определение мощности по цветовой маркировке

Как и резисторы, конденсаторы являются обязательными элементами любой электронной схемы. Если они миниатюрные, то встречаются сложности в обозначении параметров непосредственно на корпусе. Для этого существуют кодовые обозначения.

Внешний вид танталовых конденсаторов

Конденсаторы из тантала

Танталовые конденсаторы представляют собой полюсные элементы, использующие анодный электрод из тантала с тонким изолирующим слоем оксида в качестве диэлектрика. Они обладают твердым или жидким электролитом, образующим катод. Такие детали обеспечивают большую емкость на малый объем в сочетании с незначительным весом. В последнее время оксид марганца в них заменяют на полимерный материал, что позволило сделать их безопасными и использовать в схемах с большими токами.

Учитывая сохраняющуюся тенденцию миниатюризации в электронике, поставщики танталовых конденсаторных элементов ставят все большие емкости в уменьшающиеся корпуса. Компания KEMET уже выпускает компоненты размерами 1х1,8х0,8 мм.

Танталовые элементы широко применяются в мобильных устройствах, автомобильной электронике. Они используются в цепях удержания облачных устройств, чтобы предотвратить потерю данных даже в случае сбоя питания. Полимерные детали особенно подходят для этих целей, благодаря длительному сроку службы и высокой плотности энергии.

Маркировка танталовых элементов

Существует несколько разработанных вариантов кодов конденсаторов из тантала. Старые детали шифровали с помощью цветов. В последнее время наносят численно-буквенные коды.

Цветовая маркировка конденсаторов из тантала

Цветной код состоит из трех полос и точки:

• верхние две полосы – значение емкости;
• точка, или цветное пятно – это коэффициент, на который умножается закодированное в двух полосах значение;
• третья полоса – рабочее напряжение.

Важно! Плюсовой вывод определяется положением цветного пятна. Если повернуть к себе поверхность корпуса с точкой, то положительным полюсом считается левый контакт.

Маркировка из цифр и букв танталовых конденсаторов может быть нескольких видов:

1. Двузначный код. Идентификатор состоит из буквы, за которой следует число. Заглавные буквы соответствуют значению емкости стандартной серии Е24 с допуском ±5%. Если код начинается с маленькой буквы, то это специальная величина в другой градации. Результирующее значение емкости состоит в том, чтобы умножить пикофарады при декодировании на экспоненту 10 в степени n. Примеры: S4 = 4,7 пФ х 10000 = 47 нФ, а5 = 2,5 пФ х 100000 = 250 нФ, W9 = 6,8 пФ х 0,1 = 0,68 пФ;
2. Трехзначный код. Емкости берутся из той же стандартной серии Е24 при допуске ±5%. Первые две цифры умножаются на 10 в степени третьего числа. Если третье число 8 или 9, это соответствует множителю 0,01 и 0,1. Примеры: 479 = 47пФ х 0,1 = 4,7 пФ, 564 = 56 пФ х 10000 = 560 нФ, 105 = 10пФ х1 00000 = 1 мкФ;

Расшифровка буквенных обозначений емкости

3. Короткий трехзначный код из маленькой буквы и цифр читается в зависимости от буквы, которая обозначает емкостную единицу. По ее положению можно судить о десятичном знаке. Примеры: p22 = 0,22 pF, 56p = 56 pF, 4n7 = 4,7 nF, μ1 (0)= 0,1 мкФ = 100 нФ.

Маркировка для танталовых SMD конденсаторов

На конденсаторах значительных габаритов величины емкости и напряжения не кодируются. В основном шифрование алфавитно-цифровыми символами состоит из двух чисел и буквы. Важно обозначить различие между танталовыми и алюминиевыми электролитическими конденсаторами. Для танталовых конденсаторов SMD базовое значение емкости – в пФ, а положительный вывод маркируется широкой полосой. Для алюминиевых элементов базовая емкость – микрофарады, а отрицательный полюс снабжен черной полосой.

Танталовые SMD конденсаторы

Четырехзначный код, которым обозначается маркировка танталовых SMD конденсаторов, расшифровывается так:

• первые два числа – емкость в пФ;
• третье – множащий коэффициент;
• буква, находящаяся в конце или в начале, сообщает значение напряжения.

Важно! Часто напряжение печатается напрямую.

Коды напряжения для SMD тантала:

• e – 2,5B;
• G – 4B;
• J – 6,3B;
• A – 10B;
• C – 16B;
• D – 20B;
• E – 25B;
• V – 35B;
• H – 50B.

Танталовые SMD конденсаторы применяются в схемах, где требуется обеспечить большие емкости, имея детали компактных размеров. Развитие систем кодовых обозначений позволяет маркировать элементы сколь угодно малые, гарантируя быструю идентификацию.

Видео

Оцените статью:

Покупаем серебряно-танталовые конденсаторы, цены и фото конденсаторов

Покупка танталовых конденсаторов осуществляется нашей компанией по ценам выше среднерыночных. Работаем с физическими и юридическими лицами, располагая при этом всеми необходимыми документами. Принимаем детали и электронные компоненты по Почте России, либо посредством услуг транспортных компаний. Пример: ТК Деловые линии. Быстро и качественно.

Дополнительную информацию по конденсаторам и другим радиодеталям смотрите на следующих страницах:

Внешний вид	Маркировка/Цена	Внешний вид	Маркировка/Цена
№ 158	К52-1 Подробнее	№ 159	К52-1М, К52-1БМ Подробнее
№ 160	К52-2мелкие Подробнее	№ 161	К52-2мелкие с 2000 г.в. Подробнее
№ 162	К52-2мелкие,салатовые, «2» в кружке Подробнее	№ 163	К52-2Счёрная крышка, мелкие Подробнее
№ 164	К52-2крупные, знак «ромб» Подробнее	№ 1681	К52-3крупные Подробнее
№ 165	К52-5крупные, знак «ромб» Подробнее	№ 166	К52-2крупные,«2» в кружке,чёрная крышка Подробнее
№ 167	К52-2крупные,салатовые, «2» в кружке Подробнее	№ 168	К52-2С, К52-5Счёрная крышка, крупные Подробнее
№ 169	К52-2крупные, без знака «ромб»,со зн. «Э» Подробнее	№ 170	К52-2крупные, с 2000 г.в. Подробнее
№ 171	КОПП Подробнее	№ 1941	Танталовые конденсаторытолщина не более 1 мм Подробнее
№ 172	К52-7с 1993 года выпуска, высота 1,7 см Подробнее	№ 173	К52-7до 1993 года выпуска Подробнее
№ 174	К52-8 Подробнее	№ 175	К52-9 Подробнее
№ 176	К52-11 Подробнее	№ 177	К53-1, К53-1Акрупный размер, мелкие- дешевле Подробнее
№ 178	К53-6 Подробнее	№ 179	К53-7крупный размер, мелкие- дешевле Подробнее
№ 180	К53-16в настоящее время не принимаем Подробнее	№ 181	К53-18крупный размер, мелкие- дешевле Подробнее
№ 182	К53-28 Подробнее	№ 183	ЭТО-1мелкий размер Подробнее
№ 184	ЭТО-Смелкий размер Подробнее	№ 185	ЭТО-2крупный размер Подробнее
№ 186	ЭТ, ЭТН Подробнее	№ 187	«Tesla»имп.танталовые Подробнее
№ 188	имп.конденсатор Подробнее	№ 189	«Tesla»аналог К52-1 Подробнее
№ 190	«ETA 3» Подробнее	№ 191	конденсаторы импортТанталовые Подробнее
№ 192	конденсаторы импортаналог ЭТО-2 Подробнее	№ 193	ЭТО-3высота 30 мм Подробнее
№ 194	ЭТО-3высота 42 мм Подробнее	№ 195	К52-5высота 35 мм Подробнее
№ 196	ЭТО-4высота 35 мм Подробнее	№ 197	ЭТО-4высота 45 мм Подробнее
№ 198	К52-5высота 44 мм Подробнее	№ 199	К52-5высота 54 мм Подробнее
№ 200	ЭТО-4высота 59 мм Подробнее	№ 201	К52-5высота 73 мм Подробнее
№ 202	ЭТО-4высота 83 мм Подробнее	№ 203	ЭТО-4высота 117 мм Подробнее

Каталог продукции — Пассивные элементы — Конденсаторы — Конденсаторы электролитические — Конденсаторы SMD танталовые электролитические

Каталог продукции Обновлен: 09.08.2021 в 02:33 Aвтоматика, Робототехника, Микрокомпьютеры Акустические компоненты Блоки питания, батарейки, аккумуляторы Датчики Двигатели, вентиляторы Измерительные приборы и модули Инструмент, оборудование, оснастка Аксессуары для пайки Антистатические принадлежности Бокорезы, ножницы, резаки Дрели, фрезеры, бормашины Жала для паяльников и станций Инструмент для зачистки изоляции Инструмент для обжима Лупы, микроскопы Нагреватели инфракрасные Ножи, скальпели Отвёртки Отсосы для припоя Паяльники газовые и горелки Паяльники электрические Паяльные станции и ванны, сварочные автоматы Пинцеты, зажимы Плоскогубцы, круглогубцы Подставки для паяльников и штативы Принадлежности для паяльников и станций Прочий инструмент и оснастка Сверла, фрезы, боры Термоклеевые пистолеты Тиски, станины Штангенциркули, линейки Источники света, индикаторы Кабель, провод, шнуры Коммутация, реле Конструктивные элементы, корпуса, крепеж Материалы и расходники Пассивные элементы Полупроводниковые приборы, микросхемы, радиолампы Разъёмы, клеммы, соединители, наконечники Текстолит, платы Товары бытового назначения Трансформаторы, сердечники, магниты

Информация обновлена 09.08.2021 в 02:33   Вид: Сортировка: По наличиюпо алфавитупо цене Кол-во на странице: 244860120 Страницы: [1]23456 Страницы: [1]23456

Танталовый сердечник, танталовый конденсатор — термин, применение, плюсы и минусы

Танталовый сердечник (Tantalum Core; Tantalum Capacitor) – термин, также иногда обозначающий танталовый конденсатор.12 Ом на сантиметр.

Танталовые конденсаторы имеют одни из лучших характеристик среди электролитических конденсаторов (даже лучше чем ниобиевые). Имеют большую ёмкость при малых размерах, отличную долговечность в правильных условиях эксплуатации (за счёт высокой устойчивости плёнки к электролитам и отличным сопротивлением изоляции). Танталовые конденсаторы могут работать в широком диапазоне температур (

от -70 до +200°С), а также имеют гораздо меньшие размеры, чем классические электролитические конденсаторы той же ёмкости, что позволяет использовать их во многих отраслях производства техники.

Применяются в высокоточной аппаратуре, военной промышленности, компьютерных комплектующих высочайшего класса, радиостанциях и компактной технике.

Единственным минусом являются немного большие требования

по максимальному значению номинального напряжения, которые нельзя превышать.

С каждым годом, танталовые конденсаторы всё дешевеют, поэтому вскоре их можно будет встретить и на бюджетной технике.

особенности конструкции, свойства и маркировка

В электротехнике и радиотехнике не обойтись без использования конденсаторов. Если в первом случае главное требование — это надежность и долговечность, то во втором случае особое внимание уделяется еще и размерам. Миниатюризация радиотехнических и электронных приборов стала возможна с изобретением танталовых и ниобиевых конденсаторов, размеры которых составляют всего несколько миллиметров.

Тантал способствовал прогрессу

С самого зарождения радиоэлектроники велись исследования, которые были направлены на уменьшение размеров конструктивных элементов. Основное направление в этом вопросе — это увеличение рабочей частоты сигнала. Если сравнить два силовых трансформатора с частотой работы 50 и 400 Гц, то второй примерно в 8 раз меньше по размерам, чем первый.

Устаревшие конструкции конденсаторов представляют собой свернутые рулоны тонкой фольги из алюминия, которые помещаются в электролит. Достижение большой емкости было возможно только за счет увеличения размеров самого элемента. Еще один недостаток такой конструкции — это большая паразитная индуктивность при работе на частотах 100 кГц и выше.

