+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Танталовые конденсаторы. Достоинства и недостатки. Маркировка

Электролитические конденсаторы, имеющие полярные выводы, широко применяются в электротехнике и радиоэлектронике. Они сглаживают пульсирующее напряжение в силовых цепях постоянного тока после выпрямительных диодных мостов, формируют пилообразное напряжение в схемных решениях аналоговой развертки и памяти, обеспечивают работу мультивибраторов, определяя моменты отпирания и запирания транзисторов, тиристоров, семисторов, других ключевых элементов.

Тантал как двигатель прогресса

Одним из магистральных направлений в борьбе за уменьшение размеров элементной базы, которая ведется с первых дней существования радиоэлектроники, является увеличение частоты сигнала, проходящего по цепям. Например, силовой трансформатор, рассчитанный для работы на частоте 400 Гц, в восемь раз меньше такого же по мощности, но пятидесятигерцового.

Однако на пути прогресса встает устаревшая конструкция электролитических конденсаторов. Они сделаны на основе двух свернутых в рулон листов алюминиевой фольги, а потому большая емкость может быть достигнута только экстенсивно – путем увеличения размеров. Кроме того, из-за огромной паразитной индуктивности они плохо работают на частотах свыше 100 КГц и не могут обеспечить функционирование высокочастотных инверторных – преобразующих постоянное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов переменной полярности – схем.

Решить проблему (сохранить большую электрическую емкость конденсатора и одновременно уменьшить его размер) удалось, используя в конструкции этого элемента редкоземельный металл тантал. По цене он превышает золото, а сложность его добычи сходна с мучениями мифического Тантала. Причина того, что именно этот металл был необходим для создания современного элемента радиотехнических схем, оказалась весьма прозаичной.

Дело в том, что непременным условием работы электролитического конденсатора является наличие оксидной пленки-диэлектрика на поверхности анода. Слой с необходимыми диэлектрическими свойствами может образовываться, например, на поверхности титана, иридия, алюминия, тантала. Но из всего ряда металлов только у последних двух его толщину можно технологически контролировать. А без этого создать элемент электронной схемы с заданными параметрами невозможно. Так что другого решения дилеммы – использовать дорогой тантал или отказаться от прогресса – просто не было. Небольшим утешением явилось то, что этого металла в конденсаторе совсем немного – сотые доли грамма.

Конструкция танталовых конденсаторов

Как идея, она не претерпела изменений со времен изобретения так называемой Лейденской банки. В конструкцию танталового конденсатора входят:

1. Два электрода – анод (положительный) и катод (отрицательный).

2. Слой диэлектрика, роль которого в Лейденской банке играло стекло. В современных конденсаторах – оксид металла, из которого сделан анод.

3. Электролит – любая проницаемая для электричества среда с определенным сопротивлением. Им может быть вода, кислота, щелочь, твердое или пластичное вещество.

Особенными свойствами его наделяет способ изготовления анода. Физико-механические свойства тантала позволяют создавать из него пористую губчатую структуру. Для этого используется сложная технология спекания очищенного танталового порошка в среде глубокого вакуума. В результате получается, что площадь внутренней поверхности анода многократно превышает внешнюю. Именно это позволяет накапливать огромный электрический заряд внутри небольшого с виду кусочка металла.

Диэлектрическую пленку на поверхности анода получают путем пропускания электрического тока через анод и провоцирования процесса электрохимической коррозии. Полученное вещество – пентоксид тантала – имеет аморфную структуру. Она может оказаться и кристаллической, но тогда – это уже производственный брак, поскольку кристаллический оксид тантала является токопроводящим. Толщина диэлектрической пленки ничтожна, она не превышает нескольких тысяч ангстрем, что в пятьсот раз тоньше человеческого волоса.

В качестве электролита используется твердое вещество, полупроводник – диоксид марганца. Он отделяет катод от анода. Для улучшения проводимости внутреннюю часть отрицательного электрода делают из серебра, а между ним и электролитом устраивают подложку из графита.

Весь этот «бутерброд» заливают компаундом – похожим на пластмассу диэлектриком. Снаружи остаются два металлических вывода. За небольшой размер танталовые конденсаторы нередко зовут «горошинами».

Танталовые конденсаторы. Достоинства и недостатки

Большая электрическая емкость при малых размерах (элементы, используемые для поверхностного монтажа, не превышают 7,5 мм в длину) – главное достоинство конденсаторов с танталовым анодом. Кроме того, они имеют очень малый ток утечки. Однако их электрическая прочность очень небольшая – самые мощные из них рассчитаны на 35 вольт.

Маркировка танталовых конденсаторов

Сейчас на таких конденсаторах указывается численное значение емкости и плюсовой вывод. Рабочее напряжение определяется цветом корпуса.

