08.10.2016

Alle √ľber das U2J-Dielektrikum

Das neue U2J-Dielektrikum f√ľr mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLCCs) √ľbertrifft das ‚Äěfast perfekte‚Äú C0G-Dielektrikum. Damit ergeben sich h√∂here Kapazit√§ten, wie sie normalerweise mit Klasse-II-Dielektrika erzielt werden, sowie vorhersagbare Temperatur- und Spannungscharakteristika eines Klasse-I-Dielektrikums.



Autor: Corey Antoniades, Kemet


Mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLCCs) im Chip-Format und SMD-Geh√§use kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz, z.B. in der Consumer-Elektronik, Medizintechnik, Industrie, Automobilelektronik etc. Ihre Kombination aus g√ľnstigem Preis, Tauglichkeit f√ľr die Serienfertigung, hohen Kapazit√§ten bei kleinen Abmessungen und hoher Zuverl√§ssigkeit erf√ľllen die Anforderungen zahlreicher Anwendungen.


Die wesentlichen Eigenschaften der MLCCs, also Kapazit√§t, Gr√∂√üe und Leistungsf√§higkeit √ľber der Spannung und Temperatur, werden vor allem durch das Dielektrikum bestimmt. Weitere wichtige Faktoren sind der Aufbau der Elektrode, der die Festigkeit gegen√ľber Biegerissen und Lichtb√∂gen auf der Oberfl√§che festlegt, wie sie bei hohen Spannungen auftreten k√∂nnen. Eine Vielzahl von Dielektrika steht heute zur Verf√ľgung, die sich in drei Klassen zusammenfassen lassen. Entwickler k√∂nnen so den optimalen Baustein f√ľr ihre Anwendung entsprechend des gew√ľnschten elektrischen Verhaltens, der umgebungsbezogenen Leistungsf√§higkeit und der Kosten ausw√§hlen. Bild 1 fasst die wichtigsten Klassen und Arten von Dielektrika zusammen.




Tabelle 1: Zusammenfassung der dielektrischen Leistungsfähigkeit von MLCCs mit Dielektrika der Klassen I, II und III



Mehr Auswahl, mehr Leistungsmerkmale

Trotz der Vielzahl der heute verf√ľgbaren Dielektrika gibt es einige Anwendungen, die mit Kondensatoren auf Basis dieser Klassen nicht vollst√§ndig bedient werden k√∂nnen. Das Klasse-I-Dielektrikum C0G ist zum Beispiel ein ‚Äěfast perfektes‚Äú Dielektrikum: es erm√∂glicht eine hohe Kapazit√§t in kleinen Geh√§usen, ist √§u√üerst stabil und beh√§lt eine hohe Kapazit√§t √ľber seinen ausgewiesenen Temperatur- und Spannungsbereich.


Allerdings finden einige Entwickler den Kapazit√§tsbereich etwas eingeschr√§nkt. Klasse-II-Dielektrika erm√∂glichen h√∂here Kapazit√§ten in vergleichbaren Geh√§usegr√∂√üen, bieten aber weniger stabile Eigenschaften √ľber der Temperatur und Spannung (Tabelle 1).


Ein fortschrittlicheres Klasse-I-Dielektrikum wie U2J erf√ľllt nun die Anforderungen an h√∂here Kapazit√§tswerte in kleinen Geh√§usen. Entscheidend ist, dass U2J eine Temperaturstabilit√§t √§hnlich wie C0G bietet und somit in Anwendungen einsetzbar ist, die eine hohe Linearit√§t erfordern. In Bezug auf die angelegte Spannung bleibt die Kapazit√§t zudem √§u√üerst stabil.



Bild 2: Kondensatoren auf Basis dieses U2J-Dielektrikums bieten in etwa die doppelte Kapazität von C0G-Kondensatoren vergleichbarer Baugröße.


