鉭電容知識介紹

日本在鋁電容的生產(chǎn)設(shè)計上美譽(yù)度很高,三洋、CHEMI-CON等都是執(zhí)行業(yè)牛耳的大牌子,在板卡發(fā)燒友中如雷貫耳。說到這里大家奇怪一般來說電子工業(yè)最強(qiáng)的國家是美國啊,為何美國在鋁電容領(lǐng)域內(nèi)卻沒有建樹呢?其實(shí)不然,美國國內(nèi)兩大電容品牌KEMET和AVX(現(xiàn)在被日本KYOCERA收購)已沒有鋁電解電容生產(chǎn)線,其電解電容生產(chǎn)線上的產(chǎn)品基本是鉭電容。
☆ 小常識:“鉭”的個人簡介
鉭——一種略帶藍(lán)色的戰(zhàn)略金屬,英文名叫TANTALUM,具有2900度以上的熔點(diǎn)(僅次于鎢和錸)和6.5的莫氏硬度(鉆石是10)以及令人難以置信的耐酸堿性(王水對其都沒用,而黃金碰到王水都會融化),以上特性給鉭帶來了難以加工的壞名聲,不過其極高的介電常數(shù)(27是鋁的4倍以上)和燒結(jié)后的海綿狀態(tài)以及超穩(wěn)定狀態(tài)卻讓電子元件生產(chǎn)廠商忍受千難萬苦也要把它應(yīng)用在電容上,最終裝備到軍用電子設(shè)備中。
美國的軍事工業(yè)異常發(fā)達(dá),是世界最大的軍火出口商,只要你有興趣打開那些軍用電子設(shè)備無一例外都可以看到上面布滿了大大小小黃色的鉭電容(有趣的是美國的鉭電容外殼都用黃色,而日本等則喜歡用黑色,鉭電容外殼的顏色和性能無關(guān)。另外一些用于高溫處的鉭電容,由于要經(jīng)歷150度以上的熏烤,因此黃色的外殼可能會被熏黑,所以干脆涂成黑色)。
顏色不重要 只是各有喜好
世界上鉭金屬的產(chǎn)量一半被用在鉭電容的生產(chǎn)上,美國的國防部后勤署則是鉭金屬最大的擁有者,KEMET這個世界上最大的鉭電容制造者則是鉭電容的發(fā)明者之一,它與上世紀(jì)五十年代研制出了這種電容,其初始動機(jī)是開發(fā)一種可靠、體積小、容量大的產(chǎn)品來替代戰(zhàn)斗機(jī)火控雷達(dá)內(nèi)不可靠的鋁電容。
○ 鉭電容的BT檢測方法
打開KEMET的鉭電容產(chǎn)品手冊竟然可以看到其民用產(chǎn)品都需要過最嚴(yán)苛的美軍標(biāo),我給大家隨便列舉其中一個測試,是關(guān)于震動的:MIL-STD-202 方法213,條件1,在100G的沖擊下保持電容ESR\損耗角和漏電流初始狀態(tài)。我的天,這種條件只有導(dǎo)彈、炸彈能碰到。
與導(dǎo)彈雷同的經(jīng)歷——鉭電容測試
● 鉭聚合物電容——想說愛您不容易
“要在一系列顯卡上全部采用鉭聚合物電容?”老板問我的時候眼睜的像銅鈴一樣大,恨不得一口吃了我,是啊每顆價格按照 1美元算,一片低端顯卡平均用6到8顆以上,9600、3850上搞不好還要十五顆以上,光這些主電容費(fèi)用就要100元以上,而現(xiàn)在 ATI\NV 公版上才幾顆鋁聚合物電容,普通廠商的很多所謂非公版都用普通鋁電解電容替代,一個板子上所有主電容加起來還不到1元錢。
一顆成本1美元以上 你想用幾顆?
眾所周知現(xiàn)在顯卡只剩下價格戰(zhàn),現(xiàn)在一片普通顯卡從出廠到最終銷售的全部利潤可能才有50元,100元意味著什么?在這個能省一顆元件老板獎勵設(shè)計人員的時代我的想法可謂太不入流,說我天方夜譚也可以理解。消費(fèi)者也未必買賬,在這個同質(zhì)化的年代誰在乎幾顆電容啊,便宜就好,與其用那么好的電容還不如換個漂亮的風(fēng)扇給人感覺好呢!