Цвет корпуса

Вольтаж

Розовый

35

Белый

30
Серый

25

Голубой

20
Зеленый

16

Черный

10
Желтый

6,3

Старая маркировка была более сложной, она состояла из трех цветных полос и точки. Цвет точки определял множитель значения емкости:

Точка

Множитель

Черная

1,0

Белая

0,1
Серая

0,01

Первые две цветные полосы означали цифры емкости (в микрофарадах)

Цвет полосы

Значение

Фиолетовый

7

Голубой

6
Зеленый

5

Желтый

4
Оранжевый

3

Красный

2

Коричневый

1

Черный

0

Оцените качество статьи:

Преимущества танталовых и керамических конденсаторов

Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (МКК) – два типа широко распространенных конденсаторов, которые применяются в широком ряде электронных устройств. Хотя обе эти технологии выполняют одинаковую функцию, конденсаторы очень различаются по конструкции, использованным материалам и эффективности при разных условиях. Следовательно, разработчик должен понимать их относительные преимущества друг перед другом, чтобы сделать правильный выбор.

Базовые сведения

Понимание рабочих характеристик танталовых и многослойных керамических конденсаторов, в т. ч. надежности использования и реакции на изменение температуры и напряжения, типовых параметров испытаний и того, как были усовершенствованы конденсаторы каждого из этих типов, позволяет создавать дееспособные электронные устройства.

Начнем с базовых понятий. Для расчета емкости конденсатора используется формула:

C = εR ∙ ε0 ∙ (S/d),

где C – емкость, Ф; S – площадь перекрытия двух пластин, м2; εR – относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума; d – расстояние между пластинами (или толщина диэлектрика), м.

 

Танталовые конденсаторы

Высокая емкость танталовых конденсаторов достигается за счет сочетания нескольких факторов, включая использование пятиокиси тантала (Ta2O5, εR = 27) в качестве диэлектрика, большой площади поверхности пластин и очень тонкому слою ди­электрика. Положительно заряженная пластина танталового конденсатора состоит из прессованного и спекшегося в виде гранул танталового порошка. Эти гранулы обладают хорошей пористой структурой, суммарно обеспечивая большую поверхностную площадь пластины (см. рис. 1). Коэффициент осаждения диэлектрического слоя Ta

2O5 составляет 17 Å/В. Поскольку толщина диэлектрика пропорциональна приложенному напряжению, создается очень тонкий диэлектрические слой, что обеспечивает большое значение емкости.

Рис. 1. Поверхностная площадь диэлектрика анода танталового конденсатора в сравнении с его исходным размером

 

Виды танталовых конденсаторов

Для приложений с поверхностным монтажом на плату компания AVX выпускает танталовые конденсаторы двух видов с катодами на основе двуокиси марганца MnO

2, благодаря чему обеспечивается функция самовосстановления (см. рис. 2). В прессованном конденсаторе, имеющем более традиционную конфигурацию, танталовый провод впрессован в обкладки, благодаря чему создается положительное соединение со схемой. Более новая и компактная конфигурация в виде микросхемы (см. рис. 2б) появилась на рынке позже. Конденсаторы с этой конфигурацией применяются в системах с высокой плотностью компонентов. В этой конфигурации, в которой используется подложка с танталовым прессованным и запеченным на ее поверхности порошком, положение отдельных анодов задается с помощью высокоточной резки.

Рис. 2.
а) формованный конденсатор;
б) танталовый конденсатор в виде микросхемы

У конденсаторов обоих рассматриваемых типов – одинаковые базовые элементы. Эти конденсаторы, предназначенные для высокоточных систем, обеспечивают максимальную надежность.

 

Керамические конденсаторы

В отличие от танталовых, у керамических конденсаторов меньше суммарная площадь пластин и значительно толще слои (см. рис. 3). Однако эти недостатки компенсируются диэлектрическими материалами с намного большей ди­электрической проницаемостью. Диоксид титана (ε

R ~ 86–173) и титанат бария (εR ~ 1250–10000) – два наиболее распространенных диэлектрика, используемых в МКК.

Рис. 3. Конструкция многослойного керамического конденсатора

Керамические конденсаторы Class 1 и Class 2

Керамические конденсаторы Class 1 имеют наибольшую стабильную емкость относительно приложенного напряжения, температуры и до некоторой степени – частоты. Базовыми элементами этих конденсаторов являются параэлектрики, например диоксид титана, модифицированные такими добавками как цинк, цирконий и ниобий, которые обеспечивают требуемую характеристику емкости, свойственную танталу. Удельная емкость керамических конденсаторов Class 1 – наименьшая среди других керамических конденсаторов за счет относительно низкой диэлектрической проницаемости (6–200) параэлектрика. У этих компонентов также сравнительно малая емкость.

Керамические конденсаторы Class 2, в которых применяются ферроэлектрики, например титанат бария (BaTiO), модифицируются с помощью силиката алюминия, силиката магния и оксида алюминия. У этих материалов – более высокая диэлектрическая проницаемость, чем у конденсаторов Class 1 (~ 200–14000 в зависимости от напряженности поля), и более высокая удельная емкость. Однако у конденсаторов Class 2 больше отклонения емкости от номинальных значений и хуже стабильность. Емкость этих конденсаторов имеет нелинейный характер, который зависит от рабочей температуры, приложенного напряжения и изменяется с течением времени, что может отражаться на характеристиках изделия.

