Преоразмеряване и подмяна на MLCC; Електроника-днес
Решение за намаляване на времето за доставка на компоненти
Фигура 1: Ефективност на силициевите пластини в зависимост от размера на MLCC - Източник на изображението: Rutronik
Поради пасивните компоненти много дългите срокове на доставка многократно причиняват тесни места в производството.Творческият начин да се компенсира липсата на многослойни керамични кондензатори (MLCC) е да се използват по-малки размери или да се заменят с подходящи танталови кондензатори или така наречените хибридни кондензатори.
Необходимостта от многослойни керамични кондензатори MLCC (Многослойни керамични кондензатори) нарасна неимоверно през последните години. Всеки смартфон днес има средно от 750 до 1000 MLCC, а автомобилът може да има до 3000 - и тенденцията е бързо нарастваща. Например в Murata търсенето на MLCC кондензатори се е увеличило с коефициент 2,5 през последните четири години. Много производители непрекъснато разширяват производствения си капацитет, но не могат да отговорят на нарастващото търсене само по този начин.
Фигура 2: Предимствата на миниатюризацията - Източник на изображението: Vishay
Едно от възможните средства би било намаляване на размера. Това е възможно, тъй като по-малките размери позволяват по-висока производителност от по-големите. Като сравнителен пример за MLCC кондензатори с размер 1210, от същата вафла могат да бъдат получени приблизително 16 пъти повече кондензатори 0402 и 44 пъти повече 0201. По отношение на обема, производственото количество се увеличава с фактор 80 ( 0402) или 400 (0201) (Фигура 1).
Фигура 3: Изменение на импеданса като функция от честотата - Източник на изображението: Murata
Поради това е препоръчително да се използват по-малки MLCC кондензатори, при условие че са налични необходимите комбинации от стойности. Това се отнася както за разработването на нови продукти, така и за редизайна. По този начин могат да се поддържат ценни производствени мощности за реализирането на MLCC с голям капацитет, които не могат да бъдат произведени в малки размери и вече не са блокирани за производството на други компоненти, които вече са налични в по-малки размери.
Преоразмеряването има и други предимства
Други области - свързани с производството на електронно устройство - също могат да се възползват от намалените размери на компонентите. По-малките компоненти позволяват да се намалят разходите извън цената на самия компонент, тъй като това води до по-малко място за платката на печатни платки, продуктът тежи по-малко, изисква по-малко спойка и най-важното, намалява пространството за съхранение (Фигура 2).
За да се използва напълно потенциала обаче, има няколко аспекта, които трябва да се вземат предвид. Първото нещо би било не просто да се използват съществуващите комбинации от стойности, а да се изследват реалните изисквания на приложението и накрая дори функцията на кондензаторите MLCC.
Фигура 4: - Източник на изображението: Murata
Това важи по-специално за стойностите на капацитета и напрежението, но също така и за необходимите стойности на температурата и импеданса/ESR (ESR - серийно еквивалентно съпротивление). Към тях се добавя DC пристрастието, особено за кондензатори с голям капацитет, например кондензатори със стойности на капацитета в диапазона µF.
Поляризацията на постоянен ток (DC Bias) е ефект, който води до намаляване на капацитета на MLCC в зависимост от приложеното постояннотоково напрежение. Това означава, че е необходимо да се гарантира, че определена стойност C не пада под прага по време на работа.
Фигура 5: Сравнение на електрическите характеристики - Източник на изображението: Murata
В случай на кондензатори с малък капацитет MLCC, като кондензатори за потискане на смущения в диапазона от 100 nF до 16V, кривата на импеданса едва се различава за типове 0603, 0402 и 0201. Като цяло, колкото по-малък е дизайнът, толкова по-добри са свойствата импеданс (Фигура 3).
За MLCC кондензатори с голям капацитет, като буферни кондензатори в диапазона от няколко µF, по-малките проекти имат подобна крива на капацитет в сравнение с температурата, но по-изразена DC поляризация (Фигура 4). Ако се използват по-високи номинални стойности на капацитета (стойността, отбелязана на кондензатора), дори реални потенциални (остатъчни) потенциални стойности могат да бъдат постигнати при реални работни условия (Фигура 5).
За керамичните кондензатори, например тези от 100pF и 50V, може да се види, че електрическите свойства на размери 0603 и 0201 са почти идентични.
Интересни алтернативи
Като цяло керамичните MLCC кондензатори са изгодни, когато ESR стойностите са особено важни и работните честоти са по-високи. Икономичната подмяна на танталова керамика 1: 1 за същия размер има смисъл само за капацитети до 2.2µF. Освен това са отворени допълнителни опции за подобряване на наличността за стойности на капацитета от около 10µF. Това се прави най-добре чрез замяна, т.е. чрез използване на други технологии. Тук са подчертани танталово-полимерните кондензатори, заедно с алуминиево-полимерните електролитни кондензатори.
Трябва обаче да обмислим и да се съгласим с няколко неща, особено когато основните елементи са функционалност, капацитет или стойността на ESR (по-добре за керамични версии) и пулсации.
Що се отнася до подмяната на MLCC кондензатори, Rutronik предлага специализирана услуга с обширни материали и ресурси, например дори сравнение на дизайна на запояващите накладки.
Освен това на потребителите се предоставя „MLCC Replacement Sheet“ (MLCC Replacement Sheet), в който те въвеждат пълните подробности, свързани със спецификациите на MLCC кондензаторите, използвани в техните проекти (номинално напрежение, капацитет, размер и височина, температурни характеристики и т.н.). ), както и други подробности, свързани с приложението (работно напрежение на кондензатора, брой паралелно свързани MLCC кондензатори, пулсационен ток, ESR стойност, работна честота).
За да се разгледат допълнителни алтернативи на MLCC кондензаторите, действителните минимални стойности на капацитета, специфичните условия на работа, като постоянна поляризация, термичен дрейф и ефект на стареене са от съществено значение. Ако се вземе предвид, има голяма вероятност да се намери заместител, който да отговаря поне на дадените изисквания.
Автор: Юрген Гайер, Техническа поддръжка в отдел "Керамични кондензатори"
Рутроник | https://www.rutronik.com