RUTRONIK GmbH
Jürgen Geier, tehnični strokovnjak za keramične kondenzatorje pri podjetju Rutronik.
Trg elektronike zahteva vse manjše naprave oziroma integracijo vse več funkcij v obstoječe naprave. Zaradi tega je prostor na tiskanem vezju vedno bolj dragocen. Na to so se odzvali proizvajalci večplastnih keramičnih kondenzatorjev.
Večplastni keramični kondenzatorji (Multi-Layer Ceramic Capacitors – MLCC) so kompaktni, cenovno ugodni in zanesljivi. Imajo zelo nizke vrednosti enakovredne zaporedne upornosti (Equivalent Series Resistance – ESR), tako da lahko gladijo zelo visoke tokove zaradi valovitosti. Pogosto se uporabljajo namesto in/ali vzporedno z elektrolitskimi kondenzatorji za izboljšanje delovanja sistema.
Zaradi naraščajočih zahtev po miniaturizaciji stalno raste povpraševanje po kondenzatorjih z visoko kapacitivnostjo in boljšimi temperaturnimi lastnostmi pri manjših velikostih.Vendar pa tukaj hitro dosežejo svoje meje v območju visokih kapacitivnosti (HiCap, ≥ 1 µF) in območju srednjih ter visokih napetosti (200–450 V in 630 V–5 kV). Tukaj potrebujemo kondenzatorje velikosti 1812 ali večje (1825, 2220, 2225, 3640 …). Tudi pri velikosti 1210, ki je nekako optimalna, je potrebnih več vzporednih in/ali zaporednih vezav, kar zahteva sorazmerno velike površine.
Poleg kondenzatorjev so na tiskanem vezju običajno še druge, višje komponente, tako da je načeloma na voljo več višine, ki pa je kondenzatorji, izdelani iz posameznih elementov, ne izkoristijo. Prostor je mogoče prihraniti z združevanjem več kondenzatorjev v eno komponento. To pomeni, da jih zložimo, tako da so povezani vzporedno. V primerjavi z enojnim elementom imajo nižjo vrednost ESR in enakovredno zaporedno induktivnost (Equivalent Series Inductance – ESL) ter velikokrat večjo kapacitivnost, odvisno od števila uporabljenih elementov.
Najpogosteje so na voljo rešitve iz dveh elementov v velikostih 1210, 1812 in 2220, v skrajnih primerih pa so na voljo tudi rešitve z do desetimi elementi ter velikostmi do približno 30 x 50 mm. Posamezni elementi so pri tem največkrat razporejeni vodoravno s priključnimi okvirji (Leadframe) »J« za procese SMD. Na voljo so tudi izvedbe z žičnimi priključki. Vendar pa se uporabljajo manj pogosto, med drugim zaradi težav pri avtomatizaciji procesa, kar pomeni večje stroške in daljšo proizvodnjo.
Zgradbo kondenzatorjev MLCC s priključnim okvirjem je mogoče uporabiti tudi za povečanje zmogljivosti in trpežnosti posameznih elementov pri toplotnih ter mehanskih obremenitvah.
Za dodatno optimizacijo v smislu toplotnih obremenitev in zmanjšanja ESR ter ESL so na voljo tudi izvedbe z navpično razporejenimi elementi.
Kot dodatno posebnost ponuja podjetje KEMET takšne komponente tudi brez priključnih okvirjev. V ta namen so razvili tehnologijo KONNEKT. Uporablja inovativen material, prehodno sintran v tekoči fazi (Transient Liquid Phase Sintering – TLPS), s katerim naredijo hkrati priključni okvir in rešitev z več elementi brez svinca. To prinaša dodatno izboljšanje vrednosti ESR in ESL ter večji izkoristek prostornine. Tudi ti kondenzatorji so na voljo z vodoravno in navpično razporejenimi elementi.
Poleg tega ponuja podjetje TDK posebnost – keramiko s pozitivnim napetostnim koeficientom. Komponente CeraLink so primerne za visokofrekvenčne in visokotemperaturne načine uporabe v močnostni elektroniki, zlasti pri omejenem prostoru, visokih nazivnih tokovih, visokih gostotah kapacitivnosti in visokih delovnih temperaturah. Kondenzator CeraLink je sestavljen iz keramike svinec-lantan-cirkonijev-titanat (PLZT) z bakrenimi notranjimi elektrodami. Uravnotežena visoka tokovna zmogljivost in kapacitivnost pomenita, da kondenzatorji CeraLink zmanjšajo potrebno število kondenzatorjev v primerjavi s kondenzatorji MLCC, hkrati pa se s tem zmanjšajo skupni stroški rešitve. V nasprotju z običajnimi keramičnimi kondenzatorji imajo kondenzatorji CeraLink največjo kapacitivnost pri predpisani delovni točki (pozitivni napetostni koeficient), ki narašča sorazmerno z deležem valovite napetosti, tako da so to idealni kondenzatorji za hitre polprevodnike s širokim prepovedanim pasom (Wide Bandgap – WBG), kot sta SiC in GaN.
