Ausweg aus der Bauteile-Knappheit Downsizing und Replacement von MLCCs

Bild 1. Je kleiner die Bauform, desto höher die möglichen Stückzahlen pro Wafer.
Bild 1. Je kleiner die Bauform, desto höher die möglichen Stückzahlen pro Wafer.

Vor allem bei einigen Passiven sorgen extrem lange Lieferzeiten immer wieder für Engpässe in der Produktion. Einen kreativen Ausweg für MLCCs bietet die Nutzung kleinerer Baugrößen oder ihr Ersatz durch geeignete Tantal- oder sogenannte Hybrid-Kondensatoren.

Der Bedarf an Mehrschicht-Keramikkondensatoren (Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC) ist in den letzten Jahren immens gestiegen: In jedem Smartphone finden sich heute durchschnittlich 750 bis 1000 MLCCs, in einem Auto sogar 3000 – mit stark steigender Tendenz. So ist etwa bei Murata die Nachfrage nach MLCCs in den letzten vier Jahren um den Faktor 2,5 gestiegen. Viele Hersteller bauen ihre Fertigungskapazitäten stetig aus, doch sie können allein damit den weiter wachsenden Bedarf nicht decken.

Abhilfe schafft Downsizing. Denn kleinere Bauformen erlauben einen erheblich höheren Mengenausstoß als größere. Im Vergleich zu MLCCs der Größe 1210 lassen sich aus demselben Wafer rein von der Fläche her rund 16 Mal so viele 0402- und 44 Mal so viele 0201-MLCCs gewinnen. Volumentechnisch steigt der Mengenausstoß in der Produktion sogar um den Faktor 80 (0402) bzw. 400 (0201), siehe Bild 1.

Deshalb empfiehlt es sich, MLCCs in kleineren Bauformen zu nutzen, wenn die geforderten Wertekombinationen verfügbar sind. Dies gilt insbesondere bei Neuentwicklungen, aber auch bei Redesigns. So verbleiben wertvolle Fertigungskapazitäten für hochkapazitive MLCCs, die in kleineren Bauformen nicht möglich sind, und werden nicht mehr als unbedingt nötig durch Teile blockiert, die auch kleiner verfügbar sind.

Downsizing bringt weitere Vorteile

Vom Downsizing der Komponenten profitieren aber auch andere Bereiche. Denn die kleineren Bauteile ermöglichen Kostensenkungen über den niedrigeren Bauteilepreis hinaus, etwa durch geringeren PCB-Platzbedarf und weniger Gewicht, geringere Lotmengen und vor allem auch weniger Lagerplatz, wie Bild 2 zeigt.

Um das Potenzial voll auszuschöpfen, gilt es allerdings einige Aspekte zu beachten. Das beginnt damit, nicht einfach auf bestehende Wertekombinationen zurückzugreifen, sondern sich an den tatsächlichen Erfordernissen der Applikation und letztlich sogar an der Funktion der MLCCs zu orientieren. Dies gilt insbesondere für die Kapazitäts- und Spannungswerte, aber auch für erforderliche Temperaturen und Impedanz-/ESR-Werte. Hinzu kommt der DC-Bias, vor allem bei sogenannten HiCaps, d.h. Kondensatoren mit Kapazitätswerten im µF-Bereich.

DC-Bias ist ein Effekt, der die Kapazität der MLCCs in Abhängigkeit von der angelegten Gleichspannung absinken lässt. Das heißt, es ist darauf zu achten, dass ein bestimmter C-Wert im Betrieb nicht unterschritten wird.

Bei MLCCs mit geringer Kapazität, etwa Entstörkondensatoren im Bereich 100 nF/16 V, unterscheidet sich die Impedanzkurve bei den Bauformen 0603, 0402 und 0201 kaum. Im Allgemeinen verbessern sich die Impe­danzeigenschaften, je kleiner die Bauform ist (s. Bild 3).