TOKIN WebinarTOKIN Webinar 2020年7月10日（金）午前11：00～11:30...

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TOKIN Webinar

2020年7月10日（金）午前11：00～11:30

プレゼンテーター：株式会社トーキンキャパシタ事業部販売推進部

能任雄史

ポリマーコンデンサ最新技術トレンド / タンタルからポリマーへ


株式会社トーキン

キャパシタ事業部販売推進部

能任雄史

ポリマーコンデンサ最新技術トレンド二酸化マンガンからポリマーへ


NeoCapacitorとKOCAPとは

KEMETとトーキンが製造・販売する世界シェアNo1のポリマータンタルコンデンサです

3


◼ タンタル・タンタルコンデンサのよくある誤解

◼ ポリマータンタルコンデンサとは

◼ ポリマータンタルコンデンサの安全性

◼ ポリマータンタルコンデンサの最新のトレンド ― 採用事例

◼ まとめ

4


誤解1: タンタルの原材料は枯渇する

5

June-2014

アメリカ地質調査研究所 Fact Sheet 2014-3054

今後50〜100年以内に予想される金属の不足には、銅、金、銀、インジウム、プラチナ、亜鉛、鉛があげられます。

ニオブとタンタルの推定地球規模の埋蔵量と資源は大きく、予見可能な将来、おそらく次の500年の地球規模の需要を満たすのに十分以上です。


誤解2: タンタルはコンデンサでのみ使用されている

6

全世界の出荷数量のうち半分のみがコンデンサで使われております

June-2014US Geological Survey Fact Sheet 2014-3054


誤解3: タンタルは頻繁に原材料の供給問題が発生する

• 鉱石がシングルソース

• 高コストな地下採掘

• 鉱石価格がコストを下回ると価格が回復するまで採掘を休止する

7

• 複数の鉱石採掘場所からの調達

• 露天掘りと地下採掘の混合

• 複数国からの調達

• 複数の国や鉱山による市場価格の決定

2000-2010 2010-現在地下採掘

露天掘り

近年コンデンサメーカーは原材料の供給不足を防ぐため多くの取り組みを行っております


誤解:4 タンタルは紛争鉱物なので使用してはならない

8

RMI (Responsible Minerals Initiative)による監査によって問題が無い鉱石を原材料に使用しております（コンフリクトフリー）

http://www.responsiblemineralsinitiative.org/

http://www.responsiblemineralsinitiative.org/


KEMETグループの取り組み

• 紛争鉱物問題に対する取り組みと原材料の安定調達に向けて

9

2012年にタンタル粉末供給業者であるNiotan (現KEMET Blue Powder)がKEMETのグループ会社として傘下に加わりました。

これによりトーキンはコンゴ民主共和国のコンフリクトフリーの安全なタンタル粉末を安定して確保できるようになり、お客様へ安定してポリマータンタルコンデンサを供給することが可能となりました。






◼ まとめ

10


タンタルコンデンサの分類

11

ポリマーコンデンサ(Polymer Capacitors)ポリマータンタルコンデンサ、導電性高分子コンデンサ

二酸化マンガンタンタルコンデンサ（MnO2 Tantalum Capacitors)

従来型のタンタルコンデンサ、狭義のタンタルコンデンサ

湿式タンタルコンデンサ(Wet Tantalum Capacitors)


KEMET タンタルコンデンサの歴史

12

1920 1950 1980 2000 2005 2010 2017 2018

1919. KEMET labs founded by

Union Carbide

1959. KEMET

makes first solid Ta capacitor

Formation of KEMET

Electronics Coportation in

1987

Shipments of Ta Polymer

2006. EPCOS Ta operations acquisition.

2012. NiotanTa powder mfg. facility acquisition.

2012. KEMET signs agreement to acquire NEC

TOKIN.

2013. KEMET Ta

Ore & Powder supply

certified conflict-free.