Коды диэлектриков у керамических конденсаторов

 Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехсимвольным кодом EIA, в котором указывается стабильность емкости материала в установленном температурном диапазоне. Например, керамические конденсаторы, в которых используются ди­электрики X5R, работают в диапазоне температуры –55…85°C при допустимых вариациях емкости ±15% в указанном диапазоне и имеют небольшую нелинейность.

Конденсатор с материалом, использование которого обеспечивает устройству ту же, что и у X7R, или лучшую температурную характеристику, изменение емкости в пределах ±15% в диапазоне –55…125°C, можно считать конденсатором X7R. У X7R, как и у конденсатора с диэлектриком любого другого типа, отсутствует спецификация на коэффициент напряжения. Производитель может называть конденсаторы в соответствии с диэлектрическими кодами X7R, X5R и т. д. и их температурным коэффициентом независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения. В таблице 1 приведены коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов. Например, требуется выбрать конденсатор, у которого емкость, указанная при 25°C, повышается или уменьшается не более чем на 7,5% в диапазоне температуры –30…85°C. Этому требованию соответствует конденсатор с кодом Y5F.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Таблица 1. Коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов – процентное изменение емкости в указанном диапазоне температур
RS198Диапазон температуры
Х7–55…125°С
Х6–55…105°С
Х5–55…85°С
Y5–30…85°С
Z510…85°С
КодИзменение емкости, %
D±3,3
E±4,7
F±7,5
P±10
R±15
S±22
T22, –33
U22, –56
V22, –82

Температурные характеристики танталовых и керамических конденсаторов

 На рисунке 4 показана типовая температурная характеристика танталового конденсатора, а также керамического конденсатора Class 2 (X7R) и керамического конденсатора Class 1 (NP0 или C0G). У танталового конденсатора емкость изменяется линейно в зависимости от температуры: с –5% при –55°C до более чем 8% при 125°C. У керамических конденсаторов Class 2 – самая нелинейная зависимость от температуры, однако ее можно сделать линейной в приложениях, работающих в узком температурном диапазоне, учтя эту характеристику при проектировании схемы.

Рис. 4. Изменение емкости диэлектрических материалов танталовых и керамических конденсаторов Class 1 и Class 2 в зависимости от температуры

Зависимость от напряжения

У танталовых конденсаторов не только линейная температурная характеристика, но и отсутствует нестабильность емкости в зависимости от приложенного напряжения. В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов Class 2 меняется с приложенным напряжением, т. к. диэлектрическая проницаемость их материала падает с ростом напряжения (см. рис. 5). Поскольку эти изменения относительно линейные, их легко учесть при проектировании, однако в некоторых случаях из-за применения материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью емкость может меняться более чем на 70% от исходной величины при работе вблизи номинального напряжения.

Рис. 5. Зависимость емкости керамических конденсаторов Class 2 (X5R) от приложенного напряжения

 

Износ танталовых и керамических конденсаторов

Емкость керамических конденсаторов Class 2 с течением времени уменьшается по логарифмическому закону, что обусловлено их износом (см. рис. 6). Из-за деградации поляризованных участков ферроэлектриков со временем уменьшается диэлектрическая проницаемость, в результате чего уменьшается емкость керамических конденсаторов Class 2. У танталовых конденсаторов старение не происходит – на текущий момент нет известного нам механизма износа, аналогичного тому, который наблюдается у керамических конденсаторов.

Рис. 6. Изменение со временем емкости конденсаторов Class 2 с диэлектриками X5R и X7R

Сопротивлением изоляции (IR) является сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения емкости (и, следовательно, площади диэлектрического материала), IR увеличивается. Этот показатель (IR∙C, или RC) часто указывается в единицах Ом∙Ф, а чаще как МОм. Ток утечки определяется путем деления номинального напряжения на сопротивление изоляции. В таблице 2 сравниваются значения сопротивления изоляции керамических конденсаторов.

Таблица 2. Сравнение сопротивления изоляции (IR) керамических конденсаторов с утечкой постоянного тока (DCL) танталовых конденсаторов
ПроизводительИзделиеДиэлектрикСопротивление изоляцииЭквивалент DCL/C∙V*
AVXX7R1000 МОм∙мкФ0,001C∙V
AVXX5R0,002C∙V
Bкоммерческое (COTS)X7R0,002C∙V
BкоммерческоеX7R0,002C∙V
BкоммерческоеX5R0,002C∙V
CвысоконадежноеX7R0,001C∙V
CвысоконадежноеX5R0,001C∙V
CкоммерческоеX7R0,002C∙V
CкоммерческоеX5R0,002C∙V
Тип. танталовыйкоммерческоеTa2O50,01C∙V
Высоконадежный танталовый AVXHRC5000/HRC6000Ta2O50,0025C∙V

* DCL – утечка постоянного тока; C∙V – произведение номинальной емкости на номинальное напряжение.

Для керамических конденсаторов, как правило, указывается сопротивление изоляции, а для танталовых компонентов – утечка постоянного тока (DCL). Эти единицы измерения являются эквивалентными, а соответствующее преобразование осуществляется с помощью закона Ома.

