Un nuovo inizio per i condensatori al tantalio

A partire dalla fine degli anni ’80 i rapidi progressi nei settori dell’elettronica per l’automobile, per le telecomunicazioni e per l’industria hanno beneficiato delle prestazioni eccezionali dei condensatori al tantalio. L’imbattibile efficienza volumetrica di questi dispositivi ha aiutato i progettisti ad ottenere una miniaturizzazione spinta, migliorando al contempo le funzionalità. Inoltre, il basso rumore e la stabilità nel tempo hanno supportato un progresso inarrestabile verso frequenze di trasmissione dati sempre maggiori e tensioni di alimentazione analogiche e digitali sempre più basse. In aggiunta, le alte temperature sopportate, l’impareggiabile longevità e un’affidabilità dimostrata sul campo rendono il tantalio la scelta numero uno in quei prodotti che sperimentano dure condizioni operative, come l’elettronica per l’aerospazio, per l’automobile e per la strumentazione industriale. Durante la maturazione della tecnologia del tantalio e il consolidamento delle filiere di acquisto, alcuni fattori, tra cui la scarsità di materie prime ne hanno rallentato la diffusione. Allo stesso tempo, i miglioramenti delle tecnologie ceramiche, elettrolitiche e a film polimerico hanno consentito a questi condensatori di rappresentare delle alternative percorribili in alcune applicazioni. Di conseguenza, l’arrivo a fine anni 2000 di una nuova legislazione che mirava ad evitare l’ingresso nella catena di approvvigionamento di materiali che provenissero da zone di guerra ha imposto ai produttori di componenti di verificare che il tantalio dei loro condensatori non provenisse da mercati illegali. Ciò avrebbe potuto potenzialmente annullare i vantaggi della tecnologia al tantalio, relegandola a settori di nicchia, con bassissimi volumi e specifiche molto stringenti.

Affrontare la sostenibilità
Kemet ha affrontato i problemi nell’approvvigionamento delle materie prime la produzione dei condensatori, sviluppando al contempo delle tecnologie avanzate per i condensatori al tantalio in modo da fornire ai clienti prodotti sempre più interessanti dal punto di vista funzionale e prestazionale. Queste iniziative hanno trasformato le prospettive dei condensatori al tantalio, introducendo anche la sostenibilità tra i vantaggi tecnici, insieme alla combinazione impareggiabile di densità di energia e stabilità elevate, prestazioni elettriche eccezionali e capacità di auto riparazione. L’iniziativa di Kemet volta alla partnership per la sostenibilità sociale ed economica rappresenta un aspetto estremamente importante del lavoro dell’azienda, che punta ad assicurare una fonte affidabile di tantalio, di accertata provenienza legale. Questa iniziativa rappresenta un riferimento per l’industria. Kemet sta lavorando strettamente con una miniera certificata nella Repubblica Democratica del Congo. Inoltre, l’azienda supporta progetti nella comunità locale al fine di promuovere una via per l’autosufficienza. Le politiche di gestione della miniera sono state implementate insieme con partner esperti, tra cui Mining and Mineral Resources e la fondazione Kisengo, seguendo delle prassi validate. In questo modo è possibile assicurare l’adeguata registrazione della quantità di columbite-tantalite estratta (minerale grezzo), un commercio equo che premia la produttività dei lavoratori e le condizioni di lavoro più sicure possibili per i minatori. Ciò ha consentito a Kemet di mettere in disporre di una fonte sostenibile e legale di tantalio. Per completare la filiera, Kemet ha anche acquisito delle imprese capaci di eseguire tutti i processi post-estrazione come la fusione e la raffinazione, per produrre una polvere o dei fili di tantalio di qualità adeguata per la realizzazione di condensatori. Tali imprese forniscono direttamente gli impianti di assemblaggio dei condensatori di Kemet, creando così l’unica catena di approvvigionamento verticalmente integrata e chiusa del panorama industriale. Questo approccio integrato offre un controllo ineguagliabile sulla fornitura, qualità e sui prezzi delle materie prime e dei prodotti finiti. Inoltre tale filiera rispetta la nuova legislazione sui minerali da paesi in conflitto (il Dodd-Frank Act del 2010) ora in vigore negli Usa. Kemet ha felicemente registrato la prima - e finora unica - pratica secondo la regolamentazione Dodd-Frank nel giugno 2014.