● 左右為難 鉭電容和顯卡產(chǎn)業(yè)的小秘密
另外如果顯卡全部用鉭聚合物電容還會面臨一個巨大的難題那就是備貨,行外人士不會理解這個問題。一般的鋁電容(包括鋁聚合物電容)和鉭電容生產(chǎn)廠商遍布世界各地,但能生產(chǎn)鉭聚合物電容的全世界不多于10家,而且這十家主要在美國和日本,由于產(chǎn)量?。ㄖ挥衅胀ㄣg二氧化錳電容的百分之一),價格昂貴(是普通鉭二氧化錳電容的10倍)所以生產(chǎn)廠商都是在你下單后生產(chǎn),交貨期長達(dá)數(shù)月。
鉭電容的生產(chǎn)周期讓快速更新?lián)Q代的顯卡產(chǎn)業(yè)碰壁
而一般顯卡芯片可能壽命期也只有數(shù)月,換句話說我電容可能還沒到貨安裝到顯卡上,顯卡都淘汰了,對于我們來說如果用鉭聚合物電容簡直和賭博無異。不過鉭聚合物電容的特性太誘人,讓人無法自拔。
1、 漏電流少:同樣陰極是聚合物(PEDT\PPY等)鉭聚合物電容的漏電流只有鋁聚合物電容的幾分之一左右,以著名的三洋OSCON的SVP產(chǎn)品為例,其4V 33UF的4SVP33M漏電流(LC)為66UA而同規(guī)格鉭聚合物電容一般僅為12UA 左右,這代表顯卡如果用鉭聚合物電容濾波會更干凈,漏電流導(dǎo)致的脈沖會小。
2、損耗角?。哼€是拿4SVP33M為例,其損耗角是0.15,而同規(guī)格鉭聚合物電容的DF(損耗角)則為0.08。0.15與0.08間差了0.10、0.12兩個數(shù)量級,損耗角小表示電容發(fā)熱會小很多,有利于提高電容壽命和增加顯卡穩(wěn)定性。
3、失效率低:失效率就是每工作一定時間電容可能會失效一次,注意是失效一次,而不是從此出故障了需要修理才能繼續(xù)或直接壞掉。鉭聚合物電容由于都是樹脂封裝,外加多層銀和石墨陰極鍍層和鉭導(dǎo)線所以電容失效率遠(yuǎn)小于容易進(jìn)入濕氣和被腐蝕的鋁聚合物電容,在美軍的一次試驗(yàn)中AVX和KEMET的鉭聚合物電容在模擬運(yùn)行了1000000小時中才出現(xiàn)一次失效,也就是說你想碰到一次鉭聚合物電容失效要等110多年,所以山姆的關(guān)鍵性電子設(shè)備都采用它是有道理的。
4、與鉭二氧化錳電容相比鉭聚合物電容的ESR 極 低,而且不會爆炸,可以說其是顯卡上性能最好的電解電容,我個人從發(fā)燒友的角度來說確實(shí)喜歡。另外現(xiàn)在各顯卡品牌同質(zhì)化非常嚴(yán)重,各家爭先恐后已降低成本 為第一要素,最多在風(fēng)扇上做文章,可是我始終認(rèn)為顯卡風(fēng)扇對于提高顯卡的性能非常有限,如果一片顯卡連電路都設(shè)計不好配備再好的風(fēng)扇可能也無法穩(wěn)定運(yùn)行乃 至超頻了。
有的發(fā) 燒友對此非常無奈,但是苦于沒有真正發(fā)燒的產(chǎn)品,因此如果我能夠反其道行至從發(fā)燒友最需要的辦卡設(shè)計以及用料來考慮搞不好能讓品牌另劈一片天地。再加上鉭 電容外觀和鋁電容差別很大,可以在賣場讓消費(fèi)者一眼認(rèn)出,做到萬花叢中一點(diǎn)綠的效果,雖然價格對普通玩家來說可能過高,但個別富裕發(fā)燒友可能會買賬。
如果單純憑低成本,同德等廠不知道比我們領(lǐng)先多少,反正橫豎是拼還不如另外開拓一個領(lǐng)域也許還能走的遠(yuǎn)點(diǎn)。再從成本上說,雖然鉭聚合物電容價格昂貴,但是由于其優(yōu)秀的性能可以降低顯卡的返修率,當(dāng)銷量增大時返修率每降低一個百分點(diǎn),就可以讓整體成本下降不少,從顯卡全壽命期費(fèi)用來看,用好電容還是可以接受的。
以上幾點(diǎn)我象蒼蠅一樣整天在老板和同事前念叨,終于打動了他們,真是出乎意料,事后總結(jié)可能他們被我說煩了,不過更大的可能性是他們也在發(fā)燒??磥砦覀兝?板喜歡打牌也是好事,打牌的人總有瘋狂的時候。不過他在瘋狂之余還是讓我們找?guī)讉€個電容廠商好好壓價,這事我們采購小張愛干。
○ 全球鉭電容三巨頭點(diǎn)評
在接下來的幾周時間里大家都是 在無休止的供需見面會中度過,說無休止那是夸張,因?yàn)殂g聚合物電容的供應(yīng)商主要也就三家:KEMET、AVX、三洋,不過這三家廠商可是大爺,因?yàn)樗麄兌?是行業(yè)內(nèi)巨頭,技術(shù)又很領(lǐng)先,所以談判過程很艱難。先說KEMET吧,他最近才把德國的鉭電容巨頭愛普克斯買下來,可以說在歐美它幾乎通吃了所有鉭聚合物 電容的份額。
