Zwei Kondensator-Technologien im Vergleich
„Das Bessere ist des Guten Feind“
Aufgrund der unterschiedlichen Charakteristik können Tantal-Kondensatoren für viele Anwendungen durch keramische Vielschicht-Kondensatoren (MLCC) mit deutlich kleinerer Kapazität ersetzt werden. Den geeigneten Kapazitätswert sollte der Entwickler jedoch durch Vergleichsmessungen ermitteln. Zudem können mit MLCCs höhere Zuverlässigkeit sowie Strom- und Spannungsbelastbarkeitswerte erzielt werden.
Zwei Kondensator-Technologien im Vergleich
Aufgrund der unterschiedlichen Charakteristik können Tantal-Kondensatoren für viele Anwendungen durch keramische Vielschicht-Kondensatoren (MLCC) mit deutlich kleinerer Kapazität ersetzt werden. Den geeigneten Kapazitätswert sollte der Entwickler jedoch durch Vergleichsmessungen ermitteln. Zudem können mit MLCCs höhere Zuverlässigkeit sowie Strom- und Spannungsbelastbarkeitswerte erzielt werden.
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Derzeit gibt es in vielen Bereichen – beispielsweise in der Messtechnik, der Automobil- und Industrie-Elektronik – Bestrebungen, Tantal-Kondensatoren durch keramische Vielschicht-Kondensatoren zu ersetzen. Gründe dafür sind vor allem:
- geringere dielektrische Verluste,
- keine Polarität,
- geringere Impedanz,
- sehr hohe Zuverlässigkeit des Dielektrikums,
- kleinere Abmessungen.
Einen Tantal-Kondensator durch einen Vielschicht-Kondensator gleicher Kapazität zu ersetzen, ist in den meisten Fällen jedoch nicht die ideale Lösung. Um den geeigneten Keramik-Kondensator auszuwählen, sollte vielmehr ein Vergleich der Gesamtcharakteristik der Kondensatoren – im besten Fall auch eine Simulation der geplanten Anwendung – durchgeführt werden.
Zudem ist es weder möglich noch sinnvoll, in allen Fällen Keramik-Kondensatoren anstelle von Tantal-Kondensatoren einzusetzen. Denn neben ihrer hohen Kapazität bezogen auf die Baugröße gibt es weitere Gründe, sie für eine Reihe von Anwendungen gegenüber Keramik-Kondensatoren vorzuziehen.
Im Folgenden wird ein Überblick über die Eigenschaften und wichtigsten Unterschiede der beiden Kondensatortypen gegeben. Hilfestellung bieten auch einige Hinweise, die beim Ersatz von Tantal-Kondensatoren durch Keramik-Kondensatoren zu beachten sind. Bild 1 zeigt typische Applikationsbereiche gängiger Kondensatortechnologien.
Tantal versus Keramik
Das aktive Element von Tantal-Kondensatoren (Bild 2) besteht aus einem Anodenkörper überwiegend metallischer Struktur, der in Kunststoff eingebettet ist. Das eigentliche Dielektrikum ist aus Tantalpentoxid aufgebaut, das in dünnen Schichten auf einem porösen Tantalkörper (Anode) durch Elektrolyse aufoxidiert wird. Durch diese gleichmäßige, nur wenige hundert Nanometer dünne Schicht auf der sehr großen Oberfläche des offenporigen Anodenkörpers können hohe Kapazitäten erreicht werden. Der Anodenkörper wird über Anschlussdrähte (Anodendrähte) nach außen verlängert, wobei die Anschlussdrähte unter eine metallische Anschlussleiste greifen. Die Anschlussleiste führt zu den äußeren Anschlüssen des Bauelements. Ein Nachteil dieser Bauart ist jedoch die durch den Herstellungsprozess bedingte Polarität. Tantal-Kondensatoren können daher nur in einer Richtung betrieben werden. Bei reversivem Betrieb oder falscher Polung beim Einbau werden Tantal-Kondensatoren zerstört.
Keramik-Kondensatoren (Bild 3) indes bestehen aus einem monolithischen Keramikblock mit kammähnlichen, gesinterten Innenelektroden. Die Keramik zwischen den Elektroden bildet ein extrem durchschlagfestes, stabiles Dielektrikum. Die Elektroden sind rein metallisch (Nickel oder Silber-Palladium) mit hoher Leitfähigkeit, wodurch geringe Impedanzen und sehr kleine ESR-Werte (Equivalent Series Resistance) erreicht werden können.
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- Elektrische Eigenschaften von Kondensatoren
