Типы диэлектриков керамических конденсаторов: Многослойные, керамические: MLCC-конденсаторы Samsung

Содержание

Многослойные, керамические: MLCC-конденсаторы Samsung

Компания Samsung выпускает широкий спектр пассивных компонентов, в том числе – многослойные керамические конденсаторы (MLCC). Производятся конденсаторы общего, промышленного и автомобильного назначения, а также – с минимальным уровнем акустических шумов. Возможны десять конструктивных исполнений, включая конденсаторные сборки.

Корейская компания Samsung Electro-Mechanic (далее – Samsung или SEMCO) была основана в 1973 году и за более чем 40-летнюю историю превратилась в одного из лидеров в области производства пассивных компонентов. SEMCO выпускает широкую линейку многослойных керамических конденсаторов MLCC (MultiLayer Chip Capacitors), чип-индуктивностей, танталовых конденсаторов и фильтров (рисунок 1).

Рис. 1. Номенклатура пассивных компонентов Samsung Electro-Mechanic

MLCC-конденсаторы производства компании Samsung можно разделить на три большие группы:

конденсаторы общего назначения,
промышленные;
автомобильные.

При этом потребителям доступны многослойные керамические чип-конденсаторы в различных конструктивных исполнениях:

Standard & High Capacitors – стандартные и высокопрофильные конденсаторы;
Low Profile Capacitors – низкопрофильные конденсаторы;
Super Small Size Capacitors – малогабаритные конденсаторы;
High-Q Capacitors – высокодобротные конденсаторы;
Medium-High Voltage Capacitors – средне- и высоковольтные конденсаторы;

Soft-term Capacitors – конденсаторы с мягкими выводами;
Low Acoustic Noise Capacitors – конденсаторы с минимальным уровнем акустических шумов;
High Effective Capacitance Capacitors – конденсаторы c минимальным смещением DC-bias;
Low ESL Capacitors – низкоиндуктивные конденсаторы;
Array Type Capacitors – конденсаторные сборки.

MLCC: конструкция, материалы, особенности

Простейший конденсатор представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух электродов и диэлектрика между ними (рисунок 2).

Рис. 2. Простейший конденсатор

Также известно, что емкость такой системы будет прямо пропорциональна площади обкладок и диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между электродами (1):

C=ε0×εr×Sd(1)C=ε0×εr×Sd(1)

В MLCC-конденсаторах, как видно из названия (Multilayer Chip Capacitors), используется многослойная структура, состоящая из чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических пленочных электродов (рисунок 3). На краях металлические электроды объединяются с помощью торцевых никелевых выводов, которые покрываются оловом. Такая конструкция эквивалентна множеству параллельно соединенных элементарных конденсаторов. Это позволяет значительно увеличить площадь, а значит – и повысить емкость.

Рис. 3. Конструкция многослойного керамического конденсатора

Итоговая емкость MLCC будет равна сумме емкостей элементарных конденсаторов (2):

C=ε0×εr×S×(N−1)d(2)C=ε0×εr×S×(N−1)d(2)

где N – число слоев конденсатора.

Характеристики MLCC-конденсаторов во многом определяются типом используемого диэлектрика. По типу диэлектрика MLCC делят на два класса (таблица 1).

Таблица 1. Характеристики различных типов диэлектриков

Класс	Диэлектрик	Диэлектрическая проницаемость	Рабочая температура, °	Температурная погрешность
Класс 1	C0G/NP0	6…400	-55…125	0 ±30 ppm/°
Класс 2	X5R	1,000…20,000	-55…85	±15%
	X6S		-55…105	±22
	X7R		-55…125	±15%
	Y5V		-30…85	-82…22%

Класс 1 – конденсаторы с высокостабильным параэлектрическим диэлектриком, имеющим линейную температурную зависимость. Примером таких конденсаторов являются NP0 (C0G). Они применяются во времязадающих цепях и фильтрах, где основными требованиями являются малые потери и высокая стабильность емкости.

Класс 2 – конденсаторы с ферромагнитным диэлектриком с более высоким уровнем потерь и нелинейной зависимостью εr. Примерами таких конденсаторов являются X7R/X5R/Y5V/X6S MLCC. Они чаще всего используются как разделительные и блокировочные конденсаторы.

В качестве диэлектрика в конденсаторах второго типа используется BaTiO₃[5]. Данный материал имеет доменную структуру и выраженные ферромагнитные свойства. Эти особенности BaTiO₃ как раз и приводят к двум негативным последствиям: нелинейной зависимости диэлектрической проницаемости от температуры и от приложенного напряжения (эффект DC-bias).

Основные характеристики MLCC-конденсаторов

Для описания свойств MLCC-конденсаторов используется множество различных характеристик и параметров. Рассмотрим основные и наиболее важные из них.

Номинальная емкость, пФ/нФ/мкФ – это основной параметр для конденсаторов. Для NP0-конденсаторов емкость лежит в диапазоне от десятых долей пФ до десятков нФ. Для конденсаторов второго типа, например, X5R, емкость достигает сотен мкФ.

Как видно из формулы (2), величина емкости конденсатора обратно пропорциональна толщине диэлектрика. Однако толщина диэлектрика также определяет и рабочее напряжение. По этой причине конденсаторы с меньшим значением емкости, как правило, имеют большее значение рабочего напряжения и напряжения пробоя.

Рабочее напряжение, В, характеризует постоянное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору без потери его эксплуатационных свойств во всем диапазоне рабочих температур.

Не стоит путать рабочее напряжение и напряжение пробоя. MLCC-конденсаторы при определенных условиях способны выдерживать напряжения, значительно превышающие рабочие значения.

Величина напряжения пробоя зависит от множества факторов: типа диэлектрика, частоты сигнала, вида сигналов (постоянных, переменных, импульсных) и так далее. Например, на низких частотах уровень пробивного напряжения оказывается на порядок выше, чем рабочее напряжение, и практически не зависит от частоты сигнала. Пробой в данной области характеризуется пробоем диэлектрика. На высоких частотах пробой имеет электротермический характер, а значит, зависит от уровня потерь и типа диэлектрика.

Начальная точность, %, характеризует максимальное отклонение емкости от номинального значения.

Температурный коэффициент емкости TKC, 10^-6/°С. К сожалению, в MLCC величина ε_rзависит от температуры при любом типе диэлектрика (таблица 1, рисунок 4). Для конденсаторов класса 1 ε_rзависит от температуры линейно (NP0/C0G). Для конденсаторов класса 2 – нелинейно (рисунок 4). Как видно из формулы (2), это приводит к изменению емкости конденсатора. TKC характеризует изменение емкости при росте температуры на 1/°С.

Рис. 4. Температурная зависимость емкости MLCC от температуры

Помимо зависимости емкости конденсаторов от температуры, есть и другие особенности MLCC, о которых необходимо помнить.

Эффект смещения при постоянном напряжении (DC-bias) характеризует зависимость величины емкости от приложенного постоянного напряжения. Как было сказано выше, конденсаторы 2-го класса используют в качестве диэлектрика BaTiO₃, который является ферромагнетиком и имеет доменную структуру. Внутри домена все электрические диполи полярного диэлектрика сориентированы одинаково. Но направления поляризации соседних доменов могут отличаться. При приложении внешнего напряжения происходит ориентация доменов по приложенному полю.

В результате диэлектрическая проницаемость изменяется. Однако зависимость является нелинейной (рисунок 5).

Рис. 5. Зависимость емкости от приложенного постоянного напряжения

Для конденсаторов 1-го класса эффект смещения при постоянном токе отсутствует.

Эффект смещения при переменном напряжении (AC-bias). Как и в случае с DC-bias, данный эффект наблюдается только у конденсаторов класса 2 и представляет собой зависимость величины емкости от приложенного переменного напряжения (рисунок 6).

Рис. 6. Зависимость емкости от приложенного переменного напряжения

Старение. Емкость конденсаторов 2-го класса может изменяться в течение срока службы (рисунок 7). По этой причине использование таких конденсаторов для времязадающих цепей ограничено. Интересно, что если «постаревший» диэлектрик разогреть выше температуры Кюри, а затем охладить до комнатной температуры, его диэлектрическая проницаемость восстановится. Емкость конденсаторов 1-го класса практически не изменяется в течение времени.

Рис. 7. Изменение емкости конденсаторов с течением времени

К сожалению, MLCC-конденсаторы не являются идеальными компонентами и имеют целый ряд паразитных параметров.

Эквивалентная схема, паразитные компоненты и частотные параметры конденсаторов

Эквивалентная схема конденсатора, помимо полезной емкости С, содержит несколько паразитных компонентов (рисунок 8).

Рис. 8. Эквивалентная схема конденсатора

Параллельное сопротивление (Rp) характеризует сопротивление поверхности конденсатора и сопротивление самого диэлектрика. Rp также определяет поляризационные потери в переменных электрических полях и явление саморазряда конденсатора. Значение Rp для керамических конденсаторов велико на низких частотах, но с ростом частоты снижается.

Последовательное сопротивление (Rs) характеризует сопротивление контактов и выводов компонента. До нескольких десятков МГц величина последовательного сопротивления уменьшается (рисунок 9). На высоких частотах начинает проявляться скин-эффект, и величина сопротивления возрастает.

Рис. 9. Частотная зависимость импеданса керамического конденсатора

Последовательная индуктивность (L) определяется индуктивностью внутренних и внешних выводов конденсатора. Вклад последовательной индуктивности в общий импеданс конденсатора растет с ростом частоты. Выше резонансной частоты конденсатор, по сути, начинает вести себя как индуктивность (рисунок 9).

Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Потери в конденсаторе характеризуют с помощью tgδ, который определяет отношение между активной и реактивной составляющей импеданса конденсатора. Зависимость tgδ имеет резонансную частоту.

Из-за потерь мощности при работе с переменным напряжением возникает разогрев конденсатора, что может привести к его тепловому разрушению.

Для минимизации паразитных параметров и улучшения характеристик конденсаторов используют различные конструктивные решения. Часть из них будет рассмотрена при обзоре MLCC-конденсаторов производства компании Samsung.

Конденсаторы общего применения от Samsung

Samsung предлагает несколько семейств конденсаторов общего назначения. Дадим краткую характеристику каждому из них.

Standard & High Capacitors – стандартные и высокопрофильные конденсаторы общего назначения. Самая многочисленная группа конденсаторов (таблица 2):

типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 2220;
виды диэлектрика: C0G, X5R, X7R, X6S;
широкий диапазон номиналов: 0,2 пФ… 220 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 2,5…50 В;
высота корпуса: 0,55…3,2 мм.

Таблица 2. Характеристики стандартных и высокопрофильных конденсаторов общего назначения

Параметр	C0G	X5R	X6S	X7R
Типоразмеры	0402, 0603, 0805, 1206, 1210	0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2220	0402, 0603, 0805, 1206, 1210	0402, 0603, 0805, 1206, 1210
Рабочее напряжение, В	10…50	4…50	2,5…25	6,3…50
Емкость	0,2 пФ…10 нФ	1 нФ…220 мкФ	100 нФ…47 мкФ	150 пФ…47 мкФ

В данной группе объединены конденсаторы, которые можно считать «рабочими лошадками» коммерческих приложений. Они применяются в бытовой технике, мобильных телефонах, компьютерной технике и так далее.

Low Profile Capacitors – низкопрофильные конденсаторы общего назначения, отличающиеся минимальной высотой корпуса. Конденсаторы этой группы имеют следующие характеристики:

типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
виды диэлектрика: X5R, X6S;
широкий диапазон номиналов: 220 нФ…47 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 2,5…25 В;
высота корпуса: 0,11…2,2 мм.

Низкопрофильные конденсаторы Samsung выпускаются только с диэлектриками X5R и X6S (таблица 3). Стоит также отметить, что рабочее напряжение для низкопрофильных конденсаторов не превышает 25 В.

Таблица 3. Характеристики низкопрофильных конденсаторов общего назначения

Параметр	X5R	X6S
Типоразмеры	0402, 0603, 0805, 1206, 1210	0402, 0805, 1206
Рабочее напряжение, В	4…50	2,5…25
Емкость	220 нФ…47 мкФ	1 мк…22 мкФ

Конденсаторы из этой группы разработаны специально для низкопрофильных приложений: смартфонов, планшетов, умных часов, гибридных микросхем (SIP) и других устройств, в которых есть жесткие ограничения на высоту компонентов.

Super Small Size Capacitors – малогабаритные конденсаторы общего назначения, главной отличительной чертой которых, как следует из названия, являются компактные размеры, а также – малое последовательное сопротивление. В данную группу входят конденсаторы со следующими характеристиками (таблица 4):

типоразмеры: 01005, 0201;
виды диэлектрика: C0G, X5R, X7R, X6S;
широкий диапазон номиналов: 0,2 пФ…2,2 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 2,5…50 В;
высота корпуса: 0,22…0,39 мм.

Таблица 4. Характеристики малогабаритных конденсаторов общего назначения

Параметр	C0G	X5R	X6S	X7R
Типоразмеры	01005, 0201	01005, 0201	01005, 0201	01005, 0201
Рабочее напряжение, В	6,3…50	4…25	2,5…6,3	6,3…50
Емкость	0,2…100 пФ	220 пФ…2,2 мкФ	2,2 нФ…1 мкФ	100 пФ…10 нФ

Малогабаритные конденсаторы были разработаны в первую очередь для ВЧ-приложений, а также для приложений, в которых необходимо обеспечивать высокую емкость при сохранении минимальных габаритов: радиопередатчиков, планшетов, смартфонов, жестких дисков и прочего.

High-Q Capacitors – конденсаторы общего назначения, отличающиеся повышенным значением добротности и минимальным последовательным сопротивлением на высоких частотах. Эти качества позволяют добиваться минимальных потерь. Конденсаторы этой группы являются идеальным выбором для ВЧ-приложений: GPS, Bluetooth, радиопередатчиков субгигагерцевого диапазона и так далее.

Конденсаторы High-Q выпускаются только с диэлектриком C0G (таблица 5).

Таблица 5. Характеристики высокодобротных конденсаторов общего назначения

Параметр	C0G
Типоразмеры	01005, 0201
Рабочее напряжение, В	16…50
Емкость, пФ	0,2…33

Medium-High Voltage Capacitors – семейство средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения, которые отличаются рейтингом напряжения 100…3000 В. Данные конденсаторы предназначены для импульсных источников питания, снабберных цепей, балластных схем, входных фильтров и так далее.

Для получения высокого рейтинга напряжения необходимо в первую очередь устранить возможность пробоя. Для этого следует увеличить толщину диэлектрика и расстояние между внутренними электродами (рисунок 10).

Рис. 10. Конструкция высоковольтных конденсаторов

Высоковольтные конденсаторы имеют следующие характеристики (таблица 6):

типоразмеры: 01005, 0201;
виды диэлектрика: C0G;
широкий диапазон номиналов: 0,2…33 пФ;
диапазон рабочих напряжений: 16…50 В;
Высота корпуса: 0,55…2,7 мм.

Таблица 6. Характеристики средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения

Параметр	C0G	X7R
Типоразмеры	0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 1812, 2220	0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 1812, 2220
Рабочее напряжение, В	100…3000	100…2000
Емкость	1,8 пФ…22 нФ	100 пФ…820 нФ

Soft-term Capacitors – конденсаторы с мягкими выводами, необходимые в случаях, когда требуется высокая устойчивость к механическим воздействиям, возникающим при изгибе платы в процессе эксплуатации.

