Танталовые конденсаторы

На современном рынке электроники предлагается множество различных типов конденсаторов, каждый из которых обладает своими особенностями: существенными различиями в характеристиках, преимуществами и недостатками. Кроме этого существует множество подтипов каждого типа, маркируемых производителями по сериям. В этой статье будет рассмотрен танталовый конденсатор, который малоизвестен владельцам электронной техники, тем не менее, он заслуживает особого внимания.

Электронный чип-компонент

Технология производства и конструкция

Производство чип-конденсаторов с танталовым диэлектриком достаточно сложное и многоэтапное. Порошок из тантала перемешивается со специальным связующим составом. Далее порошок прессуется вокруг танталового проводника. При нагревании до 150 0 С за несколько минут в вакууме связка исчезает.

Прессование и спекание танталового порошка производится при 1500-2000 0 С в специальной вакуумной установке. Губкообразная структура из пористого порошка с образованным диэлектрическим слоем из пятиокиси тантала Ta2O5 получается механически надежной и прочной. В большей степени это достигается за счет превышения напряжения в 3-4 раза в процессе изготовления по сравнению с рабочим. В зависимости от температуры и времени спекания устройств получаются изделия с различными по объему емкостями.

Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируется твёрдый электролитический слой. Диэлектрическая пленка покрывает всю поверхность анода. В качестве катодного электрода используется диоксид марганца MnO2. Слаги окунаются в раствор, а затем спекаются при t =250 0 С. Процесс повторяется неоднократно при разной концентрации раствора.

Затем формируются внешние выводы устройства. По завершении изделие опускается в графитовую смесь. Лучшее сцепление слагов обеспечивается подсушиваем в печи. Процесс повторяется с серебряной смесью для улучшения электрических соединений слоев. В готовом виде в корпусе содержится около 70 компоновочных элементов, объединенных в монолитную конструкцию.

Конструкция чип-конденсатора

Технические особенности

Для производства танталовых чип-конденсаторов используют своего рода химическую реакцию между анодом и катодом, изготовленных из двух разных видов материалов для образования тонкого изолирующего слоя. Из-за диэлектрической поляризации положительные заряды смещаются в сторону поля, а отрицательные заряды – в противоположном направлении. Это создает внутреннее электрическое поле, которое уменьшает общее поле внутри самого диэлектрика.

Танталовые конденсаторы способны работать при рабочем напряжении от 2 до 300 В. Однако, устройства поддерживают напряжение только в одном направлении (в силу своей полярности). Химическая реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении. При обратном направлении возможно повреждение тонкого изолирующего оксидного слоя, вследствие чего может возникнуть короткое замыкание. После того, как диэлектрик будет пробит, восстановлению устройство не подлежит. Поэтому при включении в схему важно строгое соблюдение полярности.

Чип-конденсатор на 16 В

Преимущества и недостатки

Танталовые конденсаторы являются предпочтительными по сравнению, к примеру, с алюминиевыми, потому что они меньше, легче и более устойчивы.

Основные технические достоинства:

• более низкое последовательное сопротивление;
• низкая индуктивность,
• наименьшее значение утечки.

По крайней мере, одно из этих свойств крайне важно, иначе инженеры использовали бы более дешевые чип-компоненты. Примерная цена танталового компонента составляет 40 долларов за килограмм, а иногда скачет свыше 100 $.

Недостатки устройств выражаются в поляризации, токсичности и дороговизне. Танталовые конденсаторы могут взорваться или течь, если будут подвержены слишком большому напряжению или обратному напряжению. В отличие от неполяризованного конденсатора, поляризованный может быть разрушен обратным напряжением и поэтому не должен использоваться в чистых цепях переменного тока без защитных диодов.

Импортные чип-конденсаторы

Область использования

Танталовые конденсаторы представляют собой микроскопические ячейки, которые содержат 1 бит информации. Устройства используют в логических схемах, содержащих в основном транзисторы и резисторы. Крошечные чип-компоненты устанавливаются на внешней стороне чип-пакета или на материнской плате компьютера. При обработке сигналов чип-конденсатор в совокупности с резистором сглаживает пики и острые импульсы сигнала.

Устройства могут использоваться в такой технике, где превыше всего ценится надежность:

• автомобильной,
• промышленной,
• военно-аэрокосмической.

Электрическая и механическая надежность

Критерии выбора

На современном рынке можно легко запутаться из-за наличия различных типов и подтипов чип-конденсаторов. Все они различаются по своим характеристикам, и каждый имеет свои плюсы и минусы.

Критерии выбора конкретных типов устройств определяются следующими факторами:

• способность работы при высоком напряжении;
• значительная емкость;
• величина пробивного напряжения;
• собственная индуктивность;
• стабильность и долгосрочность работы;
• стоимость.

Твердотельные танталовые конденсаторы благодаря отличным характеристикам имеют большую популярность в области производства электронной техники.

Меры предосторожности

Первая задача заключается в увеличении срока службы танталовых конденсаторов. Задачу решают на всех этапах жизни изделия следующими мерами:

• контроль соблюдения установленной технологии производства;
• контроль процесса аттестации готовой продукции и хранения;
• выполнение требований к организации выполнения работ по монтажу;
• оптимальный выбор безопасного режима работы, соблюдение предельно допустимых уровней напряжений и токов;
• соответствие требованиям эксплуатации.

Конденсаторы из танталового электролита

Преимущества конденсаторов с танталовыми диэлектриками заключаются в том, что они имеют очень большие значения емкости и небольшие размеры. Это делает их идеальными в качестве фильтрующих конденсаторов в блоках питания.

Видео

https://www.youtube.com/watch?v=kn2JeqPbFk4