Прорыв в производстве конденсаторов большой емкости и малого размера был достигнут при использовании тантала. Этот редкоземельный металл дороже золота и его добыча довольно сложная, но требуется его для изготовления одного элемента очень мало — не более нескольких микрограммов. Постепенно танталовые электролитические конденсаторы вытеснили устаревшие на основе алюминиевой фольги, так как их производство усовершенствовалось, а стоимость стала довольно низкой.

И это еще не предел для прогресса и усовершенствования конструкции конденсаторов. Приемниками танталовых стали ниобиевые конденсаторы, которые по своей конструкции и технологии производства идентичны предшественникам, но превосходят их по эксплуатационным характеристикам.

Конструктивные особенности устройства

Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры. Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную. А это дает возможность накапливать значительный электрический заряд.

Любой современный электролитический конденсатор состоит их трех конструктивных элементов:

• катода и анода;
• диэлектрического слоя;
• одного из видов электролита (щелочи, кислоты, воды, твердого или мягкого вещества).

В роли диэлектрика выступает тончайшая оксидная пленка. Ее получают методом электрохимической коррозии при пропускании электрического тока через анод на стадии производства.

Электролитом служит твердое вещество — диоксид марганца. Он имеет малый коэффициент линейного расширения, не вытекает и не высыхает, как жидкие электролиты. Внутренняя часть катода изготавливается из серебра для увеличения проводимости.

Вся внутренняя начинка заливается похожим на пластмассу веществом с диэлектрическими свойствами — компаундом.

Достоинства и недостатки

Как и танталовые, так и ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества. Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости. А недостаток, который значительно ограничивает сферу их применения, это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.

Принятая стандартная маркировка танталовых конденсаторов состоит из указания плюсового контакта и численного значения. А цвет корпуса указывает рабочее напряжение. Например:

• розовый цвет — напряжение до 35 В;
• белый цвет — до 30 В;
• серый цвет — до 35 В;
• голубой цвет — до 20 В;
• зеленый цвет — до 16 В;
• черный цвет — до 10 В;
• желтый цвет — до 6,3 В.

Система старой маркировки более сложная и неудобная, поэтому от нее отказались. Она состояла из трех полос и точки разного цвета. Цвет полос соответствовал численному значению, а цвет точки указывал множитель, на который умножалось численное значение. Такая система часто вводила в заблуждение радиотехников и требовала повышенного внимания при работе с конденсаторами, поэтому от нее и отказались и разработали новую маркировку.

Диагностика возможных неисправностей

Чаще всего встречается такая неисправность, как пробой диэлектрической пленки на аноде. Ее толщина составляет всего несколько тысяч ангстрем, а это тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.

Незначительный скачок напряжения может привести к пробою, при котором диэлектрическая пленка приобретает кристаллическую структуру и становится проводником электричества. В этом случае конденсатор становится проводником и сопротивление между анодом и катодом приближается к нулевому значению. На корпусе при пробое часто визуально заметно потемнение и иногда обугливание защитного покрытия из краски.

Более сложно диагностировать потерю номинального значения емкости. В домашних условиях выявить такую неисправность невозможно, для этого требуется специализированное диагностическое оборудование.

Стоимость танталовых и ниобиевых конденсаторов настолько мала, что проводить сложные измерительные работы нет смысла. Подозрительный элемент просто заменяют на новый или заведомо исправный.

Танталовые конденсаторы типа К52

Отличительные особенности и преимущества танталовых конденсаторов.
Основным материалом для изготовления танталовых конденсаторов является металл тантал. Такой элемент удовлетворяет практически всем требованиям, предъявляемым к электронным компонентам. Он может создавать тонкие плотные пленки оксида при окислении, служащие диэлектриком с высокой электрической прочностью, диэлектрической проницаемостью и отлично подходящими для изготовления конденсаторов.
Одно из главных достоинств танталовых конденсаторов К52 постоянной ёмкости – это их компактность конструкции и надежность, что позволяет без сложностей устанавливать и паять их на платах для печатного монтажа.
Благодаря минимальной паразитной индуктивности увеличиваются частотные пределы использования тантала. Малогабаритные конденсаторы К52 обладают высокой стабильностью с низким значением тока утечки, устойчивостью к частотным и температурным параметрам, а также большим сроком службы.
Применение танталовых конденсаторов типа К52.
Танталовые конденсаторы К52 имеют диапазоны номинальной емкости от 10 мкФ до 680 мкФ и номинального напряжения от 16 В до 600 В.
Танталовые объемно-пористые электролитические конденсаторы серии К52 используются в электрических цепях постоянного и импульсного тока. Имеют широкое применение в импульсной электроаппаратуре как накопители, в развязывающих, переходных, фильтрующих и шунтирующих цепях, а также в устройствах, где необходимы устойчивые электрические характеристики. Отдельные группы компонентов характеризуются повышенной нагрузочной способностью и выпускаются в разном климатическом исполнении.
Конструктивная особенность представляет собой таблеточный или цилиндрический корпус с гибкими проволочными выводами аксиального типа. На корпусе нанесена маркировка с обозначением значения емкости, рабочего напряжения, максимально допустимого отклонения и указание полярности выводов.
Преимущества танталовых конденсаторов К52 открывают для разработчиков большие возможности при конструировании и проектировании высокоэффективных, надежных и малогабаритных устройств электронной техники.

Способности танталовых конденсаторов превосходят ожидаемые возможности.
Благодаря уникальной технологии спекания металлического порошка и свойствам элемента тантала, удалось реализовать новые возможности изготовления танталовых конденсаторов. Обладая большой удельной емкостью и отличной частотной характеристикой, которая обеспечивается по причине минимальной паразитной индуктивности, один танталовый конденсатор в электрической цепи может заменить несколько подобных изделий. В таком случае функциональность схемных узлов приобретает определенные преимущества в разработке и производстве различной техники.
Танталовые конденсаторы К52 работающие на постоянном токе имеют низкий ток утечки, высокие показатели удельного заряда, минимальную наработку на отказ, широкий диапазон рабочих температур и малое реактивное сопротивление, что позволяет использовать их в высокотехнологичном оборудовании, системах безопасности, радиоэлектронике, военной и автомобильной промышленности.
За счёт компактной, герметичной и надежной конструкции, а также долговечности и большого срока хранения, танталовые конденсаторы эксплуатируются в аппаратуре, работающей в жёстких условиях и требующей повышенной стабильности параметров.
Узнать цену и купить танталовые конденсаторы К52 отечественного производства с достойными электрическими показателями от ООО «РУЭЛКОМ» можно при переходе на соответствующую страницу электронных компонентов http://www.ruelcom.ru/kondensatory-tantalovye/

Как проверить твердотельный или электролитический конденсатор

Конденсаторы широко применяются в электротехнике в качестве элементов, сглаживающих пульсации переменного тока, фильтров частоты, или накопителей энергии. Кроме того, эти радиодетали можно применять в качестве гальванической развязки. Технологий изготовление множество, принцип общий: между двумя обкладками кроме диэлектрика размещается особое химическое вещество, определяющее характеристики. Для электроустановок постоянного тока, применяются электролиты. Это недорогая технология, которая имеет серьезный недостаток: жидкость может закипеть от перегрузки или высокой температуры, и тогда конденсатор буквально взрывается. К счастью, такой «экстрим» случается редко: в большинстве случаев корпус просто разрушается, теряет герметичность, и электролит вытекает на монтажную плату.

Поэтому в ответственных узлах применяются конденсаторы, изготовленные по иной технологии. Вместо жидкого электролита применяется токопроводящий органический полимер. Он имеет фактически твердую консистенцию, поэтому при экстремальных нагрузках (включая температурные) опасности не представляет. Такие конденсаторы называются твердотельными (по причине отсутствия жидких фракций). Характеристики этих элементов не уступают традиционным «электролитам», однако стоимость деталей существенно выше. Есть еще один недостаток твердотельной конструкции — ограничения по вольтажу. Верхний предел напряжения не более 35 Вольт. Учитывая область применения (компьютеры, бытовая техника, автомобили), это не является большой проблемой.

По причине высокой стоимости, домашние мастера стараются избегать покупки дорогих деталей, используя б/у компоненты для замены. В любом случае, чтобы не тратить лишние деньги, необходимо знать, как проверить твердотельный конденсатор.

Как работает полимерный конденсатор

Чтобы проверить любой прибор, желательно понимать механизм его работы. Поскольку тема нашего материала — твердотельные конденсаторы (аналоги электролитических), значит речь пойдет о радиоэлементах для постоянного тока, то есть полярных. Все со школьной скамьи помнят эту иллюстрацию:

Две металлические пластины с диэлектриком между ними (для лаборатории подойдет даже воздух). Если на контакты подать потенциал, между пластинами накапливается разноименные заряды, и в пространстве между ними возникает электрическое поле. При отсутствии электрической цепи это поле может сохраняться достаточно долго (современные элементы обеспечивают утечку заряда, стремящуюся к нулю). Именно это свойство лежит в основе применения конденсаторов.

Элемент имеет определенные основные характеристики:

• Рабочее напряжение определяется величиной, при которой не наступает пробой диэлектрика. Конденсаторы выглядят совсем не так, как мы привыкли видеть на лабораторном столе в классе физики. Детали весьма компактны, соответственно расстояние между пластинами минимально. Отсюда ограничение по предельному напряжению.
• Емкость конденсатора — его главный параметр. Он определяет, сколько электрической энергии деталь может накопить и удерживать в себе. Величина напрямую зависит от площади пластин.

Второстепенные характеристики:

• Параметры утечки. Могут определяться током потери накопленного заряда, либо сопротивлением диэлектрика. Идеальные показатели возможны только в вакууме, но такие конденсаторы для бытового использования не выпускаются.
• Температурный коэффициент: определяется дельтой изменения емкости в зависимости от температуры.
• Точность — указывается в процентах. Показывает разброс параметров емкости от эталонной (маркировочной) величины.

Важно: несмотря на большое количество параметров, измерению (проверке) подлежат лишь два из них: емкость и сопротивление диэлектрика.

Устройство электролитических и твердотельных конденсаторов

Радиокомпоненты такого класса применяются в электронных устройствах с высокими требованиями по габаритам. Поэтому вопрос компромисса между площадью обкладок (от этого зависит емкость) и размерами корпуса — головная боль разработчиков. Проблема решается технологически просто:

Изготавливается так называемых сэндвич, стоящий из двух тончайших обкладок, между которыми прокладывается слой пропитанной электролитом бумаги (в электролитических моделях) или токопроводящий полимер (твердотельные конденсаторы). Обычно используется танталовая или алюминиевая фольга. В качестве диэлектрика применяется естественный оксидный слой одной из пластин. У него низкая проводимость, которая определяет ток утечки емкости.

Такая конструкция может занимать достаточно большую (по меркам радиодеталей) емкость. Поэтому ее сворачивают в плотный рулон, где в качестве разделителя между слоями выступает тонкая электро-бумага (смотрим иллюстрацию). Она не участвует в схеме работы конденсатора.

Наружная оболочка выполнена из алюминия, на нее наносится информация о характеристиках.

Преимущества твердотельных конденсаторов

• В сравнение с электролитической конструкцией, существенно снижено эквивалентное последовательное сопротивление. Благодаря этому деталь практически не нагревается на высоких частотах.
• Значительная величина тока пульсаций делает работу более стабильной, особенно в схемах обеспечения электропитанием.
• Твердотельные конденсаторы практически не зависят от температуры. Кроме физической защиты от раздувания корпуса, это свойство позволяет сохранять параметры при нагреве.
• Продолжительность жизни. Если принять за эталон рабочую температуру 85 °C, срок эксплуатации (без потери характеристик) в 6 раз больше, чем у электролитов. Обычно эти детали без проблем работают не менее 5 лет.

Самостоятельная диагностика конденсатора

Поскольку мы говорим о деталях для работы с постоянным током, не имеет значения, какая применяется технология: электролитическая или полимерная. Проверка полярных конденсаторов выполняется одинаково.

