Keramische Komponenten Dielektrische Keramik in modernen High-Tech-Anwendungen

Dielektrische keramische Komponenten in der Elektronik tragen wesentlich zur Leistungsfähigkeit eines Systems bei. Worauf es bei der Wahl geeigneter Komponenten ankommt erfahren Sie in diesem Beitrag, der auf Materialeigenschaften keramischer Materialien eingeht und Anwendungsbeispiele vorstellt.

Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Morgan Advanced Ceramics

Bei der Auswahl dielektrischer Keramikkomponeten für elektrische Systeme sind eine ganze Reihe spezieller Eigenschaften zu berücksichtigen. Dazu zählen die Dielektrizitätskonstante εr, elektrische Verluste, Temperaturstabilität im Verhältnis zu Frequenz oder Kapazität, dielektrische Durchschlagsfestigkeit sowie das Verhalten in starken Magnetfeldern.

Je höher die Dielektrizitätskonstante desto kleiner wird das Bauelement

Die Dielektrizitätskonstante εr ist eine grundlegende Eigenschaft des Materials: Je höher sie ist, desto kleiner wird das Bauteil bei einer bestimmten Frequenz oder Kapazität.

Kleine dielektrische Verluste ergeben eine höhere Systemleistung

Der dielektrischer Verlustfaktor Q beschreibt das Verhältnis von „Energiespeicherung“ zu „Energieverlust“ je Zyklus. Je kleiner also der elektrische Verlust ist, umso höher ist die Systemleistung, was zu verbesserter Frequenzselektivität und besseren Dissipationsraten elektrischer Impulse führt. Dies ist ein wichtiger Faktor in Laserentladesystemen oder um eine generell bessere Belastbarkeit zu erzielen.

Mittelweg zwischen kleinen elektrischen Verlusten und hoher Dielektrizitätskonstante

Der elektrische Verlust ist im Allgemeinen proportional zur Dielektrizitätskonstante, d.h. eine höhere εr des Materials bedeutet üblicherweise einen höheren elektrischen Verlust. Deshalb muss bei der Auswahl des Materials ein geeigneter Mittelweg gefunden werden, um optimale Eigenschaften des Gesamtpakets zu erreichen. So wird z.B. ein niedriger Materialverlustfaktor in Verbindung mit dem korrekten Elektrodensystem in einer Mehrschichtstruktur einen Kondensator mit einem geringen Ersatzreihenwiderstand (ESR) ergeben, der für stabilen Leistungsumschlag zur Plasmaerzeugung in der Halbleiterindustrie geeignet ist.

Die Eigenschaften der Keramik in Abhängigkeit von der Temperatur

In einigen Anwendungen sind Systeme mit minimaler Temperaturabhängigkeit gefordert. Die Temperatur der Umgebung soll also die Leistung der Keramik möglichst nicht beeinflussen, sodass das Endprodukt in einem weiten Temperaturbereich gleichmäßig effektiv betrieben werden kann. Erreichen lässt sich dies bei bestimmten Keramikmaterialien mit einer hohen Permittivität, die sich über kleine Änderungen in der Zusammensetzung gezielt anpassen lässt. So kann gesteuert werden, wie das Material auf Temperaturschwankungen reagiert.

Impulsanwendungen erfordern eine hohe Durchschlagsfestigkeit

Hohe materialeigene Durchschlagsfestigkeit ist ein wichtiger Faktor für Impulsleistungsanwendungen, zum Beispiel in Excimer-Lasern oder elektromagnetischen Impulserzeugungssystemen. Ebenso wichtig ist diese Eigenschaft bei Hochleistungs-Mehrschichtkomponenten, wo bei Zwischenschichtkeramikdicken von 25 μm mit Spannungen von effektiv mehreren kV/mm zu rechnen ist. Zielsetzung ist hierbei stets die Erhöhung der Spannungsfestigkeit durch eine kontrollierte Mikrostruktur, insbesondere wenn solche Komponenten innerhalb einer Epoxidharz-Ummantelung weiter verkapselt sind.

Spezielle Keramiken eignen sich für Anwendungen in sehr starken Magnetfeldern

In einigen Anwendungen ist es extrem wichtig, dass Materialien so wenig Interferenzen wie möglich aufweisen, wenn sie einem starken Magnetfeld ausgesetzt werden. Die nichtmagnetischen Eigenschaften einer Keramik können über eine Anpassung der Keramikzusammensetzung verändert werden.

Die Eigenschaften der Keramiken lassen sich individuell einstellen

Die dielektrischen Keramiken von Morgan Electro Ceramics anbietet, sind speziell formuliert, sodass die oben genannten Parameter an den jeweiligen Einsatz optimal angepasst werden können. Sie eignen sich idealerweise für eine Reihe von Hochfrequenz-, Hochleistungs- und medizinischen Anwendungen, von Rundfunksendern bis hin zu Filtern und Abstimmschaltungen, die in Systemen für medizinische Instrumente verwendet werden.

(ID:344727)