Требования и методы испытаний устойчивости конденсаторов к изгибам подложки описаны в трех основных документах:

IEC 60384-1:2001 Fixed capacitors for use in electronic equipment Part 1: Generic Specification section. Данный стандарт устанавливает требования к конденсаторам и ссылается на методы проведения испытания по стандарту IEC 60068-2-21;
IEC 60068-2-21, в котором описана методика испытаний на изгиб, в частности, п. 8 Test Ue: robustness of terminations for SMD in the mounted state;
AEC-Q200-005, Board Flex / Terminal Bond Strength Test – автомобильный стандарт, который требует, чтобы все конденсаторыдля автомобильных приложений, кроме конденсаторов класса 1, выдерживали тестовый изгиб 2 мм, а конденсаторы класса 1 – выдерживали изгиб 3 мм.

Как показывает практика, даже незначительные изгибы могут привести к появлению трещин и выходу компонентов из строя. На рисунке 11 показан пример результатов испытаний на деформацию. В данном случае уже при изгибе 2 мм стандартные конденсаторы начали выходить из строя. Практически 100% образцов были разрушены при изгибе 5 мм. Для улучшения устойчивости к механическим воздействиям были разработаны конденсаторы с мягкими выводами.

Рис. 11.Тестирование конденсаторов на устойчивость к механическим воздействиям

В структуре конденсаторов с мягкими выводами между внутренними и внешними электродами помещен слой эластичного проводящего компаунда (рисунок 12), который демпфирует деформации и значительно повышает живучесть компонентов (рисунок 11). Компания Samsung выпускает конденсаторы с гибкими выводами, позволяющими выдерживать изгибы 2, 3 и 5 мм – промышленные конденсаторы Z4J и автомобильные конденсаторы XPJ.

Рис. 12. Структура Soft-term-конденсаторов с мягкими выводами

Конденсаторы общего назначения с мягкими выводами имеют следующие характеристики (таблица 7):

типоразмеры: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
виды диэлектрика: X5R, X7R;
широкий диапазон номиналов: 1нф…10 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 6,3…350 В;
высота корпуса: 0,33…2,7 мм.

Таблица 7. Характеристики конденсаторов с мягкими выводами

Параметр	X5R	X7R
Типоразмеры	0201, 0402, 0603, 1206	0805, 1206, 1210
Рабочее напряжение, В	6,3…25	25…350
Емкость	100 нФ…22 мкФ	1 нФ…10 мкФ

В настоящее время конденсаторы с мягкими выводами применяются в сотовых телефонах, планшетах, жестких дисках, ноутбуках и так далее.

Low Acoustic Noise Capacitors – конденсаторы общего назначения с минимальным уровнем акустических шумов. Как было сказано выше, конденсаторы 2-го класса используют в качестве диэлектрика BaTiO₃, который является ферромагнетиком и имеет доменную структуру. При приложении внешнего напряжения происходит ориентация доменов по приложенному полю. Вращение доменов приводит к механическим колебаниям. Частота этих механических колебаний соответствует скорости заряда-разряда конденсатора. В случае больших частот они не будут слышны человеческим ухом. Однако вибрации, передаваясь на печатную плату, могут вызвать резонанс в слышимом диапазоне.

Чтобы избавиться от неприятного звука, компания Samsung предлагает конденсаторы серий T-HMC и LP T-HMC с увеличенной толщиной подложки, которая не позволяет колебаниям передаваться на плату (рисунок 13).

Рис. 13. Структура конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов

Данная группа конденсаторов характеризуется следующими свойствами (таблица 8):

типоразмеры: 0402, 0603, 0805;
виды диэлектрика: X5R;
широкий диапазон номиналов: 2,2…47 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 6,3…25 В;
высота корпуса: 0,65…1,25 мм.

Таблица 8. Характеристики конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов

Параметр	X5R (T-HMC)	X5R (LP T-HMC)
Типоразмеры	0402, 0603, 0805	0402, 0603
Рабочее напряжение, В	6,3…25	6,3…10
Емкость, мкФ	2,2…47	10…22

High Effective Capacitance Capacitors – конденсаторы общего назначения с минимальным эффектом смещения при постоянном напряжении и минимальном старении. По сравнению со стандартными конденсаторами величина изменения емкости для них оказывается на 20% меньше (рисунок 14).

Рис. 14. Сравнение конденсаторов по смещению емкости при постоянном напряжении

Конденсаторы этой группы имеют следующие характеристики (таблица 9):

типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
виды диэлектрика: X5R, X6S, X7R;
широкий диапазон номиналов: 680 нФ…22 мкФ;
диапазон рабочих напряжений: 4…50 В;
высота корпуса: 0,9…2,7 мм.

Таблица 9. Характеристики конденсаторов с минимальным эффектом DC-bias

Параметр	X5R	X6S	X7R
Типоразмеры	0402, 0603, 0805, 1206	0402, 0603, 1206	0805, 1206, 1210
Рабочее напряжение, В	4…25	6,3…25	10…50
Емкость, мкФ	0,68…22 мкФ	4,7…22	1…10

Low ESL Capacitors – низкоиндуктивные конденсаторы общего назначения. Как было показано выше, паразитная индуктивность приводит к тому, что на высоких частотах конденсатор теряет емкостные свойства и начинает вести себя как индуктивность. Таким образом, минимизация индуктивной составляющей – это одна из основных задач при создании конденсаторов.

Компания Samsung предлагает несколько вариантов низкоиндуктивных конденсаторов (рисунок 15):

Рис. 15. Конструкция низкоиндуктивных конденсаторов общего назначения

конденсаторы с обратной геометрией, в которых ширина выводов оказывается больше длины конденсатора. В таких компонентах индуктивность выводов меньше, чем у стандартных MLCC;
конденсаторы 3T-CAP, в которых вместо одного контура используются сразу два встречных контура протекания тока;
конденсаторы VLC, которые имеют укороченный путь протекания тока.

Низкоиндуктивные конденсаторы общего назначения производства компании Samsung имеют рабочее напряжение до 25 В (таблица 10). Они используются в высокочастотных схемах, в графических процессорах, применяются с высокоскоростными микроконтроллерами и процессорами.

Таблица 10. Характеристики низкоиндуктивных конденсаторов общего назначения

Параметр	LICC	3T	VLC
Диэлектрик	X5R, X7T, X7S, X6S	X5R	X5R
Типоразмеры	0204, 0304, 0306	0402, 0503	0805
Рабочее напряжение, В	2,5…25	4	4
Емкость, мкФ	0,1…4,3	4,3/22	47

Конденсаторные сборки Samsung общего применения

Конденсаторные сборки дают сразу несколько преимуществ по сравнению с использованием дискретных конденсаторов. Во-первых, они позволяют сократить площадь, занимаемую на печатной плате, более чем на 50%. Во-вторых, с их помощью удается снизить трудоемкость при монтаже, так как вместо нескольких дискретных конденсаторов можно установить единственную сдвоенную или счетверенную сборку. В-третьих, сокращение площади приводит к уменьшению стоимости печатной платы.

В настоящее время компания Samsung выпускает почти четыре десятка конденсаторных сборок общего назначения. Среди них :

сдвоенные с типоразмерами 0302, 0504, 0805
счетверенные с типоразмерами 0805, 1206;
с различными типами диэлектрика: C0G, X5R, X7R;
с широким диапазоном номиналов: 10 пФ…2,2 мкФ;
с рабочими напряжениями: 4…50 В;
с высотой корпуса 0,4…1 мм.

Для заказа конденсаторов и сборок Samsung общего назначения используется 11-позиционное обозначение, которое включает информацию о серии, типоразмере, диэлектрике, емкости, точности, рабочем напряжении, высоте, конструкции, типе конденсатора, виде упаковки (таблица 11).

Таблица 11. Обозначение конденсаторов общего назначения

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
CL	10	A	106	M	Q	8	N	N	N	C
Серия	Типоразмер	Диэлектрик	Емкость	Точность	Uраб	Высота	Конструкция	Тип	Резерв	Упаковка

Серия. Все конденсаторы Samsung имеют обозначение CL.

Типоразмер. Код типоразмера состоит из двух цифр (таблица 12). Компания Samsung предлагает конденсаторы всех наиболее популярных типоразмеров.

Таблица 12. Кодирование типоразмера конденсаторов Samsung

Код	Типоразмер, дюйм/мм
02	01005/0402
03	0201/0603
05	0402/1005
10	0603/1608
21	0805/2012
31	1206/3216
32	1210/3225
42	1808/4520
43	1812/4532
55	2220/5750

Диэлектрик. Тип диэлектрика кодируется одной литерой (таблица 13). Каждый диэлектрик имеет конкретные значения ТКС и определенный диапазон рабочих температур.

Таблица 13. Кодирование и характеристики диэлектрика конденсаторов Samsung

Код	Диэлектрик	Диапазон температур, °	TKC, ppm /°
C	C0G	-55…125	±30
A	X5R	-55…85	±15
B	X7R	-55…125	±15
X	X6S	-55…105	±22
F	Y5V	-30…85	-82…22
Y	X7S	-55…125	±22
Z	X7T	-55…125	-33…22

Емкость. Величина емкости кодируется тремя цифрами. Первые две цифры определяют множитель, а последняя – степень десяти. Например, 226 означает 22·10⁶ = 22 000 000 пФ = 22 мкФ.

Точность. Отклонение емкости кодируется одной литерой (таблица 14). Погрешность может указываться как в пФ, так и в процентах от номинала.

Таблица 14. Кодирование емкости Samsung

Код	Точность
N	±0,03 пФ
A	±0,05 пФ
B	±0,1 пФ
C	±0,25 пФ
H	?0,25 пФ
L	?0,25 пФ
D	±0,5 пФ
F	±1 пФ
F*	±1%
G	±2%
J	±5%
U	?5%
V	?5%
K	±10%
M	±20%
Z	-20, +80%

Рейтинг рабочего напряжения кодируется одной литерой и для конденсаторов общего назначения составляет 2,5…3000 В (таблица 15).

Таблица 15. Кодирование рейтинга напряжения конденсаторов Samsung

Код	Рабочее напряжение, В DC
S	2,5
R	4,0
Q	6,3
P	10
O	16
A	25
L	35
B	50
C	100
D	200
E	250
G	500
H	630
I	1000
J	2000
K	3000

Высота корпуса. Как правило, для каждого типоразмера есть несколько исполнений с различной высотой корпуса (таблица 16).

Таблица 16. Код высоты корпуса конденсаторов Samsung

Код	Типоразмер, дюйм/мм	Высота, мм
2	01005/0402	0,2
3	0201/0603	0,3
3	0402/1005	0,3
5	0402/1005	0,5
5	0603/1608	0,5
8	0603/1608	0,8
A	0805/2012	0,65
C		0,85
C		0,85
M		1,15
F		1,25
Q		1,25
Y		1,25
C	1206/3216	0,85
C		0,85
E		1,1
E		1,1
P		1,15
M		1,15
F		1,25
H		1,6
C	1210/3225	0,85
9		0,9
F		1,25
S		1,35
H		1,6
U		1,8
I		2
J		2,5
V		2,5
F	1808/4520	1,25
G		1,4
I		2
F	1812/4532	1,25
H		1,6
I		2
J		2,5
L		3,2
H	2220/5750	1,6
I		2
J		2,5
L		3,2

Конструкция. Как было сказано выше, Samsung выпускает стандартные и низкопрофильные конденсаторы с жесткими и мягкими выводами. Кодирование вариантов конструкции производится одной литерой (таблица 17).

Таблица 17. Кодирование типа конструкции конденсаторов Samsung

Код	Тип	Материалы
Код	Тип	Внутренний электрод	Внешние выводы	Покрытие выводов
N	Норма	Ni	Cu	Ni/Sn
G	Норма	Cu	Cu	Ni/Sn
S	Норма	Ni	Мягкие выводы	Ni/Sn
L	Низкопрофильный	Ni	Cu	Ni/Sn
Y	Низкопрофильный	Ni	Мягкие выводы	Ni/Sn
Z	Норма	Ni	Мягкие выводы	Ni/Sn
F	Низкопрофильный	Ni	Мягкие выводы	Ni/Sn

Тип элемента или допуск размеров. Данное буквенное поле может кодировать либо тип элемента (таблица 18), либо допуски на размеры корпуса (таблица 19).

Таблица 18. Кодирование типа элемента

Код	Тип
N	Стандарт
A	Сборка (2 элемента)
B	Сборка (4 элемента)
L	Низкоиндуктивный LICC
J	Низкоиндуктивный SLIC

Таблица 19. Кодирование допусков на размеры корпуса

Код	01005(0402)	0201(0603)	0402 (1005)	0603 (1608)	0805 (2012)	1206 (3216)
S	±0,03	±0,05	±0,07	±0,07	–	±0,30
Q	±0,05	±0,07	±0,10	±0,15	±0,15	–
R	±0,07	±0,09	±0,15	±0,20	±0,20	–
U	±0,09	–	±0,20	±0,25	±0,25	–
Z	–	–	±0,40	±0,30	±0,30	–
9	–	–	±0,30	–	–	–

Упаковка. Последняя позиция кодирует тип упаковки.

Конденсаторы Samsung для промышленных приложений

Компания Samsung выпускает широкий спектр конденсаторов для промышленных приложений. Для их заказа также используется 11-позиционное обозначение (таблица 20). Главным отличием от наименования конденсаторов общего назначения является использование позиций 8, 9, 10 для кодирования названия серии.

Таблица 20. Обозначение конденсаторов промышленного назначения

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
CL	32	B	106	K	A	J	N	N	W	E
Серия	Типоразмер	Диэлектрик	Емкость	Точность	Uраб	Высота	Серия			Упаковка

Samsung предлагает разработчикам 14 семейств промышленных конденсаторов с различными типами выводов, в том числе с мягкими и усиленными (таблица 21). Все промышленные конденсаторы Samsung проходят дополнительный выходной контроль и тест HALT (Highly accelerated lifetesting). Тестирование HALT позволяет быстро оценить срок безотказной службы конденсаторов за счет испытаний при повышенных напряжениях и температурах.

Таблица 21. Серии промышленных конденсаторов Samsung

Код семейства (8-9-10)	Тип выводов	Краткая характеристика
NNW	Стандартные выводы	Стандартные промышленные конденсаторы
NFN, GQW/GNW		Промышленные высокодобротные конденсаторы для мощных приложений
N3W		Промышленные конденсаторы с минимизированным смещением DC-bias
ZW6/SW6	Мягкие выводы	Промышленные конденсаторы с мягкими выводами (3 мм)
ZNW/SNW		Промышленные конденсаторы с мягкими выводами
ZFN/SFN/YFN		Промышленные высокодобротные конденсаторы с мягкими выводами для мощных приложений
Z46	Усиленные мягкие выводы	Промышленные конденсаторы с усиленными мягкими выводами (3 мм)
Z4J	Усиленные мягкие выводы	Промышленные конденсаторы с усиленными мягкими выводами (5 мм)

Дадим краткую характеристику каждой группе семейств (таблица 22).