2017 TOKIN acquisition completion

Vertical Integration

Efforts Begin

1919. KEMET makes oxygen

getter of vacuum tube

Shipments of Ta SMD

starts

KEMET 1st to Market Polymer

SMD 150ºC Capability


タンタルコンデンサの構造

13

タンタル/MnO2 ポリマータンタル

陽極 Ta Ta

誘電体層 Ta2O5

陰極 MnO2 導電性高分子(ポリマー)

陰極層に違い

＋端子

－端子


ポリマーと二酸化マンガンの違い

14

低ESR 小型大容量安全性の飛躍的な向上

違いは陰極層の第一層のみです（MnO2かポリマーか）

それだけの違いですが、それによりポリマーは多くの長所を備えています

• PEDT は導電性高分子です

高分子の重合工程はモノマーと酸化剤を室温で反応させます「柔らかく薄い層」―ストレスのない接続

• MnO2 は二酸化マンガンです

脆い半導体材料で、260℃程度の高温で熱分解により形成します硝酸マンガン – ストレスのある接続

PEDT

MnO2

NeoCapacitor

KOCAP


生産工程

15

工程フロー製品形態内容と確認項目

混合

プレス成型

焼結

Alホルダー接続

陽極酸化

重合

Gr層形成

Ag層形成

Ta粉末をバインダーと混合

かさ密度

Ta粉末をワイヤと共にプレス

重量、寸法

高真空・高温で焼結

静電容量

Ta 粉末バインダー

Ta ワイヤ

Ta 粉末

Ta ワイヤ

Ta 粉末

アルミホルダ

ペレット

ペレット

アルミホルダ上にペレットを接続

寸法

陽極酸化(Ta2O5形成)

陽極酸化色

浸漬 & 乾燥（繰り返し）

浸漬レベル

グラファイトペースト浸漬・乾燥

外観

銀ペースト浸漬・乾燥

外観1

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L/Fアッセンブリ

モールド

バリ取り、捺印、カソード支持部除去

エージング

電気的スクリーニング

外観検査

リードフレーム

テーピング

テーピング後外観検査

パッケージ

入庫

+ TaワイヤとL/Fを溶接- 導電性接着剤で接続

溶接強度

モールド

寸法

捺印とエージング準備

全数エージング内在不良検出

温度、電圧

全数電気特性検査

L/C/D/E

100% 検査

外観

製品の切り離し、端子形成

寸法

キャリア&カバーテープで封入

カバーテープはがし強度

全数外観検査

製品向き/欠品

梱包

ラベル、数量

梱包箱

末端固定テープ

リール


ポリマータンタルコンデンサの特徴

17

小型化・薄型化

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40 50

容量

[µF

]

印加電圧 [V]

Ceramic

Polymer Ta

DCバイアス特性無し・音鳴り無し

低インピーダンス(ESR)・高許容リップル電流

0.001

0.01

0.1

1

10

100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz100MHz

Imp

ed

an

ce,

ES

R [

Ω]

TEPSLB20E337M(15)8R

Impedance ESR

高い安全性

MnO2 ポリマー

故障箇所を流れる電流による熱と酸素によって発火する可能性があります

導電性高分子は酸素を消費し発火を抑制します

クラック

Ta ポリマー

ポリマーの酸化絶縁化

Ta2O5クラック

Ta MnO2

Mn2O3

Ta2O5






◼ まとめ

18


破壊電圧(BDV)評価: MnO2 vs ポリマー

19

MnO2

(発火あり)

ポリマー(発火なし)

MnO2品発火に伴うすすによる汚れ

10pc Sample Sizes

基板評価後

評価ボードレイアウト

BDV 評価条件• 2回ﾘﾌﾛｰ• 85ºC• 3.3V/sec 昇圧• 1.0 Amp • シリーズ抵抗なし

外観損傷なし外観損傷(元々は黄色樹脂)

