Bristen på keramiska flerskikts kondensatorer (MLCC)
Bristen på keramiska flerskikts kondensatorer är global och kan påverka marknaden i negativ riktning. En lösning verkar vara långt borta och det finns flera anledningar till den bristande tillgången.
För det första går elektronikindustrin snabbt framåt. Nya produkter utvecklas och konsumentprodukter ersätts i allt snabbare takt, vilket medför att produkternas livslängd blir allt kortare. Många produkter, exempelvis bilar byggs med smartare teknik, vilket alltid leder till att fler elektronikkomponenter används, och i slutänden att fler kondensatorer används i varje enhet.
Det resulterar i att de stora leverantörerna av keramiska flerskikts kondensatorer ligger på gränsen för sin kapacitet och kan inte producera den mängd kondensatorer som behövs. De stora företagen investerar i utveckling av kondensatorer med högre kapacitet, vilket innebär att de minskar eller avslutar produktionen av standardserier med keramiska flerskikts kondensatorer. De produkter som slutar tillverkas eller levereras i mindre mängder är de som är viktiga för små företag som främst är inriktade på produktion av små kvantiteter.
Men när en dörr stängs, öppnas en annan. Tillverkare som KEMET och Panasonic har utvecklat polymerkondensatorer som alternativ till keramiska kondensatorer för att täcka marknadens behov. Vem hade kunnat tro att dessa små enheter inte bara kan ersätta keramiska kondensatorer utan även ger bättre prestanda när de används!
Polymerkondensatorer kan ersätta keramiska kondensatorer
När man tittar på polymerkondensatorer som ett alternativ till MLCC finns det fyra vanliga typer som täcker de flesta användningsområden:
- Runda aluminiumpolymerkondensatorer
- Tantalpolymerkondensatorer
- Aluminiumhybridpolymerkondensatorer
- Aluminiumpolymerkondensatorer i flera lager
Produktserien har kompletterats med filmkondensatorer.
Följande översikt visar polymerkondensatorernas olika utformning.
Aluminiumpolymerkondensatorer i flera lager
- Gjutet harts
- Silverpasta
- Plint
- Plint
- Silverpasta
- Kol
- Polymer
- Aluminiumfolie
- AI2O3
Tantalpolymerkondensatorer
- Gjutet harts
- Plint
- Plint
- Silverpasta
- Kol
- Polymer
- Sintrad tantal
- Ta2O5
Runda aluminiumpolymerkondensatorer
- Aluminiumhus
- Bakre platta
- Gummitätning
- Plint
- Aluminiumfolie
- AI2O3
- Elektrolyt som impregnerats i distansenhet: Polymer
- Aluminiumfolie
Aluminiumhybridpolymerkondensatorer
- Aluminiumhus
- Bakre platta
- Gummitätning
- Plint
- Aluminiumfolie
- AI2O3
- Hybridelektrolyt som impregnerats i distansenhet: Polymer + flytande elektrolyt
- Aluminiumfolie
Stabila, små och säkra
De fyra kondensatortyperna har flera fördelar:
- Stabilitet: konstant temperatur under användning, stabil DC-förspänning, generellt stabila egenskaper
- Storlek: 1 polymerkondensator kan ersätta flera keramiska kondensatorer
- Säkerhet: polymerkondensatorer ger dina kretskort extra säkerhet med kortslutningsskydd
Shahrokh Kananizadeh, European Capacitor Product Manager hos Panasonic har uttalat sig om produkterna:
Den dielektriska konstanten ändras inte om spänningen ändras, det är den stora fördelen med polymerkondensatorer (SP-kondensatorer). Men keramiska kondensatorer påverkas av strukturförvrängningar när växelström tillförs, vilket minskar deras tillförlitlighet.
Men varför har inte polymerkondensatorer redan ersatt keramiska?
För det första kan keramiska kondensatorer användas i de flesta tillämpningar. De är mycket mångsidiga och passar de flesta användningsområden. Å andra sidan kan polymerkondensatorer inte användas lättvindigt, utan måste väljas efter en tydligt definierad användning. Men när väl en polymerkondensator som passar har hittats ger det oftast bättre, långvarig och konstant prestanda.