Таблица 22. Характеристики промышленных конденсаторов Samsung

Наименование	Параметр
Наименование	Емкость	Диэлектрик	Типоразмеры	Рабочее напряжение, В
NNW	0,1 пФ…100 мкФ	C0G/X5R/X7R	0201, 0402,0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 1812, 2220	6,3…2000
ZNW/SNW	100 нФ…47 мкФ	X6S/X7R	0805, 1206, 1210	10 (X5R), 100 (X7R)
NFN	0,5 пФ…150 мкФ	C0G/X5R/X6S/X7R	0201, 0402,0603, 0805, 1206, 1210	4…2000
ZFN	1…10 мкФ	X7R	0603, 0805, 1206	10…50
SFN	330 пФ…10 мкф	X7R	0402,0603, 0805, 1206, 1210	16…1000
YFN	4,7 мкФ	X7R	1210	25/50
ZW6/SW6	47 нФ…100 мкФ	X7R/X7S	0402,0603, 0805, 1206, 1210	10…100
Z46	220 пФ…22 мкф	X7R	0402,0603, 0805, 1206, 1210	10…100
Z4J	1,5 нФ…2,2 мкФ	X7R	0603, 0805	25/50
GQW/GNW	0,1…100 пФ	C0G	01005, 0402,0603, 0805	16…250
N3W	100 нФ…10 мкФ	X5R/X7R	0402, 0805, 1206, 1210	6,3…100

NNW – серия стандартных конденсаторов для промышленных приложений. Наиболее крупное семейство, объединяющее конденсаторы с различными типами диэлектриков (C0G/X5R/X7R), широким диапазоном типономиналов и рабочими напряжениями вплоть до 2 кВ.

Конденсаторы X5R/X7R из данной группы подходят для выполнения фильтрации и развязки по питанию. Высокостабильные C0G-конденсаторы могут использоваться во времязадающих цепях, в измерительных приборах, подходят для развязки на высоких частотах и так далее.

ZNW/SNW – серии конденсаторов с мягкими выводами, предназначенные для работы в жестких условиях при значительных механических воздействиях (ударах, вибрациях и прочем). Конструкция конденсаторов данных серий аналогична рассмотренным выше конденсаторам общего назначения с мягкими выводами.

Данная группа может применяться в различных устройствах, например, в низковольтных преобразователях, а также подходит для развязки по питанию.

NFN – серия промышленных конденсаторов с высокой добротностью для мощных импульсных приложений. Данная группа конденсаторов также проходит дополнительный контроль на устойчивость к изгибам подложки. X7R тестируют на изгиб платы до 2 мм. Для C0G тестовый изгиб составляет 3 мм.

ZFN/SFN/YFN – серии высокодобротных промышленных конденсаторов с мягкими выводами для мощных приложений. Данные серии проходят тестирование на изгиб платы до 2 мм.

ZW6/SW6 – серии промышленных конденсаторов с мягкими выводами, которые проходят дополнительное тестирование на надежность крепления электродов при изгибе печатной платы более чем на 3 мм. На рисунке 8 показано сравнение надежности данной группы конденсаторов и конденсаторов со стандартными выводами.

Z46 – серия промышленных конденсаторов с мягкими выводами, устойчивыми к изгибам подложки более 3 мм. Дополнительной отличительной чертой данной группы является повышенная устойчивость к термоциклированию.

Z4J – серия устойчивых к термоциклированию промышленных конденсаторов с мягкими выводами, способными выдержать изгиб подложки более 5 мм.

GQW/GNW – серии высокодобротных промышленных конденсаторов, которые отличаются повышенной добротностью и минимальным последовательным сопротивлением ESR. На рисунке 16 показано сравнение добротности конденсаторов из данной группы и стандартных моделей конденсаторов.

Рис. 16. Добротность стандартных и высокодобротных конденсаторов

Основными примерами применения конденсаторов серий GQW/GNW являются беспроводные радиоустройства и высокоскоростные преобразователи.

N3W – серия промышленных конденсаторов с минимальным смещением DC-bias. Испытания показывают, что конденсаторы серии N3W имеют уровень смещения на 20% ниже, чем у стандартных компонентов (рисунок 14).

По сравнению с конденсаторами общего назначения промышленные конденсаторы проходят более жесткие испытания. Еще более жестким требованиям должны отвечать конденсаторы для автомобильных приложений.

Конденсаторы для автомобильных приложений от Samsung

Электронные компоненты для автомобильных приложений обязаны сохранять работоспособность в диапазоне температур -55…125°С, выдерживать значительную вибрацию и быть ударостойкими.

Требования к автомобильным электронным компонентам приводятся в стандарте AEС-Q200. В частности, AEC-Q200-005 требует, чтобы конденсаторы для автомобильных приложений выдерживали тестовый изгиб 2 мм (все кроме класса 1) и 3 мм (класс 1).

Из-за необходимости работы в широком диапазоне температур наиболее популярными диэлектриками для автомобильных конденсаторов являются C0G и X7R.

Для заказа автомобильных конденсаторов Samsung использует стандартную систему с 11-позиционным обозначением (таблица 23). Отличие от конденсаторов общего назначения состоит в характеристиках, кодируемых позициями 8, 9, 10.

Таблица 23. Обозначение конденсаторов промышленного назначения

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
CL	10	B	104	K	B	8	W	P	N	C
Серия	Типоразмер	Диэлектрик	Емкость	Точность	Uраб	Высота	Конструкция	Авто	Тип	Упаковка

Литера на позиции 8 кодирует конструкцию конденсатора (таблица 24).

Таблица 24. Кодирование типа конструкции конденсаторов Samsung

Код	Тип	Материалы
Код	Тип	Внутренний электрод	Внешние выводы	Покрытие выводов
1	Стандарт	Ni	Cu	Ni_Sn
V	Стандарт	Ni	Cu/Metal Epoxy	Ni_Sn
W	Открытый	Ni	Cu/Metal Epoxy	Ni_Sn
X	Последовательный	Ni	Cu/Metal Epoxy	Ni_Sn

Литера P на девятой позиции указывает на «автомобильную» специализацию.

Литера на десятой позиции кодирует тип элемента (таблица 25).

Таблица 25. Кодирование типа элемента

Код	Тип
N	Стандарт
J	Со сверхмягкими выводами
E	Для ESD-защиты

Дадим краткую характеристику каждому из семейств автомобильных конденсаторов (таблица 26).

Таблица 26. Характеристики автомобильных конденсаторов

Наименование	Параметр
Наименование	Емкость	Диэлектрик	Типоразмеры	Рабочее напряжение, В
PN	4,7 пФ…10 мкФ	C0G/X7R	0402, 0603, 0805, 1206, 1210	10…100
PJ	10 нФ…4,7 мкФ	X7R	0402, 0603, 0805, 1206	16…50
PE	1…10 нФ	X7R	603	100

PN – серия автомобильных конденсаторов общего назначения, отвечающая требованиям AEC – Q200.

Данная группа конденсаторов доступна как в стандартном (VPN), так и в открытом исполнении (WPN). Открытое исполнение подразумевает, что даже при разрушении такой конденсатор имеет минимальную вероятность короткого замыкания внутренних электродов. Для этого в конструкции предусмотрены увеличенные зазоры (рисунок 17).

Рис. 17. Конструкция конденсаторов отрытого типа

PJ – серия автомобильных конденсаторов со сверхмягкими выводами, выдерживающими испытания на изгиб основания до 5 мм.

Серия VPJ имеет стандартное исполнение, а конденсаторы WPJ выпускаются в открытом исполнении (рисунок 17).

Серия XPJ отличается еще более защищенной конструкцией, в которой исключена возможность прямого замыкания электродов. Такая структура эквивалентна последовательному включению конденсаторов (рисунок 18).

Рис. 18. Конструкция конденсаторов серии XPJ

Данная группа конденсаторов является самой «живучей» из всех рассмотренных и используется для наиболее жестких условий эксплуатации.

PE – серия автомобильных конденсаторов, предназначенная для создания фильтров и цепей защиты чувствительных узлов и каналов обмена данными, в том числе CAN, от электростатических разрядов.

Конденсаторы данной серии отвечают требованиям стандарта IEC 61000-4-2. Они отличаются минимальным смещением DC-bias и повышенным значением напряжения пробоя.

LCR Web Library – фильтр и база данных от Samsung

Компания Samsung предлагает пользователям огромный спектр конденсаторов с различными характеристиками. С одной стороны, это хорошо, так как дает возможность выбора наиболее подходящих компонентов для каждого конкретного приложения. Однако с другой стороны, потребителю очень легко запутаться в таком многообразии. Чтобы помочь разработчикам, компания Samsung предлагает удобный фильтр со встроенной базой данных LCR Web Library.

Доступ к LCR Web Library открыт для всех желающих на сайте компании (рисунок 19):http://weblib. samsungsem.com/LCR_Web_Library.jsp.

Рис. 19. Внешний вид LCR Web Library

Основа LCR Web Library – удобный фильтр для поиска конденсаторов в четырех сегментах (каждому соответствует своя вкладка):

конденсаторов общего назначения,
конденсаторов для промышленных приложений,
конденсаторов для автомобильных приложений,
конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов.

На каждой из вкладок поиск и сортировка ведутся по ключевым параметрам: наименованию, емкости, типоразмеру, рабочему напряжению, типу диэлектрика, высоте корпуса, допуску емкости.

После выбора подходящего компонента пользователь может ознакомиться с более подробным описанием его характеристик. Для этого в левой части экрана предусмотрена панель с клавишами для вывода графических данных: частотных характеристик (например, импеданса, ESR и так далее), смещения DC-bias, температурной зависимости и прочего.

На той же панели пользователю доступно скачивание документации и моделей для симуляции в пакетах PSpice.

С помощью LCR Web Library разработчик может быстро подыскать оптимальный компонент, не вдаваясь в подробности сложной системы именования конденсаторов.

Заключение

Компания Samsung является одним из лидеров в области производства пассивных компонентов – многослойных керамических конденсаторов (MLCC), индуктивностей, танталовых конденсаторов, фильтров.

Номенклатура MLCC-конденсаторов Samsung включает компоненты общего назначения, промышленные и автомобильные конденсаторы с различными конструктивными особенностями:

стандартные и высокопрофильные;
низкопрофильные;
малогабаритные;
высокодобротные;
средне- и высоковольтные;
с мягкими выводами;
с минимальным уровнем акустических шумов;
c минимальным смещением DC-bias;
низкоиндуктивные.

Кроме того, Samsung предлагает почти сорок моделей конденсаторных сборок.

Конденсаторы и конденсаторные сборки Samsung имеют достаточно сложное 11-позиционное обозначение. Чтобы не вникать в особенности их именования, следует воспользоваться открытым онлайн-фильтром LCR Web Library со встроенной базой данных.

Типы конденсаторов

Конденсатор — один из самых распространенных электронных компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов, которые классифицируют по различным свойствам.

В основном типы конденсаторов разделяют:

По характеру изменения емкости — постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
По материалу диэлектрика — воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит).
По способу монтажа — для печатного или навесного монтажа.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром).

Карамические конденсаторы

Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере. Диапазон емкости этого типа конденсаторов — от нескольких пикоФарад (пФ или pF) до нескольких микроФарад (мФ или uF). Однако их номинальное напряжение, как правило, невысокое.

Маркировка керамических конденсаторов обычно представляет собой трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить.

Например, маркировка 103 на керамическом конденсаторе означает 10 000 пикоФарад или 10 наноФарад. Соответственно, маркировка 104 будет означать 100 000 пикоФарад или 100 наноФарад и.т.д. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.

Пленочные конденсаторы

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок. Для того чтобы компактно вместить большую площадь, используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.

В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов обычно используют тефлон, металлизированную бумагу, майлар, поликарбонат, полипропилен, полиэстер. Диапазон емкости этого типа конденсаторов составляет примерно от 5pF (пикофарад) до 100uF (микрофарад). Диапазон номинального напряжения пленочных конденсаторов достаточно широк . Некоторые высоковольтные конденсаторы этого типа достигают более 2000 вольт.

Различают два вида пленочных конденсаторов по способу размещения слоев диэлектрика и обкладок – радиальные и аксиальные.

Радиальный и аксиальный тип пленочных конденсаторов

Маркировка емкости пленочных конденсаторов происходит по тому же принципу что и керамических. Это трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%. Например 103J означает 10 000 пикоФарад +/- 5% или 10 наноФарад +/-5%.

Однако довольно часто разные производители кроме значения емкости и точности добавляют символы номинального напряжения, температуры, серии, класса, корпуса, и других особых характеристик. Данные символы могут отличатся и быть размещены в разном порядке, в зависимости от производителя. Поэтому для разшифровки маркировки пленочных конденсаторов желательно пользоваться документацией (Datasheets).

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы обычно используются когда требуется большая емкость. Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом. Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.

Обратим внимание, что электролит хорошо проводит электрический ток! Это полностью противоречит принципу устройства конденсатора, где два проводника должны быть разделены диэлектриком.

Дело в том, что слой диэлектрика создается уже после изготовления конструкции компонента. Через конденсатор пропускают ток, и в результате электролитического окисления на одной из обкладок появляется тонкий слой оксида алюминия или оксида тантала (в зависимости из какого металла состоит обкладка). Этот слой представляет собой очень тонкий и эффективный диэлектрик, позволяющий электролитическим конденсаторам превосходить по емкости в сотни раз «обычные» пленочные конденсаторы.

Электролитические конденсаторы

Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора. Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости. При неправильном подключении напряжения оксидный слой разрушается, и через конденсатор может пойти большой ток. Это приведет к быстрому нагреву и разширению электролита, в результате чего может произойти взрыв конденсатора! Поэтому необходимо всегда соблюдать полярность при подключении электролитического конденсатора. В связи с этим на корпусе компонента производители указывают куда подключать минус.

По причине своей полярности электролитические конденсаторы не могут быть использованы в цепях с переменным током. Но иногда можно встретить компоненты состоящие из двух конденсаторов, соединенными минус-к-минусу и формирующие «не полярные» конденсаторы. Их можно использовать в цепях с переменным током малого напряжения.

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов в колеблется основном от 1 мкФ до 47000 мкФ. Номинальное напряжение — от 5В до 500В. Допуск обычно довольно большой — 20%.

Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов. Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия — у танталовых конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.

Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными, однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги. Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.

Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы широко используются в устройствах, где часто требуется настройка во время работы — приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов, аудио и видео аппаратуре. Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики проходящего через него сигнала (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Емкость может менятся механическим способом, электрическим напряжением (вариконды), и с помощью температуры (термоконденсаторы). В последнее время во многих областях вариконды вытесняются варикапами (диодами с переменной емкостью).

Под названием «переменные конденсаторы» обычно имеют ввиду компоненты с механическим изменением емкости. Управление емкостю здесь достигается путем изменения площади обкладок. Обкладки в переменных конденсаторах состоят из множества пластин с воздушным пространством между ними в качестве диэлектрика.

Часть пластин фиксированная, часть подвижная. Положение подвижных пластин по отношению к фиксированным определяет общую емкость конденсатора. Чем больше общая площадь пластин тем больше емкость.

Переменные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости, в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени». Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей, и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит, так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов как правило невелика – до 500 пикоФарад.

Способ монтажа конденсаторов

Конденсаторы разделяют по способу монтажа на компоненты для навесного монтажа и для печатного монтажа (SMD или чип-конденсаторы). У компонентов для навесного монтажа есть выводы в виде «ножек». У конденсаторов для печатного монтажа выводами служит часть их поверхности.

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 = ε_R ∙ ε₀ ∙ (S/d),

где C – емкость, Ф; S – площадь перекрытия двух пластин, м²; ε_R – 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, ε_R = 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 Ta₂O₅ 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 MnO₂, 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 (ε_R ~ 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.