Miglioramenti tecnologici
Oltre a questi miglioramenti nelle politiche di gestione delle filiera, dei notevoli miglioramenti tecnologici hanno consentito a Kemet di sviluppare una nuova linea di condensatori con elettrolita polimerico organico, detta Ko-Cap. Lo sviluppo continuo ha portato a generazioni successive di prodotti caratterizzati dalla resistenza serie equivalente più bassa sul mercato e disponibili in una vasta gamma di tensioni e package che non trovano eguali in altre tecnologie di realizzazione dei condensatori. Una bassa resistenza serie minimizza le perdite energetiche interne ed il surriscaldamento del condensatore, aiutando così a migliorare l’efficienza energetica e l’affidabilità del componente.
L’impegno nel progresso tecnologico ha spinto Kemet in una posizione di primato caratterizzata dalla detenzione di un notevole numero di brevetti sui materiali e sulla chimica dei componenti e dalla corrispondente proprietà intellettuale necessaria per incrementare l’affidabilità dei condensatori al tantalio e della linea Ko. Ciò semplifica l’inserimento di questi componenti nelle applicazioni in cui l’affidabilità è un aspetto chiave, come, in particolare, in apparati medicali e per la difesa e, allo stesso tempo, nei settori automobilistici, negli apparati di telecomunicazione, nell’avionica commerciale e nei sistemi radar. I condensatori al tantalio costituiscono un’alternativa a prezzo competitivo e con prestazioni superiori rispetto ai condensatori tradizionali e la nuova famiglia dei condensatori Ko-Cap in particolare ha trovato ampia diffusione sul mercato. Infatti, l’adozione e l’uso di questi componenti sta accelerando in settori industriali in rapida crescita, come i dispositivi consumer portatili, le infrastrutture di telecomunicazione ed i servizi cloud, oltre alle applicazioni di automazione industriale, automobilistiche e per la difesa e l’aerospazio.

Avanzamenti tecnologici
Nell’aprile del 2014 Kemet ha annunciato un passo avanti fondamentale per la tecnologia dei condensatori al tantalio e polimero, dimostrando prestazionali stabili ad alta temperatura ed elevata umidità in test eseguiti secondo le linee guida Aec-Q200. Questi condensatori sono particolarmente adatti per la strumentazione di bordo delle automobili. La serie T591 di condensatori Kemet al tantalio e polimero ad alte prestazioni per applicazioni automobilistiche è caratterizzata da temperature operative fino a 125°C, con valori di capacità fino a 220 µF e tensioni di lavoro fino a 10 V. Questa serie viene prodotta in un impianto certificato secondo lo standard Iso TS 16949. Attualmente Kemet sta sviluppando ulteriori prodotti da aggiungere a questa famiglia di condensatori al tantalio certificati per applicazioni automotive, al fine di offrire ai clienti una scelta sempre maggiore. Nella seconda metà del 2015 Kemet pianifica di introdurre la serie T598 con componenti qualificati e rispondenti alla direttiva Aec-Q200. In questo modo l’industria automobilistica sarà in grado di sfruttare i vantaggi offerti dai condensatori al tantalio e polimero in applicazioni ancora più critiche, come i sistemi di sicurezza attiva e i sistemi avanzati di assistenza al guidatore. Inoltre, Kemet annuncerà presto nuovi condensatori più piccoli e sottili, ideati specialmente per soddisfare le richieste della prossima generazioni di dispositivi palmari e di elettronica indossabile. L’elevatissima efficienza volumetrica di questi nuovi dispositivi li renderà ideali anche per apparati di telecomunicazione con stretti vincoli di ingombro, come i server ad alte prestazioni. I miglioramenti della tecnologia polimerica porteranno benefici anche nel settore della difesa, aiutando ad assecondare le richieste delle agenzie di approvvigionamento che cercano di minimizzare i costi dovuti all’acquisizione di nuova strumentazione. Lo sviluppo tecnologico di Kemet sta consentendo l’emergere di nuove famiglie di condensatori al tantalio e polimero che offrono un’affidabilità superiore, non solo per applicazioni militari, ma anche per l’aviazione civile e lo spazio. Sfruttando i vantaggi di una filiera di rifornimento del tantalio verticalmente integrata, Kemet sta anche guidando lo sviluppo di nuove polveri di tantalio e di componenti interni dei condensatori ottimizzati per garantire densità di energia sempre maggiori. Questi ulteriori miglioramenti avanti consentono di prestazioni ancora più elevate in applicazioni quali i circuiti di mantenimento dell’alimentazione per i driver a stato solido, che aiutano a preservare i dati anche in caso di guasto dell’alimentazione principale. Molte famiglie di condensatori al tantalio e polimero sono in grado di funzionare fino a 125 °C. D’altro canto la tecnologia del catodo in MnO2 consente di produrre condensatori con una corrente di perdita estremamente bassa ed una massima temperatura operativa molto elevata, fino a 175 °C o 200 °C con le famiglie di componenti per alte temperature di Kemet.

Fattori critici per il successo
Kemet ha guidato la risposta dell’industria alle sfide di sostenibilità associate alla filiera del tantalio, arrivando a creare una filiera stabile, affidabile e certificata in termini di legalità per prodotti in tantalio, in particolare condensatori. Lo sviluppo continuo della tecnologia dei condensatori in polimero organico e l’espansione della gamma di prodotti Kc-Cap rende economicamente competitivi questi componenti con prestazioni elevate e, conseguentemente, sempre più accessibili da parte di una crescente varietà di progettisti impegnati in diverse applicazioni. Infine, la nuova partnership tecnologica e produttiva di Kemet con Nec Tokin incrementerà gli investimenti nelle tecnologie di punta del mercato che offriranno potenzialità che superano le richieste dei progettisti, massimizzando i vantaggi della densità energetica dei condensatori al tantalio, irraggiungibile da tutte le altre tecnologie.

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