Испытания на износ

В таблице 3 описаны условия проведения испытаний на износ керамических и танталовых конденсаторов разных типов, выполненные несколькими производителями, а также представлены допустимые изменения сопротивления изоляции и величины DCL/C∙V. Видно, что условия проведения этих испытаний не стандартизованы, и потому напрямую трудно сравнивать с высокой точностью параметры керамических конденсаторов разных производителей, а прямые сравнения между керамическими и танталовыми конденсаторами фактически невозможны за исключением нескольких компонентов с очень высокой номинальной емкостью.

Таблица 3. Различия между результатами испытаний на износ керамических и танталовых конденсаторов
AVXX7R125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч0,3 ∙ исходное предельное значение0,003C∙V
AVXX5R85°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч0,3 ∙ исходное предельное значение0,006C∙V
BX7R125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч0,1 ∙ исходное предельное значение0,020C∙V
BX5R85°С, 2 ∙ ном. В*, 1000 ч0,1 ∙ исходное предельное значение0,020C∙V
CX7R125°С, 2 ∙ ном. В**, 1000 ч100 Ом∙Ф0,1C∙V
CX5R85°С, 2 ∙ ном. В***, 1000 ч100 Ом∙Ф0,1C∙V
Тип. танталовыйTa2O50,01C∙V в течение 2000 ч
Высоконадежный танталовый AVXTa2O5

0,0025C∙V в течение 1000 ч;
0,005C∙V в течение 2000 ч

* 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 1 мкФ; 0805 ≥ 4,7 мкФ; 1206 ≥ 2,2 мкФ.
** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 1 мкФ, 10 и 16 В; 0805 ≥ 4,7 мкФ, 10 В.
*** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 4,7 мкФ, 6,3 и 10 В; 0805 ≥ 22 мкФ, 6,3 В; 1206 ≥ 47 мкФ 6,3 В.

В таблице 4 сравниваются основные параметры танталовых и керамических конденсаторов.

Таблица 4. Сравнение параметров танталовых и керамических конденсаторов
ПараметрТанталовый конденсаторКерамический конденсатор
ESR×
Удельная эффективность×
Диапазон температуры×
Малая индуктивность ×
Зависимость от смещения по постоянному току×
Микрофонный (пьезоэлектрический) эффект×
Фильтрация высокой частоты×
Характеристика износа×

Из-за того, что между большинством методов испытаний танталовых и керамических конденсаторов имеются существенные различия, прямое сравнение их характеристик трудно провести на основе данных, полученных из специальной литературы и технических описаний. Компания AVX выполнила следующее тестирование, обеспечивающее более непосредственное сравнение характеристик этих компонентов.

 

Сравнительное тестирование танталовых и керамических конденсаторов

Инженеры компании AVX отобрали образцы танталовых и керамических конденсаторов с наиболее типовыми и часто используемыми параметрами. Эти компоненты применяются в медицинской технике и высоконадежных приложениях:

  • танталовые конденсаторы TBCR106K016CRLB5000: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805;
  • керамические конденсаторы MQ05YD106KGT1AN: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805, диэлектрик X5R.

Благодаря тому, что план тестирования был единым для всех компонентов, параметры испытаний (значения тестовой частоты и смещения по прямому току, время выдержки после испытаний на воздействие внешних факторов и т. д.) тщательно соблюдались, фиксировались и сравнивались для конденсаторов обоих типов:

  • температурная стабильность (MILPRF‑55365) – 13 шт.;
  • термический удар (MIL-STD‑202 Method 107) – 40 шт. ;
  • влагостойкость (MILSTD‑202 Method 106) – 40 шт.

Большинство результатов испытаний показало сходство между керамическими и танталовыми конденсаторами. Например, у керамических конденсаторов выше температурная стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), и утечка постоянного тока (DCL) меньше зависит от температуры, тогда как у танталовых конденсаторов от температуры меньше зависит емкость. Емкость танталовых конденсаторов увеличивается при повышенной температуре, а у керамических компонентов она уменьшается при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термический удар показали устойчивую работу и тех, и других компонентов.

 

Выводы

Керамические и танталовые конденсаторы обладают теми несколькими преимуществами, которые востребованы в эффективных и высоконадежных электронных системах в разных областях применения. Поскольку конденсаторы обоих типов значительно различаются по своему составу, материалам и функциональным характеристикам, выбор той или иной технологии зависит от нужд конкретных приложений и требований. Таким образом, инженеры должны принимать в расчет возможные последствия своего выбора уже на ранних этапах проектирования.

Устройство танталового конденсатора.

Конструкция и особенности танталовых конденсаторов

В настоящее время, кроме всем знакомых алюминиевых электролитических конденсаторов, в электронике применяются электролитические конденсаторы с диэлектриком из пентаоксида тантала. Вот о них и пойдёт речь далее.

Давайте узнаем, как устроен танталовый электролитический конденсатор, а также изучим его сильные и слабые стороны. Вот так выглядит танталовый чип-конденсатор для поверхностного монтажа ёмкостью 1 мкФ и рабочее напряжение 35V.

Как известно, на ёмкость конденсатора влияет площадь обкладок, а также толщина диэлектрика, который находится между ними.