Таблица 1. Коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов – процентное изменение емкости в указанном диапазоне температур
RS198	Диапазон температуры
Х7	–55…125°С
Х6	–55…105°С
Х5	–55…85°С
Y5	–30…85°С
Z5	10…85°С
Код	Изменение емкости, %
D	±3,3
E	±4,7
F	±7,5
P	±10
R	±15
S	±22
T	22, –33
U	22, –56
V	22, –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
Производитель	Изделие	Диэлектрик	Сопротивление изоляции	Эквивалент DCL/C∙V*
AVX	–	X7R	1000 МОм∙мкФ	0,001C∙V
AVX	–	X5R		0,002C∙V
B	коммерческое (COTS)	X7R		0,002C∙V
B	коммерческое	X7R		0,002C∙V
B	коммерческое	X5R		0,002C∙V
C	высоконадежное	X7R		0,001C∙V
C	высоконадежное	X5R		0,001C∙V
C	коммерческое	X7R		0,002C∙V
C	коммерческое	X5R		0,002C∙V
Тип. танталовый	коммерческое	Ta₂O₅	–	0,01C∙V
Высоконадежный танталовый AVX	HRC5000/HRC6000	Ta₂O₅	–	0,0025C∙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
AVX	X7R	125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч	0,3 ∙ исходное предельное значение	0,003C∙V
AVX	X5R	85°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч	0,3 ∙ исходное предельное значение	0,006C∙V
B	X7R	125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч	0,1 ∙ исходное предельное значение	0,020C∙V
B	X5R	85°С, 2 ∙ ном. В*, 1000 ч	0,1 ∙ исходное предельное значение	0,020C∙V
C	X7R	125°С, 2 ∙ ном. В**, 1000 ч	100 Ом∙Ф	0,1C∙V
C	X5R	85°С, 2 ∙ ном. В***, 1000 ч	100 Ом∙Ф	0,1C∙V
Тип. танталовый	Ta₂O₅	–	0,01C∙V в течение 2000 ч	–
Высоконадежный танталовый AVX	Ta₂O₅	–	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
Параметр	Танталовый конденсатор	Керамический 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.

Если температура не проблема, что можно сказать о различных керамических диэлектриках

Рыночная реальность часто будет диктовать ваш выбор: становится чрезвычайно трудно найти диэлектрические детали класса 1 в обычных упаковках с приложениями высокого напряжения (> 10 В) или большой емкости (> 1 мкФ), вы, скорее всего, не сможете просто «специфицировать» лучший диэлектрик и ожидайте, что ваша спецификация реализуема.

Рынок в целом решил, что NP0 и другие диэлектрики класса 1 являются «сигнальными заглушками», и каталоги деталей отражают это. В качестве другого примера, детали X7R / X7S труднее найти в небольших упаковках (<0805) и большой емкости.

Чтобы внести вклад в обсуждение дизайна еще один важный фактор, исключая температуру как фактор:

Диэлектрики класса 1 не страдают от пьезоэлектрических эффектов. Этот эффект является двунаправленным. Пульсационное напряжение приведет к сжатию и расширению детали, а также к генерации физического шума и тепла, а физическая вибрация создаст напряжение на детали.

В предельных приложениях с конденсаторами очень высокой плотности и большим пульсирующим напряжением это может привести к значительному напряжению на клеммах конденсатора и даже к растрескиванию.

Обратите внимание, что растрескавшиеся керамические конденсаторы высокой плотности выходят из строя из-за короткого замыкания на высокой мощности и могут привести к серьезным повреждениям и даже к пожару в ситуациях разъединения или обхода питания. Если это является проблемой, и пространство имеет преимущество при использовании других схем, то NP0 или другой диэлектрик класса 1 может дать вам достаточно буфера для комфорта.

Чтобы добавить к тому, что ответил @SpheroPefhany, температурные характеристики данного диэлектрика также неразрывно связаны с изменением емкости с температурой. Даже если вы контролируете температуру окружающей среды, если она повышена, вам может потребоваться снизить эффективную емкость детали для вашего приложения, любые локальные колебания температуры будут отображаться как шум в вашей цепи.

Керамические конденсаторы также имеют значительно более низкую эффективную емкость с более высоким смещением постоянного тока, что является проблемой в ситуациях разъединения или обхода, если более высокое номинальное напряжение невозможно, диэлектрики класса 1, так как грубое эмпирическое правило страдает от этого в меньшей степени.

КОНЕЦ Примечание

Я обычно отмечал, что эквивалентные детали из авторитетного набора MFG для одного и того же диэлектрика и размера упаковки обычно достаточно близки, чтобы быть взаимозаменяемыми для всех применений. Неполный список: Мурата, ТДК, Самсунг, Кемет, Ягео

Когда вы переходите на MFG второго уровня и общие китайские запчасти для массового рынка, тогда все выходит за рамки.

Керамический конденсатор, состав, типы, свойства и применение

Керамический конденсатор является наиболее широко используемым конденсатором и доступен в различных составах и типах, подходящих для различных применений и свойств. Вы можете увидеть это почти на каждой печатной плате. Они также известны как дисковые конденсаторы.

Советуем вам посмотреть и узнать больше про конденсатор в статье по ссылке выше, а также про диэлектрик в конденсаторе.

Состав керамического конденсатора

Как следует из названия, этот конденсатор использует керамику в качестве диэлектрического материала. Они изготовлены с использованием керамического или фарфорового диска, покрытого с обеих сторон тонким слоем серебра. Керамика является одним из первых материалов, используемых для изготовления конденсаторов.

Именно расположение и свойства керамического вещества характеризуют функциональные аспекты этих конденсаторов. Купить керамические конденсаторы вы можете на Алиэкспресс:

Типы керамического конденсатора

Он широко классифицируется на три основных класса. Чем ниже класс, тем выше его производительность. Эти три класса:

Керамический конденсатор класса I

Этот класс керамических конденсаторов обеспечивает большую стабильность значения емкости при изменении температуры, напряжения и частоты. Их точность довольно высока.

Керамический конденсатор класса II

Этот тип керамического конденсатора обеспечивает большую эффективность с точки зрения размера. Они имеют высокую емкость на объем. Они лучше всего подходят для использования в качестве развязывающего конденсатора или в качестве буфера.

Керамический конденсатор класса III

Они почти такие же, как керамические конденсаторы класса II. Однако им не хватает точности и они нестабильны как класс II с точки зрения изменения температуры.

Свойства керамического конденсатора

Различные свойства керамических конденсаторов следующие:

Диэлектрическая проницаемость (K) керамического конденсатора

Они обладают высокой диэлектрической проницаемостью (К). Это свойство позволяет им обеспечивать высокое значение емкости даже при его небольших размерах.

Влияние на емкость при изменении температуры

Емкость этих конденсаторов изменяется нелинейно с изменением температуры. По этой причине они лучше всего подходят для использования в качестве развязывающих конденсаторов или байпасных конденсаторов.

Неполяризация в керамическом конденсаторе

Они не поляризованы. Это означает, что в этом типе конденсаторов нет проблем с полярностью. Они могут быть подключены к цепи с любой стороны.

Бюджетный

Их стоимость изготовления очень низкая.

Различные размеры

Они доступны в небольших размерах. Поэтому пространство для этого в цепи не вызывает беспокойства.

Надежность

Они очень надежны и обладают высокой переносимостью. Шансы на повреждение также меньше.

Диапазон емкости керамического конденсатора

Они доступны в различных значениях емкости от нескольких пФ до 1/2 мкФ.

Номинальное напряжение керамического конденсатора

Они доступны с переменным номинальным напряжением. Обычно они имеют низкое напряжение. Однако керамические конденсаторы MLCC имеют более высокое номинальное напряжение, чем электролитические конденсаторы.

Применение Керамического Конденсатора

Эти конденсаторы имеют много применений, таких как:

Резонансная схема в передающих станциях
Высоковольтные лазерные источники питания
Печатные платы высокой плотности
Минимизация радиочастотного шума
Силовые выключатели
Индукционные печи

Электрические конденсатор керамические — Энциклопедия по машиностроению XXL

В табл, 47, 48 и 49 приведены основные размеры и электрические характеристики керамических высоковольтных конденсаторов емкостью не менее 100 пф. [c.175]

Диоксид титана обладает сравнительно невысокой диэлектрической проницаемостью (ё поликристаллического рутила равна 114). На его основе были созданы первые керамические конденсаторы с весьма высокой по тому времени (1935 г.) электрической емкостью. [c.186]

Покрытие керамических конденсаторов с целью электрической изоляции проводящей поверхности и защиты ее от действия влаги и механических повреждений. [c.164]

Некоторые основные электрические характеристики высокочастотных керамических конденсаторов низкого напряжения малой мощности [c.358]

Диэлектрики на основе окиси титана являются наиболее быстро расширяющейся группой керамических материалов. Конденсаторы с титановым диэлектриком впервые появились в Германии 16 лет назад. Первые измерения электрической проницаемости рутила были произведены [Л. 35] в 1902 г. Она оказалась равной 173 в направлении, параллельном главной оси кристалла, и 83 в перпендикулярном ей направлении. В таблицах Лан- [c.368]

Вероятно, будут найдены простые методы выращивания монокристаллов для таких случаев специального применения, где выбор материала определяется его свойствами, а не стоимостью. Существующие значения электрической проницаемости порядка 38 для диэлектрической высокой стабильности с нулевым температурным коэффициентом, вероятно, удастся удвоить. Достигнутая в настоящее время толщина пленок порядка 25 мк может быть еще снижена и, очевидно будет доведена до 5 мк. Уменьшение коэффициента потерь до значений ниже 0,01% позволит заменить массивные бумажные конденсаторы с масляным наполнением керамическими конденсаторами. [c.373]

Формула (91) позволяет с достаточной точностью рассчитать допустимое напряжение для изделий с известной электрической емкостью и хорошей теплопроводностью диэлектрика, обеспечивающей малый перепад температуры по сечению изделия, например, для керамических конденсаторов. [c.101]

Принципиально иной, не статистический метод прогнозирования срока службы возможен для керамических конденсаторов, в частности, для конденсаторов из рутиловой керамики при эксплуатации их в постоянном электрическом поле. Этот метод основан на исследовании зависимости тока I, протекающего через диэлектрик, от времени старения в постоянном электрическом поле. Можно подобрать такие условия опыта, чтобы изучение зависимости г = / ) не приводило к существенному ухудшению свойств исследуемой детали. Кроме того при определенных условиях исходные свойства детали могут быть восстановлены. Тогда открывается возможность индивидуального прогнозирования — расчета времени жизни для каждого из образцов (конденсаторов) в отдельности. [c.64]

Керамические материалы для низкочастотных конденсаторов характеризуются высокими и сверхвысокими значениями е, повышенным и большим значением ( 6, небольшим значением электрической прочности по сравнению с другими высокочастотными конденсаторными диэлектриками. Для этих материалов, за исключением материалов, предусмотренных группой а классов IV и V, характерна нелинейная зависимость е от напряженности электрического поля и температуры. [c.353]

Керамические конденсаторы.

Основные электрические и эксплуатационные их параметры приведены в табл. 24, конструкции некоторых типов этой группы показаны на рис. 87. [c.159]

Стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамические конденсаторы (основные параметры их приведены в табл. 25, а конструкция одногО из типов показана на рис. 88, г) представляют собой пакетную монолитную конструкцию, получаемую горячим прессованием чередующихся, слоев диэлектрика толщиной 0,2—0,3 мм со слоями серебра (обкладками). Этот вид конденсаторов по основным электрическим параметрам не уступает слюдяным и керамическим, а по рабочим температурам превосходит их. Возможность автоматизации изготовления является немаловажным достоинством этих конденсаторов. [c.165]

Материал керамических конденсаторов (по гост 5458-57) электрические характеристики [c.195]

Основные размеры и электрические характеристики трубчатых керамических конденсаторов [c.201]

Электрические характеристики и размеры керамических конденсаторов [c. 222]

Электрические характеристики и размеры керамических высоковольтных конденсаторов [c.168]

Конденсатор электрический система из металлических проводящих пластин и изоляторов между ними. Под напряжением на соединенных между собой пластинах оседают равные и противоположные по знаку заряды. При отключении источника тока запас электрической энергии остается. Ее получают, замкнув пластины резистором (сопротивлением). Емкость зависит от величины поверхности и формы пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости изолятора. По форме различают плоские, цилиндрические, сферические по материалу изоляторов — бумажные, керамические, воздушные, электролитические, пленочные и т. п. [c.429]

Трубках, которые отстояли друг от друга также на 10 см. Элементы были соединены параллельно, и спадание обеспечивалось последовательно соединенными конденсаторами, выполняющими роль делителей напряжения. Частота акустического резонанса составляла 70 кГц и была значительно выше рабочего диапазона частот решетки, равного 4—12 кГц. Таким образом, керамические элементы можно рассматривать как электрические конденсаторы и меха-Лиисгпичестл ось , [c.240]

В целях экономии материалов металлические электроды конденсаторов обычно изготавливаются в виде топкой фольги. В качестве изолирующей прокладки используется парафинированная бумага, полистирол, слюда, керамика. По типу используемого диэлектрика конденсаторы называются бумажными, слюдяными, поли-стирольными, керамическими, воздушными. Бумансный конденсатор изготавливают из двух полос металлической фольги, изолированных друг от друга полосами парафинированной бумаги. Полосы фольги и бумаги сворачиваются в рулон и помещаются в мeтa [личe кий или фарфоровый корпус. Через специальные изоляторы от листов фольги дс-лается два вывода для под ключения конденсатора в электрическую цепь (рис. 146). Анало- [c.145]

Общим требованием к большинству керамических высокочастотных материалов, по сравнению с обычным электротехническим фарфором, является независимость е,- от частоты и низкое значение tg О не только при комнатной, но и гри повышенной температуре. В известной мере это достигается уменьшением содержания менее чистой пластичной глинй, введением окиси бария и повышением содержания глинозема. Ионы бария в известной мер нейтрализуют повышение электрической проводимости за счет легкоподвижных ионов калия, содержащихся в полевошпатовом стекле и способствуют снижению tg б. За счет повышенного содержания глинозема масса имеет пониженную формуемость и более узкий интервал спекания. Дальнейшее развитие высокочастотной керамики пошло по пути создания масс с использованием различных окислов металлов, иногда специально синтезируемых. Таким путем удалось получить материалы с весьма высокими значениями z,. (для конденсаторов) и разными значениями ТК е , в том числе положительного знака. [c.238]

Серебро — благородный металл, стойкий против окисления при нормальной температуре. Серебро отличается от других металлов наименьшими значениями удельного электрического и теплового сопротивлений (см. табл. 44). Временное сопротивление растяжению для серебряной проволоки составляет около 30 кПсм . Такую проволоку используют для изготовления контактов, рассчитанных на небольшую силу тока. Серебро применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики, в качестве обкладок, в производстве керамических и слюдяных конденсаторов. Для этой цели используют метод вжигания или испарения в вакууме. [c.291]

