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TOKIN WebinarTOKIN Webinar 2020年7月10日(金)午前11:00~11:30...
Transcript of 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
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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
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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
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◼ 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
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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。
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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
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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
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誤解:4 タンタルは紛争鉱物なので使用してはならない
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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/
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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
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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。
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◼ 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
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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)
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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
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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
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ポリマーと二酸化マンガンの違い
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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
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生産工程
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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
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ポリマータンタルコンデンサの特徴
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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
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◼ 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
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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
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ポリマータイプの安全性が高い理由
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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
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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%ディレーティング
ポリマー = 10~20%ディレーティング
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
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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.
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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%
推奨ディレーティング10V定格以下:90%
16V定格以上:80%
A社 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%
■ 製品カテゴリ2
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%
■ 製品カテゴリ3, 4
定格電圧:80%
推奨ディレーティング10V定格以下:72%
16V定格以上:64%
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
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105℃製品での比較
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◼ 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
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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
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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
車載グレードAEC-Q200
T599150℃対応
車載グレードAEC-Q200
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
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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。
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ノートパソコン、タブレットPC、一体型PC
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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
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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
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テレビ、ディスプレイ用途
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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
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ワイヤレス充電器
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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◼ 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
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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)
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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
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ご視聴ありがとうございました