В качестве анода в танталовом конденсаторе выступает порошок из тантала высокой степени очистки. Этот порошок прессуют и нагревают в вакууме до высокой температуры (1300 – 20000С). В результате получается пористая структура, похожая на губку. За счёт высокой пористости удаётся получить большую площадь анодной обкладки.

Формирование диэлектрика.

Далее при производстве конденсатора формируется диэлектрик. Это делается с помощью электрохимического окисления.

Меняя величину приложенного напряжения, формируют необходимую толщину слоя диэлектрика.

На пористой поверхности танталового анода образуется тончайшая плёнка диэлектрика – пентаоксида тантала Ta2O5. Благодаря этому оксиду удаётся получить очень тонкую и непроводящую плёнку. Отметим, что полученный диэлектрик имеет аморфную структуру и не проводит ток. Также существует кристаллический Ta2O5, но в отличие от аморфного он является проводником. Запомним эту особенность.

Только вдумайтесь, толщина плёнки диэлектрика Ta2O5 может составлять несколько сотен – тысяч ангстрем! Чтобы было более наглядно, переведём ангстремы в доли метра. 1 ангстрем = 1,0 * 10-10 метра, другими словами 1 ангстрем = 0,1 нанометра. Таким образом, толщина слоя диэлектрика у танталового конденсатора составляет от 10 до 100 нанометров! Так что, нанотехнологии уже давно применяются на практике и удивляться этому не стоит.

Для сравнения. У рядовых алюминиевых электролитических конденсаторов толщина диэлектрика чуть менее 1 мкм (1 мкм = 0,000 001 метра). Это в 100 раз больше, чем толщина самой тонкой плёнки пентаоксида тантала в 10 нанометров.

Твёрдотельный электролит.

В качестве электролита в танталовых конденсаторах используется диоксид марганца MnO2. Данный оксид является твёрдотельным полупроводниковым материалом.

Полученную ранее губчатую структуру из пористого танталового порошка с образованным слоем диэлектрика пропитывают солями марганца. Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируют слой твёрдого электролита. Процесс повторяется несколько раз.

Особенности катода танталового конденсатора.

Для наилучшего контакта с выводом катода твёрдый электролит MnO2 покрывают слоем графита, а на его поверхность наносят металл, обычно это серебро. Так что в танталовых конденсаторах присутствует один из самых востребованных драгоценных металлов. О драгметаллах в радиодеталях читайте здесь.

Полученную конструкцию запрессовывают в компаунд. Вот так в общих чертах выглядит устройство и технология изготовления танталового конденсатора.

ESR танталовых конденсаторов.

ESR танталового конденсатора на низких частотах определяется сопротивлением диэлектрика Ta2O5, а на высоких частотах его определяет уже сопротивление электролита MnO2.

Как известно, импеданс (ёмкостное сопротивление) с ростом частоты падает вплоть до частот мегагерцового диапазона. А поскольку сопротивление электролита MnO2, которое входит в ESR также уменьшается с увеличением температуры, то на высоких частотах ESR тоже уменьшается.

Благодаря этому, танталовые конденсаторы прекрасно работают в импульсных источниках питания, рабочая частота которых выше 100 кГц. На высоких частотах ESR их очень мал.

Недостатки танталовых конденсаторов.

Особенностью танталовых конденсаторов является то, что пентаоксид тантала имеет аморфную структуру и не проводит ток. Но, вот кристаллический Ta2O5 является прекрасным проводником. Под действием внешней температуры и высокого напряжения в диэлектрике образуются участки с кристаллическим Ta2O5. Это приводит к резкому возрастанию токов утечки и пробою.

При малых областях кристаллизации Ta2O5 может проявляться эффект восстановления. Возросший ток через область пробоя вызывает сильный нагрев и, как следствие, химические реакции в структуре твёрдого электролита MnO2. В результате нескольких преобразований образуется непроводящий оксид марганца (MnO). Таким образом, место пробоя «закрывается» непроводящим ток оксидом.

Дефект конденсатора может быть вызван не только эксплуатацией в жёстких условиях.

Также причиной пробоя могут быть:

  • Механические повреждения диэлектрика при производстве, например, при ударе и вибрациях;

  • Повреждение слоя диэлектрика при формировании твёрдого электролита. Так как в результате формирования электролита происходит химическая реакция с выделением тепла и газа, то из-за этого может быть повреждён диэлектрик.

  • Любой, даже самый чистый материал имеет включения и загрязнения. Так и танталовый порошок имеет загрязнения в виде примесей: железа, кальция, углерода и т.д. Если слой диэлектрика будет слишком тонкий, чтобы покрыть участки загрязнения, то в месте присутствия примесей образуется утечка и пробой.

  • Наличие вкраплений кристаллического оксида тантала, которые могут образоваться в процессе производства или быть результатом некачественного сырья.

При пайке методом оплавления, который применяется на массовом производстве, наблюдается так называемая «газация» танталовых чип-конденсаторов. Дело в том, что при их неправильном хранении или из-за низкого качества самих изделий, конденсаторы впитывают влагу. Это приводит к тому, что при нагреве влага превращается в пар и вырывается наружу. Это приводит к повреждению корпуса и смещению рядом установленных компонентов.