Кроме электронно поляризации, не связанной с появлением активного тока, в некоторых твердых диэлектриках может быть и другой вид поляризации — ионная, также не вызывающая появления активного тока. Наиболее характерна ионная поляризация ионных кристаллов. Сущность ее заключается в смещении ионов электрическим полем положительных — в сторону отрицательного электрода, отрицательных — в сторону положительного. Эго смещение происходит на незначительные расстояния от полол ения равновесия при отсутствии электрического поля и носит упругий характер, чем и объясняется тот факт, что ионная поляризация создает чисто реактивный ток, добавочный к току электронной поляризации. Следовательно, ионная поляризация, накладывающаяся на электронную, приводит к увеличению емкостного тока в диэлектрике, а значит — к увеличению емкости, к увеличению диэлектрической проницаемости. В ионных кристаллах с рыхлой структурой, с так называемой неплотной упаковкой частиц, когда расстояния между ионами в узлах кристаллической решетки велики по сравнению с радиусами самих ионов, смещение последних мо1кет быть довольно велико. При этом возникают значительные суммарные электрические моменты в единице объема, наблюдается значительное возрастание емкости. Следовательно, такой диэлектрик будет иметь диэлектрическую проницаемость, намного превосходящую ее значение, обусловленное одной электронной поляризацией. Проф. Г. И. Сканави, изучая явление ионной поляризации, обнаружил у минерала перовскита диэлектрическую проницаемость, равную 160. Позднее им же были получены керамические материалы, у которых вследствие интенсивной поляризации ионного смешения диэлектрическая проницаемость имеет еще большие значения. Такие материалы представляют большой интерес для практики, так как дают возможность получать конденсаторы с большой удельной емкостью, т. е, с большой емкостью в единице объема. [c.27]

Величина tg б сегнетоэлектриков также зависит от напряженности электрического поля и имеет соответствующий максимум. У титаната бария максимум tg б в зависимости от напряженности электрического поля несколько смещен по сравнению с расположением максимума диэлектрической проницаемости в область более слабых полей на участок, соответствующий наиболее быстрому росту диэлектрической проницаемости. Величина tg б титаната бария при частоте 50 гц в слабых электрических полях лежит в пределах 0,02—0,03. Сверхвысокая диэлектрическая проницаемость керамического сегнетоэлектрика — титаната бария — представляет интерес с точки зрения использования его в малогабаритных конденсаторах. Однако такие конденсаторы обладают низкой температурной стабильностью емкости. В этом отношении значительно лучше керамические материалы со сверхвысокой диэлектрической проницаемостью не сегнетоэлектрического типа, например, описанная в 2-4 стронций-висмут-титанатная керамика. Сегнетоэлектрики обладают нелинейными свойствами вследствие изменения их диэлектрической проницаемости при изменениях напряженности электрического поля и величина зарядов сегнетоэлектрического конденсатора нелинейно изменяется с изменением напряжения. Эта нелинейность связана с тем, что при циклическом изменении напряжения заряд сегнетоэлектрического конденсатора изменяется по закону петли гистерезиса (рис. 2-17). При увеличении напряжения от нуля происходит увеличение заряда по первоначальной кривой зарядки, достигающей насыщения при [c.39]

На основе сегнетокерамики с использованием ее нелинейности, описанной в 2-1, б, созданы специальные нелинейные конденсаторы, названные варикондами. Современная нелинейная сегнетокерампка обладает еще большей нелинейностью, чем разработанный впервые керамический сегнетоэлектрик — титанат бария. Среди нелинейных сегнетоке-рамических материалов, применяемых для изготовления варикондов, отметим материалы на основе твердых растворов титаната бария и станната бария марки ВК-2 и ВК-5 и на основе тройного твердого раствора титаната, цирконата и станната свинца Pb(Ti,Zr, 8п)Оз. Во всех случаях в эти основы вносят некоторые добавки, повышающие нелинейность и улучшающие технологичность массы, например снижающие температуру спекания, облегчающие получение плотного черепка. Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности переменного электрического поля, связанная с нелинейными свойствами сегнетокерамики, определяют коэффициентом нелинейности [c.241]

Конденсаторные керамические материалы отличаются большими значениями диэлектрической проницаемости (е= 1(Х)-ь500) при достаточно высоком уровне остальных электрических характеристик. Из конденсаторных керамических масс получают неувлажняющиеся конденсаторы низкого и высокого напряжения. [c.139]

Электрические характеристики и основные размеры горшковых керамических конденсаторов К15У-3 [c.175]

На ])ис, 6-2-1 изображены графики, построенные по вероятностной шкале Вейб лла, показывающие результаты испытаний на долговечность керамических конденсаторов на основе диоксида титана, проводимых при 145—285°С. А именно, примерно на 10 образцов непрерывно подавали электрическое напряжение, в 3 раза превышающее номинальное. По оси абсцисс отложено время, по оси ординат — суммарный выход брака F(t) — процент конденсаторов, выходящих из строя вследствие ухудшения изоляции. Если прикладывать номинальное электрическое напряжение при комнатной температуре, то для проведения испытаний потребуется слишком длительное время, поэтому для ускорения процесса выхода из строя испытания проводят при электрическом напря- [c.397]

Электрогидравлическое устройство для очистки литья представляет собой бак с водой, по верху которого перемещается каретка с одним или несколькими электродами. Очищаемые отливки устанавливаются в баке. После соответствующей установки электродов относительно детали производится ее очистка серией импульсов. Электроды соединяются с разрядником с помощью гибкого кабеля, а бак электрически соединяется с заземленным отрицательным электродом конденсатора, т.

е. очищаемая отливка является отрицательным электродом. Возникающая при импульсном разряде ударная волна и запаздывающий поток, воздействуя на отливку, вызывают диспергирование керамической корки, покрывающей деталь, и других загрязнений. Характер этого процесса зависит от параметров ударной волны и физико-механических свойств разрушаемых загрязнений (формовочной земли, стержней на жидком стекле, керамической корки, образующейся при литье по выплавляемым моделям). Удаление стержней возможно с помощью одно- и многоэлектродных установок. Применение одиоэлектродиой установки обладает рядом недостатков. Для разрушения стержня электрод устанавливают непосредственно [c.291]

Многослойные керамические платы получают путем спекания слоев из пластифицированной керамической ленты СД-1. Элементы электрической схемы многослойной керамической микросхемы проектируют в виде пленочных элементов, расположенных в нескольких слоях керамической платы, Связи между элементами схемы осуществляются посредством пленочных проводников, расположенных на внутренних слоях керамической платы, соединенных контактными переходами. Пленочные элементы (резисторы, конденсаторы и контактные площадки под компоненты) располагают в верхнем слое. Компоненты присоединяют к контактным площадкам пайкой, сваркой или другими способами. Материал керамической платы — Поликор ТУ П—78 аЯО.927.002ТУ. [c.268]

многослойные керамические конденсаторы (MLCC)

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC — multilayer ceramic capacitor) это достаточно привычные компоненты РЭА, которые, несмотря на присущие им недостатки, широк используются для фильтрации, развязки, блокировки и подавлению помех, что крайне важно с точки зрения выполнения требований по электромагнитной совместимости (ЭМС).

В общем случае многослойные керамические конденсаторы, уже судя из своего названия представляют собой слоистую структуру в виде керамического пирога, «промазанного» токопроводящими слоями. Слои керамики выполняют роль диэлектрика, а металлизация между ними — обкладок (рис. 1).

Рис. 1. Типовая структура MLCC-конденсатора категории BME

Однако в таких конденсаторах есть существенное различие. Оно касается внутренних электродов и в меньшей степени терминалов. Что касается терминалов то они имею те или иные вариации, обусловленные техпроцессом изготовления, но, главное, что нас разработчиков интересует и касается напрямую, это то, что из-за необходимости соответствия Директиве RoHS, они могут иметь чисто оловянное покрытие (низкотемпературное) или SAC (высокотемпературное), но в настоящее время большая часть MLCC-конденсаторов имеет оловянное покрытие. Это позволяет повысить надежность их пайки, остальные проблемы [1] здесь уходят на второй план, так как современная электроника широкого применения, ввиду ее быстрого морального старения, не рассчитывается на длительный срок жизни.

Что касается внутренних электродов, то здесь мы имеем два варианта. Первый — это MLCC-конденсаторы обычного или базового исполнения, которые относятся к категории BME (Base Metal Electrode). Их электроды выполняются из никеля (Ni) или медно-никелевого (NiCu) сплава. Вторые — это конденсаторы с обкладками из благородных металлов — сплав AgPd, такие MLCC-конденсаторы относятся к категории NME (Noble Metal Electrode) и отличаются повышенной надежностью. Для первой категории никель иногда убирается даже и из терминалов. Конденсаторы категории BME — это не ширпотреб. Они обеспечивает более высокую нагрузочную способность по напряжению. В качестве основного диэлектрика для конденсаторов малой емкости используется метацирконат кальция, но в настоящее время более популярны MLCC-конденсаторы с диэлектриками типа X7R и X5R, которые основаны на титанате бария с такими добавками, как диоксид марганца [5]. Оба диэлектрика хорошо сочетаются с медно-никелевыми и никелевыми электродами.

Однако есть проблема. В настоящее время ряд объективных и субъективных причин привели к дефициту MLCC-конденсаторов на рынке (рис. 2) [9] и причин тут несколько. Во-первых, рост спроса. Современный смартфон содержит сотни, а электрический автомобиль более 10 тысяч MLCC.  Это основные потребители MLCC-конденсаторов, в типичном смартфоне общая емкость керамических конденсаторов достигает 75 мкФ. Вторая причина дефицита кроется не только в росте потребления, ее можно было бы решить, нарастив мощности их выпуску, она еще и непосредственно в технологии изготовления самих конденсаторах. И делится на две — исчерпание возможностей наращивать объемы выпуска керамики, и рост дефицита на серебро (его добыча в 2018 году упала на 11%) и палладий, которые, как уже было сказано, используются в высококачественных MLCC. Как результат рынок MLCC исчерпал свои резервы и его рост почти остановился. Тренд это или временное явление? Жизнь покажет. Но пока мы имеем то, что имеем.

Рис. 2. Динамика поставок керамических конденсаторов в млрд. микрофарад в период 1990–2018 гг.

Поскольку резкого увеличения выпуска не предвидится, для разработчиков РЭА здесь один выход — оптимизировать использование MLCC и остановить свой выбор на поставках от известных брендов таких, как, например, Vishay Intertechnology (VISHAY) и EPCOS AG (EPCOS, ныне одна из компаний TDK Corporation). Применение таких конденсаторов даст гарантии получения заданных электрических характеристик и надежности конечного продукта, и позволит избежать необходимости чрезмерного резервировать MLCC-конденсаторов на плате.

В чем причина того, что мы даже в условиях настающего дефицита не можем кардинально уйти от использования MLCC-конденсаторов? Дело в том, что основная масса таких конденсаторов используется в цепях питания и именно для решения проблемы ЭМС, а чапаевский подход — в лоб, путем использования электролитических конденсаторов, эту проблему не решает. Подробное рассмотрение вопросов сравнения и особенностей использования конденсаторов разных технологий и их комбинаций выходит за рамки настоящей статьи (подробно см. [2, 3, 4]). Тем не менее, вкратце отметим ряд важных моментов.

Используя привычные для нас дешевые алюминиевые и более дорогие — танталовые и полимерные конденсаторы, мы можем решить проблему сокращения MLCC-конденсаторов, но лишь частично и далеко не везде. Кроме того, они при относительно малых номинальных емкостях имеют несравнимо большие габариты.

Алюминиевые электролитические конденсаторы в свете подавления высокочастотных электромагнитных помех (ЭМП) как основной элемент вообще не рассматриваются. Их задача обеспечить накопление энергии и справиться с пульсациями, и даже здесь они, сами по себе, бессильны и без MLCC-конденсаторов справиться не могут. Что касается алюминиевых полимерных конденсаторов, то они весьма перспективны, но эта замена пока еще дорогая, коммерчески доступный выбор таких конденсаторов ограничен и разработчики к ним еще не привыкли.

Что касается танталовых конденсаторов, то они не только дорогие, но и сами находятся в кризисе в части поставок, и как раз MLCC-конденсаторы помогли в свое время из него выйти [7]. Кроме того, им присущ ряд неприятных моментов, например, образование потенциальных локальных очагов возгорания. Как известно они изготавливаются на основе аморфного пентаоксида тантала (Ta₂O₅), а в качестве электролита обычно используется твердый диоксид марганца (MnO₂). Несоблюдение требований по максимальному рабочему напряжению и токам повышает температуру внутри конденсатора, которая приводит к деградации. Но главная проблема — это высокое содержание кислорода в MnO₂, что при пробое приводит к образованию потенциальных локальных очагов возгорания. Это тепло, в свою очередь, переводит аморфный пентаоксид тантала в кристаллическую форму, которая является хорошим проводником, со всеми вытекающими отсюда последствиями, а сам процесс выделения тепла становится уже лавинообразным. Имеются танталовые конденсаторы с полимерным диэлектриком, но они решают проблему не в полной мере, так как имеют малую емкость и большой ток утечки, особенно при включении и не широкодоступны.

Если обратиться к повседневной практике, то что греха таить, вопросу оптимального баланса при выборе комбинации входных и выходных конденсаторов для подавления пульсаций и помех DC/DC-преобразователей разработчики уделяют недостаточно внимания. Здесь обычно пользуются или традицией — «вали кулем, потом разберем», мол, все так делают или опытом, который, как известно, «сын ошибок трудных». В общем, как любят шутить украинские разработчики РЭА, здесь достаточно часто используется справочник «Стэля» (укр. стеля — это потолок), но такие потолочные подходы лучше оставить любителям и пользоваться инженерным анализом с математическими выкладками.

Однако, чтобы не приводить здесь громоздкие подтверждающие расчеты, только скажем, что общий пульсирующий ток в любом случае необходимо разделить между сглаживающими электролитическими и керамическими MLCC-конденсаторами. Это же касается и входных и выходных цепей. Так что, как бы нам не хотелось, без MLCC здесь никак.

На рис. 3 в качестве примера показано напряжение пульсации на выходе понижающего DC/DC-преобразователя при использовании алюминиевого полимерного конденсатора на выходе понижающего DC/DC-преобразователя совместно с керамическим многослойным конденсатором [8]. Комментарии тут, как говорится, излишни.

Рис. 3. Сравнение использования алюминиевых электролитических конденсаторов на выходе понижающего DC/DC-преобразователя с керамическим многослойным конденсатором (MLCC)

Кроме того не забываем, что одним из решений проблемы ЭМС является еще и оптимизация формы импульсов, а именно — уменьшение скорости нарастания. Точно положить фронт нам опять-таки помогут MLCC-конденсаторы, но на этот раз относительно малой емкости.

Основными же преимуществами современных MLCC-конденсаторов являются их высокая удельная емкость, эти конденсаторы доступны в очень небольших форм-факторах и их легко «рассыпать» по печатной плате. Кроме того, они предлагают нам широкий диапазон номинальных емкостей, широкий диапазон рабочих напряжений, стандартный набор и низкие значение эквивалентного последовательного сопротивления ESR (equivalent series resistance) с малой зависимостью от температуры, низкую собственную индуктивность ESL (Equivalent Series Inductance), сверхмалый ток утечки и высокую стабильность ТКЕ (температурный коэффициент емкости) для некоторой части диэлектриков, как правило, для конденсаторов небольшой номинальной емкости, для них же характерно малое отклонение и сдвинутый в область более высоких частот собственный резонанс. Как можно видеть — достоинств много.

Однако в этой бочке меда есть и ложка дегтя. Недостатки — малая механическая прочность и устойчивость к термоудару (при пайке требуют подогрев), высокая зависимость емкости от напряжения смещения, низкий ТКЕ и большое отклонение от номинальной емкости для конденсаторов больших номиналов, для них же сдвинутый в область более низких частот собственный резонанс, пьезоэффект (механические вибрация и удары превращаются в электрический сигнал) (причины и следствия см. [6]).

