Зміна розміру та заміна MLCC; Електроніка-сьогодні
Рішення скорочення часу для доставки компонентів
Фігура 1: Ефективність кремнієвої пластини залежно від розміру MLCC - Джерело зображення: Рутронік
Через пасивні компоненти дуже довгі терміни доставки неодноразово спричиняють вузькі місця у виробництві.Творчим способом заповнити відсутність багатошарових керамічних конденсаторів (MLCC) є використання менших розмірів або заміна їх на відповідні танталові конденсатори або так звані гібридні конденсатори.
Потреба в багатошарових керамічних конденсаторах MLCC (Багатошарові керамічні конденсатори) за останні роки надзвичайно зросли. На сьогоднішній день кожен смартфон має в середньому від 750 до 1000 MLCC, а автомобіль може мати навіть 3000 - і ця тенденція швидко зростає. Наприклад, у компанії Murata за останні чотири роки попит на конденсатори MLCC зріс у 2,5 рази. Багато виробників постійно розширюють свої виробничі потужності, але вони не можуть задовольнити зростаючий попит лише таким чином.
Малюнок 2: Переваги мініатюризації - Джерело зображення: Vishay
Одним із можливих засобів буде зменшення розміру. Це можливо, оскільки менші розміри забезпечують більшу продуктивність, ніж більші. Як порівняльний приклад для конденсаторів MLCC розміром 1210, з тієї ж пластини можна отримати приблизно в 16 разів більше конденсаторів 0402 і в 44 рази більше 0201. Що стосується обсягу, кількість продукції збільшується в 80 разів ( 0402) або 400 (0201) (рисунок 1).
Малюнок 3: Змінення імпедансу як функція частоти - Джерело зображення: Мурата
Тому доцільно використовувати менші конденсатори MLCC за умови наявності необхідних комбінацій значень. Це стосується як розробки нових продуктів, так і переробки дизайну. Таким чином, можна забезпечити цінні виробничі потужності для реалізації високопродуктивних MLCC, які не можуть бути виготовлені в малих розмірах і більше не блокуються для виробництва інших компонентів, які вже доступні в менших розмірах.
Зміна розміру має й інші переваги
Інші сфери - пов'язані з виробництвом електронного пристрою - також можуть отримати вигоду від зменшення розмірів компонентів. Менші компоненти дозволяють зменшити витрати, вищі за ціну самого компонента, оскільки це призводить до менше місця для друкованої плати, виріб менше важить, вимагає менше сплаву припою і, що найголовніше, зменшує простір для зберігання (Рисунок 2).
Однак, щоб повністю використати потенціал, слід врахувати кілька аспектів. Першим ділом було б не просто використовувати існуючі комбінації значень, а вивчити реальні вимоги програми і, нарешті, навіть функцію конденсаторів MLCC.
Малюнок 4: - Джерело зображення: Murata
Це стосується, зокрема, значень ємності та напруги, а також необхідних значень температури та імпедансу/ESR (ESR - серійний еквівалентний опір). До них додається зміщення постійного струму, особливо для конденсаторів великої ємності, наприклад конденсаторів зі значеннями ємності в діапазоні мкФ.
Зміщення постійного струму - це ефект, який зменшує ємність MLCC в залежності від прикладеної напруги постійного струму. Це означає, що необхідно переконатися, що певне значення C не опускається нижче порогового значення під час роботи.
Малюнок 5: Порівняння електричних характеристик - Джерело зображення: Мурата
У випадку конденсаторів MLCC низької ємності, таких як конденсатори придушення перешкод в діапазоні від 100 нФ до 16 В, крива імпедансу ледь відрізняється для типів 0603, 0402 та 0201. Загалом, чим менша конструкція, тим кращі властивості імпеданс (рис.3).
Для конденсаторів MLCC великої ємності, таких як буферні конденсатори в діапазоні декількох мкФ, менші проекти мають подібну криву ємності порівняно з температурою, але мають більш виражену поляризацію постійного струму (рис. 4). Якщо використовуються вищі номінальні значення ємності (значення, позначене на конденсаторі), то навіть реальні значення потенціалу (залишкового) потенціалу можуть бути досягнуті в реальних робочих умовах (рис. 5).
Для керамічних конденсаторів, наприклад, конденсаторів 100pF і 50V, видно, що електричні властивості розмірів 0603 і 0201 майже однакові.
Цікаві альтернативи
Загалом керамічні конденсатори MLCC є вигідними там, де значення ESR є особливо важливими, а робочі частоти вищі. Економічна заміна танталової кераміки на 1: 1 такого ж розміру має сенс лише для ємностей до 2,2 мкФ. Крім того, доступні додаткові опції для покращення доступності для значень ємності приблизно від 10 мкФ. Це найкраще зробити за допомогою заміни, тобто за допомогою інших технологій. Тут виділено тантало-полімерні конденсатори разом з алюмінієво-полімерними електролітичними конденсаторами.
Однак нам потрібно розглянути та узгодити декілька речей, особливо коли основними елементами є функціональність, потужність або значення ESR (краще для керамічних версій) та пульсація.
Що стосується заміни конденсаторів MLCC, Rutronik пропонує спеціальну послугу з великими матеріалами та ресурсами, наприклад, навіть порівняння конструкції паяльних колодок.
Більше того, користувачам надається «Запасний лист MLCC» (MLCC Replacement Sheet), в якому вони вводять усі деталі, пов’язані зі специфікаціями конденсаторів MLCC, що використовуються в їх проектах (номінальна напруга, потужність, розмір і висота, температурні характеристики тощо). ), а також інші деталі, пов'язані із застосуванням (робоча напруга конденсатора, кількість паралельно підключених конденсаторів MLCC, струм пульсацій, значення ESR, робоча частота).
Для розгляду додаткових альтернатив конденсаторам MLCC необхідні фактичні мінімальні значення ємності, конкретні умови роботи, такі як поляризація постійного струму, тепловий дрейф та ефект старіння. Якщо врахувати, то існує велика ймовірність того, що буде знайдена заміна, яка відповідає принаймні заданим вимогам.
Автор: Юрген Гаєр, Технічна підтримка у відділі "Керамічні конденсатори"
Рутроник | https://www.rutronik.com