MnO2

Polymer


ポリマータイプの安全性が高い理由

20

MnO2ポリマー

故障箇所を流れる電流による熱と酸素によって発火する可能性があります

導電性高分子は酸素を消費し発火を抑制します

1. クラック等により電流&熱発生

Ta

2. ポリマーの酸化絶縁化

Ta2O5

1. クラック等により電流&熱発生

Ta MnO2Ta2O5

2. MnO2の変化-

O2の発生-

Ta2O5の結晶化

3.酸素がTaへ供給されるMn2O3

4. Ta + O2の急速な反応（発火）

O2

ポリマー3. 発火の抑制


10V 定格電圧→ 125℃における最大推奨ディレーティング電圧は6.0V

10V 定格電圧→ 125℃における最大推奨ディレーティング電圧は3.3V

電圧ディレーティング改善MnO2 = 50%ﾃﾞｨﾚｰﾃｨﾝｸﾞ

ポリマー = 10~20%ﾃﾞｨﾚｰﾃｨﾝｸﾞ

推奨印加電圧 (定格電圧 > 16V品)

推奨印加電圧 (定格電圧 < 10V品)

定格電圧

推奨印加電圧

定格電圧

ポリマーコンデンサ電圧ディレーティングガイドライン

21


異なる電圧ディレーティングにおける故障率

22

4

2

0

0

182%

Ta-Poly

VR>10VDC

5,310@100% VRated

FR(PPM)

1,600@90% VRated

FR(PPM)

438@80% VRated

FR(PPM)

6@50% VRated

FR(PPM)

5

1

0

0

203%69%100 PPM FR

% VRated

Ta-Poly

VR≤10VDCTa-MnO2

Baseline SSST explaination - ‘Derating Difference for Ta Polymer and Alu Polymer’ – John Prymak – KEMET Electronics

SSST Cummulative Test Results - Polymer Up-date Information 2018-2019

A surge current is applied across the capacitor through a low series resistance circuit (<0.3 Ohms).

Voltage is incrementally increased until catastrophic failure occurs.


他社ポリマーコンデンサメーカーのディレーティングの考え方

+85℃ +105℃

TOKIN / KEMET 定格電圧：100%

推奨ディレーティング10V定格以下：90%

16V定格以上：80%

定格電圧：100%



A社定格電圧：100%



■ 製品カテゴリ2

定格電圧：100%



■ 製品カテゴリ3, 4

定格電圧：80%



P社定格電圧：100% 定格電圧：100% or 軽減

R社定格電圧：100% 定格電圧：軽減

23

105℃製品での比較






◼ まとめ

24


発売

開始

製品ライフサイクル製品売上

導入期成長期成熟期衰退期

Ta MnO2

SuperCapacitor

Ta Polymer

25


標準シリーズ

T520 / PSL一般用途 2V – 10V

T521 / PSL高耐圧 12.5V – 75V

特殊シリーズ

超小型高容量

低インダクタンス高エネルギー低漏れ電流高温対応

車載グレード &

高信頼高信頼 &

宇宙グレード

T527 / FPS下面電極構造

3216-10

3528-12

T529 / GPS基板端子構造

2012-10

T523下面電極構造

T528低ESL

下面電極構造

T545高エネルギー

T548高エネルギー下面電極構造

T522低漏れ電流

T525 / PSH125℃対応

T530125℃対応

大容量

T591耐湿負荷試験対応

T598 / PSU125℃対応

車載グレードAEC-Q200

T597 / FPU下面電極


T599150℃対応


T543105℃対応

COTS

T540125℃対応

HRA

T541125℃対応大容量 HRA

T583ESCC 3012/005

KOCAP / NeoCapacitor ポリマー SMDラインナップ

26


代表的なアプリケーション

ノートパソコン、タブレットやスマートフォンという身近な製品で使用されているタンタルコンデンサ。多くの人々が毎日10~50pcsのタンタルコンデンサを持ち歩いているかもしれません。