Прежде всего, выполняется внешний осмотр. Электролиты не должны иметь следов вздутия, особенно на торце, где есть насечка в виде креста. При осмотре твердотельных корпусов можно увидеть термические повреждения с нарушением геометрии.

Разумеется, необходимо проверить крепление ножек. Компактная конструкция подразумевает небольшие размеры всех компонентов. Ножки могут банально оторваться еще на стадии сборки.

Если внешний осмотр не дал результатов, проводим тестирование с помощью мультиметра

В любом случае, для выполнения этих работ необходимо выпаять деталь из платы. Делать это надо осторожно, чтобы не выдернуть контактные ножки из корпуса.

Если ваш прибор имеет специализированный разъем для проверки, диагностика выполняется в соответствии с инструкцией к мультиметру. Обязательно проводится весь комплекс тестирования (если такой алгоритм имеется). Подключать нужно правильно, соблюдая полярность. Маркировка обязательно присутствует на корпусе детали. При такой проверке вы не только проверите исправность, но и увидите значение емкости.

• Проверка работоспособности конденсатора начинается с измерения сопротивления. Делается это не так, как на резисторах или диодах. Чтобы понять принцип проверки, вспомним основные свойства конденсатора. При накоплении заряда сопротивление между обкладками увеличивается. Для начала необходимо разрядить элемент (снять остаточный заряд). Разумеется, это справедливо лишь для исправной детали. Надо просто замкнуть ножки любым проводником, или сомкнуть их между собой.
  

  Важно: электролитические конденсаторы могут работать с напряжением до 600 Вольт и более, поэтому их разряжают только инструментом с изолированной рукояткой.

• Затем необходимо выставить предел измерения в режиме омметра на значение 2 МОм. Подключить конденсатор к мультиметру и наблюдать за показаниями.
  Измерения такого рода лучше проводить с помощью стрелочного прибора, так будет нагляднее видно динамику. Но и на цифровом дисплее все будет понятно. Исправный радиоэлемент будет демонстрировать плавное увеличение сопротивления. Причем чем выше емкость, тем медленнее происходит процесс. Когда значение будет близким к бесконечности, цифровой индикатор покажет «1» (стрелочный соответственно «∞»).
• Почему так происходит? У мульиметра есть элемент питания. При измерении сопротивления, на деталь подается напряжение, которое заряжает конденсатор. Далее простые законы физики: набралась емкость, сопротивление увеличилось до бесконечности. Если снова замкнуть контакты в режиме «коротыша», сопротивление резко уменьшится. Затем снова плавно восстановится до бесконечности.

Проверка межобкладочного замыкания

Даже такой надежный конденсатор, как твердотельный, может иметь банальные физические повреждения. Например, замыкание между обкладками или на корпус. В первом случае сопротивление не увеличится до бесконечности, хотя первое время будет плавно увеличиваться. При пробое на корпус, сопротивление между одной из ножек и внешней оболочкой будет критически маленьким.

В обоих случаях, такие конденсаторы следует отнести к браку, восстановлению они не подлежат.

Проверка истинных значений емкости

Как проверять детали с помощью специализированного мультиметра, мы уже рассматривали. Однако для проверки твердотельного (электролитического) конденсатора недостаточно просто зафиксировать факт исправности. Особенно, если радиоэлемент под подозрением, либо вы хотите использовать деталь, бывшую в употреблении. Необходимо использовать прибор, с достаточным диапазоном измерения емкости.

Тестирование проводится в несколько этапов:

• несколько раз соединяем конденсатор с клеммами прибора, затем разряжаем его замыканием, и снова проверяем;
• нагреваем радиодеталь с помощью термофена до температуры 60–85°C, и проверяем значение емкости: разброс параметров не должен превышать допустимую погрешность (указано на корпусе).

Важно: обязательно соблюдайте полярность при проведении измерений. Это необходимо не только для получения истинного значения. При напряжении питания прибора хотя бы 9 вольт (такие мультиметры встречаются часто), конденсатор может выйти из строя из-за переполюсовки.

Практическое применение на автомобиле

Далеко не все домашние мастера будут тестировать элементную базу материнских плат компьютеров. А вот навыки, как проверить конденсатор трамблера, пригодятся любому автолюбителю. Изучим методику на примере классики ВАЗ.

• Для проверки необходимо отсоединить кабель, идущий от трамблера до конденсатора. Он обычно соединен с одним контактом прерывателя. Между контактами закрепляем лампу мощностью 35–50 Вт (разумеется, с напряжением 12 вольт). Если при включении зажигания лампа загорелась, конденсатор неисправен, то есть «пробит» (это самая характерная поломка). Если «контролька» не светится — конденсатор исправен.
• Второй способ можно применять в крайнем случае, если у вас не нашлось лишней лампы. После включения зажигания, необходимо быстро и вскользь коснуться контактами друг к другу. Если ничего не происходит — конденсатор в порядке. При наличии искрения — радиоэлемент «пробит».

Итог

Для того, чтобы проверить твердотельные либо электролитические конденсаторы, не обязательно иметь образование радиоинженера. Руководствуясь нашими советами, вы сможете точно определить исправность радиодеталей, и сэкономить средства на покупку новых элементов. Учитывая высокую стоимость именно таких конденсаторов, снижение затрат на ремонт будет ощутимым.

Видео по теме

Танталовый конденсатор против керамического

Дефицит многослойных керамических конденсаторов (MLCC) начался в 2018 году и, по прогнозам, сохранится в этом году. Конденсаторы, особенно MLCC, являются жизненно важной частью почти всех распространенных электронных устройств, и в результате рынок конденсаторов становится все более прибыльным. Ожидалось, что только рынок MLCC вырастет с 5 миллиардов долларов в 2018 году до более чем 7 миллиардов долларов к 2023 году.

Этот постоянный дефицит заставил многих производителей и клиентов рассматривать альтернативы, популярной заменой которых являются танталовые конденсаторы.Во многих приложениях вместо MLCC можно использовать танталовые конденсаторы, но это часто требует более высоких затрат. Однако со всеми сбоями в цепочке поставок и последствиями, вызванными текущей пандемией COVID-19, сроки поставки тантала увеличились, и опасения по поводу возможной нехватки тантала становятся все более актуальными. По мере того, как становится все труднее приобретать запасы, а использование альтернатив увеличивается, важно знать, как разные конденсаторы сравниваются и контрастируют. В этом посте мы сравниваем танталовый конденсатор и керамический, различия между ними и их преимущества.

Танталовые и керамические конденсаторы:

Танталовые конденсаторы — это подтип электролитических конденсаторов, в которых в качестве анода используется металлический тантал. Танталовые конденсаторы обладают превосходными частотными характеристиками и долговременной стабильностью. Они известны своим практически неограниченным сроком хранения, высокой плотностью емкости и надежностью. Танталовые конденсаторы выпускаются как с мокрым (фольга), так и с сухим (твердый) электролитическим типом, наиболее распространенным из которых является сухой.

Хотя танталовые конденсаторы обычно требуют внешнего отказоустойчивого устройства, чтобы избежать проблем, вызванных их режимом отказа, они используются в самых разных схемах.Некоторые приложения включают ПК, ноутбуки, медицинские устройства, усилители звука, автомобильные схемы, сотовые телефоны и другие устройства поверхностного монтажа (SMD). Танталы также являются популярной заменой алюминиевых электролитов, используемых в военных целях, поскольку они не высыхают и не изменяют емкость с течением времени.

В керамических конденсаторах

используется один из основных типов конденсаторов, в которых в качестве диэлектрика используется керамический материал. Известный изолятор, керамика был одним из первых материалов, использованных при производстве конденсаторов.Эти конденсаторы имеют небольшой размер, меньшее максимальное номинальное напряжение и меньшие значения емкости. Двумя наиболее распространенными типами являются MLCC и керамические дисковые конденсаторы.

Керамические конденсаторы используются во многих различных приложениях и чаще всего используются в личных электронных устройствах. Одни только MLCC являются наиболее производимыми конденсаторами, которые используются примерно в 1 млрд электронных устройств в год. Некоторые варианты использования включают печатные платы, индукционные печи, преобразователи постоянного тока в постоянный и силовые выключатели.Керамические конденсаторы часто используются в качестве конденсаторов общего назначения, поскольку они не поляризованы и бывают самых разных емкостей, номинальных напряжений и размеров.

В производстве конденсаторов некоторые ключевые игроки включают:

• Абракон
• AVX
• Johanson Dielectrics
• Мурата
• Vishay
• Кемет
• Panasonic
• TE Связь

Танталовые конденсаторы против керамических:

Хотя и танталовые, и керамические конденсаторы схожи по своим функциям, они сильно различаются по технологии изготовления, материалам и характеристикам.

С точки зрения характеристик конденсаторов танталовые и керамические конденсаторы различаются по нескольким ключевым параметрам:

• Возраст:

  Когда дело доходит до конденсаторов, логарифмическое уменьшение емкости с течением времени называется старением. Керамические конденсаторы стареют, а тантал — нет. Танталовые конденсаторы даже не имеют известного механизма износа.

• Поляризация:

  Танталовые конденсаторы обычно поляризованы. Это означает, что их можно подключать к источнику постоянного тока только при соблюдении правильной полярности клемм.С другой стороны, керамические конденсаторы неполяризованы и могут безопасно подключаться к источнику переменного тока. Благодаря отсутствию поляризации керамические конденсаторы имеют лучшую частотную характеристику.

• Температурный отклик:

  Под воздействием изменений температуры танталовые конденсаторы обычно показывают линейное изменение емкости, в то время как керамические конденсаторы обычно имеют нелинейный отклик. Тем не менее, керамические конденсаторы могут иметь линейный тренд, сужая диапазоны рабочих температур и учитывая температурный отклик на этапе проектирования.

• Отклик по напряжению:

  Если посмотреть на изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения, танталовые конденсаторы демонстрируют стабильную стабильность, тогда как керамические конденсаторы — нет. В ответ на более высокие приложенные напряжения диэлектрическая проницаемость диэлектрика в керамическом конденсаторе сокращается и вызывает изменения емкости. Хотя изменения емкости керамических конденсаторов обычно линейны и могут быть легко объяснены, некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять около 70% своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении.

Танталовый конденсатор против керамических параметров:

Параметр конденсатора:	Танталовые конденсаторы:	Конденсаторы керамические:
Эффективность старения	✔
Зависимость смещения постоянного тока	✔
Стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR)		✔
Фильтрация высоких частот		✔
Низкая индуктивность		✔
Отклик на микрофонный (пьезоэлектрический) эффект	✔
Умеренный диапазон и реакция	✔
Объемный КПД	✔

(Ссылка)

Конденсаторы источника:

Поскольку нехватка MLCC вызывает повышенный спрос на тантал и недавние сбои в глобальной цепочке поставок, нехватка танталовых конденсаторов становится все более вероятной.Эти факторы в сочетании с производственными изменениями и переносом производства крупными производителями приводят к тому, что сроки выполнения заказов на тантал значительно увеличиваются. Хотя закупить тантал и другие конденсаторы будет сложнее, существуют способы избежать производственных потерь из-за нехватки компонентов. Здесь, в Sensible Micro, мы поддерживаем глобальную сеть проверенных поставщиков, чтобы помочь вам найти нужные детали. Мы также держим на складе широкий спектр готовых к отправке компонентов, и наша внутренняя команда по поиску поставщиков усердно работает над поиском потенциальных альтернативных производителей или «перекрестных» возможностей для компонентов товарного типа.Если вам нужна помощь в поиске конденсаторов, позвоните одному из наших экспертов по поисковым решениям сегодня!

Будьте в курсе последних событий в отрасли и в нашем сообществе, подписавшись на блог Sensible Micro!

Танталовый конденсатор »Электроника

Танталовые конденсаторы обеспечивают очень высокий уровень емкости в небольшом корпусе. Они идеальны там, где требуется высокая емкость, но низкий ток.

---

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

---

Танталовые конденсаторы позволяют обеспечить очень высокие уровни емкости в небольших корпусах.

