{[83] [84]}

電子機器に使用されるコンデンサの特性の定義と試験方法の手順は、一般仕様に規定されています。

• IEC/EN 60384-1 – 電子機器用固定コンデンサ

電子機器に使用されるポリマータンタル電解コンデンサおよびポリマーアルミ電解コンデンサが標準タイプとして承認されるために満たすべきテストおよび要件は、次のセクション仕様に規定されています。

• IEC/EN 60384-24—導電性ポリマー固体電解質を備えた表面実装固定タンタル電解コンデンサ
• IEC/EN 60384-25—導電性ポリマー固体電解質を備えた表面実装固定アルミニウム電解コンデンサ
• IEC/EN 60384-26—導電性ポリマー固体電解質を備えた固定アルミニウム電解コンデンサ

ポリマー電解コンデンサのESRとESL特性は、MLCCコンデンサのそれらに収束しつつあります。逆に、クラス2-MLCCコンデンサの比静電容量は、タンタルチップコンデンサのそれに近づいています。^{[85] [86]}しかし、この比較可能性の向上とは別に、特定のタイプのコンデンサを支持する議論や反対する議論があります。多くのコンデンサメーカーは、プレゼンテーションや記事の中で、競合他社に対する自社技術の重要な議論をまとめています。^[87]例えば：

• アルミポリマー電解コンデンサ対MLCC：パナソニック^[88]
• MLCC対ポリマーおよび「ウェット」電子キャップ：村田製作所^{[89] [90]}
• アルミニウムポリマー製電子キャップと「ウェット」電子キャップの比較: NCC、^[18] NIC ^[1]
• Ta-ポリマーe-キャップと標準的な固体Ta-MnO ₂ e-キャップの比較: Kemet ^[91]

2016年7月現在

• ニオブコンデンサ
• SAL電解コンデンサ
• タンタルコンデンサ
• コンデンサの種類