Den stora nackdelen med polymerkondensatorer är att de är polariserade. Det innebär att de inte kan användas i kretsar där de kan utsättas för omvänd förspänning eller likström.
Byta till polymerkondensatorer
Om du överväger att byta till polymerkondensatorer kan du definiera dina krav enligt följande kriterier:
Spänning:
Specifikationen för keramiska kondensatorer är 0/1 V – den faktiska kapacitansen minskar med den strömstyrka som tillförs. Polymerkondensatorer är stabila när ström tillförs, men räkna ändå med en sänkning på 10–20 %.
Krav på kapacitans:
Du måste känna till kapacitansen för 1 keramisk kondensator under tillämpning (tillförd ström, frekvens och åldring), samt antalet parallella kondensatorer för att beräkna den totala nettokapaciteten.
RRippelström:
Polymerkondensatorer kan enkelt hantera rippelström upp till 2 och 3 bågar (högre krav ställs för ensiffriga ESR-produkter eller vid staplad konstruktion).
Driftfrekvens, Arbetstemperatur, Maximal höjd:
Polymerkondensatorer är något större, men kan ersätta flera keramiska kondensatorer.
Totalkostnad för lösningen:
Om endast ett fåtal keramiska kondensatorer används kan polymerkondensatorer bli dyrare, men tack vare att de kan ersätta flera keramiska kondensatorer sparar det vanligtvis en del kostnader.
Shahrokh Kananizadeh vid Panasonic beskriver begreppet ESR med en generell vägledning för impedans och ESR-frekvens:
Ju lägre impedans eller ESR-värde en kondensator har, desto mer användbar är den för utjämning när den används i en krets. Keramiska kondensatorer har lägst ESR och impedans, men SP-kondensatorer kommer ganska nära. Det är viktigt att uppskatta frekvensåtergivning för de kondensatorer du överväger att använda och speciellt gäller det självresonansfrekvensen.
Det viktigaste är att se till att kondensatorerna används i en lägre frekvens än självresonansfrekvensen. I det här sammanhanget är 1 MHz det kritiska tröskelvärdet och du bör även granska skillnaderna i frekvensåtergivning för din kondensator.
Med denna användning i åtanke, tillsammans med de olika typerna av polymerkondensatorer, exempelvis SP-kondensatorer, aluminiumpolymerkondensatorer i flera lager från Panasonic som nämnts här, tittar vi närmare på ett par olika polymerkondensatorer och deras styrkor:
Tantalpolymerkondensatorer
antalbaserade polymerkondensatorer har låg ESR, hög kapacitans och klarar hög spänning. De passar perfekt för högfrekvensenheter. Dagens tantalbaserade polymerkondensatorer har ett felläge när tändning uteblir och förbättrad nedgradering.
Viktiga funktioner:
- Med. Spänning (24–7 V)
- Nominell spänning på upp till 75 V och tillämpad spänning på upp till 67.5 V
- Hög pulserande ström
- Låg spänning (5–0.9 V)
KEMET: T52X series inc. T521 T54 T59
Panasonic: POSCAP TXX series inc TVP TPC TQC
Runda aluminiumpolymerkondensatorer
Chip-kondensatorer i aluminiumpolymer har låg ESR samt utmärkt brusreducering och rippelströmkapacitet. De används ofta i tillämpningar som kräver hög kapacitans.
Viktiga funktioner:
- Hög kapacitans: upp till 2700 µF, upp till 100 V
- Högspänning (upp till 100 V)
KEMET: A759 series
Panasonic: OSCON series inc SVP and SEP
Hybridkondensatorer i aluminiumpolymer
ybridkondensatorerna använder ledande polymer som elektrolyt. Det ger utmärkt ledningsförmåga och låg ESR. De kan hantera hög spänning och ger högre kapacitans än de flesta andra kondensatorer.
Viktiga funktioner:
- Godartat felläge
- Lång livslängd
- Hög kapacitet, 80 F
- Högspänning (upp till 100 V)
Panasonic: Hybrid
Filmkondensatorer
För analoga tillämpningar kan filmkondensatorer vara ett alternativ till keramiska kondensatorer. Dessa ytmonteringskondensatorer har låg ESR, låg förlustfaktor, inga stötljud, ingen piezoelektrisk effekt och inget hörbart brus.