Несмотря на то, что они не обладают допустимой токовой нагрузкой и не так электрически надежны, как электролитические конденсаторы, их размер и характеристики означают, что они широко используются во многих приложениях.

Танталовые конденсаторы также широко используются в форматах для поверхностного монтажа, поскольку они намного дешевле, чем их алюминиевые электролитические соединения, и они лучше выдерживают процесс пайки.

Выбор танталовых конденсаторов с выводами

Вместо оксидной пленки на алюминии они использовали оксидную пленку на тантале.Обычно они не имеют высоких рабочих напряжений, максимум 35 В, а некоторые даже имеют значения всего вольта или около того.

Подобно электролитическим конденсаторам, тантал также поляризован, и они очень нетерпимы к обратному смещению, часто взрываясь при воздействии напряжения. Однако их небольшой размер делает их очень привлекательными для многих приложений.

Танталовые конденсаторы с выводами

Базовые танталовые

Танталовые конденсаторы — это особая форма электролитических конденсаторов.В отличие от более привычных алюминиевых электролитических конденсаторов, танталовые конденсаторы намного меньше и предлагают очень высокий уровень емкости для данного объема и веса. Они также обладают более низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением), чем алюминиевые электролиты, наряду с более высокими рабочими температурами и меньшими утечками

Танталовый конденсатор представляет собой небольшую таблетку тантала, которая действует как анод для конденсатора. Он покрыт слоем оксида, который действует как диэлектрик для конденсатора и, в свою очередь, окружен проводящим катодом.Использование тантала в конденсаторе позволяет использовать очень тонкий оксидный слой.

Тонкий оксидный слой означает, что можно достичь гораздо более высоких уровней емкости, чем при использовании какого-либо другого типа диэлектрика, а также обеспечивает превосходную стабильность во времени.

Виды отказа танталового конденсатора

Одним из недостатков очень тонкого оксидного слоя в качестве диэлектрика является его невысокая прочность. В результате следует соблюдать осторожность при использовании танталовых конденсаторов.

Танталовые конденсаторы

надежны при условии, что они работают в пределах своих технических характеристик. Многие стандарты надежности рекомендуют использовать их при максимальном напряжении 50% или 60% от номинального рабочего напряжения, чтобы обеспечить хороший запас. Если это будет сделано, они будут работать надежно и обеспечить хорошее обслуживание.

Танталовые конденсаторы не допускают злоупотреблений. Если они имеют обратное смещение или их рабочее напряжение превышает десять, они могут резко выйти из строя. В лучшем случае они могут испускать немного дыма, но могут также выйти из строя со взрывом.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы этого не произошло, поскольку в некоторых случаях это может привести к отказу оборудования или даже к пожару.

Танталовые конденсаторы с выводами

Танталовые конденсаторы с выводами обычно бывают небольшого размера и залиты эпоксидной смолой для предотвращения повреждений.

Из-за своей формы их иногда называют танталовыми конденсаторами.

Танталовый конденсатор с выводами

Маркировка конденсаторов обычно наносится непосредственно на оболочку в виде цифр, хотя когда-то была популярна система цветового кодирования, и некоторые конденсаторы все еще можно увидеть при использовании этой системы.

Маркировка танталовых конденсаторов с выводами

Танталовые конденсаторы SMD

Танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа широко используются в современном электронном оборудовании. При проектировании с достаточными запасами они обеспечивают надежную работу и позволяют получать высокие значения емкости в небольших размерах корпуса, необходимых для современного оборудования.

Выбор танталовых конденсаторов SMD

Изначально алюминиевые электролиты не предлагались в корпусах для поверхностного монтажа, поскольку они не могли выдерживать температуры, необходимые при пайке.В результате танталовые конденсаторы, которые выдерживали процесс пайки, были почти единственным выбором для дорогостоящих конденсаторов в сборках, использующих технологию поверхностного монтажа. Теперь, когда доступны электролиты для поверхностного монтажа, тантал по-прежнему является предпочтительным конденсатором для поверхностного монтажа, поскольку он предлагает отличные параметры стоимости, размера и производительности.

Танталовые конденсаторы SMD

Танталовые конденсаторы SMD бывают разных размеров. Обычно они соответствуют стандартным размерам, определенным EIA, Electronic Industries Alliance.

Танталовый конденсатор для поверхностного монтажа, размеры
Обозначение упаковки	Размер (мм)	Обозначение EIA
Размер A	3,2 х 1,6 х 1,6	EIA 3216-18
Размер B	3,5 х 2,8 х 1,9	EIA 3528-21
Размер C	6,0 х 3,2 х 2,2	EIA 6032-28
Размер D	7.3 х 4,3 х 2,4	EIA 7343-31
Размер D	7,3 х 4,3 х 4,1	EIA 7343-43

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Маркировка танталовых конденсаторов SMD обычно состоит из трех цифр. Первые два образуют значащие цифры, а третье — множитель. Значения указаны в пикофарадах. Поэтому танталовый конденсатор SMD, показанный ниже, имеет значение 47 x 10 ⁵ пФ, что равно 4.7 мкФ. Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Иногда значения обозначаются более четко, как показано в примере ниже. Ценность очевидна по маркировке.

Маркировка танталовых конденсаторов SMD

Краткое описание танталовых конденсаторов

В таблице ниже представлены некоторые характерные особенности танталовых конденсаторов, которые следует учитывать при проектировании схем или замене старых компонентов.

Сводка танталового конденсатора
Параметр	Детали
Типичные диапазоны емкости	от 1 мкФ до 100 мкФ
Наличие номинального напряжения	Примерно с 1.От 5 до 20 В.
Преимущества	Большая объемная емкость Высокая емкость на единицу веса Надежен при использовании в электрических пределах Рентабельность Доступен в формате SMD Широкий диапазон рабочих температур
Недостатки	Должен использоваться в пределах своих электрических возможностей, иначе он может выйти из строя. Обычно нет высоких напряжений и очень высоких уровней емкости. Не любит напряжение выше пределов Не любит обратное смещение Рейтинг с низким уровнем пульсаций

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Основы и преимущества танталовых и керамических конденсаторов — Блог о пассивных компонентах

Источник: Power Systems Design, статья

Брайана Брюнетта, AVX Corporation

Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (MLCC) — это две широко распространенные конденсаторные технологии, которые можно использовать в широком спектре электронных приложений. Хотя обе технологии выполняют одну и ту же базовую функцию, они сильно различаются с точки зрения методов изготовления, материалов и характеристик в различных условиях, поэтому важно понимать потенциальное влияние выбора одной из них над другой.

Сравнительное руководство по выбору

Понимание характеристик, присущих танталовым конденсаторам и MLCC, включая их надежность и поведение при температуре и напряжении, типичные возможности тестирования и последние разработки для каждого из них, поможет обеспечить правильный выбор.

Рисунок 1: Площадь диэлектрической поверхности анода танталового конденсатора по сравнению с его конечным размером

Основы конденсатора

Основная формула для емкости: C = εr * ε0 * (A / d), в которой

• C = емкость, в Фарадах (Ф)
• A = площадь перекрытия двух пластин в квадратных метрах (м ² )
• εr = относительная статическая диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость
• ε0 = электрическая постоянная (ε0 ≈ 8.854 × 10-12Ф / м)
• d = расстояние между пластинами в метрах или, по сути, толщина диэлектрика.

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы достигают высоких значений емкости благодаря сочетанию факторов, включая пятиокись тантала (Ta ₂ O _5, εr = 27) диэлектрик, большую площадь пластины (A) и очень тонкую толщину диэлектрика (d). . Положительно заряженная диэлектрическая пластина танталового конденсатора сформирована из чистого танталового порошка элементной чистоты, который прессуется и спекается в таблетку.Эти гранулы чрезвычайно пористы и, как таковые, позволяют площади поверхности каждой отдельной частицы вместе составлять площадь эквивалентной пластины конденсатора. Кроме того, диэлектрический слой Ta ₂ O ₅ формируется со скоростью 17 Ангстремов на вольт, с толщиной, пропорциональной приложенному напряжению, что приводит к очень тонкому диэлектрическому слою и способствует большим значениям емкости.

Типы танталовых конденсаторов

Для поверхностного монтажа AVX производит два типа танталовых конденсаторов, оба из которых содержат катод на основе MnO ₂ , чтобы воспользоваться его характеристиками самовосстановления, и показаны на рисунке 2.Формованный стиль (вверху) является более традиционной конфигурацией и использует танталовую проволоку, встроенную в таблетку, для создания положительного соединения с цепью. Более новая, меньшая конфигурация в виде микрочипа (внизу) была представлена ​​на рынке совсем недавно и используется в приложениях с высокой плотностью компонентов и минимальным доступным пространством на плате. Конфигурация в виде микрочипа включает танталовую пластину с напрессованным и спеченным на ее поверхность танталовым порошком и определяет отдельные аноды с помощью операции высокоточного пиления.Оба типа конденсаторов имеют одни и те же основные элементы, и оба за десятилетия производства и испытаний доказали свою пригодность для приложений с высочайшей надежностью.

Рис. 2a и 2b: Литой танталовый конденсатор (вверху) и танталовый конденсатор в виде микрочипа (внизу)

Конденсаторы керамические

В отличие от танталовых конденсаторов, керамические конденсаторы имеют меньшую общую площадь пластин и значительно более толстые слои, но компенсируют такие недостатки за счет использования диэлектрических материалов с гораздо более высокой диэлектрической проницаемостью.Диоксид титана (εr ~ 86–173) и титанат бария (εr ~ 1250–10000) — два самых популярных диэлектрических материала, используемых для изготовления MLCC, и каждый материал представляет собой свой собственный класс конденсаторов.

Рисунок 3: Многослойный керамический конденсатор

Керамические конденсаторы классов 1 и 2

Керамические конденсаторы

класса 1 обладают наиболее стабильной емкостью в отношении приложенного напряжения, температуры и, в некоторой степени, частоты. Основные элементы керамических конденсаторов класса 1 состоят из параэлектрических материалов, таких как диоксид титана, которые модифицированы добавками, включая цинк, цирконий и ниобий, для достижения желаемых характеристик линейной емкости, присущих танталу.Керамические конденсаторы класса 1 также имеют самый низкий объемный КПД среди керамических конденсаторов из-за относительно низкой диэлектрической проницаемости (εr ~ 6–200) используемых параэлектрических материалов и, как таковые, предлагают значения емкости в более низком диапазоне.

В керамических конденсаторах

класса 2 используются сегнетоэлектрические диэлектрические материалы, такие как титанат бария (BaTiO), и они модифицированы добавками, включая силикат алюминия, силикат магния и оксид алюминия. Эти материалы имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, чем конденсаторы класса 1 (εr ~ 200–14 000 в зависимости от напряженности поля), и обеспечивают лучшую объемную эффективность, но обладают меньшей точностью и стабильностью.Конденсаторы класса 2 также имеют нелинейные значения емкости, которые зависят как от рабочих температур, так и от приложенного напряжения и со временем изнашиваются, что может повлиять на производительность.

Коды диэлектрика керамического конденсатора

Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехсимвольным кодом EIA, который определяет стабильность емкости материала в заданном диапазоне температур. Например, керамические конденсаторы, изготовленные из диэлектрических материалов X5R, имеют диапазон рабочих температур от -55 ° C до + 85 ° C с допустимым изменением емкости ± 15% в этом диапазоне и демонстрируют нелинейную стабильность значения емкости в этом диапазоне.

Точно так же любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, изменение емкости ± 15% в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C, может называться X7R. Нет спецификаций коэффициента напряжения для X7R или любого другого типа диэлектрика. Производитель может назвать конденсатор X7R, X5R или любой другой с диэлектрическим кодом, если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плохой коэффициент напряжения.