27


ノートパソコン、タブレットPC、一体型PC

28

DC/DC

コンバーター

USB, TYPE C5V

0.9V~2.5V7.5V~20V

DDR, GDDR~1.2V,1.5V

I/O,SSD, USB2.0, 3.0

3.3V, 5V

C1 C2

C3

C3

C2

AC/DCアダプター

USB-PD

市場動向• CPU, GPUの性能向上• 低消費電力化• 薄型化・軽量化• 高解像度ディスプレイ、HDR、有機ELディスプレイ• タッチスクリーン

回路回路電圧要求推奨シリーズ

C1 入力 7.5, 12, 19, 20V

高許容リップル電流

高耐圧

低背高

音鳴き無し

T521,T523

T529

PSL, FPS

C2

CPU

GPU0.9~2.5V

低ESR

低ESL

大容量

低背高

小型

T520, T528

PSL, PSG

A720,A700DDR

GDDR1.2, 1.5V

C3

I/O

SSD

USB 2.0, 3.0

3.3, 5V低ESR

低背高

小型

T520,T523

PSL, FPS

USB

TYPE C5V

CPU, GPU


7.3 +/- 0.2mm

4.3 +/- 0.2mm

1.9mm +/- 0.1mm

実装面積削減（省スペース化）

1/3.

2.8 +/- 0.2mm

3.5 +/- 0.2mm

1.9 +/- 0.1mm

B2 case

1V+

TEPSGB20E337M9-8R, 3528-19, 2.5V 330uF ESR 9mΩ

T528B277M002APE006, 3528-19, 2.5V 270uF ESR 6mΩ

TEPSLB20E477M(14)8R, 3528-19, 2.5V, 470uF ESR 14mΩ

19V-入力回路

TEPSLB21E156M8R, 3528-19, 25V, 15uF

TEFPSB31E156M8R, 3528-12, 25V, 15uF

TEPSLB21E226M8R, 3528-19, 25V, 22uF

12.8V-バッテリ回路

TEPSLB31C336M8R, 3528-12, 16V, 33uF

T521V686M016ATE050, 7343-19, 16V, 68uF

T521V107M016ATE050, 7343-19, 16V, 100uF

3.3/5V

TEPSLB20J227M(25)8R, 3528-19, 6.3V 220uF

TEPSLB30J157M(35)8R, 3528-12, 6.3V 150uF

TEPSLB150J157M(35)8R, 3528-15, 6.3V 150uF

TEFPSA30J107M(100)8R, 3216-10, 6.3V 100uF

TEGPSP20J476M8R, 2012-10, 6.3V 47uF

ノートパソコン/タブレット/スマートデバイス

29


テレビ、ディスプレイ用途

30

Series Part Number Cap. Voltage ESR Ripple Size

GPS TEGPSP21C106M8R 10µF 16V 200mΩ 0.35A rms 2012-10

T521 T521W476M016ATE040 47µF 16V 40mΩ 2.1A rms 7343-15

T521 T521V107M016ATE050 100µF 16V 50mΩ 1.9A rms 7343-19

T523 T523V157M016APE050 150µF 16V 50mΩ 2.8A rms 7343-19

T523 T523V107M025PE100 100µF 25V 100mΩ 1.4A rms 7343-19

T521 T521W476M020ATE040 47µF 20V 40mΩ 2.1A rms 7343-15

T521 T521V336M025ATE040 33µF 25V 40mΩ 2.2A rms 7343-19

PSL TEPSLB21E156M8R 15µF 25V 100mΩ 0.97A rms 3528-21

PSL TEPSLB21E226M8R 22µF 25V 100mΩ 0.97A rms 3528-21

GPS TEGPSP21E475M8R 4.7µF 25V 300mΩ 0.29A rms 2012-10


ワイヤレス充電器

31

アプリケーション動向• 高速化• 高いワット数• 薄型/省スペース設計

Control IC

トランスミッター(Tx)

Out

9V In

Cin

レシーバー (Rx)

ワイヤレスパワー

Cout

Cin & Cout 急速充電用途最大電圧レンジ 9V~12V

TxIn

vert

er

Re

ctif

ier

Control IC

回路回路電圧要求特性対応シリーズ

Cin

9~12V高い定格電圧

低背高

T521, T523,

T527, T529

PSL, FPS, GPSCout


サーバー / ネットワークインフラ

DC/DC

Converter

USB/SSD5 V

CPU0.9 V / 1.05 V

DDR1.5 V

I/O3.3 V

48V DC/DC

Converter

Voltage

Capacitance (

uF

)

