• Petus
• July 04 2023
• Komerce
• 746x Přečteno

Podívejte se, jak fungují kondenzátory MLCC a jaké jsou jejich výhody.

• Konstrukce kondenzátoru MLCC
• Skutečný model kondenzátoru
• Dielektrikum
• Kondenzátory MLCC SMD
• Kondenzátory MLCC THT
• Sítě MLCC
• Problémy kondenzátorů MLCC
• MLCC v nabídce TME

Konstrukce kondenzátoru MLCC
Kondenzátor je prvek, který ukládá energii v elektrickém poli. Jedním z nejoblíbenějších typů kondenzátorů je MLCC (multilayer ceramic capacitor), tedy vícevrstvý keramický kondenzátor. Kondenzátor MLCC je vyroben z keramického těla, které obsahuje dvě sady překrývajících se polepů. Jsou elektricky odděleny dielektrickým materiálem. Dielektrický materiál je nejdůležitějším prvkem kondenzátoru, který určuje konečný rozsah kapacity, provozního napětí a řadu dalších parametrů dané řady.



Kapacita takového kondenzátoru je popsána vzorcem:



kde:


– dielektrická propustnost


– vakuová propustnost


– počet vrstev kondenzátoru


– plocha polepu


– vzdálenost mezi elektrodami

Skutečný model kondenzátoru



Při diskusi o kondenzátoru se bohužel nemůžeme omezit pouze na samotnou kapacitu. Náhradní model skutečného kondenzátoru je uveden výše a skládá se až ze čtyř prvků:
LESL – sériová indukčnost kondenzátoru, kterou je třeba brát v úvahu u vysokofrekvenčních obvodů.
RESR – vnitřní odpor kondenzátoru, který vytváří ztráty v podobě tepla, tedy zahřívání kondenzátoru během provozu.
RL – odpor představující dráhu, po které protéká svodový proud.
C – kapacita kondenzátoru.

Dielektrikum
V současné době se k výrobě MLCC používají materiály na bázi titaničitanu barnatého (BaTiO3) nebo zirkoničitanu vápenatého (CaZrO3). Přidáním dalších prvků nebo chemických sloučenin můžete ovlivnit vlastnosti dielektrika. Díky tomu lze získat dielektrikum s vyšší propustností nebo větší teplotní stabilitou.
V případě MLCC se používají dvě třídy keramických kondenzátorů, které se liší chemickým složením dielektrika a vlastnostmi.

Třída 1
Tato třída je určena pro aplikace, které vyžadují stabilitu a nízké ztráty. Pro výrobu těchto kondenzátorů se používá směs sestávající z CaZrO3 a řady dalších chemických sloučenin. Takové dielektrikum se vyznačuje nižší propustností ve srovnání s třídou dvě, ale vyšší stabilitou v širokém rozsahu provozních teplot. Nejběžnějším dielektrikem třídy 1 je NP0 (C0G), který obsahuje vzácné kovy (např. neodym a samarium). Toto dielektrikum může pracovat při teplotách mezi -55 ºC a +125 ºC a udržovat nulové změny kapacity.

Třída 2
V této třídě je k dispozici mnoho různých dielektrik, která se z 90–98 % skládají z BaTiO3. Elektrická propustnost dielektrik třídy dvě je mnohem vyšší než dielektrik třídy jedna, což se promítá do vyšší kapacity kondenzátorů.
Nevýhodou třídy 2 je jejich nižší teplotní stabilita, která se promítá do změn kapacity v závislosti na teplotě až o několik desítek procent. To je třeba vzít v úvahu při výběru konkrétních produktů.
Na trhu jsou nejběžnější dielektrika označená kódem X5R, X7R nebo Y5V. Tyto kódy lze chápat jako označení konkrétní teplotní charakteristiky dielektrika. Níže uvedená tabulka obsahuje vysvětlení tohoto kódu:



Kondenzátory MLCC SMD
V průmyslu se nejčastěji používají kondenzátory MLCC určené pro povrchovou montáž. Prvky tohoto typu se vyznačují malými rozměry, které se měří v jednotlivých nebo dokonce desetinných částech milimetru. Nejmenší kondenzátor MLCC na trhu má rozměry pouze 0,25×0,125 mm.