In der Vergangenheit mussten Entwickler Kondensatoren mit Klasse-II-Dielektrikum w√§hlen, um eine Kapazit√§t √ľber dem g√§ngigen C0G-Bereich in einem kleinen, flachen Geh√§use zu erhalten. Klasse-II-Kondensatoren weisen aber eine schlecht vorhersagbare Kapazit√§ts√§nderung √ľber der Temperatur auf und k√∂nnen bis zu 95% ihrer Nennkapazit√§t bei Nennspannung verlieren.



U2J-Kondensatoren bieten hingegen eine sehr stabile Spannungscharakteristik und weisen pro ¬įC eine Abweichung von weniger als ¬Ī120 ppm von der Nennkapazit√§t auf ‚Äď und das im weiten Temperaturbereich von -55 bis +150¬įC. Das neue U2J-Dielektrikum bietet damit die gew√ľnschten Eigenschaften von C0G- und Klasse-II-Dielektrika. Das U2J-Dielektrikum ist zudem kompatibel zur BME-Technologie (Base-Metal Electrode).


Entwickler k√∂nnen U2J-Kondensatoren verwenden, um kritische Timing-, Tuning- oder Filternetzwerke mit kleinen, kosteng√ľnstigen MLCCs zu entwickeln, statt gr√∂√üere und teurere Alternativen zu verwenden. Zu den entsprechenden Anwendungen z√§hlen PLLs (Phase-Locked Loops) oder Datenerfassungs-Frontends ‚Äď vor allem in platzbeschr√§nkten Schaltkreisen in Mobilger√§ten oder ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).


Mit diesen Eigenschaften ist auch ein Einsatz in Fernf√ľhlern, einschlie√ülich Funksensoren m√∂glich, wo eine minimale aber vorhersagbare Kapazit√§ts√§nderung √ľber einen weiten Temperaturbereich ein Vorteil ist. Hinzu kommt, dass geringe Energieverluste und minimale Selbstheilung in Pulsschaltungen den Wirkungsgrad erh√∂hen sowie das W√§rmemanagement verbessern und vereinfachen.



Eine neue Roadmap

U2J ist ein relativ neues Dielektrikum, das erst am Anfang seines Entwicklungszyklus steht. Die Roadmap f√ľr U2J-Kondensatoren wird Bausteine mit h√∂heren Nennspannungen und strengen Qualit√§tskriterien enthalten, um z.B. die AEC-Q200-Richtlinien f√ľr die Automobilelektronik zu erf√ľllen. Kemet arbeitet derzeit mit Automotive-Kunden zusammen, um die Vorteile von U2J in Kombination mit den flexiblen FT-CAP-Anschl√ľssen gegen Biegerisse umzusetzen. Damit ergeben sich Kondensatoren, die die AEC-Q200-Richtlinien sogar √ľbertreffen und somit in Systemen eingesetzt werden k√∂nnen, die extrem hohe Zuverl√§ssigkeit erfordern.





Bild 3: U2J-Kondensatoren sind kompatibel zu belastungsmindernden Ma√ünahmen und Anschl√ľssen U2J-Kondensatoren k√∂nnen auch √ľbereinander gestapelt werden (Stacking), um h√∂here Kapazit√§ten auf einer kleineren Leiterplattenfl√§che zu erzielen.


Kemet Power Solutions‚Äô (KPS) propriet√§re Leadframe-Technik mit J-Lead SMD-Kontakten sorgt f√ľr robuste Anschl√ľsse. Die MLCC-Anschl√ľsse werden damit mechanisch von Belastungen isoliert, wie sie durch Biegungen der Leiterplatte und W√§rmeausdehnung entstehen (Bild 3).


Derzeitige KPS-stacked MLCCs mit X7R-Dielektrikum (Klasse II) erf√ľllen die Anforderungen nach AEC-Q200. Stacked U2J-Kondensatoren werden die gleiche mechanische Zuverl√§ssigkeit bieten und dar√ľber hinaus noch die elektrische Stabilit√§t des neuesten Klasse-I-Dielektrikums.


 


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