KEMET: FIlm
Panasonic: Film
Q&A med experter från KEMET och Panasonic
Matthias Harder, Director Business Management TBG EMEA hos KEMET och Shahrokh Kananizadeh, European Capacitor Product Manager hos Panasonic gav oss flera insikter i denna produkt och tog sig tid att besvara flera av våra frågor.
Distrelec: Hur kan vi övertyga en ingenjör som arbetar med prototyper som kräver keramiska kondensatorer att överväga en annan lösning, exempelvis polymerkondensatorer och använda dem i sin design? Finns det något verktyg eller snabbguide som kan hjälpa till vid beslutsprocessen?
Matthias: Det finns tillgängliga produktalternativ idag. Men inte bara det, ser man på den totala kostnaden för den kapacitans man vill ha kommer alternativa lösningar att både spara pengar och utrymme. Polymerkondensatorer kan ge en mer stabil kapacitans vid tillförd växelström och stabilare kapacitans under produktens livstid. Om du vill ha mer information har vi skapat ett webbseminarium om detta ämne:https://ec.kemet.com/knowledge/polymer-capacitors-your-solution-when-mlcc-lead-times-are-tight.
Shahrokh: En bra utgångspunkt är vårt informationsblad om polymerkondensatorer: https://eu.industrial.panasonic.com/download/sos-short-mlccs-choose-panasonic-polymer-series
Distrelec: Kan jag ersätta dem eller måste jag tänka om eller göra om min tillämpning?
Matthias: Vi har produkter som kan ersätta keramiska 0805- och 1206-kondensatorer 1:1. Men det är ingenting vi rekommenderar eftersom fördelarna med polymertekniken inte utnyttjas effektivt vid 1:1-ersättning I allmänhet är det klokare att överväga polymerkondensatorer för följande tillämpningar:
- En nettokapacitans på >= 10 μF (för tillförd spänning upp till 14.4 V)
- 0.68–10 μF (vid tillförd spänning på 45 V och högre)
- Tillförd spänning upp till 67.5 V (60 V för svåra förhållanden)
- Frekvenser på upp till 1 MHz
Men det finns även andra tänkbara användningsområden.
Shahrokh:Med tanke på kapselstorlekarna och fördelarna med polymer jämfört med keramiska kondensatorer krävs förmodligen en ny design. En ny design kan bli en fördel eftersom den både sparar pengar och utrymme på kretskorten.
Distrelec: Hur ser de globala resurserna ut för polymerkondensatorer? Vilka produktionsanläggningar finns? Om vi börjar använda dem i global skala, kommer det att uppstå en brist?
Matthias: KEMET planerar att öka produktionskapaciteten för tantalpolymer med mer än 50 % till mars 2020 jämfört med mars 2018. Den nuvarande årliga efterfrågan ligger på cirka 1100 ton globalt, med reserver på mer än 100 000 ton.
Shahrokh: Panasonic har en egen fabrik för varje typ av polymerkondensator och FoU i Japan. Vi har en ytterligare leveranskälla för SP-kondensatorer och POSCAP utanför Japan i händelse av naturkatastrofer eller leveransproblem, vilket innebär att vi inte förväntar oss någon brist. VI överväger en ytterligare leveranskälla för OSCON- och hybridkondensatorer men för närvarande har vi tillräcklig förväntad tillväxtkapacitet.
Distrelec: Tantal anses vara en konfliktresurs. Från vilka länder får KEMET sitt tantal?
Matthias: KEMET är den enda tillverkaren av helt konfliktfritt tantal och MnO2-kondensatorer enligt SEC:s beslut gällande konfliktmineraler, avsnitt 1502 i Dodd-Frank-lagen.
Vi köper bara in konfliktfria material, tack vare ett slutet system kan vi köpa in från Demokratiska republiken Kongo, men vi kan även köpa in certifierad konfliktfri tantalit (coltan), K-Salt (kaliumfluorotantalat,biprodukt) samt tantalpulver eller -tråd från andra länder. Mer detaljerad information finns på http://www.kemet.com/conflictfree