再加上人家是鉭電容的發(fā)明者,產(chǎn)品種類特別齊全,指標(biāo)非常的高,其最高檔產(chǎn)品的最低ESR能低到4毫歐姆,這是單顆電解電容公認(rèn)的極限,所以KEMET的報價是相當(dāng)?shù)母撸?.5V 330UF(ESR9毫歐姆)的產(chǎn)品報價超過1美元不少。
SANYO的POSCAP系列鉭聚合物電容也有優(yōu)勢,首先因?yàn)镹V的最高端顯卡也有用到少量的POSCAP(如9800系列中混合使用了鉭和鋁聚合物電 容)所以SANYO在國內(nèi)是有備貨的(以便能迅速交給NV 98系列公版的代工廠FOXCONN),因此我們?nèi)绻嗀浧浣回洉容^迅速,大概只要等一個多月。其次三洋的價格比KEMET還是要低不少,同上規(guī)格的每 顆電容是要低于1美元的。雖然其ESR和其它指標(biāo)要高于KEMET的產(chǎn)品,但是用在顯卡上也是夠了。
還有個競爭對手是AVX,它的實(shí)力不可謂不強(qiáng),比如其在正常的鉭二氧化錳電容市場中幾乎占據(jù)了半壁江山,它的多重陽極鉭二氧化錳電容ESR值之低幾乎可以 媲美鉭聚合物電容,達(dá)到和三洋鋁聚合物電容SVP的水準(zhǔn)。不過由于鉭二氧化錳電容易爆以及不耐瞬間大電流的特性,所以雖然其價格便宜也不在考慮范圍內(nèi),我 不想以后再因?yàn)殡娙萦袉栴}被顯卡消費(fèi)者退貨(看來耕升的噩夢還在影響著我)。
AVX價格貴、規(guī)格低 淘汰出局
AVX的鉭聚合物電容卻不太強(qiáng),產(chǎn)品只有一個TCJ系列,性能更是一般,最低的ESR都超過40毫歐姆,最大耐受鏈波電流值只有1安培左右。而它的同胞 KEMET,最低ESR只有4毫歐姆,最大耐受鏈波電流值高達(dá)7安培,可謂相距甚遠(yuǎn),如果我們在顯卡上用的鉭聚合物電容指標(biāo)比鋁聚合物電容還低發(fā)燒友會買 賬么?因此AVX在我們的候選名單上率先出局。
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● 總結(jié):塵埃落地 需求最后拍了板
KEMET和SANYO的供貨商之爭又?jǐn)[回了臺面:老板是支持SANYO的,他在生產(chǎn)體系待過多年,為料件短缺的問題困擾很久,經(jīng)常某元件缺貨導(dǎo)致顯卡生產(chǎn)上市推遲數(shù)周,經(jīng)銷商叫苦不迭,選三洋意味著供貨問題不像KEMET那么棘手。另外三洋的價格也能打動老板,商人重利么,話說回來如果沒有利潤的事情誰干??!我支持的當(dāng)然是KEMET,主要是發(fā)燒友心態(tài)。
○ 品質(zhì)決定了選擇 只有KEMET鉭電容能勝任
再說了KEMET有幾個計算工具軟件如KEMET-SPICE等對設(shè)計和計算顯卡電容非常有用,RD愛不釋手。不過我不老板,眼看SANYO獲勝的事情就要定下來,這時NV和AMD幫了我大忙:由于新一代顯卡都需要大功率,因此PCIE接口的供電不足,要外接電源供電。而電源的供電都是12V,所以需要在卡上設(shè)置多個大容量高壓電容供外接電源濾波和儲能,對我們來說像9600、38XX以上的顯卡都需要16V(在電容里沒有12V這個標(biāo)準(zhǔn),再說鉭電容一般要降壓使用所以只能使用16V這個耐壓值)大容量、低ESR的鉭聚合物電容。
天助我也,三洋POSCAP鉭聚合物電容中的高壓系列產(chǎn)品TQJ最高容量只有68UF,而KEMET鉭聚合物電容中則有150UF 16V的T520系列。從設(shè)計角度來說:NV的9600系列顯卡總計需要近千UF的16V電容,如果用三洋TQJ系列需要15到20顆,這還只是外接電源 部分所需要的數(shù)量,整個顯卡將有多大多貴大家可以想象。
而如果電容用T520則只需要幾顆即可,勝負(fù)已定KEMET入選。雖然決定選用KEMET產(chǎn)品但其價格確實(shí)讓人肉痛,接下來幾天KEMET銷售人員來拜訪 時小張和我只好一個紅臉一個白臉:我就不停地暗示三洋服務(wù)好供貨及時價格低,我們沒有理由不用。小張則私下對KEMET銷售挑明:老兄啊,我盡力了,你們 產(chǎn)品只有降價一條路可走了。KEMET的大爺們終于施舍般的調(diào)低價格,停在了一美元價格線以內(nèi)。幾天后當(dāng)RD人員拿出一張密密麻麻布滿黃色鉭聚合物電容的 顯卡時全部同事都很激動,隨后RD在高頻示波器上對比了使用兩種不同電容(鉭聚合物和鋁聚合物)時顯卡電源的波形,我興奮的哭了。
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