Взвесив все pro et contra можно сказать, что здесь нужен обдуманный подход, а реализовать его в полной мере помогут преимущества конденсаторов от известных брендов, поскольку в характеристиках их продуктов вы будете иметь уверенность на все 100%. С ними вы сможете принять меры к оптимизации схемных решений, обеспечив заданную надежность, избежав излишнего резервирования и, соответственно, лишних затрат.

Итак, что нам предлагается на рынке? Компании VISHAY и EPCOS предлагают нам широкий выбор многослойных керамических конденсаторов различного исполнения и разного применения.

Что касается компании VISHAY, то производством многослойных керамических конденсаторов MLCC занимается Vishay Vitramon, компания, входящая в состав Vishay с 1994 года. Компания производит конденсаторы для поверхностного монтажа двенадцати стандартных типоразмеров с использованием восьми различных диэлектрических материалов. Диапазон номинальных напряжений конденсаторов: 6,3-3000 В, а максимальная рабочая температура до 175 °C. Нам коммерчески доступны следующие основные варианты исполнения MLCC-конденсаторов [10]:

Vishay Vitramon Chip Capacitor: Конденсаторы серии VJ — это надежная замена конденсаторов для поверхностного монтажа с содержанием свинца. В серии доступны конденсаторы варианта BME для диэлектриков X7R/X5R/Y5V и варианта NME для диэлектрика NP0, а также высокодобротные конденсаторы типоразмера 0402.
High-Q Serie: C0G (NP0) сверхстабильные высокочастотные конденсаторы.
Medical Grade Capacitors: Для имплантируемых сердечно-сосудистых систем.
Automotive Grade Capacitors: Конденсаторы, соответствуют требованиям AEC Q200 для автомобильной электроники.
MIL-PRF‑55681: Соответствует требованиям спецификации Министерства обороны для конденсаторов военного класса.
High-Voltage Series: Для приложений с напряжениями выше 200 В.
С диэлектриком X8R: Стабилизированная емкость с надежным представлением до + 150 °C.
Серия Tip N Ring: Заменяет пленочные конденсаторы высокого напряжения в фильтрах телекоммуникационных линий.
Серия VTOP: Низкопрофильные, толщина менее 0,026″ (0,66 мм).
Серия Low Inductance (с низкой собственной индуктивностью): Имеют индуктивности в половину меньше, чем у стандартных продуктов.
Серия Cer-F: Альтернатива пленочным конденсаторам со стабильным температурным коэффициентом емкости.
Серия устойчивых к воздействиям чип-конденсаторов RuGGred: Усовершенствованный диэлектрик X7R, низкое энергопотребление, более высокое по сравнению со стандартными конденсаторами рабочее напряжение и отличные характеристики стойкости к тепловому удару.
Серия OMD-Cap: Снижает риск короткого замыкания и снижения сопротивления изоляции от трещин на конденсаторах из-за изгиба платы, отличатся высоким напряжением пробоя по сравнению со стандартными конденсаторами.
Серия HVArc Guard: Высоковольтные керамические SMD-конденсаторы большой емкости, разработанные для предотвращения образования поверхностной электрической дуги.

Кроме того, предлагаются исполнения конденсаторов с повышенной надежностью, предназначенные для требующей высокой гарантированной надежности аппаратуры, работающей в жестких условиях окружающей среды. Конденсаторы для требующей высокой гарантированной надежности аппаратуры с терминалами, имеющими покрытие матовым оловом с подслоем Sn/Pb с минимальным содержанием свинца 4% выводами. Конденсаторы устойчивые к механическим нагрузкам с гибкими терминалами. Конденсаторы высокой емкости на основе диэлектриков X5R и X7R (рабочая температура до + 125 °C), предназначенные для замены танталовых электролитических конденсаторов. В сериях доступны конденсаторы сверхмалых форм-факторов для миниатюрной электроники и конденсатор с высокой добротностью. Для некоторых типов аппаратуры интерес будут представлять немагнитные конденсаторы, которые выполняются без содержания никеля [10]. Конденсаторы представлены в серии VJ (Non-Magnetic Series) и доступны с диэлектриками C0G (NP0) с диапазоном емкостей 0,5 пФ … 39 нФ (рабочее напряжение 10–3000 В) и X7R/X5R с диапазоном емкостей 100 пФ … 6,8 мкФ (рабочее напряжение 6,3–3000 В).

Компания EPCOS так предлагает нам очень широкий выбор рассматриваемых конденсаторов. В том числе и MLCC выводного исполнения, что позволяет уменьшить механические напряжения и обеспечить повышенную электрическую прочность изоляции, увеличивая пути токов утечки (рис. 4) [11].

Рис. 4. MLCC выводного исполнения компании EPCOS позволяют уменьшить механические напряжения на конденсаторе и обеспечивают повышенную электрическую прочность изоляции

В настоящее время от EPCOS коммерчески доступны следующие основные серии MLCC конденсаторов [12]:

Для автомобильной промышленности:

- Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением до 75 В.
- Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением 100-630 В.
- Серия CGA— конденсаторы с номинальным напряжением 1000 В и выше.
- Серия CGA— конденсаторы с диапазоном рабочих температур до 150 °C.
- Серия CKG— конденсаторы с двумя L‑образными направляющими.
- Серия CGA— конденсаторы с мягкими терминалами.
- Серия CNA— конденсаторы с мягкими терминалами и низким ESR, которое было достигнуто благодаря тому, что ток может проходить через слои с низким сопротивлением, токопроводящей смолой покрыты только места пайки.
- Серия CEU— конденсаторы с двумя последовательно соединенными конденсаторами в одном керамическом корпусе и с полимерными терминалами.
- Серия CGA— конденсаторы для монтажа с помощью токопроводящего клея.
- Серия CGA— конденсаторы с терминалами по широкой стороне для снижения ESL.
- Серия CGA3EA— конденсаторы для защиты от электростатических разрядов в соответствии с IEC 61000–4-2 (Уровень 4).

 Для коммерческого применения:

- Серия C— конденсаторы с номинальным рабочим напряжением до 75 В.
- Серия C — конденсаторы с номинальным рабочим напряжением 100-630 В.
- Серия C— конденсаторы с номинальным рабочим напряжением 1000 В и выше.
- Серия CGB— конденсаторы толщиной менее 0,22 мм.
- Серия C — конденсаторы с диапазоном рабочих температур до 150 °C.
- Серия CKG— конденсаторы двумя L-образными направляющими.
- Серия CA— конденсаторы с низким профилем, низким ESR и высокой емкостью, благодаря структуре Inline (в линию), в которой MLCC-конденсаторы укладываются рядом друг с другом и оптимизируют заполнение металлического каркаса.
- Серия C — конденсаторы с мягкими терминалами и низким ESR, которое было достигнуто благодаря тому, что ток может проходить через слои с низким сопротивлением, токопроводящей смолой покрыты только места пайки.
- Серия C— конденсаторы с уникальным дизайном для уменьшения отказов по причине коротких замыканий.
- Серия C— конденсаторы с терминалами по широкой стороне для снижения ESL.
- Серия CLL— конденсаторы с несколькими терминалами и уникальным внутренним дизайном для снижения ESL.

Кроме того, доступны две серии конденсаторов CGJ с повышенной надежностью — конденсаторы с номинальным рабочим напряжением до 50 В и с номинальным рабочим напряжением 100-630 В.

Данная статья не имела целью подробно и в деталях расписать особенности и преимущества каждой серии многослойных керамических конденсаторов таких гигантов индустрии, как компании VISHAY и EPCOS, но, на что автор статьи очень надеется, она будет полезным гидом по их выбору. Применение качественных конденсаторов гарантирует надежность конечного продукта и вписывается в парадигму — лучше меньше (по количеству) да лучше (по качеству), избавляя разработчиков устанавливать лишние MLCC-конденсаторы с целью их резервирования.

И напоследок хочется отметить, поскольку одной из основных областей применения данной продукции так или иначе является решение проблем электромагнитных помех и выполнения требований в части электромагнитной совместимости, то читателям будет весьма целесообразно обратить свое внимание на серию статей, посвященную этой проблеме [13], поскольку она имеет исключительно и только комплексное решение.

Литература

Рентюк В. RoHS-директива: защита экологии или рынков? // Технологии в электронной промышленности, № 5’2013.
Richardson Christopher. ANP038 «Selecting and Combining Capacitor Types for High Ripple Switching Converter Input and Output Rails», Wurth Elektronik.
Рентюк В. Электролитические конденсаторы: традиционные или полимерные, вот в чем вопрос. // Компоненты и технологии, № 9’2017.
Фрэнк Пухане (Frank Puhane), перевод Владимир Рентюк. Алюминиевые конденсаторы: электролитический или полимерный? Полноценная реализация их преимуществ. Компоненты итехнологии, № 8’2018.
Richard Wilson. Capacitor reliability can be improved with the right materials.
MLCC solutions for suppressing acoustic noise in the battery lines of laptop computers.
 Скрипников А. Керамические конденсаторы: выход из танталового кризиса//Компоненты и технологии № 6’2001.
Guide to Replacing an Electrolytic Capacitor with an MLCC.
Dennis  Zogbi. MLCC Shortages Are Creating Challenges In Multiple End-Markets in 2018.
Surface-Mount Multilayer Ceramic Chip Capacitors for Non-Magnetic Applications.
Solution Guides.
Multilayer Ceramic Chip Capacitors.
Рентюк В. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения которой не уйти//Компоненты и технологии. 2017. № 7.

X7R, X5R, C0G…: Краткое руководство по типам керамических конденсаторов

В этом техническом обзоре делается попытка рассеять туман, окружающий трехсимвольные криптограммы, используемые для описания керамических колпачков.

Инженер-электрик 1: «Конечно, я бы никогда не стал использовать конденсатор Y5V в подобном приложении».

Инженер-электрик 2: «Я тоже. Это было бы глупо!»

Инженер-механик: «Почему?»

Тишина.

Если вы думаете, что рискуете оказаться в разговоре, подобном приведенному выше, я надеюсь, что эта статья вам поможет. Практически каждый, кто проектировал печатную плату, знаком с трехсимвольными кодами, сопровождающими описание конденсатора, и я думаю, что большинство инженеров имеют общее представление о том, какие типы следует использовать — или, по крайней мере, какие типы должны быть , а не . использовано — в данной цепи.

Но что на самом деле означают эти коды? Почему в заметках приложений почти всегда рекомендуют X7R или X5R? Почему Y5V вообще существует? Если вы будете искать в Digi-Key 0.Керамический колпачок 0805 1 мкФ, почему более 400 результатов для X7R и ноль для C0G (он же NP0)?

Код

Трехзначный код в буквенно-цифровом формате используется для конденсаторов с диэлектриками класса 2 и класса 3. C0G является диэлектриком класса 1, поэтому в него не входит (подробнее об этом позже). X5R и X7R относятся к классу 2, а Y5V — к классу 3.

Первый символ указывает самую низкую температуру, которую может выдержать конденсатор. Буква X (как в X7R, X5R) соответствует –55 ° C.
Второй символ указывает максимальную температуру. Теоретический диапазон составляет от 45 ° C до 200 ° C; 5 (как в X5R) соответствует 85 ° C, а 7 (как в X7R) соответствует 125 ° C.
Третий символ указывает максимальное изменение емкости в диапазоне температур детали. Спецификация для конденсаторов -R (таких как X5R и X7R) составляет ± 15%. Емкость деталей с кодом, оканчивающимся на V, может уменьшиться на 82%! Вероятно, это объясняет, почему конденсаторы Y5V не так популярны.

Следующий рисунок дает хорошее визуальное представление о том, насколько нестабильны Y5V и Z5U по сравнению с X5R и X7R.

Предоставлено Kemet.

Эта диаграмма также помогает нам ответить на вопрос «почему Y5V вообще существует?» Потому что он подходит для устройств, которые всегда работают при комнатной температуре или близкой к ней.

Колпачки 1 класса

Как вы, возможно, заметили на диаграмме, C0G чрезвычайно стабилен (обратите внимание, что C0G и NP0 имеют ноль, а не прописную букву «O»).C0G — это диэлектрик класса 1 и суперзвезда универсальных конденсаторов: на емкость существенно не влияют температура, приложенное напряжение или старение.

Однако у него есть один недостаток, который стал особенно актуальным в наш век безжалостной миниатюризации: он неэффективен в отношении объема. Например, если вы зайдете на Digi-Key и выполните поиск конденсатора C0G 0,1 мкФ, наименьшей имеющейся на складе деталью будет 1206. Напротив, вы можете найти конденсатор X7R 0,1 мкФ в корпусе 0306 с номинальным напряжением. (10 В) достаточно для 3.Схема 3 В или даже 5 В.

Пакет 0306. Они действительно могут соответствовать развязывающей крышке X7R в этом крошечном форм-факторе. Изображение любезно предоставлено компанией Digi-Key.

Конденсаторы шумные

Если вы разрабатываете аудиоустройства или просто предпочитаете тихие печатные платы, у вас есть еще одна причина выбрать C0G вместо X7R или X5R: колпачки класса 2 демонстрируют пьезоэлектрические свойства, которые могут заставить их работать как оба микрофона (что преобразует звук в электрический шум. ) и зуммеры (которые преобразуют сигналы переменного тока в слышимый шум).Конденсаторы класса 1 не имеют этой проблемы.

Схема «поющих конденсаторов» из этого документа TDK.

Я уверен, что вы можете найти гораздо больше информации о типах конденсаторов и диэлектриках от таких производителей, как Kemet, AVX и TDK. Если вы хотите увидеть всю таблицу трехзначных кодов, щелкните здесь.

Керамический конденсатор

| Типы | Направляющая конденсатора

Что такое керамические конденсаторы?

В керамическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется керамический материал.Керамика была одним из первых материалов, который использовался при производстве конденсаторов, поскольку это был известный изолятор. В керамических конденсаторах использовались многие геометрические формы, некоторые из которых, например, керамические трубчатые конденсаторы и конденсаторы с барьерным слоем, сегодня устарели из-за своего размера, паразитных эффектов или электрических характеристик. Типы керамических конденсаторов, наиболее часто используемые в современной электронике, — это многослойный керамический конденсатор, иначе называемый керамическим многослойным чип-конденсатором (MLCC), и керамический дисковый конденсатор.MLCC являются наиболее производимыми конденсаторами, количество которых составляет около 1000 миллиардов устройств в год. Они изготавливаются по технологии SMD (поверхностного монтажа) и широко используются благодаря небольшим размерам. Керамические конденсаторы обычно производятся с очень маленькими значениями емкости, обычно от 1 нФ до 1 мкФ, хотя возможны значения до 100 мкФ. Керамические конденсаторы также очень малы по размеру и имеют низкое максимальное номинальное напряжение. Они не поляризованы, что означает, что их можно безопасно подключать к источнику переменного тока.Керамические конденсаторы имеют отличную частотную характеристику из-за низких паразитных эффектов, таких как сопротивление или индуктивность.
Определение керамического конденсатора
Керамический конденсатор — это конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется керамический материал. Двумя наиболее распространенными типами являются многослойные керамические конденсаторы и керамические дисковые конденсаторы.
Характеристики
Точность и допуски
Сегодня доступны два класса керамических конденсаторов: класс 1 и класс 2.Керамические конденсаторы класса 1 используются там, где требуется высокая стабильность и низкие потери. Они очень точны, а значение емкости стабильно в зависимости от приложенного напряжения, температуры и частоты. Конденсаторы серии NP0 обладают емкостной термической стабильностью ± 0,54% в общем диапазоне температур от -55 до +125 ° C. Допуски номинального значения емкости могут составлять всего 1%.
Конденсаторы
класса 2 имеют высокую емкость на единицу объема и используются для менее чувствительных приложений.Их термическая стабильность обычно составляет ± 15% в диапазоне рабочих температур, а допустимые отклонения от номинальных значений составляют около 20%.
Преимущества размера
Когда требуется высокая плотность упаковки компонентов, как в случае с большинством современных печатных плат (ПП), устройства MLCC предлагают большое преимущество по сравнению с другими конденсаторами. Чтобы проиллюстрировать этот момент, корпус многослойного керамического конденсатора «0402» имеет размеры всего 0,4 мм x 0,2 мм. В такой упаковке 500 и более слоев керамики и металла.Минимальная толщина керамики по состоянию на 2010 год составляет порядка 0,5 мкм.
Высокое напряжение и большая мощность
Керамические конденсаторы большего размера могут быть изготовлены так, чтобы выдерживать гораздо более высокие напряжения, и их называют силовыми керамическими конденсаторами. Они физически намного больше, чем те, что используются на печатных платах, и имеют специальные клеммы для безопасного подключения к источнику высокого напряжения. Силовые керамические конденсаторы могут быть изготовлены так, чтобы выдерживать напряжения в диапазоне от 2 кВ до 100 кВ, с указанной мощностью намного выше 200 вольт-ампер.
Меньшие MLCC, используемые в печатных платах, рассчитаны на напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, в зависимости от области применения.
Конструкция и свойства керамических конденсаторов
Конденсаторы керамические дисковые
Дисковые керамические конденсаторы изготавливаются путем покрытия керамического диска серебряными контактами с обеих сторон. Для достижения большей емкости эти устройства могут быть сделаны из нескольких слоев. Керамические дисковые конденсаторы обычно являются компонентами со сквозным отверстием и выходят из употребления из-за своего размера.Вместо них используются MLCC, если позволяют значения емкости. Керамические дисковые конденсаторы имеют значение емкости от 10 пФ до 100 мкФ с широким диапазоном номинальных напряжений от 16 вольт до 15 кВ и более.
Многослойный керамический конденсатор (MLCC)
MLCC производятся путем точного смешивания мелко измельченных гранул параэлектрических и сегнетоэлектрических материалов и альтернативного наслаивания смеси металлическими контактами. После завершения наслоения устройство нагревается до высокой температуры и смесь спекается, в результате чего получается керамический материал с желаемыми свойствами.Полученный конденсатор в основном состоит из множества конденсаторов меньшего размера, соединенных параллельно, что увеличивает емкость. MLCC состоят из 500 и более слоев с минимальной толщиной слоя примерно 0,5 мкм. По мере развития технологии толщина слоя уменьшается, и достигаются более высокие емкости для того же объема.
Области применения керамических конденсаторов
Учитывая, что MLCC являются наиболее широко производимыми конденсаторами в электронной промышленности, само собой разумеется, что у этих конденсаторов есть бесчисленное множество применений.Интересным высокоточным и мощным приложением является резонансный контур в передающих станциях. Конденсаторы высокой мощности класса 2 используются в источниках питания высоковольтных лазеров, силовых выключателях, индукционных печах и т.д. размером с песчинку. Они также используются в преобразователях постоянного тока в постоянный, которые создают большую нагрузку на компоненты в виде высоких частот и высоких уровней электрических шумов.Керамические конденсаторы также могут использоваться в качестве конденсаторов общего назначения, поскольку они не поляризованы и доступны с большим разнообразием емкости, номинального напряжения и размеров. Многие любители, особенно в области робототехники, знакомы с керамическими дисковыми конденсаторами, используемыми в щеточных двигателях постоянного тока для минимизации радиочастотного шума.
Керамический конденсатор
в рабочем состоянии, разные типы и их применение
Конденсатор — это электрическое устройство, которое накапливает энергию в виде электрического поля.Он состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком или непроводящим веществом. Типы конденсаторов широко делятся на основе постоянной емкости и переменной емкости. Наиболее важными из них являются конденсаторы постоянной емкости, но существуют также конденсаторы переменной емкости. К ним относятся роторные или подстроечные конденсаторы. Конденсаторы с постоянной емкостью делятся на пленочные, керамические, электролитические и сверхпроводниковые. Перейдите по ссылке, чтобы узнать больше Различные типы конденсаторов.Более подробно керамический конденсатор описан в этой статье.
Различные типы конденсаторов
Полярность и символ керамического конденсатора
Керамические конденсаторы чаще всего встречаются в каждом электрическом устройстве, и в качестве диэлектрика используется керамический материал. Керамический конденсатор не имеет полярности, что означает, что у них нет полярности. Таким образом, мы можем подключить его в любом направлении на печатной плате.
По этой причине они обычно намного безопаснее электролитических конденсаторов.Вот символ неполяризованного конденсатора, приведенный ниже. Многие типы конденсаторов, такие как танталовые бусины, не имеют полярности.
Полярность керамического конденсатора и символ
Конструкция и свойства керамических конденсаторов
Керамические конденсаторы доступны трех типов, хотя доступны и другие стили:
Дисковые керамические конденсаторы с выводами для монтажа в сквозные отверстия, покрытые смолой.
Многослойные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа (MLCC).
Дисковые неизолированные керамические конденсаторы специального типа для микроволновых печей, предназначенные для установки в разъем на печатной плате.
Различные типы керамических конденсаторов
Керамические дисковые конденсаторы изготавливаются путем покрытия керамического диска серебряными контактами с обеих сторон, как показано выше. Керамические дисковые конденсаторы имеют значение емкости от 10 пФ до 100 мкФ с широким диапазоном номинальных напряжений от 16 В до 15 кВ и более.
Для увеличения емкости эти устройства могут быть сделаны из нескольких слоев.MLCC изготовлены из смеси параэлектрических и сегнетоэлектрических материалов и в качестве альтернативы имеют слои с металлическими контактами.
После завершения процесса наслоения устройство нагревается до высокой температуры и смесь спекается, в результате чего получается керамический материал с желаемыми свойствами. Наконец, полученный конденсатор состоит из множества конденсаторов меньшего размера, соединенных параллельно, что приводит к увеличению емкости.
MLCC состоят из более чем 500 слоев с минимальной толщиной слоя приблизительно 0.5 мкм. По мере развития технологии толщина слоя уменьшается, а емкость увеличивается в том же объеме.
Диэлектрики керамических конденсаторов различаются от одного производителя к другому, но общие соединения включают диоксид титана, титанат стронция и титанат бария.
В зависимости от диапазона рабочих температур, температурного дрейфа, допуска определяются различные классы керамических конденсаторов.
Керамические конденсаторы класса 1
Что касается температуры, то это самые стабильные конденсаторы.У них почти линейные характеристики.
Наиболее распространенными соединениями, используемыми в качестве диэлектриков, являются
Титанат магния для положительного температурного коэффициента.
Титанат кальция для конденсаторов с отрицательным температурным коэффициентом.
Керамические конденсаторы класса 2
Конденсаторы класса 2 демонстрируют лучшие характеристики по объемному КПД, но это происходит за счет более низкой точности и стабильности. В результате они обычно используются для развязки, соединения и байпаса, где точность не имеет первостепенного значения.
Диапазон температур: от -50 ° C до + 85 ° C
Коэффициент рассеяния: 2,5%.
Точность: от средней до низкой
Керамические конденсаторы класса 3
Керамические конденсаторы класса 3 обеспечивают высокий объемный КПД при низкой точности и низком коэффициенте рассеяния. Он не выдерживает высоких напряжений. В качестве диэлектрика часто используется титанат бария.
Конденсатор класса 3 изменит свою емкость на -22% до + 50%.
Диапазон температур от + 10 ° C до + 55 ° C.
Коэффициент рассеяния: от 3 до 5%.
У него будет довольно низкая точность (обычно 20% или -20 / + 80%).
Тип класса 3 обычно используется для развязки или в других источниках питания, где точность не является проблемой.
Значения керамических дисковых конденсаторов
Код керамических дисковых конденсаторов обычно состоит из трехзначного числа, за которым следует буква. Найти номинал конденсатора очень просто.
Значения керамического дискового конденсатора
Первые две значащие цифры обозначают первые две цифры фактического значения емкости, которое составляет 47 (указанный выше конденсатор).
Третья цифра — множитель (3), который равен × 1000. Буква J означает допуск ± 5%. Поскольку это система кодирования EIA, значение будет в пикофарадах. Следовательно, емкость конденсатора выше 47000 пФ ± 5%.
Таблица системы кодирования EIA
Например, если конденсатор обозначен как 484N, его значение будет 480000 пФ ± 30%.
Применение керамических конденсаторов
Керамические конденсаторы в основном используются в резонансных контурах передающих станций.
Конденсаторы большой мощности класса 2 используются в источниках питания высоковольтных лазеров, силовых выключателях, индукционных печах и т. Д.
Конденсаторы для поверхностного монтажа часто используются в печатных платах и устройствах с высокой плотностью размещения.
Керамические конденсаторы также могут использоваться в качестве конденсаторов общего назначения из-за их неполярности и доступны с большим разнообразием емкости, номинального напряжения и размеров.
Керамические дисковые конденсаторы используются в щеточных двигателях постоянного тока для минимизации высокочастотного шума.
MLCC, используемые в печатных платах (PCB), рассчитаны на напряжения от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, в зависимости от области применения.
Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что в этих конденсаторах в качестве диэлектрика используется керамика. Благодаря неполярности, они могут подключаться к печатной плате в любом направлении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации проектов электронной инженерии, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают керамические конденсаторы разных типов?
Техническая информация — Wright Capacitors, Inc