Pro náročné aplikace lze také použít kombinované kondenzátory MLCC, které se skládají z několika MLCC zapojených paralelně společným párem vývodů. Toto řešení poskytuje nižší ESR, ESL a vyšší kapacitu ve srovnání s jedním prvkem.

Kondenzátory MLCC SMD

Kondenzátory MLCC THT
Na trhu jsou také k dispozici kondenzátory MLCC pro osazování na plošný spoj, ale toto řešení se používá méně často, mimo jiné kvůli ztížené automatizaci montáže, což se promítá do zvýšených nákladů a prodloužené doby výroby.

Pro verzi THT je k dispozici také kombinované uspořádání kondenzátorů. Současně je na trhu mnohem méně výrobků tohoto typu, což je třeba vzít v úvahu při plánování projektu, stejně jako otázky týkající se nákladů a doby montáže.

Kondenzátory MLCC THT

Sítě MLCC
Jak již bylo zmíněno, na trhu jsou k dispozici stále menší a menší kondenzátory. Miniaturizace výrobků šetří místo, snižuje náklady a zvyšuje možnosti použití. Inženýři nejen na straně výrobců komponent, ale i společností, které je používají, usilují o snížení velikosti obvodů, což umožňuje zkrátit dobu montáže a snížit výrobní náklady hotových zařízení.

Sítě MLCC

Jedním ze způsobů, jak miniaturizovat systém, jsou kondenzátorové sítě. Síť MLCC je kombinací několika kondenzátorů MLCC v jednom pouzdře, ve kterém je každý kondenzátor oddělen a má své vlastní vývody.
O rostoucí roli těchto prvků svědčí jejich současné využití mimo jiné v mobilních zařízeních a kamerách.
Problémy kondenzátorů MLCC



Kondenzátory MLCC se vyznačují malými rozměry, což umožňuje namontovat jich do systému více nebo zmenšit velikost PCB. To však není bez následků, protože jejich použití je spojeno s určitými problémy, které je třeba mít na paměti.
Kondenzátory MLCC vzhledem ke svým rozměrům a keramickému materiálu netolerují mechanické deformace, ke kterým může dojít během montáže nebo provozu zařízení. Tyto deformace mohou způsobit praskliny v keramickém materiálu a v důsledku toho vést k nesprávné funkci nebo selhání obvodu.

Tento problém byl odstraněn přidáním vrstvy vodivé pryskyřice na elektrody kondenzátoru. Tím se zvýšila odolnost prvku proti deformaci. Dalším řešením, které umožní obejít problém vysoké citlivosti, je použití sítí MLCC, které se vyznačují větší odolností proti deformaci.
Další nevýhodou kondenzátorů MLCC je jejich stárnutí. Tento problém se však týká pouze kondenzátorů z titaničitanu barnatého (BaTiO3) a jedná se o proces, který zahrnuje změnu krystalové struktury dielektrika. Titaničitan barnatý má při teplotě vyšší než jeho Curieova teplota podobu krychle a po ochlazení mění svou strukturu na méně symetrickou, což se promítá do snížení kapacity kondenzátoru MLCC. Tento jev se označuje jako stárnutí. Vzhledem ke své polykrystalické povaze stárnou kondenzátory MLCC po delší dobu, která se počítá ve stovkách nebo dokonce tisících hodin.

Tento proces je však reverzibilní a vyžaduje zahřátí kondenzátoru na teplotu vyšší než Curieův bod daného materiálu. V případě titaničitanu barnatého je to teplota nad 125 °C. Vyhřívání lze provádět při teplotách mnohem vyšších, než je Curieův bod.

MLCC v nabídce TME
TME nabízí přes deset tisíc kondenzátorů MLCC z nabídky špičkových výrobců. Převážná většina z nich jsou kondenzátory pro povrchovou montáž třídy jedna a dvě, ale k dispozici jsou i kondenzátory určené pro osazení na plošný spoj, což zajišťuje, že jsou k dispozici optimální řešení i pro atypické konstrukce. TME nabízí kondenzátory s certifikací RoHS a kondenzátory podle normy AEC-Q200, které jsou vhodné pro použití v motorových vozidlech.
Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

http://www.tme.eu/cz/pages/library-articles/51941/kondenzatory-mlcc-konstrukce-a-princip-cinnosti