Løsningen på vanskelighetene med å skaffe MLCC

MLCC-underskudd

Markedet går harde tider i møte med den pågående globale mankoen på MLCC. Forsyningsmangelen vil ingen ende ta og har mange årsaker.

Elektronikkindustrien utvikler seg i et lynraskt tempo. Ny teknologi blir utviklet, og forbrukerprodukter blir raskere erstattet og har kortere levetid. Mange produkter, for eksempel biler, blir konstruert med smartere teknologi. Dette fører til at det blir brukt flere elektroniske komponenter, noe som igjen fører til at hver enhet inneholder flere kondensatorer.

Resultatet av dette er at store MLCC-leverandører har nådd kapasitetsgrensen sin og ikke kan produsere det nødvendige antallet MLCC-er. Store selskaper investerer i utviklingen av kondensatorer av høyere kvalitet, noe som betyr at de kan redusere eller stanse produksjonen av standard MLCC-er. Produktene som blir stanset eller produsert med redusert kapasitet, er svært viktige for mindre selskaper som primært fokuserer på produksjon av mindre kvanta.

Når én dør lukkes, åpnes imidlertid en annen. Leverandører som KEMET og Panasonic Panasonic har utviklet polymerkondensatorer, et alternativ til MLCC-er, for å møte markedsbehovene. Disse svært kompakte kondensatorene kan ikke bare erstatte MLCC-er, men også gi forbedret ytelse i de fleste applikasjoner!

Polymerkondensatorer, et alternativ til MLCC-er

Når man vurderer polymer-kondensatorer som et alternativ til MLCC så finnes det fire varianter som vil kunne dekke de fleste bruksområder:

• runde aluminiumpolymerkondensatorer
• tantalpolymerkondensatorers
• polymerhybridkondensatorer i aluminium
• lagvise aluminiumpolymerkondensatorer

Produktserien har også filmkondensatorer.

Følgende oversikt viser de ulike designene på polymerkondensatorene.

Stabile, små og sikre

Alle fire kondensatortypene har noen felles fordeler:

• Stabilitet: stabil temperatur under belastning, stabil DC-forspenning, generelt stabile egenskaper.
• Størrelse: Én polymerkondensator kan erstatte flere MLCC-er.
• Sikkerhet: polymerkondensatoren har en feilmodus for kortslutning som øker sikkerheten for kretskort.

Shahrokh Kananizadeh, europeisk produktsjef for kondensatorer i Panasonic, har sagt følgende om produktene:

Dielektrisitetskonstanten endres ikke når spenningen endres – dette er den største fordelen ved polymerkondensatorer (SP-Cap-er). MLCC-er derimot er følsomme for strukturell forvrengning ved bruk av DC-spenning, noe som gjør dem mindre pålitelig.

Hvorfor har ikke polymerkondensatorer erstattet MLCC-er ennå?

Først og fremst er MLCC-er et én-for-alle-produkt. De er svært allsidige og egnet for de fleste bruksområder. Polymerkondensatorer er derimot ikke like allsidig, og bruksområdene deres må defineres nøye. Når du imidlertid finner en egnet polymerkondensator, gir den ofte bedre, langvarig og stabil ytelse.

Den største ulempen med polymerkondensatorer er at de er polariserte. Dette utelukker bruk i kretser hvor det kan oppstå sperrespenning eller et AC-signal.

Bytte til polymerkondensatorer

Hvis du vurderer å bytte til polymerkondensatorer, må du definere behovene dine i henhold til følgende kriterier:

Spenning:

MLCC-kondensatorer er spesifisert ved 0/1 V – den faktiske kapasitansen reduseres med økende påtrykt spenning. Polymerkondensatorer er stabile når spenning tilføres, men du må regne med en reduksjon på 10–20 %.

nødvendig kapasitans:

Du må kjenne til kapasitansen til én MLCC-kondensator i sammenheng med bruksområde (tilført spenning, frekvens og aldring) og antallet parallelle kondensatorer for å beregne den totale nettokapasiteten.

rippelstrøm:

Polymerkondensatorer kan enkelt håndtere rippelstrømmer på opptil to til tre Arms (høyere rippelkrav med ensifrede ESR-produkter eller stablet konstruksjon).

driftsfrekvens, driftstemperatur, maksimal høyde:

Polymerkondensatorer er litt større enn MLCC-er, men erstatter flere MLCC-er.

kostnader for komplett løsning:

Polymerkondensatoren kan være dyrere hvis du bare bruker noen få MLCC-er, men siden den erstatter flere MLCC-er, sparer du vanligvis penger.

Shahrokh Kananizadeh i Panasonic prøvde å forenkle temaet ESR for oss med en generell veiledning til impedans og ESR-frekvens:

Jo lavere impedans eller ESR-verdi kondensatoren har, jo mer nyttig er den for utjevning når den brukes i en krets. MLCC-er har lavest ESR og impedans, men SP-Cap-er ligger ikke langt unna. Når du skal velge kondensatorer, er det viktig å vurdere frekvensresponsen og egenresonansfrekvensen.

