Polymer-Kondensatoren Ein Ausweg aus der MLCC-Knappheit

Bauteile-Engpässe sind die größten Sorgen in der Elektronikbranche. Es braucht konkurrenzfähige Alternativen am Markt.
Bauteile-Engpässe sind die größten Sorgen in der Elektronikbranche. Es braucht konkurrenzfähige Alternativen am Markt.

Lieferengpässe und leergekaufte Lagerbestände haben Mehrschicht-Keramikkondensatoren zu einem der größten Sorgenkinder der Elektronikbranche werden lassen. Deshalb braucht es konkurrenzfähige Alternativen am Markt.

MLCCs (Multi Layer Ceramic Capacitor) sind die seit nunmehr 25 Jahren essenzielle Elektronik-Komponenten und gehören zu den meist produzierten, passiven Komponenten überhaupt. Die Verkaufsargumente liegen klar auf der Hand: Sie sind mit sehr hohen Kapazitäten erhältlich, außerdem schnell und billig zu produzieren. Daneben überzeugen MLCCs dank ihrer Stabilität und ihrer robusten Leistung. Soweit so gut.

Zahlreiche Märkte, insbesondere der Automobil- und Smartphone-Markt ließen die Nachfrage nach MLCCs in den letzten Jahren jedoch enorml steigen. Erschwerend kam hinzu, dass der ohnehin überschaubare Kreis an MLCC-Produzenten lieber darauf setzte, höhere Margen zu erreichen und nachhaltiger zu produzieren, anstatt zu versuchen, mit breiten Produktlinien, Marktanteile zu gewinnen. Anfang 2017 taten dann Hamstereinkäufe und Mehrfachbestellungen ihr Übriges. Es kam zum Engpass mit Ansage.

MLCCs waren seit 1996 eine der ersten elektronischen Komponenten, deren Nachfrage nicht mehr bedient werden konnte. Hersteller von alternativen Technologien stießen sowohl bei Entwicklern als auch bei Herstellern auf taube Ohren. »Schlecht-Wetter-Szenarien in einem Markt, der einen offensichtlich unendlichen Bedarf abdecken kann, ohne Veränderungen einzugehen, wollte niemand hören«, kommentiert Maximilian Jakob, General Manager Sales, Panasonic Industry Europe.

»Nun wird es aber doch notwendig, sich nach Alternativen umzusehen. Denn die gesamte Industrie befindet sich in einer Umbruchstimmung. Alles wird elektrifiziert und smart. Das heißt auch, dass es zu erhöhten Anforderungen in der Infrastruktur kommen wird: 80 % des gegenwärtigen Datenvolumens wurden in den letzten zwei bis drei Jahren kreiert, was die technische Entwicklung von Datenspeichern, Servern und Basisstationen in den nächsten Jahren massiv nach oben hin ausreizen wird.«

Im Umkehrschluss bedeutet das, dass die Nachfrage nach MLCCs unkontrollierbar steigen wird. Eine kurzfristige Lösung rückt damit in weite Ferne. Bleibt das so, ist mit einer Entspannung wohl erst 2020/22 zu rechnen.

Alternative für mehr Verfügbarkeit

Was steht an Technologien zur Verfügung, um das Problem zu anzugehen? Wenn es darum geht, einen geeigneten Ersatz zu finden, gibt es keine »One-size-fits-all«-Lösung. Natürlich existieren Footprint-Kriterien, die definieren, welche Ersatzkomponente auf das Board passt. Aber der Footprint ist nur einer von vielen zu berücksichtigenden Parametern. Kritische Designparameter sind Kapazität, Spannung, ESR, Frequenz, Leckstrom, Größe und Qualifikationen.

Ein solider Ersatz für Keramik-Chip-Kondensatoren sind Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren, die vor allem in der Stromversorgung von integrierten elektronischen Schaltungen als Entkopplungs-, Bypass- und Puffer-Kondensatoren zum Einsatz kommen. Panasonic hat mehrere Produktlinien an Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren im Programm:

  • OS-CON-Kondensatoren: Dieser Kondensatortyp eignet sich bevorzugt für Anwendungen mit hoher Stromwelligkeit, hoher Spannung und hohen Anforderungen gegenüber der Kondensator-Kapazität.
  • SP-Caps: Die Einsatzbereiche sind ähnlich wie bei OS-CON, es handelt sich aber um einen Chip-Typ-Kondensator. Weiteres Hauptmerkmal ist ein sehr niedriger ESR. Der einzige Nachteil, der berücksichtigt werden muss, ist, dass die Größenoptionen begrenzt sind.
  • Hybrid-Kondensatoren: Da alle Hybrid-Varianten für Automotive qualifiziert sind, stellen sie eine Alternative zu MLCCs dar, wenn sicherheitskritische Anwendungen adressiert werden.
  • POSCAP-Kondensatoren: Sie können eine Herausforderung bei der Anwendung darstellt. Ihr Vorteil ist jedoch, dass es viele Größenvaria¬tionen gibt, beginnend mit 2 mm.
Bilder: 4

Ausweg aus der MLCC-Knappheit, Bilder 1-4

Ausweg aus der MLCC-Knappheit, Bilder 1-4

Die Bilder 1 bis 4 zeigen einige der Parameterabhängigkeiten auf, die bei der Produktentwicklung eine Rolle spielen. »Polymer-Kondensatoren bieten kommerzielle und technische Vorteile wie Platzeinsparung durch Bauteilreduktion, hohe Ripple-Ströme, hohe Kapazitäten, kein Spannungs-Derating sowie hohe Stabilität gegenüber Frequenz und Temperatur.

Der derzeit größte Vorteil jedoch ist die Verfügbarkeit«, erläutert Maximilian Jakob. Panasonic ist mit über 60 % Anteil am Produktionsvolumen führender Hersteller von Festpolymer-Aluminium-Kondensatoren. Die Polymerkondensatoren weisen – wie auch herkömmliche Aluminiumelektrolyt-Kondensatoren – eine hohe Kapazität und sehr gute Vorspannungseigenschaften auf, mit denen mehrschichtige Keramikkondensatoren niemals konkurrieren können.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen besitzen Polymerkondensatoren besonders niedrige ESR-Werte.»Als Unternehmen nehmen wir derzeit eine Sonderrolle in der Frage um Alternativen zu MLCCs ein. Wir bedienen sämtliche Technologien im Bereich Polymer-Kondensatoren. Darüber hinaus haben wir uns gezielt auf Automotive und Industrie konzentriert, was unseren Kunden eine hohe Sicherheit bezüglich Support und Lieferzeiten garantiert«, betont Jakob.

Nach Unterlagen von Panasonic Industrial Europe