Рисунок 4: Таблица кодов EIA для керамических диэлектриков конденсаторов

Тантал vs.Производительность керамического конденсатора

Температурный отклик тантала и керамического конденсатора

На рисунке 5 показана типичная реакция емкости на температуру для танталовых конденсаторов, керамических конденсаторов класса 2 (X7R) и керамических конденсаторов класса 1 (NP0 или C0G). Танталовый конденсатор демонстрирует линейное изменение емкости в зависимости от температуры: изменение емкости от -5% при -55 ° C до 8 +% при 125 ° C. Керамические конденсаторы класса 2 демонстрируют наиболее нелинейную реакцию на температуру, но могут быть созданы для достижения аналогичных желаемых линейных характеристик в приложениях с узкими диапазонами рабочих температур (например,g., медицинские имплантируемые устройства), учитывая температурный отклик при проектировании схемы.

Рисунок 5: Изменение емкости при изменении температуры для тантала, керамических материалов класса 1 и керамических диэлектриков класса 2

Тантал и керамический конденсатор Отклик по напряжению

Помимо обеспечения линейных характеристик по температуре, танталовые конденсаторы не демонстрируют нестабильности емкости по отношению к приложенному напряжению.В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов класса 2 изменяется в зависимости от приложенного напряжения, поскольку диэлектрическая проницаемость диэлектрика уменьшается в ответ на более высокие приложенные напряжения. Эти изменения являются относительно линейными, и поэтому их легко учесть в схемах, но некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять до 70% или более своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении или близком к нему.

Рисунок 6: Повышенное напряжение при изменении емкости для керамического конденсатора класса 2 (X5R)

Тантал vs.Керамический конденсатор старения

Керамические конденсаторы

класса 2 также демонстрируют логарифмическое уменьшение емкости с течением времени, что называется старением. Деградация поляризованных доменов в этих сегнетоэлектрических диэлектриках со временем снижает диэлектрическую проницаемость, вызывая уменьшение емкости керамических конденсаторов класса 2 по мере старения компонента. Танталовые конденсаторы не подвержены подобному старению и не имеют известного механизма износа.

Рисунок 7: Изменение емкости с течением времени для диэлектрических конденсаторов X7R и X5R класса 2

Тантал vs.Керамический конденсатор IR и DCL

Сопротивление изоляции — это сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения значений емкости (и, следовательно, площади диэлектрика) ИК уменьшается. Таким образом, продукт (C x IR или RC) часто указывается в Ом-фарадах или, чаще, в мегаомах. Ток утечки определяется делением номинального напряжения на IR (согласно закону Ома). Керамические конденсаторы обычно определяют сопротивление изоляции, тогда как танталовые конденсаторы классифицируются по утечке постоянного тока (или DCL).Эти единицы эквивалентны, и перевод одной меры в другую производится по закону Ома.

Рисунок 8: Сравнение ИК керамических конденсаторов с DCL танталовых конденсаторов

Испытания тантала и керамического конденсатора

Тантал и керамический конденсатор Испытание на срок службы ИК-излучения

На рис. 9 показаны условия испытания на срок службы различных типов керамических и танталовых конденсаторов, изготовленных несколькими разными производителями, а также допустимое изменение сопротивления изоляции и / или DCL / CV.Как показано, условия испытаний на срок службы не стандартизированы, поэтому прямое сравнение керамических конденсаторов, изготовленных различными производителями, трудно провести с высокой степенью уверенности, а прямое сравнение керамических конденсаторов с танталовыми практически невозможно, за исключением одного несколько очень высоких значений емкости.

Рисунок 9: Варианты долговечности керамических и танталовых конденсаторов

Из-за заметных различий между большинством методов испытаний, используемых для оценки танталовых и керамических конденсаторов, непросто провести прямое сравнение их относительных характеристик с помощью литературы по продукту и данных технических характеристик.Таким образом, AVX провела следующее тестирование, чтобы обеспечить более прямое сравнение их соответствующей производительности.

Сравнительные испытания тантала и керамики

Команда AVX отобрала образцы керамических и танталовых конденсаторов, которые представляют общие рейтинги для обеих технологий и обычно используемые значения для медицинских и других высоконадежных приложений.

• Танталовый конденсатор (TBCR106K016CRLB5000)
  • 10 мкФ, 16 В
  • 0805 размер корпуса

• Керамический конденсатор (MQ05YD106KGT1AN)
  • 10 мкФ, 16 В
  • 0805 размер корпуса
  • X5R диэлектрик

Команда представила все части по одному и тому же плану тестирования, чтобы обеспечить выполнение специальных требований тестирования (например,g., частота испытания емкости и смещение постоянного тока, время выдержки после испытаний на окружающую среду и т. д.) можно было точно наблюдать, собирать и сравнивать для обоих основных типов продуктов.

• Температурная стабильность (MIL-PRF-55365) — 13 шт.
• Тепловой удар (MIL-STD-202, метод 107) — 40 единиц
• Влагостойкость (MIL-STD-202, метод 106) — 40 единиц

Большинство результатов испытаний показали схожие характеристики керамических и танталовых конденсаторов.Например, температурная стабильность показала, что керамические конденсаторы более стабильны в отношении эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и DCL, в то время как танталовые конденсаторы более стабильны в отношении значения емкости при изменении температуры. Танталовые конденсаторы также показали увеличение емкости при повышенной температуре, в то время как керамические конденсаторы продемонстрировали уменьшение емкости при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термический удар показали стабильную работу обеих технологий.

Рисунок 10: Сравнение параметров танталового и керамического конденсаторов

Заключение

В заключение, танталовые и керамические конденсаторы обладают рядом преимуществ и преимуществ, которые помогают в производстве эффективной и высоконадежной электроники на широком спектре рынков. Однако, поскольку оба конденсатора значительно различаются по своему составу, материалам и характеристикам, выбор между указанием одной технологии над другой сводится к конкретным соображениям и требованиям приложения.Таким образом, инженерам важно учитывать потенциальные эффекты выбора компонентов на ранней стадии проектирования.

---

Узнайте больше о пассивных компонентах от экспертов отрасли! — Электронные курсы пассивных компонентов EPCI-Academy для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:

Высоконадежные твердотельные танталовые конденсаторы | AVX

Боб Фейри

AVX Corporation, One AVX Blvd, Fountain Inn, SC 29644
www.avx.com

Твердотельные танталовые конденсаторы являются одними из самых популярных типов малогабаритных конденсаторов поверхностного монтажа для электронных устройств на рынках потребительских, автомобильных, аэрокосмических и медицинских устройств. В этом документе будет представлен некоторый контекст разработки технологии танталовых конденсаторов и рассмотрены проблемы, с которыми часто сталкиваются пользователи, в том числе необходимость низкого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) в фильтрующих приложениях и потребность в максимально возможной надежности и длительном сроке службы в аэрокосмической отрасли. и медицинские приложения.

ИСТОРИЯ ТАНТАЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

История твердотельных танталовых конденсаторов началась в 1950-х годах, когда Bell Labs изобрела концепцию небольших конденсаторов для своих транзисторов. Структура танталового конденсатора похожа на губку с очень большой площадью поверхности, доступной для образования диэлектрика. Это обеспечивает высокую емкость в гораздо меньшем корпусе, чем другие конденсаторные технологии.

Рис. 1: Увеличенное изображение губчатой ​​микроскопической структуры танталовых конденсаторов.
Рис. 2: Площадь диэлектрической поверхности анода танталового конденсатора по сравнению с его конечным размером.

В течение следующих десятилетий технология танталовых конденсаторов эволюционировала и стала включать несколько форм-факторов. До 1980-х годов доминировали конфигурации с осевыми и радиальными выводами, которые совместимы с автоматизированными процессами вставки для технологии сквозных отверстий. В то время технология сборки эволюционировала, чтобы охватить технологию поверхностного монтажа (SMT), и танталовые конденсаторы SMT различных размеров были разработаны и получили широкое распространение.

Повсеместное использование технологии поверхностного монтажа подвергло танталовые конденсаторы условиям, выходящим за рамки тех, с которыми сталкиваются их аналоги с осевыми и радиальными выводами. Высокотемпературные процессы оплавления на уровне платы могут вызвать дефекты в тонкопленочных диэлектрических слоях танталовых компонентов и иногда могут привести к катастрофическому отказу и даже возгоранию.

В результате этого опыта производители танталовых конденсаторов приняли встроенное кондиционирование оплавлением и другие меры, чтобы помочь конденсаторам выдержать условия монтажа и оплавления.Эти усилия привели к снижению риска катастрофических отказов, что позволило твердотельным танталовым конденсаторам обеспечить надежность, подходящую для любого применения.

Спрос на танталовые конденсаторы резко вырос с разработкой надежных версий SMT в конце 1980-х и продолжался до 1990-х годов. Твердые танталы для поверхностного монтажа были самыми маленькими конденсаторами в диапазоне 1–100 мкФ и стали отраслевым стандартом для многих приложений. Появление сотовых телефонов и персональных компьютеров, наряду с внедрением обширного электронного оборудования в автомобили, были основными рыночными драйверами этого роста.

ОСНОВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Твердотельные танталовые конденсаторы — это электролитические конденсаторы, и все электролитические конденсаторы являются полярными, что означает, что ток будет проходить только от положительного конца (анода) к отрицательному концу (катоду). Три основных элемента электролитического конденсатора — это анод, диэлектрик и катод. Анод из тантала состоит из частиц очень чистого порошка тантала, которые спрессованы и спечены в губчатую структуру. Традиционные версии имеют танталовую проволоку, встроенную в структуру для создания положительного соединения с цепью.Поверхность анода покрыта слоем пятиокиси тантала (Ta ₂ O ₅ ), который выполняет функцию диэлектрика конденсатора. В традиционных твердотельных танталовых конденсаторах катодом является диоксид марганца (MnO ₂ ). Этот материал наносится поверх диэлектрика, а затем другие материалы — обычно углерод и серебро — для установления связи с другими компонентами конденсатора.

Рисунок 3: Конструктивная деталь традиционного танталового конденсатора для поверхностного монтажа.

Катод MnO ₂ обладает свойством, которое значительно повышает надежность танталового конденсатора. Дефекты в диэлектрике Ta ₂ O ₅ вызывают локальный нагрев в месте дефекта во время работы конденсатора, который меняет соседний MnO ₂ на Mn ₂ O ₅ — непроводящую фазу оксида марганца. Этот непроводящий участок служит для удаления той части конденсатора из схемы, эффективно исправляя дефект.Эта характеристика называется самовосстановлением, и она позволяет танталовым конденсаторам с катодами MnO ₂ со временем снижать интенсивность отказов. На протяжении всей своей истории производители танталовых конденсаторов выполняли предварительное кондиционирование (т. Е. Прижигание) путем воздействия повышенного напряжения и температуры, чтобы облегчить эту характеристику самовосстановления и удалить более слабые части из популяции. Для получения дополнительной информации о конструкции твердотельных танталовых конденсаторов, пожалуйста, обратитесь к «Базовой технологии танталовых конденсаторов» Джона Гилла.

Большинство танталовых конденсаторов для поверхностного монтажа сконструированы, как показано выше, но есть также версии, в которых на внешней поверхности используется конформное эпоксидное покрытие. Они могут быть несколько меньше литых конденсаторов, но за счет снижения механической прочности. Чтобы оптимизировать использование доступного пространства на плате, AVX разработала и запатентовала конструкцию TACmicrochip® в 1995 году. Эта конструкция имеет танталовую вафельную подложку с припрессованным и спеченным на поверхности танталовым порошком. Отдельные аноды определяются на поверхности с помощью операции пиления, а пластины обрабатываются путем формирования диэлектрика и катодного осаждения.Затем на конструкцию накрывается крышка и эпоксидная смола заливается в каналы между анодами. После этого следует операция нарезки кубиками, которая разделяет конденсаторы, которые затем проходят процессы прижигания, тестирования и упаковки. Микрочип TACmicrochip и его высоконадежный аналог, микрочип COTS-Plus серии TBC, стали очень популярными в приложениях с ограниченным пространством, включая портативную электронику и имплантируемые медицинские устройства.

Рис. 4: Конструктивная деталь микрочипа AVX TBC.