Особенности применения танталовых конденсаторов.

В настоящее время в широкой продаже имеются танталовые конденсаторы на номинальное напряжение до 75V. Как оказалось, танталовые конденсаторы очень чувствительны к превышению номинального напряжения. Наблюдения показали, что если снизить рабочее напряжение на 50%, то показатель отказов снижается на 5%. Именно поэтому их рекомендуют использовать в схемах, где рабочее напряжение ниже номинального напряжения.

Обычно танталовые конденсаторы встречаются на печатных платах в виде SMD-элементов жёлто-оранжевого цвета. Несмотря на свои скромные размеры, они обладают ёмкостью в несколько десятков – сотен микрофарад и рассчитаны на рабочее напряжение от 4 до 75 вольт. Со стороны плюсового вывода на их корпус наносится полоса.

Танталовые конденсаторы для монтажа в отверстия обычно имеют каплевидную форму, покрыты жёлто-оранжевым компаундом и имеют со стороны плюсового вывода метку в виде линии.

Маркировка танталовых конденсаторов похожа на маркировку керамических. Ёмкость указывается тремя цифрами, последняя указывает на количество нулей. Таким образом, запись 226 говорит нам о том, что ёмкость равна 22 000 000 пикофарад = 22 000 нанофарад = 22 микрофарады. Номинальное напряжение (Rated Voltage) указывается ниже. Далее на фото видно, что номинальное напряжение конденсатора равно 35 вольтам (надпись 35).

На некоторых конденсаторах маркировка иная. После числового значения ёмкости ставится буква µ (микро), а после номинального напряжения конденсатора указывается буква V.

На фото показан танталовый конденсатор ёмкостью 10 мкФ и номинальное напряжение 16V.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Танталовые конденсаторы емкостью от 4,7 до 470мкФ SMD маркировка AVX, Kemet, Vishay

Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Цены в формате  . pdf,  .xls Купить
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить

Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 2000 штук танталовых конденсаторов A и B case.
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 500 штук танталовых конденсаторов C и D case.
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 500 штук танталовых конденсаторов серии T491 фирмы Kemet и по 400 штук других производителей.

Соответствие размеров X case конденсаторов производства Kemet, размерам E case прочих производителей

Размеры корпусов танталовых чип конденсаторов


Маркировка корпуса

Типоразмер
(inch)

EIA код

L

W

H

s

m

a(min)

k

J case060316081,6 ± 0,30,8 ± 0,10,8 ± 0,10,6 ± 0,10,3 ± 0,15 
M case060316081,6 ± 0,10,85 ± 0,10,8 ± 0,10,55 ± 0,10,5 ± 0,1
R case 080520122,0 ± 0,21,25 ± 0,2 0,95 ± 0,10,9 ± 0,10,5 ± 0,10,3
P case080520122,0 ± 0,21,25 ± 0,2 1,2 ± 0,1 0,9 ± 0,10,5 ± 0,10,3
A case120632163,2 ± 0,21,6 ± 0,21,6 ± 0,21,2 ± 0,10,8 ± 0,30,80,9 ± 0,2 
B case141135283,5 ± 0,22,8 ± 0,21,9 ± 0,22,2 ± 0,10,8 ± 0,31,11,1 ± 0,2 
C case231260326,0 ± 0,33,2 ± 0,32,5 ± 0,32,2 ± 0,11,3 ± 0,32,51,4 ± 0,2 
V case28247342-207,3 ± 0,34,3 ± 0,32,0 ± 0,32,4 ± 0,11,3 ± 0,33,8
D case281673437,3 ± 0,34,3 ± 0,32,8 ± 0,32,4 ± 0,11,3 ± 0,3 3,81,5 ± 0,2 
E case28167343H7,3 ± 0,34,3 ± 0,34,0 ± 0,32,4 ± 0,11,3 ± 0,3 3,81,5 ± 0,2

Маркировка емкости состоит из 3-х знаков, где последняя цифра обозначает количество нулей в номинале, измеряемом в пикофарадах. На все типоразмеры наносится маркировка емкости, а на типоразмеры B, C, D — маркировка рабочего напряжения.

Маркировка напряжений танталовых чип конденсаторов

МаркировкаGJACDEWT
Напряжение, В46,310162025355

Максимальный ток (Max. RIPPLE) танталовых чип конденсаторов в корпусе D-case

Max. RIPPLE  100kHz (А)
НоминалVISHAY серия 293DKEMET серия T491D
10мкФ ± 20% 35B0. 430.387
10мкФ ± 10% 50B0.450.433
15мкФ ±20% 35B0.460.433
22мкФ ±10% 25B0.460.433
22мкФ ±20% 35B0.520.463
33мкФ ±10% 25B0.460.463
33мкФ ±20% 35B0.460.5
47мкФ ±20% 16B0.460.433
47мкФ ±20% 20B0.460.463
47мкФ ±20% 25B0.460.463
68мкФ ±20% 16B0.500.463
68мкФ ±10% 20B0. 460.463
100мкФ ±20% 16B0.500.463
100мкФ ±20% 20В0.500.408
330мкФ ±20% 6,3 0.500.612
330мкФ ±20% 10B0.570.548
470мкФ ±20% 6,3В0.550.612
О выборе рабочего напряжения танталовых конденсаторов