Наши керамические конденсаторы состоят из токопроводящих пластин (электродов), разделенных изолирующей поляризуемый материал (диэлектрик). Они производятся самых разных размеров и форм. определяется требованиями использования.
Титанат бария обладает превосходными ферроэлектрическими свойствами и является основным материалом, используемым WCI в производство диэлектриков.По сути, увеличение количества титаната бария в составе будет приводят к более высокой диэлектрической проницаемости.
Практическая формула для определения емкости:
Типы керамических СВЧ SS высокого напряжения SL
ОДНОСЛОЙНЫЙ -Однослойный керамический конденсатор образован диэлектрическим блоком с противоположный электрод с каждой стороны. Керамика имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем толстая пленка, и разумная емкость может быть достигнута, поскольку стекло не требуется для склеивания.Этот тип в первую очередь использовал в монолитных высоковольтных или высокочастотных приложениях.
МОНОЛИТНЫЙ — Многослойный керамический конденсатор образован параллельной сборкой одиночных слоистые керамические конденсаторы. Уникальный производственный процесс герметично закрывает противоположные электроды. внутри диэлектрик, поэтому более тонкие диэлектрики можно использовать для увеличения емкости на единицу объема. Должный к достигнутый высокий объемный КПД, они идеально подходят для применений, где емкость выше, чем у одинарные слои обязательны.
Эти описания типов керамических конденсаторов рассматривают сложную тему в элементарная мода. Чтобы избежать неправильного применения, дополнительную информацию следует получать в WCI.
Классы керамических диэлектриков
Керамические диэлектрические материалы делятся на три класса в соответствии с отраслевыми / военными стандартами. Эти материалы производятся для работы в указанных пределах. WCI имеет запатентованные формулы с особое внимание уделяется характеристикам высокого напряжения, предназначенным для соответствия и превышения указанных требования.
КЛАСС I NPO / N2200
Эти материалы обладают чрезвычайно стабильными характеристиками при изменении температуры, напряжения и частоты. диапазоны; однако низкий процент титаната бария ограничивает диэлектрическую проницаемость (K) диапазоном 10-100. Поскольку они не являются ферроэлектрическими, они показывают небольшой коэффициент старения или напряжения. Модификация этих материалы могут привести к термокомпенсирующим диэлектрикам с константами в диапазоне 100-300.Этот буду также увеличивают температурный эффект изменения емкости с 30 ppm / ° C до 1000-3300 ppm / ° C.
КЛАСС II BR / BZ
Этот класс диэлектриков среднего класса имеет более широкий допуск по температуре, напряжению и частоте, чем делает НПО; однако диэлектрическая проницаемость попадает в гораздо больший диапазон — 1000–2500. Выбор диэлектрик используется для любого конкретного приложения для достижения емкости, необходимой при любой заданной температуре, напряжении или частота критична.
КЛАСС III Z5U / Y5V
Этот класс представляет самые высокие диэлектрические постоянные в диапазоне от 3500 до 12500. Температура, на напряжение и частоту очень сильно влияет отклонение от 25 ° C и 1 Vrms. Повысился емкость обычно может быть достигнута путем правильного выбора диэлектрика более низкого класса, если выше температуры или напряжения.
Влияние напряжения
Все характеристики керамических конденсаторов указаны для номинальных значений 25 ° C и 1 В среднеквадратичного значения.Приложение напряжения к а конденсатор вызывает изменение емкости и объемного КПД, как показано справа.
Еще одним важным фактором при проектировании конденсатора является напряжение пробоя или отказа конденсатора. тело. Это явление имеет место, когда приложенное напряжение вызывает необратимый отказ из-за заданного толщина керамики. Диэлектрическая прочность всех изоляционных материалов обратно пропорциональна квадрату корень толщины.Вероятность дефекта увеличивается с увеличением толщины фиксированного участка. Недостаток ставки будут варьироваться в зависимости от процесса и выбора сырья.
Зависимость электрической прочности диэлектрика от толщины показана на рисунке слева и иллюстрирует, что часть толще для увеличения номинального напряжения не обязательно дает желаемый результат в целом.
Напряжение вспышки или завышенное испытательное напряжение оказывает ограничивающее влияние на допустимую емкость. достигнуто в заданном районе.Диэлектрическая прочность не прямо пропорциональна толщине и напряжению. довольно быстро спадает при больших толщинах. Требование к тесту флэш-памяти 2X может потребовать толщина диэлектрика должна быть увеличена в 4 раза для обеспечения такой же степени надежности. Поэтому, Напряжение вспышки 1,5X для от 500 В до 1 кВ постоянного тока и 1,2X для более высоких напряжений было установлено в качестве отраслевых стандартов. и на практике доказали, что являются лучшим балансом между надежностью и объемной эффективностью.
Импульсный ток
Высокие импульсные токи могут повредить керамические конденсаторы и электроды. Титанат бария может быть сегнетоэлектрик или пьезоэлектрик, в зависимости от того, как он легирован. Появляются более высокие диэлектрики «K» к сохраняют легкую пьезоэлектрическую тенденцию; поэтому сильный скачок тока может вызвать механическое повреждение конденсатор. Это может проявляться как растрескивание, вызывающее короткое замыкание, или выгорание внутренний электроды; таким образом вызывая постоянное уменьшение емкости.Контролируя параметры конструкции и при использовании электродных систем из драгоценных металлов с низким ESR можно получить импульсные токи более 10 ампер без ущерба для качества и надежности.
Плотность энергии
Количество энергии, хранящейся в конденсаторе, определяется как ½CV². Плотность энергии, или джоули / дюйм³, В сочетании с соображениями формы и диэлектрического материала важными факторами при проектировании конденсатора являются. Это практичен для высоких емкостей и высокого напряжения для достижения плотности энергии от 6 до 10 джоулей / дюйм³.WCI имеет большой опыт работы с высокой емкостью при высоком напряжении и использует оригинальные конструкции, чтобы избежать пьезоэлектрические эффекты и другие потенциальные проблемные области.
Корона
Корона — это ионизация газа под действием приложенного напряжения. Ионы ускоряются под действием напряжения и разряжают свою энергию при ударе твердым телом. Эффекты короны зависят от частоты генерация и энергия рассеивается при ударе. Возникновение короны происходит при приложении напряжения к пустоте. или же другие недостатки в структуре керамического диэлектрика.Керамика изготавливается из твердых материалов с высоко точки плавления и потребует длительного воздействия короны, чтобы выдержать критические повреждения.
Крепление конденсатора
После приобретения высококачественного керамического конденсатора чрезвычайно важно, чтобы он был установлен в вашем цепь без повреждений. Двумя наиболее распространенными методами крепления являются токопроводящая эпоксидная смола и пайка. Электропроводящая эпоксидная смола популярна благодаря простоте нанесения.Этот вид клея содержит частицы металла. по электрическому контакту и степени механической прочности; однако он менее прочен, чем припой и Д.Ф. может увеличиваться из-за более низкой проводимости. Эта техника крепления хороша только в цепях, а не в цепях. подвергается воздействию атмосферы. Припои бывают разных температур плавления и должны применяться очень осторожно. Если используются конденсаторные микросхемы, микросхему следует осторожно предварительно нагреть до уровня чуть ниже уровня жидкости. температура припоя, а затем припой следует наносить быстро, чтобы избежать теплового удара или выщелачивания о прекращении.Устройства с выводами не так чувствительны, но все же необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева. удар и оплавление припоя на конденсатор. Чипы больше 2725 или толще 0,100 дюйма не считаются рекомендуется для монтажа под пайку, особенно на эпоксидных плитах. Их можно с успехом использовать на гибридный доски с тщательно контролируемым предварительным нагревом. Электропроводящая эпоксидная смола или использование свинцовых компонентов недопустимы. рекомендуется для пайки этих больших устройств. Золото, серебро, палладий-серебро или никель барьерные окончания доступны.Проконсультируйтесь с заводом-изготовителем. Группа технического обслуживания WCI доступна для помощь с любыми проблемами монтажа, с которыми вы можете столкнуться.
Влияние температуры
Диэлектрики класса II и III содержат значительные количества сегнетоэлектрического материала титаната бария. Титанат бария претерпевает кристаллическое изменение примерно при 125 ° C. Это называется точкой Кюри. После этого перехода способность к поляризации резко снижается и «K» является уменьшено, как показано справа.Диэлектрики X7R смешаны, чтобы расширить это резкое изменение «K», приводя к более умеренной производительности, как показано. Диэлектрики Z5U с самым высоким процентом Титанат бария разработан для смещения точки Кюри ближе к комнатной температуре. Это занимает максимум преимущество высокого «К» титаната бария и результат в самых экстремальных характеристиках. /
Старение
Эффект старения, который иногда не замечают пользователи конденсаторов.Когда конденсатор проходит через точка Кюри 125 ° C, происходит кристаллическое изменение. Когда конденсатор охлаждается до комнатной температуры, емкость возвращается к исходному значению 25 ° C. Скорость уменьшения емкости или «старения» изменяется в зависимости от «K» и обычно увеличивается с увеличением диэлектрической проницаемости. Эта скорость изменения выражается в процентах изменения за декаду в час. Для НКО скорость изменения равна нулю; с изменением X7R между От 0,5% до 2% за декаду в час; и Z5U колеблется от 4% до 5% за декаду в час.Как вся керамика конденсаторы пройти температурную обработку, важно понимать, как это может повлиять на стоимость конденсатор, который много десятилетий лежит на полке. (В общепромышленной практике используется 1000 часы в качестве эталонного времени для определения допуска.)
Свяжитесь с Wright Capacitors, Inc. для получения информации о ценах и производстве информация
Конденсаторы
, Часть 3 «Керамические конденсаторы [2]» ｜ Электроника ABC ｜ Журнал TDK Techno
Основные характеристики многослойных керамических чип-конденсаторов
Для правильного использования конденсаторов важно понимать их особенности.В этом разделе объясняются некоторые из основных характеристик многослойных керамических конденсаторов для микросхем.
● Номинальное напряжение
Каждый конденсатор имеет определенный предел приложенного к нему напряжения. Номинальное напряжение относится к максимальному напряжению, которое может быть приложено во время постоянной работы, не вызывая проблем. Обычно номинальное напряжение указывается как постоянное напряжение, но для некоторых продуктов переменное напряжение также может быть указано как гарантированное значение.
● Ток утечки / сопротивление изоляции / пробой изоляции
Хотя конденсатор в принципе блокирует постоянный ток, на самом деле происходит небольшая утечка напряжения.Сопротивление изоляции — это величина, которая получается делением тока, протекающего в конденсаторе, на приложенное напряжение. Поскольку многослойные керамические конденсаторы микросхемы имеют высокое сопротивление изоляции, ток утечки не представляет проблемы в обычных приложениях. Однако при превышении номинального напряжения и дальнейшем увеличении приложенного напряжения конденсатор в какой-то момент будет подвержен пробою изоляции.
● Tan δ (касательная дельта) ・ Q
В идеале конденсатор, используемый в цепи, не должен потреблять энергию, но на самом деле такие факторы, как диэлектрические потери конденсатора и удельное сопротивление электродов и выводных проводов (известное как ESR: эквивалентное последовательное сопротивление), вызывают потерю энергии.Это проявляется в фазовом сдвиге тока, протекающего в конденсаторе. Разница фаз между напряжением, приложенным к конденсатору, и током в идеале составляет 90 градусов, но вышеупомянутые потери вызывают задержку более 90 градусов. Угол δ (угол потерь) этой задержки, выраженный тригонометрической функцией тангенса (положительное число), называется тангенсом δ (тангенс-дельта) или тангенсом диэлектрической проницаемости. Величина, обратная tan δ, известна как Q (добротность), которая является показателем производительности конденсатора в высокочастотном диапазоне.
● Тепловые характеристики емкости
Многослойные керамические чип-конденсаторы, широко используемые в электронных устройствах, можно разделить на две основные категории в зависимости от их типа диэлектрика: (1) тип с низкой диэлектрической постоянной и (2) тип с высокой диэлектрической постоянной. Они могут быть далее подразделены по тепловым характеристикам, спецификации, которая регулируется стандартами JIS (Японские промышленные стандарты) и EIA (Ассоциация электронной промышленности Америки).
● Характеристики смещения постоянного тока (характеристики напряжения постоянного тока)
Емкость керамического конденсатора также изменяется в зависимости от приложенного напряжения. При постоянном напряжении это свойство называется характеристиками смещения постоянного тока. У конденсаторов с низкой диэлектрической проницаемостью (тип 1) емкость практически не изменяется, но у конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью (тип 2) с характеристиками «B» и особенно керамических конденсаторов с характеристиками «F» изменение является значительным.Это связано с тем, что в конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью используется сегнетоэлектрическое вещество (например, BaTiO3), которое генерирует спонтанную поляризацию.
Керамический материал представляет собой поликристаллическое вещество, состоящее из большого количества кристаллических зерен. В сегнетоэлектрическом материале так называемые домены этих зерен расположены поочередно в противоположном направлении, тем самым компенсируя друг друга, так что спонтанная поляризация не возникает. По мере того как напряженность приложенного постоянного электрического поля увеличивается, диэлектрическая проницаемость сначала также увеличивается, поскольку ориентация спонтанной поляризации совпадает с ориентацией электрического поля.Однако, когда электрическое поле становится сильнее, выравнивание прекращается и достигается насыщение, в результате чего диэлектрическая проницаемость падает. Поэтому при применении смещения постоянного тока необходимо выбрать правильные параметры, принимая во внимание характеристики диэлектрика, а также рабочее напряжение и выдерживаемое напряжение. Кроме того, падение емкости, вызванное смещением постоянного тока, будет более выраженным в конденсаторах меньшего размера.
● Импеданс vs.АЧХ
Чем выше частота переменного тока, тем легче он проходит через конденсатор. В идеальном конденсаторе по мере увеличения частоты полное сопротивление будет стремиться к нулю, но в действительности существует граница частоты, за которой сопротивление конденсатора снова возрастет. Следовательно, кривая зависимости сопротивления от частотной характеристики будет иметь V-образную форму (или U-образную форму). Это связано с тем, что ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) конденсатора образует LC-резонансный контур с конденсатором.Частота внизу V-кривой называется собственной резонансной частотой (SRF). До этой частоты конденсатор функционирует как конденсатор, но в частотном диапазоне выше него он действует как индуктор. Значение Q также падает и становится равным нулю на собственной резонансной частоте. Поэтому параметры должны быть выбраны таким образом, чтобы конденсатор работал ниже собственной резонансной частоты.
Многослойные конденсаторы с керамической микросхемой | ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
X8R Характеристики: выдерживает даже температуру поверхности двигателя до 150 ° C
Многослойные керамические конденсаторы для микросхем в основном можно разделить на две части. категории, а именно типы с низкой относительной диэлектрической проницаемостью, использующие CaZrO ₃ (цирконат кальция) или аналогичный диэлектрик (класс I) и высокий относительные типы диэлектрической проницаемости с использованием титаната бария (BaTiO ₃) или аналогичен диэлектрику (класс II).Для получения высокой емкости тип относительной диэлектрической проницаемости является лучшим, но этот тип имеет важное недостаток, а именно то, что емкость меняется в зависимости от температура. Напротив, тип с низкой относительной диэлектрической проницаемостью показывает небольшое изменение емкости в зависимости от температуры. это поэтому широко используется в таких приложениях, как схемы фильтров и генераторы, где важны стабильные характеристики. Эти продукты поэтому их также называют термокомпенсаторами.Тот факт, что электронные устройства для использования в автомобилях подлежат к экстремальным условиям окружающей среды — главное отличие от общих электронные устройства. Поскольку автомобили становятся все более электронными, количество устройств ECU (Electronic Control Unit) в одном автомобиле может быть от 10 до 100, что приводит к большому количеству жгутов проводов пересекая транспортное средство. Потому что вес этих жгутов может достигать нескольких десятков килограммов, есть тенденция позиционировать ЭБУ в машинном отделении, тем самым уменьшая длину жгутов и соответствующий вес.Однако температура в машинном отделении достигает примерно 125 ° C, а на поверхности двигателя — до 150 ° C. Поэтому электронные компоненты для использования в автомобилях должны иметь возможность выдерживать очень высокие температуры и сохранять стабильность работа в широком диапазоне температур. Многослойные типа X7R и X8R керамические конденсаторы (высокая относительная диэлектрическая проницаемость) соответствуют этим требованиям. требования.
Спецификации X7R предписывают диапазон температур от -55 до +125 ° C с допуском максимальной емкости ± 15%.Для X8R диапазон температур от -55 до +150 ° C, допуск также ± 15%. С описанными конденсаторами с высокой относительной диэлектрической проницаемостью выше, выполнить эти требования сложно, но реализовать X8R спецификации — важная задача с точки зрения дальнейшего прогресс автомобильной электроники. За счет улучшения состава материала и условий производства, TDK удалось оптимизировать частицы структуру диэлектрической керамики и добиться более однородной размер частицы.Следуя по стопам 125 ° C, соответствует стандарту X7R продукции, компании удалось обеспечить соответствие X8R 150 ° C вывод на рынок многослойных керамических чип-конденсаторов. Наличие Продукция X8R отвечает передовым потребностям рынка и означает что связанные с температурой ограничения на размещение ЭБУ устранены. Работоспособность и надежность блока управления двигателем, сенсорных модулей, От этого выиграют HID, ABS и другие автомобильные устройства. разработка.
Керамический конденсатор
| Electrical4U
Наиболее часто используемым конденсатором в электронной схеме является керамический конденсатор из-за небольшого физического размера и большой способности накапливать заряд. Конденсатор, в котором в качестве диэлектрической среды используется керамика, называется керамический конденсатор.
Мы называем керамические конденсаторы «рабочими лошадками» высокочастотных конденсаторов. Это конденсатор без полярности, поэтому на керамических конденсаторах нет маркировки полярности, в отличие от электролитического конденсатора.Таким образом, его можно легко использовать в цепях переменного тока. Керамические конденсаторы обычно производятся номиналом от 1 пФ до 100 мкФ и рабочим напряжением постоянного тока от 10 вольт до 5000 вольт.
Типы керамических конденсаторов
По конструкции его можно разделить на две группы
Керамический дисковый конденсатор
Многослойный керамический конденсатор (MLCC)
Керамический дисковый конденсатор
Керамические дисковые конденсаторы обычно состоят из двух токопроводящих дисков. с каждой стороны куска керамического изолятора к каждой пластине прикреплен один вывод, покрытый инертным водонепроницаемым покрытием из керамического состава.Конденсаторы дискового типа имеют высокую емкость на единицу объема. Они доступны до значения 0,01 мкФ. Он имеет номинальное напряжение до 750 В постоянного тока и 350 В относительно переменного тока.
Многослойный керамический конденсатор
Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) состоят из нескольких слоев керамического материала, часто из титаната бария, разделенных штыревыми металлическими электродами. Эта конструкция размещает много конденсаторов параллельно. Некоторые MLCC содержат сотни керамических слоев; каждый слой ведет себя как отдельный керамический конденсатор.Это означает, что MLCC состоит из нескольких слоев керамического материала, обычно из титаната бария, разделенных металлическими электродами, как показано.

Клеммные контакты снимаются с обоих концов конструкции. Некоторые MLCC содержат сотни керамических слоев, каждый из которых толщиной всего несколько микрометров.
Общая емкость структуры будет произведением емкости каждого слоя на общее количество слоев в конденсаторе. Многослойная конструкция конденсатора в сочетании с технологией поверхностного монтажа позволяет производить почти идеальные высокочастотные конденсаторы.Некоторые малоразмерные (например, десятки пикофарад) MLCC для поверхностного монтажа могут иметь собственные резонансные частоты в несколько гигагерцовых диапазонов.
Большинство MLCC имеют значения емкости 1 мкФ или менее при номинальном напряжении 50 В или менее. Небольшое расстояние между слоями ограничивает номинальное напряжение. Однако небольшой интервал в сочетании с большим количеством слоев позволил производителям производить MLCC с более высокой стоимостью со значениями емкости в диапазоне от 10 до 100 пФ. MLCC представляют собой превосходные высокочастотные конденсаторы и обычно используются для высокочастотной фильтрации, а также для развязки цифровой логики.Керамические конденсаторы
High-K (K = диэлектрическая постоянная) относятся только к среднечастотным конденсаторам. Они относительно нестабильны по времени, температуре и частоте. Их основное преимущество — более высокое отношение емкости к объему по сравнению со стандартными керамическими конденсаторами. Обычно они используются в некритических приложениях для обхода, связывания и блокировки. Другой недостаток заключается в том, что скачки напряжения могут повредить их. Поэтому не рекомендуется использовать в качестве байпасных конденсаторов непосредственно через источник питания с низким сопротивлением.
Преимущества керамического конденсатора
На рынке доступны любые размеры и формы.
При этом керамические конденсаторы стоят недорого.
К тому же они легкие.
Они могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать достаточно высокое напряжение (до 100 В).
Их работа надежна.
Они подходят для использования в гибридных интегральных схемах.
Недостатки керамического конденсатора
Керамические конденсаторы очень высокого напряжения недоступны.
Высокие значения емкости невозможны.
No related posts.

Разное