ЭКВИВАЛЕНТНОЕ СЕРИЙНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Собственное эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) танталовых конденсаторов выше, чем у некоторых конкурирующих технологий. AVX и другие производители в отрасли много сделали для решения этой проблемы.

Рисунок 5: Внутренний вид многоанодного танталового конденсатора серии TBM.

Твердотельные танталовые конденсаторы часто используются в системах фильтрации источников питания, которые демонстрируют повышенную эффективность при более низком сопротивлении конденсатора.Чтобы удовлетворить потребности этих типов приложений, AVX представила первые литые танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа с низким ESR — серию TPS — в 1992 году. Эта серия оказалась чрезвычайно популярной и помогла расширить рынок танталовых конденсаторов. Например, AVX и другие вскоре включили в свои производственные процессы импульсные испытания, чтобы устранить проблемы, связанные с ошибками при включении питания. С годами были представлены и другие усовершенствования продуктов, в том числе многоанодные танталовые конденсаторы (например, серия COTS-Plus TBM) для еще более низкого ESR.

В последнее время танталовые конденсаторы с проводящими полимерными противоэлектродами вместо традиционной катодной системы MnO ₂ стали популярными в бытовой электронике и автомобилестроении, поскольку полимерные материалы имеют более низкое сопротивление, чем MnO ₂ . Однако можно найти компромисс между обеспечением низкого ESR и высокой надежности твердотельных танталовых конденсаторов. Заявленная надежность проводящих полимерных конденсаторов ниже, чем у систем на основе MnO ₂ , поскольку полимерные материалы не обладают свойствами самовосстановления, как у систем MnO ₂ .Это также приводит к тому, что утечка полимерных конденсаторов значительно выше, чем у конденсаторов с катодом MnO ₂ .

В сложных приложениях, где критически важны низкое последовательное последовательное сопротивление и очень длительный срок службы продукта, например, спутниковая электроника, катодные конденсаторы с низким ESR MnO ₂ по-прежнему являются предпочтительным выбором. Компания AVX разработала многоанодные конденсаторы космического уровня серии SRC9000 TBM, в которых используется проверенная катодная технология MnO ₂ для достижения минимально возможного значения ESR, а также новейшие методы обработки и тестирования, прогорание по Вейбуллу и статистический скрининг утечек постоянного тока для устранения любых выбросы из населения.Эта методология гарантирует, что низкий уровень ESR, необходимый для аэрокосмических цепей, сохраняется в течение длительного срока службы, необходимого для космических платформ, и успешно удовлетворяет строгие потребности аэрокосмической промышленности. Конденсаторы, произведенные таким образом, используются в большинстве космических систем США, включая марсоход «Марс Кьюриосити».

Для получения дополнительной технической информации о ESR см. «Эквивалентное последовательное сопротивление танталовых конденсаторов» Р. В. Франклина.

ПРЯМАЯ УТЕЧКА ТОКА

Традиционно для танталового конденсатора DCL указано значение 0.01 x емкость x напряжение в микроамперах (мкА). Например, DCL конденсатора 10 мкФ, 10 В будет иметь следующий вид:

0,01 X 10 мкФ X 10 В = 1,0 мкА

Наиболее распространенные коммерческие приложения, такие как сотовые телефоны, легко подзаряжаются. Таким образом, утечка конденсатора не является серьезной проблемой в этих приложениях и становится проблемой только в случае катастрофического отказа конденсатора. Однако в критических имплантируемых медицинских устройствах, которые не так легко перезаряжать, как потребительские, утечка конденсатора является реальным ущербом для срока службы батареи.Если конденсатор имеет высокую утечку в результате диэлектрических дефектов, высокотемпературные процессы оплавления могут усугубить дефекты и значительно увеличить утечку конденсатора.

Есть несколько факторов, которые способствуют утечке конденсатора, но наиболее важным является толщина диэлектрика. Пятиокись тантала (Ta ₂ O ₅ ) имеет диэлектрическую проницаемость, которая ниже, чем у конденсаторов других типов, но ее можно выращивать в виде пленки на поверхности металлического тантала.Это в значительной степени способствует небольшому размеру танталовых конденсаторов, так как позволяет очень тонкой пленке создавать функционирующий диэлектрический слой. Диэлектрик Ta ₂ O ₅ создается пропусканием тока через спеченный танталовый анод в присутствии жидкого электролита. Этот процесс создает слой на поверхности частиц тантала, забирая тантал из анода и кислород из электролита с образованием Ta ₂ O ₅ . Напряжение, приложенное во время формирования, будет определять толщину диэлектрического слоя.Более толстые диэлектрики обладают более высокой способностью выдерживать напряжение и будут иметь более низкую DCL при заданном приложенном напряжении, чем более тонкие диэлектрики. В конденсаторной промышленности толщина диэлектрика обычно выражается как коэффициент образования по сравнению с напряжением. Например, коэффициент формирования 3 будет означать, что диэлектрик сформирован при 30 В для конденсатора 10 В.

Для высоконадежных конденсаторов AVX обычно указывает коэффициент образования не менее 3, чтобы обеспечить оптимальную надежность и низкую утечку.Для промышленных конденсаторов нет ничего необычного в гораздо более низких коэффициентах образования.

НАДЕЖНОСТЬ

Некоторые электролитические конденсаторы зависят от влажного электролита или от уровня содержания влаги в катодной системе, но со временем они могут высохнуть и привести к выходу конденсатора из строя. Долговременную надежность этих типов конденсаторов можно проиллюстрировать с помощью знакомой кривой ванны, которая показывает возможное увеличение частоты отказов по мере разрушения катодной системы. Танталовые конденсаторы с проводящими полимерными катодами и алюминиевые конденсаторы с жидкостными электролитическими системами демонстрируют этот механизм износа.

Рисунок 6: «Кривая ванны» показывает надежность компонента с механизмом износа.

В отличие от этих технологий, твердотельные танталовые конденсаторы с катодами MnO ₂ не имеют механизма износа. Катод представляет собой твердую систему, которая не подвержена деградации с течением времени, а механизм самовосстановления, обеспечиваемый этой технологией, гарантирует, что небольшие диэлектрические дефекты не приведут к катастрофическому отказу при нормальной работе. Результатом этих факторов является частота отказов, которая со временем увеличивается, и это основная причина того, что танталовые конденсаторы на основе MnO ₂ популярны в аэрокосмической и медицинской системах жизнеобеспечения.

Рисунок 7: Твердотельные танталовые конденсаторы с катодами MnO ₂ не имеют механизма износа и со временем повышают надежность.

Хотя процессы производства танталовых конденсаторов со временем значительно улучшились, небольшое количество более слабых деталей может присутствовать в любой производственной партии. Как уже упоминалось, методы предварительного кондиционирования (т. Е. Выжигания) используются для выявления и удаления этих смертных младенцев из населения. Тип пригорания варьируется в зависимости от предполагаемого применения, но обычно включает высокие температуры и / или напряжения, превышающие номинальные значения конденсаторов.Для промышленных конденсаторов время приработки обычно невелико, чтобы минимизировать время цикла и стоимость. Традиционный метод приработки высоконадежных танталовых конденсаторов известен как приработка Вейбулла из-за статистического метода, используемого для расчета надежности. Эти условия испытаний сильно ускорены (например, 85 ° C и множитель номинального напряжения), а отказы подсчитываются с течением времени. Используя распределение Вейбулла в качестве предполагаемой модели поведения партии, рассчитанная надежность должна достичь заранее определенного уровня, а частота отказов должна снижаться.Эта система использовалась в течение многих десятилетий для характеристики конденсаторов высокой надежности и используется для определения надежности как максимального процента отказов на тысячу часов работы при номинальном напряжении с уровнем достоверности 90%. Уровень надежности промышленных конденсаторов обычно прогнозируется на уровне 1% на тысячу часов, в то время как конденсаторы высокой надежности обычно предлагают надежность в диапазоне от 0,1% до 0,001% на тысячу часов с достоверностью 90%. Однако важно отметить, что фактическая надежность, демонстрируемая в предполагаемых приложениях, намного лучше, чем прогнозируемая с помощью методов приработки, и обычно выражается в очень низкой частоте отказов во времени (FIT).

Достижение таких высоких уровней надежности требует, чтобы младенческие смертные выявлялись и удалялись из популяции на ранних стадиях выгорания, поскольку после этого частота отказов резко снижается. Танталовые конденсаторы, надежность которых оценивается на основе прогорания Вейбулла, успешно используются в самых требовательных приложениях в электронной промышленности, включая спутники и имплантируемые медицинские устройства.

После многих лет поставок высоконадежных танталовых конденсаторов для индустрии медицинского оборудования с использованием выжигания Weibull для оценки надежности, AVX изучила другие возможные варианты.Основная причина этого изменения заключалась в том, что по мере совершенствования наших производственных процессов становилось все труднее создавать смертных младенцев, необходимых для сортировки по Вейбуллу. Коэффициенты ускорения напряжения должны были быть увеличены для возникновения отказов, но это вызвало проблемы с электрическими параметрами конденсаторов. Поскольку большинство клиентов в индустрии медицинского оборудования используют выгорание на уровне системы 125 ° C, мы исследовали использование выгорания на уровне конденсатора в этих условиях с более низким ускорением напряжения и обнаружили, что выгорание 125 ° C при напряжении, близком к номинальному. в сочетании со статистическим скринингом по другим параметрам так же эффективен, как и Вейбулл при удалении младенцев, но дает более низкое распределение DCL, чем Вейбулл.Это привело к разработке нашего запатентованного Q-Process ™. Для получения подробной информации о Q-процессе, пожалуйста, обратитесь к статье Джеймса Бейтса, Марка Болье, Майкла Миллера и Джозефа Паулюса «Достижение высочайшей надежности для танталовых конденсаторов».

Кроме того, традиционные правила снижения номинальных характеристик твердотельных танталовых конденсаторов, согласно которым для достижения оптимальной надежности конденсаторы должны использоваться при 50% от их номинального напряжения, не должны применяться к конденсаторам Q-процесса. Конденсаторы, произведенные с использованием Q-процесса, могут работать при полном номинальном напряжении, что позволяет выбирать конденсаторы меньшего размера с более низким номинальным напряжением в большинстве приложений.

Рисунок 8: Q-процесс AVX снижает или устраняет необходимость снижения номинального напряжения.

ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТАНТАЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

ВОЕННЫЕ И АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Разработчики военных и аэрокосмических систем были одними из первых, кто принял технологию твердотельных танталовых конденсаторов. Влажные танталовые конденсаторы использовались в военных и аэрокосмических приложениях с высокими требованиями к емкости и / или высокому напряжению в течение многих лет, и теперь твердотельные танталовые конденсаторы также могут удовлетворить значительную часть требований этих приложений, и с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что они являются намного меньшие и более легкие компоненты.Различные военные спецификации были разработаны Центром снабжения обороны в Колумбусе (DSCC), который в настоящее время является Агентством оборонной логистики (DLA), чтобы обеспечить повышенный уровень надежности для этих приложений. Для танталовых конденсаторов поверхностного монтажа соответствующая спецификация — MIL-PRF-55365. Конденсаторы AVX серии MIL-PRF-55365 CWR09 являются одними из самых популярных танталовых конденсаторов SMT, используемых в военных приложениях. Со временем эта спецификация была расширена за счет добавления нескольких новых серий, в том числе: серия CWR19 с расширенным диапазоном, серия CWR29 с низким ESR, серия CWR11 размера корпуса MIL-PRF-55365/8 EIA и серия MIL- Микросхема ПРФ-55365/12 серии CWR15.