Диапазон номинальных ёмкостей танталовых конденсаторов 2,2 мкФ…470 мкФ, ряд Е6

Номинальные напряжения танталовых конденсаторов 4 В, 6,3 В,10 В, 16 В, 20 В, 25 В, 35 В, 50 В

Допустимые отклонения ёмкости танталового конденсатора 10 и 20%

Полное сопротивление при F= 100 кГц 0,7…25 Ом

Тангенс угла диэл. потерь, не более 0,06…0,08

Ток утечки 0,4…4 мкА (0,008*CV), но не менее 0,4 мкА

Диапазон рабочих температур танталовых конденсаторов -55…+85°С

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов VISHAY SPRAGUE, серия 293D

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов KEMET, серия T491, R, S. T, U, W, V — Case

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов KEMET, серия T491, A, B, C, D, E, M, S, T, U, V, W, X — Case

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов NEC ELECTRONICS

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов AVX, серия TAJ

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов PANASONIC (MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL), серия ECST1

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов EPCOS AG (SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS), серия B45198

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов SAMSUNG ELECTRONICS

Технические характеристики и маркировка танталовых конденсаторов HITACHI AIC

Танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа инкапсулированы в корпус из эпоксидной смолы. Анод конденсатора изготовлен из спеченного танталового порошка, твердый (сухой) полупроводник — окисел марганца используется для формирования электролита, он же собственно и является катодом, электрическое подключения к которому обеспечивает покрытие из серебра. Конденсаторы имеющие такую конструкцию называются Solid Tantalum Capacitors. Танталовые конденсаторы имеют высокую надежность, наработка на отказ составляет свыше 500 000 часов. Низкую собственную индуктивность, малый ток утечки и тангенс угла потерь в диэлектрике. Стабильность параметров в широком температурном диапазоне -55С… +85С. Отличают танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа с малым значением эквивалентного последовательного сопротивления — Low ESR танталовые конденсаторы. Низкое последовательное сопротивление позволяет работать с большим током пульсаций. Не так давно созданы Ultra Low ESR полимерные алюминиевые конденсаторы. При цене, сравнимой с танталовыми, имеют значение ESR меньшее в разы. Выпускаются в типоразмерах танталовых конденсаторов, в частности, в низкопрофильном D case — толщиной 1,8мм. Использования танталового порошка при изготовление конденсаторов определяет их достаточно высокую цену. В большинстве случаев танталовые электролитические конденсаторы могут быть с успехом заменены на неполярные многослойные керамические конденсаторы большой емкости. При меньшей цене керамические конденсаторы имеют лучшие значения последовательного сопротивления для больших частот, меньший ток утечки, и это позволяет использовать конденсаторы меньшей емкости в высокочастотных цепях. Для низкочастотных применений, где максимальных значений емкости танталовых конденсаторов недостаточно, выпускаются электролитические алюминиевые конденсаторы для поверхностного монтажа с жидким диэлектриком. В таком же исполнение выпускаются алюминиевые конденсаторы в которых сухой органический полимер используется в качестве электролита. Последние имеют низкий ESR и могут работать с большими токами пульсаций.

Производитель — NEC, AVX, KEMET, SPRAGUE, EPCOS, PANASONIC, SAMSUNG, HITACHI.

Корзина

Корзина пуста

Танталовые конденсаторы с оксидным диэлектриком / Конденсаторы / Продукция / Гириконд

 

 

Танталовые конденсаторы, которые относятся к классу конденсаторов с оксидным диэлектриком, характеризуются наиболее высокими удельным зарядом и удельной емкостью, большими значениями единичной емкости, однако, имеют ограничения по максимальному значению номинального напряжения и при прочих равных условиях имеют более высокую цену. 

АО «НИИ «Гириконд» разрабатывает и производит широкую номенклатуру как оксидно-электролитических, так и оксидно-полупроводниковых танталовых конденсаторов.

  Диапазон емкостей: от 0,033 до 22000 мкФ
      Диапазон напряжений: от 3,2 до 125 В

 

Тип

Назначение

Номинальное
напряжение Uном, В

Номинальная
емкость Сном, мкФ

Танталовые оксидно-электролитические

К52-23- расширение шкалы типономиналов

Энергоемкие

10 . .. 125 

220 … 22000

Танталовые оксидно-полупроводниковые

К53-46
К53-46 ОСМ

Общего назначения

3,2 …50

0,033 … 100

К53-56
К53-56 ОСМ

3,2 …50

0,1 … 100

К53-56А
К53-56А ОСМ

4,0 … 50

0,1 … 330

К53-67

4,0 … 50

0,1 … 680

 

АО Элеконд

По сравнению с электролитическими, оксидно-полупроводниковые конденсаторы имеют заметно меньшее изменение электропараметров при хранении и требуют небольшого времени тренировки. Кроме этого, они допускают работу при напряжениях значительно ниже номинального значения, а это позволяет увеличивать их срок минимальной наработки.

