Tiefbohranlagen stellen höchste Anforderungen an Kondensatoren

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Heitec AG

E.E.P.D. Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

KEMET Electronics GmbH

KEMET ELECTRONICS CORPORATION

Speziell für raue Umgebungen konzipierte Komponenten

Bei einigen Komponenten ist die Selektion oder Charakterisierung für hohe Temperaturen ausreichend, um die passende Leistungsfähigkeit in rauen Umgebungen zu gewährleisten. Bei anderen Bauelementen, wie Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCCs; Multilayer Ceramic Capacitors), die vor allem für das Timing, die Pulserzeugung, Entkopplung, Filter, Überspannungsschutz, Blocking oder Energiespeicherung zum Einsatz kommen, sind fortschrittliche Materialien und Aufbauten erforderlich, um leistungsfähigere Bauteile zu erzielen.

Bildergalerie

MLCCs aus dielektrischem X7R-Material bieten für universelle Anwendungen eine interessante Kombination aus Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz. Bausteine mit C0G-Dielektrikum garantieren eine wesentlich stabilere Kapazität über einen weiten Temperaturbereich. Bild 1 veranschaulicht, wie die effektive Kapazität eines Kondensators mit KEMETs patentiertem Kalziumzirkonat-C0G-Dielektrikum für hohe Temperaturen relativ konstant bis zu Temperaturen über 200 °C bleibt.

Ein X7R-Baustein mit einer wesentlich höheren Anfangskapazität verschlechtert sich dagegen bereits ab 125 °C auf einen Wert entsprechend des C0G-Kondensators, sobald ein Temperaturanstieg erfolgt. Um die gewünschte Kapazität bei der beabsichtigten Betriebstemperatur zu gewährleisten, kann der Entwickler wertvollen Platz auf der Leiterplatte einsparen, indem er einen kleinen C0G-MLCC anstelle eines größeren X7R-Kondensatores mit höherer Kapazität verwendet.

Neben der hohen Temperaturstabilität eines C0G-Dielektrikums bietet Kalziumzirkonat einen wesentlich höheren anfänglichen Isolationswiderstand (IR; Insulation Resistance) bei Raumtemperatur als andere C0G- oder X7R-Hochtemperatur-Dielektrika, was zuverlässigere Systeme garantiert. Obwohl der IR von C0G und X7R bei steigender Betriebstemperatur größer wird, kann der IR eines X7R-Kondensators von wenigen Gigaohm bei 25 °C auf nur wenige 100 kΩ sinken, sobald die Temperatur ansteigt. Bild 2 verdeutlicht, wie Kalziumzirkonat-Hochtemperatur-C0G-Kondensatoren einen anfänglichen IR mit dem 18-fachen Wert eines vergleichbaren X7R-Kondensators aufweisen: >1GΩ bis zu Temperaturen im Bereich von 250 °C.

MLCCs mit verbesserten mechanischen Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften von MLCCs lassen sich durch die Materialauswahl und den Kondensatoraufbau verbessern. Stöße und Vibrationen können in Bohrsystemen besonders ausgeprägt sein, vor allem wenn Elektronik direkt am Bohrwerkzeug angebracht ist. MLCCs in größeren Gehäusen sind besonders anfällig für Rissbildung, wenn sie heftigeren Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind.

Ein kleineres MLCC-Gehäuse wie das 0603 verringert die Anfälligkeit gegen mechanische Einwirkungen. Heute stehen hochwiderstandsfähige C0G-Materialien zur Verfügung, die Stöße bis zu sehr hohen G-Kräften überstehen. KEMETs Hochtemperatur-C0G-Dielektrikum bietet eine sehr hohe Bruchfestigkeit und die doppelte Biegefestigkeit des branchenweit besten X7R-Materials.

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