В 1990-х годах Пентагон выступил с инициативой, поощряющей использование коммерческих готовых продуктов (COTS) в военных и аэрокосмических системах, ожидая, что использование более широкого диапазона более дешевых компонентов может дать много преимуществ. Однако, хотя стало очевидно, что в некоторых системах можно безопасно использовать коммерческие конденсаторы, также стало ясно, что разработчикам необходимо проявлять осторожность при выборе конденсаторов COTS, чтобы поддерживать высокий уровень надежности системы, необходимый для военных и аэрокосмических приложений.В поддержку этой инициативы компания AVX представила линейку танталовых конденсаторов COTS-Plus, которая предлагает промышленные конденсаторы консервативной конструкции, прошедшие испытания военного типа, чтобы обеспечить решения повышенной надежности при меньших затратах. Этот диапазон теперь состоит из нескольких серий, включая серию TAZ, серию TBJ, серию многоанодных TBM, серию микрочипов TBC и другие, и предоставляет разработчикам гораздо более широкий диапазон размеров корпусов, возможностей ESR и улучшенной объемной эффективности по сравнению с к продуктовым линейкам MIL-PRF-55365.Для получения более подробной информации о COTS-Plus и SCR9000, пожалуйста, обратитесь к «Расширенным методам тестирования танталовых конденсаторов с повышенным экраном» Брайана Брюнетта.

Совсем недавно, чтобы удовлетворить потребность в общей спецификации пространственного уровня, AVX призвала DLA ввести новую секцию 55365 с тестированием, предназначенным для обеспечения надежности пространственного уровня. Серии, в которых используется такое тестирование, в том числе серия AVX CWR T-level и серия SRC9000 для космического уровня, позволили разработчикам аэрокосмической отрасли выбирать из проверенного диапазона компонентов без необходимости создания уникального чертежа управления источниками.На Рисунке 9 перечислены и сравниваются наши различные предложения танталовых конденсаторов для военного и авиакосмического назначения, а также множество вариантов, доступных для каждого из них.

Рис. 9: Сравнение проектирования и испытаний технических характеристик танталовых конденсаторов AVX для военных и авиакосмических систем.

МЕДИЦИНСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ТАНТАЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Твердотельные танталовые конденсаторы используются в большинстве медицинских электронных устройств, от диагностического оборудования до кардиомониторов, включая имплантируемые устройства жизнеобеспечения, такие как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, и предпочтительнее, чем альтернативные конденсаторные технологии в приложения с ограниченным пространством, такие как имплантируемые устройства.Из-за большого разнообразия потенциальных применений этих компонентов и различного характера некоторых из них, мы разработали структуру продукта, призванную облегчить простой и эффективный выбор конденсаторов для медицинских приложений.

Мы определяем критические приложения как имплантируемые / жизнеобеспечивающие (например, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, сердечная ресинхронизирующая терапия) и имплантируемые приложения, в которых утечка танталовых конденсаторов может быть определяющим фактором срока службы батарей (например, устройства нейромодуляции).Поскольку срок службы батареи может быть сокращен из-за чрезмерной утечки конденсатора, и поскольку для устранения преждевременного разряда батареи потребуется хирургическое вмешательство, мы считаем критически важным любое имплантируемое приложение, предназначенное для длительной эксплуатации, и разработали ряд консервативно разработанных и специально разработанных устройств. протестированные компоненты для этих приложений, включая серию HRC5000 TAZ, серию микрочипов HRC5000 TBC, модули с низким ESR серии TCP и серию микрочипов HRC6000 TBC.

Для некритических приложений, включая внешнюю электронику для оборудования жизнеобеспечения (например,g., сосудистые вспомогательные устройства), временные имплантируемые мониторы и внешние инсулиновые насосы, мы разработали несколько серий конденсаторов, которые включают контроль изменений и статистический скрининг с относительно консервативными правилами проектирования, включая серию T4J, серию T4C Microchip и HRC4000 T4Z. Ряд. Соответствие требованиям FDA по контролю за изменениями недоступно для стандартных коммерческих компонентов, поэтому это добровольное соблюдение является важным аргументом в пользу нашего некритического ассортимента.

Рис. 10: Конструкция и сравнение результатов испытаний технических характеристик танталовых конденсаторов AVX для медицинских целей.

КРИТИЧЕСКИЕ МЕДИЦИНСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Усилия AVX по минимизации DCL для широкого спектра как критических, так и некритических медицинских приложений, которые включают: консервативные правила проектирования, улучшенный контроль процесса на критических этапах производства, индивидуальное обнаружение партии, статистический скрининг для Пределы 3-Sigma для удаления нестандартных деталей из распределительного устройства и испытания на герметичность при различных температурах привели к снижению установленных пределов спецификации на 75% или более.Было продемонстрировано, что эти меры, наряду с сухой упаковкой компонентов, практически исключают риск увеличения DCL, вызванного оплавлением, что делает танталовые конденсаторы безопасным выбором даже для самых критических жизненно важных медицинских приложений. Линейка конденсаторов AVX для критически важных медицинских приложений также имеет ограничения в отношении изменений материалов, производства и испытаний, чтобы соответствовать требованиям FDA для эффективного контроля изменений. На рисунке 11 показано фактическое распределение DCL по сотням производственных партий по сравнению с общим пределом коммерческой спецификации, равным 1.0 мкА и стандартное ограничение в размере 0,250 мкА, указанное в медицинских требованиях заказчика.

Рис. 11: Распределение утечки постоянного тока для медицинских конденсаторов AVX 10 мкФ / 10 В синего цвета.

Запатентованный AVX Q-процесс включает все эти методы для производства медицинских конденсаторов с самым низким DCL в отрасли. Наши танталовые конденсаторы для критически важных медицинских применений широко используются в имплантируемых кардиостимуляторах, дефибрилляторах, нейростимуляторах и напрямую способствовали увеличению срока службы батарей и повышению надежности этих и других медицинских устройств.

Рисунок 12: Кривые вероятности, иллюстрирующие улучшение утечки постоянного тока для процесса AVX Q по сравнению с тестированием Вейбулла.

НЕКРИТИЧЕСКИЕ МЕДИЦИНСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Компания AVX недавно расширила свой ассортимент танталовых конденсаторов медицинского назначения, включив в него три новых продукта, разработанных специально для некритических применений. Некритичные медицинские приложения — это те, которые, хотя и не могут быть имплантированы, жизнеобеспечивающие устройства, по-прежнему могут извлечь выгоду из управления изменениями продукта и процесса, снижения утечки постоянного тока и повышения надежности системы.

В семействе продуктов AVX HRC4000 используются последние достижения в технологии порошков тантала для достижения расширенных диапазонов емкости и меньших размеров корпуса. Порошок тантала, используемый для создания конденсаторов, бывает разного размера. Более крупные частицы могут обеспечить более толстые диэлектрические слои и более высокую пропускную способность по напряжению или более низкую DCL, в то время как более мелкие частицы могут использоваться для изготовления конденсаторов меньшего размера, но ограничены более низким номинальным напряжением. Хотя эти новые продукты могут иметь несколько более высокий DCL, чем конденсаторы, предназначенные для критических медицинских применений, они включают более экономичный подмножество тех же строгих методов тестирования и контроля Q-процесса, которые удаляют выбросы из производственной совокупности и имеют строгий контроль над материалами или процессом. изменения для обеспечения высокой надежности и длительного срока службы.

Рис. 13: Танталовые конденсаторы AVX T4 для некритических применений.

Твердотельные танталовые конденсаторы обеспечивают неограниченный срок службы и беспрецедентную объемную эффективность, что делает их разумным выбором для высоконадежных приложений, включая военные, аэрокосмические и медицинские устройства. Усовершенствованные технологии производства и испытаний позволили успешно использовать танталовые конденсаторы MnO ₂ с низким ESR в аэрокосмических платформах, а также значительно повысить эффективность и надежность конденсаторов, в дополнение к включению средств контроля изменений, соответствующих требованиям FDA. последние 10 лет, чтобы расширить применение этой технологии в широком спектре критических и некритических медицинских приложений.

23 апреля 2018 г. / Ресурсы, Тантал / Ниобий / Полимеры, Технические статьи / Официальные документы

Характеристики и применение танталовых конденсаторов

Характеристики и применение танталовых конденсаторов

---

---

Просмотры сообщений: 1,296

Как класс электролитических конденсаторов, танталовый конденсатор широко используется в коммуникациях, авиакосмической и военной промышленности, подводных кабелях, современных электронных устройствах, бытовой технике, телевизорах и многих других областях.

Танталовый конденсатор

Танталовые конденсаторы изготовлены из металлического тантала (Ta) в качестве материала анода. По разным анодным структурам танталовые конденсаторы можно разделить на танталовые конденсаторы из фольги и танталовые конденсаторы из спеченного тантала.

Танталовые конденсаторы из спеченного танталового порошка можно разделить на танталовые конденсаторы с твердым электролитом и танталовые конденсаторы с нетвердым электролитом в зависимости от их различных рабочих электролитов.Среди них большой спрос на твердотельные танталовые электролитические конденсаторы, такие как конденсаторы типа CA и CA42.

Танталовый конденсатор

Танталовые электролитические конденсаторы имеют маркировку CA на корпусе, но символы в цепи такие же, как и у других электролитических конденсаторов. Наиболее распространенная конструкция танталового конденсатора показана на рисунке выше.

По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые электролитические конденсаторы имеют следующие преимущества:

1.Маленький

Поскольку в танталовых конденсаторах используется танталовый порошок с очень мелкими частицами, а диэлектрическая проницаемость пленки оксида тантала на 17 больше, чем у пленки оксида алюминия, танталовый конденсатор имеет большую емкость на единицу объема.

2. Широкий диапазон рабочих температур

Обычно танталовые электролитические конденсаторы могут нормально работать при температуре от -50 ° C до 100 ° C. Хотя алюминиевые электролитические конденсаторы также могут работать в этом диапазоне, электрические характеристики намного уступают танталовым электролитическим конденсаторам.

3. Длительный срок службы, высокое сопротивление изоляции, низкий ток утечки

Пленочная среда из оксида тантала в танталовом электролитическом конденсаторе не только устойчива к коррозии, но также может сохранять хорошие рабочие характеристики в течение длительного времени.

4. Хорошие частотные характеристики импеданса

Для конденсаторов с плохими частотными характеристиками емкость значительно уменьшается при высокой рабочей частоте, а также резко возрастают потери.Но твердотельные танталовые электролитические конденсаторы могут работать на частотах выше 50 кГц. С увеличением частоты танталовые конденсаторы также будут демонстрировать уменьшение емкости, но это уменьшение будет относительно небольшим.

Данные показывают, что при работе на частоте 10 кГц емкость танталовых конденсаторов падает менее чем на 20%, в то время как емкость алюминиевых электролитических конденсаторов падает на целых 40%.

5. Высокая надежность

Пленка оксида тантала обладает стабильными химическими свойствами, а также потому, что Ta2O5, танталовая анодная подложка, может противостоять сильным кислотам и щелочам.Следовательно, он может использовать твердые электролиты или жидкие электролиты с низким удельным сопротивлением кислоте, что снижает потери танталовых электролитических конденсаторов по сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами, а температурная стабильность является хорошей.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и надеемся, что она вам понравилась. Если вы хотите узнать больше о тантале, мы хотели бы посоветовать вам посетить Advanced Refractory Metals ( ARM ) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов во всем мире. Она предоставляет клиентам высококачественные тугоплавкие металлы, такие как вольфрам , молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.

Типы отказов танталовых конденсаторов и их причины

Танталовые конденсаторы — это высокопроизводительные электролитические устройства.Они дороже алюминиевых электролитических конденсаторов, но обладают беспрецедентными преимуществами, такими как компактные размеры, долговечное качество и стабильные параметры. У них есть некоторые недостатки, такие как относительно низкая емкость и низкое напряжение, но их все же достаточно для приложений с низким напряжением и малой мощностью. Танталовые конденсаторы обычно не имеют проблемы высыхания или диэлектрической деградации, которая часто возникает, если конденсаторы хранятся разряженными в течение длительного времени.Иногда беспокойство по поводу поставок металлического тантала возникает из-за того, что он все еще в значительной степени доступен из конфликтных регионов, что может вызвать этические опасения по поводу его использования в дизайне продукции.