Применяются в продукции специального назначения, бортовой и наземной аппаратуре связи, приборах, работающих в жёстких климатических условиях и при повышенных механических нагрузках.

Диапазон рабочих температур от -60 °С до +85 °С, от -60 °С до +125 °С, от -60 °С до +175 °С.

Оксидно-полупроводниковые конденсаторы, по отношению к другим типам конденсаторов с оксидным диэлектриком, обладают высокой величиной наработки.

Для увеличения срока минимальной наработки рекомендуется конденсаторы этой серии отделять от источников питания сопротивлением не менее 3 Ом на 1 вольт рабочего напряжения.

Основные элементы танталового оксидно-полупроводникового конденсатора.

  • объёмно-пористый анод, изготовленный из танталового порошка
  • пятиокись тантала, сформованная на поверхности анода электрохимическим способом, она служит диэлектриком
  • двуокись марганца, твёрдый полупроводник, полученный методом пиролитического разложения нитрата марганца, служит катодом.

На двуокись марганца наносятся слои углерода, серебряной пасты. Они необходимы для обеспечения заданных значений tg и Z за счёт создания омических контактов между анодом, катодом и технологическими выводами конденсатора.

К53-1А

Герметичные конденсаторы, отличающиеся высокой надёжностью.

К53-82

Конденсаторы полярные, постоянной ёмкости, предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока и в импульсных режимах. По конструктивному исполнению конденсаторы аналогичны конденсаторам К53-1А, К53-4, К53-52, К53-66, герметичные, в корпусе цилиндрической формы с аксиальными проволочными выводами. Изделия имеют шкалу номинального напряжения от 6,3 В до 40 В и ёмкости от 0.033 мкФ до 1 000 мкФ. Диапазон температур среды от -60°С до 125°С

К53-66

Танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы в герметичном цилиндрическом стальном корпусе. Благодаря использованию высокоёмких танталовых порошков, конденсаторы имеют меньшие, по сравнению с отечественными аналогами, габаритные размеры.

К53-7

Герметичные неполярные оксидно-полупроводниковые конденсаторы.

К53-65

Конденсаторы в пластмассовом корпусе, опрессованного исполнения. Имеет защищённую конструкцию, низкое полное сопротивление, малые токи утечки. Изделия предназначены для использования в электронной аппаратуре специального и гражданского назначения, которая критична к массо-габаритным показателям.

К53-68

Конденсаторы в пластмассовом корпусе опрессованного исполнения. Данные конденсаторы изготавливаются в двух исполнениях: стандартном и низкопрофильном. Высота корпуса конденсатора низкопрофильного исполнения не превышает 2.2 мм. Конденсаторы К53-68 имеют повышенную ударопрочность (40 000 g — для одиночных ударов), высокую стойкость к воздействию спецфакторов. Изделия могут применяться в различных видах спецтехники, а также продукции гражданского назначения.

К53-69

Конденсаторы полярные, постоянной ёмкости. Предназначены для поверхностного монтажа в цепях постоянного, пульсирующего токов и в импульсном режиме. Изготавливаются в климатическом исполнении В

К53-71

Оксидно-полупроводниковые полимерные танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа. Значения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов в 9-10 раз ниже, чем у конденсаторов стандартных серий с применением катодного материала MgO2, и менее подвержены воспламенению и горению при выходе из строя.

К53-72

Танталовые конденсаторы с ультранизкими значениями ЭПС. В Изделиях использована мультианодная технология (соединение нескольких параллельных анодов). Конденсаторы имеют: расширенную шкалу емкостей от 22 мкФ до 1 500 мкФ; температурный диапазон от -60 °С до +125 °С; высокий допустимый ток пульсаций от 1. 3 А до 2.2 А; стабильные температурные и частотные характеристики.

К53-74

Оксидно-полупроводниковые полимерные многосекционные танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа. Разработаны на основе комбинации двух технологий — мультианодной и полимерной. Имеют сверхнизкие значения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Менее подвержены воспламенению и горению при выходе из строя.

К53-77

Конденсаторы полярные, постоянной ёмкости. Предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего тока и в импульсном режиме. Изготавливают в едином исполнении, пригодном для ручной и автоматизированной сборки.

К53-78

Конденсаторы полярные, постоянной ёмкости. Предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего тока и в импульсном режиме. Изготавливают в едином исполнении, пригодном для ручной и автоматизированной сборки.

К53-79

Полярные чип-конструкции постоянной ёмкости. Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов и в импульсном режиме. Конденсаторы разрабатываются в виде прямоугольной конструкции для внутреннего монтажа с двумя выводами в виде контактных площадок.

К53-80

Полярные чип-конструкции постоянной ёмкости. Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего токов и в импульсном режиме. Конденсаторы разрабатываются в виде прямоугольной конструкции для внутреннего монтажа с двумя выводами в виде контактных площадок.

Танталовые конденсаторы электролитические — Купите по лучшей цене ➤ Доставим

Производитель: AVX

Код товара: TAJC475K035R

Код произв-ля: TAJC475K035RNJ

Конденсатор танталовый, 4, 7мкФ, 35В, SMD, Корп C, 2312, ±10%