Det er svært viktig at cap-ene brukes ved en lavere frekvens enn egenresonansfrekvensen. I denne konteksten er ca. 1 MHz en kritisk terskel, og du må se nøye på kondensatorens frekvensrespons.

Med tanke på dette bruksområdet og ulike typer polymerkondensatorer som for eksempel lagvise aluminiumpolymerkondensatorer, her kalt SP-Cap-er av Panasonic, skal vi ta en nærmere titt på noen ulike polymerkondensatorer og deres sterke sider:

Spørsmål og svar med eksperter fra KEMET og Panasonic

Matthias Harder, bedriftsleder for TBG EMEA i KEMET, og Shahrokh Kananizadeh, europeisk produktsjef for kondensatorer i Panasonic, gav oss innspill til denne artikkelen og tok seg tid til å svare på noen spørsmål.

Distrelec: Hvordan kan vi overbevise en tekniker som utvikler prototyper, og som har MLCC-behov, om å vurdere en alternativ løsning som polymerkondensatorer, og inkorporere disse i designen sin? Finnes det verktøy, tabeller eller lignende som kan bidra i beslutningstakingen?

Matthias: Alternative produkter er tilgjengelige nå. Ikke nok med det – når vi ser på totalkostnaden for målkapasitansen, den ønskede nettokapasitansen, vil alternative løsninger være både kostnads- og plassbesparende. Polymerkondensatorer gir mer stabil kapasitans over den anvendte DC-spenningen og en stabil kapasitans gjennom hele levetiden. Vi har opprettet et nettseminar om dette temaet som gir mer informasjon https://ec.kemet.com/knowledge/polymer-capacitors-your-solution-when-mlcc-lead-times-are-tight.

Shahrokh: S.O.S-flyvebladet vårt om polymerkondensatorer er et flott referansepunkt: https://eu.industrial.panasonic.com/download/sos-short-mlccs-choose-panasonic-polymer-series

Distrelec: Er det en 1 : 1-erstatning, eller må jeg revurdere/gjøre om på konstruksjonen?

Matthias: Vi har produkter som kan erstatte 0805 og 1206 MLCC-er 1 : 1. Vi anbefaler imidlertid ikke å gjøre dette siden fordelene ved polymerteknologien ikke blir effektivt utnyttet med en 1 : 1-erstatning. Generelt sett er det lurt å vurdere polymer i følgende tilfeller:

• nettokapasitans >= 10 μF (for bruksspenninger på opptil 14,4 V)
• 0,68–10 μF (ved bruksspenninger på 45 V og høyere)
• bruksspenninger på opptil 67,5 V (60 V for tøffe forhold)
• frekvenser på opptil 1 MHz

Andre brukstilfeller er imidlertid også mulige.

Shahrokh: På grunn av husstørrelsen og fordelene ved polymer sammenlignet med MLCC-er, er endring i konstruksjon nødvendig. En slik endring er imidlertid alt i alt en fordel ettersom det sparer plass på kretskort og reduserer kostnader.

Distrelec: Hvordan er de globale ressursene for polymerkondensatorer? Hvordan er produksjonsanleggene? Vil det snart oppstå en mangel hvis vi begynner å bruke dem over hele verden?

Matthias: KEMET planlegger å øke produksjonskapasiteten for tantalpolymer innen mars 2020 med over 50 % sammenlignet med mars 2018. Den årlige etterspørselen ligger på rundt 1100 tonn verden over, og reservene er på mer enn 100 000 tonn.

Shahrokh: Panasonic har en egen fabrikk og et FoU for hver polymerkondensator i Japan. Det finnes en annen kilde for SP-Cap og POSCAP utenfor Japan i tilfelle naturkatastrofer og leveringsproblemer, så vi forventer ingen mangler på nåværende tidspunkt. Vi vurderer enda en forsyningskilde for OSCON og Hybrid, men for øyeblikket har vi mer enn nok kapasitet i påvente av vekst.

Distrelec: Tantal regnes som en konfliktressurs. Hvilke land får KEMET tantalet sitt fra?

Matthias: KEMET er den eneste produsenten av tantalpolymer og MnO2-kondensatorer som er helt konfliktfri, ifølge SECs lov om konfliktmineraler, del 1502 i Dodd-Frank-loven.

Vi henter bare ut sertifisert, konfliktfritt materiale. Takket være et «lukket rørsystem» kan vi hente ut materiale fra Den demokratiske republikken Kongo, samt tantalmalm (coltan), K-salt (mellomprodukt) eller tantalpulver og -tråder som er sertifisert konfliktfritt, fra andre land. Du finner detaljert informasjon på http://www.kemet.com/conflictfree