Танталовые конденсаторы, независимо от их типа, имеют очень похожую конструкцию анода, которая состоит из высокочистых твердых порошков тантала, спекаемых при высокой температуре для преобразования гранулированных островков тантала в пористую структуру с очень большой площадью поверхности для более высокой емкости, как показано на рисунке следующее уравнение:

Где, A — общая эффективная площадь пластины конденсатора, ε — электрическая проницаемость среды, а d — расстояние между двумя пластинами.

Катодные системы из тантала определяют разницу между танталовыми конденсаторами. Существует три основных типа танталовых конденсаторов: диоксид марганца (MnO2), токопроводящие танталовые полимерные конденсаторы и влажные танталовые конденсаторы.

Известные со многими преимуществами танталовые конденсаторы широко используются многими клиентами. В приложениях мы часто сталкиваемся с проблемами взрыва танталовых конденсаторов, особенно в импульсных источниках питания, источниках питания для светодиодов и других отраслях промышленности. Горение или взрыв танталовых конденсаторов — самая большая головная боль для инженеров НИОКР и иногда заставляет их озадачиться.Из-за опасности выхода из строя танталовых конденсаторов многие специалисты по НИОКР не решаются использовать танталовые конденсаторы. Фактически, если мы сможем полностью понять характеристики танталовых конденсаторов, найти причину выхода из строя танталовых конденсаторов (в виде перегорания или взрыва). Танталовые конденсаторы не так страшны для любых приложений. В конце концов, преимущества танталовых конденсаторов очевидны. Причины выхода из строя танталовых конденсаторов в целом можно разделить на две основные категории: проблемы качества и проблемы проектирования схем танталовых конденсаторов.

Технические характеристики танталовых конденсаторов необходимы для соответствия требованиям проектирования схемы. Однако мы часто не можем гарантировать, что спецификации конденсаторов и требования к схемам, такие как характеристики сигналов, очень хорошо соответствуют друг другу. Поэтому иногда при завершении проектирования может быть непреднамеренно достигнут компромисс, и во время использования неизбежно будут возникать отказы. Теперь кратко обсудим основные причины отказов танталовых конденсаторов.

1.Отказ из-за высокого напряжения цепи с низким сопротивлением

Существует только два типа цепей для танталовых конденсаторов: цепи с защитой по сопротивлению и цепи с низким сопротивлением без защиты по сопротивлению. Для цепей с защитой от сопротивления, поскольку сопротивление влияет на разделение входного напряжения и подавление чрезмерных токов, напряжение может достигать лишь части номинального напряжения танталового конденсатора. Есть два типа цепей без защиты от сопротивления.Первый — это входной каскад источника питания постоянного тока, который был выпрямлен и отфильтрован, а выход — это стабильная цепь заряда и разряда. В схеме этого типа конденсатор используется в качестве источника разряда, и, поскольку входные параметры стабильны и нет скачков напряжения, даже несмотря на то, что это цепь с низким импедансом, напряжение в пределах безопасного рабочего диапазона может по-прежнему достигать 50%. номинального напряжения для обеспечения нормальной работы и очень высокой надежности. Второй тип схем — это блок питания электронной системы; Конденсаторы используются параллельно в схеме этого типа, помимо фильтрации входного сигнала, они часто также должны разряжаться с определенной частотой и уровнем мощности.Поскольку это схема источника питания, полное сопротивление контура этого типа схемы очень низкое, чтобы обеспечить достаточную плотность выходной мощности источника питания. В этом типе схемы переключения преобразователя постоянного тока в момент включения и выключения в цепи будет генерироваться импульс высокой интенсивности с длительностью менее 1 микросекунды. Импульсное напряжение может как минимум в 3 раза превышать стабильное входное значение, а ток может достигать более чем 10-кратного значения устойчивого состояния.Следовательно, из-за чрезвычайно короткой продолжительности плотность энергии в единицу времени очень высока. Если приложенное напряжение конденсатора слишком велико, импульсное напряжение, фактически приложенное к продукту в это время, превысит номинальное значение продукта и может вызвать повреждение устройства. Поэтому очень важно знать, что допустимое рабочее напряжение танталового электролитического конденсатора в цепи этого типа не может превышать 1/3 номинального значения. Если не предпринять никаких контрмер для разделения напряжения на танталовом конденсаторе, оно будет снижено на 50%, и цепь DC-DC с наименьшим импедансом цепи может быть мгновенно включена.Возникло явление пробоя, короткого замыкания или взрыва. Насколько конденсаторы, используемые в таких цепях, должны снижаться, мы должны учитывать уровень значения импеданса цепи, величину входной и выходной мощности и уровень пульсаций переменного тока в цепи. Поскольку входной импеданс схемы может определять величину мгновенного скачка переключения. Чем ниже внутреннее сопротивление, тем больше будет снижение характеристик устройства. Величина снижения номинальных характеристик варьируется, и ее необходимо определять путем точных расчетов надежности.

Следующее уравнение используется для расчета максимального напряжения, допустимого для определенной температуры. Схема допущена к работе в диапазоне температур от 85 ° C до 125 ° C.

Где T — рабочая температура, а VR — номинальное напряжение танталового конденсатора.

Пример диаграммы снижения номинальных характеристик в технических паспортах танталового конденсатора AVX Рекомендуемая кривая снижения номинального напряжения Kemet

2. Слишком большой пиковый выходной ток

Модель конденсатора обычно представляет собой последовательный резистор, называемый эквивалентным последовательным сопротивлением, ESR ( Эквивалентное последовательное сопротивление) и чисто емкостный компонент C, как показано ниже.

В переходном процессе, когда цепь включается, через конденсатор будет протекать большой ток, который называется пусковым током. ОДУ (обыкновенное дифференциальное уравнение) используется для характеристики события.

Решите ODE, у нас будет ток, текущий через конденсатор, как:

Кривая затухания тока танталового конденсатора

На приведенном выше графике показано, что пиковый ток возникает в момент включения источника питания при t = 0.I _Пик = U _R / СОЭ.

Формула, данная AVX для вычисления пикового тока токопроводящего полимерного танталового конденсатора, приведена ниже в качестве справочной.

Где I _PEAK — пиковый импульсный ток (А), В _R — номинальное напряжение (В), 0,45 — сопротивление внешней испытательной цепи (Ом), ESR — эквивалентное последовательное сопротивление танталовый конденсатор (Ом)

I _ПИК — это максимальный постоянный ток, который танталовый конденсатор может выдерживать при нормальной работе.Если танталовый конденсатор малой емкости используется в цепи с большим пиковым выходным током, это изделие может сгореть из-за перегрузки по току. Это очень легко понять.

3. Слишком высокое ESR танталового конденсатора или слишком высокая пульсация переменного тока

Одним из ключевых параметров при выборе танталового конденсатора является способность к пульсации. Когда танталовый конденсатор со слишком высоким ESR используется в схеме фильтра с очень высокими пульсациями переменного тока, даже если напряжение намного ниже предела снижения номинальных характеристик, иногда в момент запуска может произойти внезапный пробой; Основная причина такого рода проблем — серьезное несоответствие между ESR конденсатора и пульсациями переменного тока в цепи.Танталовый конденсатор — это устройство с полярностями, которое выделяет тепло при прохождении пульсаций переменного тока, а изделия с разными размерами могут выдерживать различное рассеивание мощности при сохранении теплового баланса. Поскольку значения ESR продуктов с разной емкостью различаются, величины пульсаций переменного тока, которые могут безопасно выдерживать танталовые конденсаторы различных спецификаций, также сильно различаются. Следовательно, если пульсации переменного тока в цепи превышают характеристики конденсатора, продукт будет выдерживать термический пробой во время его использования.Точно так же, если пульсации переменного тока в цепи стабильны, но фактическое значение ESR выбранного танталового конденсатора слишком велико, продукт также столкнется с аналогичной проблемой.

Как правило, в цепях фильтрации и зарядки и разрядки большой мощности должны использоваться танталовые конденсаторы с самым низким значением ESR. В схемах с чрезмерными пульсациями переменного тока выход из строя танталовых конденсаторов, вызванный пульсациями переменного тока, часто игнорируется многими разработчиками схем, или мы просто не знаем об этом.Это часто связывают с проблемой качества конденсатора.

Повышение температуры танталового конденсатора Kemet в зависимости от моделирования пульсации тока

На приведенном выше графике зеленая зона представляет собой безопасную рабочую зону, желтая зона указывает на то, что устройство приближается к пределу, а красная зона представляет собой опасную зону, в которой устройство может быть повреждено в скором времени.

4. Ток утечки танталового конденсатора слишком велик, что приводит к недостаточному выдерживаемому напряжению.

Эта проблема обычно вызвана тем, что фактическое номинальное напряжение танталового конденсатора недостаточно велико.Когда определенная напряженность поля применяется к конденсатору в течение длительного времени, если сопротивление изоляции его диэлектрического слоя низкое, фактический ток утечки продукта в это время будет большим. Для продуктов с высоким током фактическое выдерживаемое напряжение будет падать.

Другая причина этой проблемы заключается в том, что стандарты тока утечки для танталовых конденсаторов слишком слабы, в результате чего некоторые компании, не имеющие возможности производить высококачественные танталовые электролитические конденсаторы, производят танталовые конденсаторы низкого качества.Ток утечки относительно велик при нормальной комнатной температуре. Если продукт работает при более высокой температуре, ток утечки будет экспоненциально увеличиваться, поэтому фактическое выдерживаемое напряжение при высокой температуре значительно упадет — процесс, называемый термическим снижением номинальных характеристик. При высокой температуре его будет очень легко сломать.

Обеспечение небольшого тока утечки при высоких температурах — одна из важнейших целей всех производителей конденсаторов, поэтому решающее влияние этого показателя на надежность очевидно.

Если ток утечки танталового конденсатора, который вы выбрали, слишком велик, мы не должны использовать его в конструкции, если он используется по какой-либо причине, эта проблема станет неизбежной. Ток утечки также зависит от приложенного напряжения. Когда приложенное напряжение ниже номинального, ток утечки быстро падает. Следовательно, эффект снижения напряжения также применим к току утечки, как показано ниже.

Зависимость тока утечки танталового конденсатораТемпература утечки танталового конденсатора в зависимости от приложенного напряжения AVX

5. Отказ, вызванный производством и сборкой

Многие пользователи часто обращают внимание только на выбор танталового конденсатора и конструкцию продукта, но игнорируют вероятные проблемы происходить уже при установке и сборке микросхем танталовых конденсаторов; примеры следующие.

• Используется ручная пайка вместо автоматической обработки SMD, продукт не предварительно нагревается, а электрический паяльник с температурой выше 300 градусов используется для нагрева конденсатора в течение длительного времени, что приводит к ухудшению характеристик конденсатора из-за к чрезмерному термическому удару.
• При пайке в ручном режиме фаза предварительного нагрева не используется. При пайке танталового конденсатора применялся чрезмерно многократный нагрев для удаления холодных стыков.
• Температура жала паяльника установлена ​​на 500 градусов и выше. Это может быстро спаять компоненты, но очень легко вызвать преждевременный выход из строя компонента микросхемы.

Постоянно конкурируя с алюминиевыми, керамическими и тонкопленочными конденсаторами во все более широком диапазоне применений за последние полвека, танталовые конденсаторы были улучшены по эффективности, низкому ESR (эквивалентному последовательному сопротивлению), термической стабильности и высоким номинальным напряжениям.Модель срока службы танталовых конденсаторов показала, что срок службы танталовых конденсаторов во многом зависит от условий эксплуатации, таких как приложенное напряжение, пульсации переменного тока, температура окружающей среды, а также качество устройства.

Поделитесь тем, что вы узнали

Танталовые конденсаторы — что это такое? — Компоненты ES

Корзина 0 Дом О нас Контакт Качество HomeOLD Товар Mfg Services Карта сайта Поиск по сайту Назад О нас Женщина принадлежит Назад Все товары по категориям Конденсаторы Энергетические продукты Полевые транзисторы / транзисторы / диоды IC Полевые МОП-транзисторы IceMOS с суперпереходом Устаревшие продукты Линейная карта Готовый инвентарь Резисторы Силиконовый герметик SiTime MEMS Компоненты VPT .

No related posts.