1

10

100

1000

1 25 50 75

Polymer

Ta

ポリマーコンデンサの主な用途はDC/DCパワーコンバーターです

12V / 19 V / 24 V

16 - 35 Vr

2.0 / 2.5 Vr

6.3 Vr

63 – 75 Vr

主な製品群

ケース高さ

各定格電圧における最大静電容量 (µF)

2.0 / 2.5 Vr 4.0 Vr 6.3 Vr 10 Vr 16 Vr 20 Vr

4.3 mm 1000 470 330

3.1 mm 680 470 330 220 47 47

2.0 mm 470 330 100 47

ケース高さ

各定格電圧における最大静電容量 (µF)

2.0 / 2.5 Vr 4.0 Vr 6.3 Vr 10 Vr 16 Vr 20 Vr

2.0 mm 330 220

7343 サ

イズ

3528 サ

イズ

32


E=½*C(V12-V22)

SSD (エンタープライズ）

33

要求：省スペースな小型基板への高容量コンデンサ

SSD

Power

Controller

I/O

Controller

NAND

Flash

Memory

Array

Data I/O

5V or 12V

12-28V

電源バックアップ用途


自動車分野 –自動運転

34

自動運転・ADASの高性能化により半導体の大電力化

↓

電源回路でのポリマータンタルの採用事例拡大中

車載グレードポリマータンタルT598, T599, F/PUシリーズ

◼ SoC, FPGA, etc. (1V+)

T598D477M2R5ATE009, 7343-31 2.5V 470μF 9mΩ

T598B107M2R5ATE055, 3528-21 2.5V 100μF 55mΩ

◼ 3.3V / 5V

FPUA20J476M100B, 3216-12 6.3V 47μF 100mΩ

T598B157M006ATE045, 3528-21 6.3V 150μF 45mΩ

T598D107M010ATE025, 7343-31 10V 100μF 25mΩ

◼ 12V input

T598D336M035ATE065, 7343-31 35V 33μF 65mΩ

他ラインアップ多数


トーキンのコンデンサ高温対応シリーズ

ポリマータンタル MnO2

T599 T498 T499 T500 T502

150℃ 150℃ 175℃ 200℃ 230℃

量産中量産中

35


TOKIN ポリマー製品ポートフォリオ

宇宙軍事航空

表面実装

スルーホール

& 表

面実装

推奨シリーズ

36

開発中開発中






◼ まとめ

37


静電容量と定格電圧

38

容量

(μF

)

A, 90

X(1500), 5

T, 100

X(1000), 6

H (1500), 55

X(820), 70

B, 100

H (470), 70

V (150), 50

Commercial

P, 300

H(220), 70

B, 150

X(47), 30

B, 200

X (33), 60

B, 200

X (22), 75

D, 200

X (15), 75

Size Code(uf), mohms

P, 200 P, 200 B, 100

B, 90

D(470), 9

B, 70

V(330),18

B, 80

X(330), 25

B, 80

X(220), 25

D, 70

D (150), 65

D, 50

D(68),65

D, 60

D(47), 60

B, 200

H(100), 75

D(10,90)

Auto

定格電圧 (V)


まとめ

• ポリマータンタルコンデンサは供給面・安全面からも皆様に安心してお使いいただけるコン

デンサです

• 電源回路でお使いいただく上で最適な小型・薄型・低インピーダンスを兼ね備えたコンデン

サです

• 従来から使われているノートパソコンやスマートフォンに加え、アプリケーションの高性能

化に伴い自動車やSSD、航空宇宙分野などの新しい分野でもポリマータンタルコンデンサの

市場は拡大を続けております

是非、ポリマータンタルコンデンサをご検討ください

39


ご視聴ありがとうございました

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