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

In Falltests wurde eine Kraft von 500G auf Standard-X7R- und bruchfeste Hochtemperatur-C0G-Kondensatoren in zwei Gehäusegrößen ausgeübt. Dabei hat sich die höhere Widerstandsfestigkeit des neuen C0G-Dielektrikums gegen Bruch bewährt. Die Kondensatoren wurden auf eine Test-Leiterplatte gelötet und insgesamt 120-Mal fallen gelassen (in x-, y- und z-Richtung). Die Bruchfehlerrate des X7R-Dielektrikums betrug 4:40; die des C0G-Dielektrikums betrug Null.

Vergossene C0G MLCCs mit Radialanschlüssen und einem temperaturfesten Gehäuse sind äußerst widerstandsfähig gegen Stöße und Vibrationen (Bild 3). Die Anschlüsse am Kondensator sorgen für eine Zugentlastung, was die mechanische Belastbarkeit erhöht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Lötverbindung den hohen Betriebstemperaturen standhält. KEMETs radiale Hochtemperatur-C0G-MLCCs C052H und C062H werden mit einem Lot mit hohem Schmelzpunkt (HMP; High Melting-Point) verlötet, das die Integrität aller Anschlüsse garantiert.

Haft-/Befestigungsprüfungen bei 200 °C, die mit einem Kraftprüfer durchgeführt wurden, zeigen eine Bruchfestigkeit von mehr als 3 kg. Dies übertrifft die Mindestanforderung bei Raumtemperatur (1,8 kg) um ein Vielfaches. Vergoldete Anschlüsse sorgen zudem für eine optimale Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen.

MLCCs in SMD-Gehäusen oder mit Radialanschlüssen

Hochtemperatur-C0G-MLCCs mit diesen erweiterten Funktionen stehen in SMD-Gehäusen oder für eine zusätzliche Zugentlastung als gegossene Bausteine mit Radialanschlüssen zur Verfügung. Die Stabilität des speziellen Hochtemperatur-C0G-Dielektrikums garantiert keinerlei Kapazitätsänderungen über der Zeit und Spannung. Die Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur beträgt zwischen –55 und 200 °C nur ±30 ppm/°C. Neben einem hohen Isolationswiderstand bieten diese Kondensatoren auch geringe Verluste bei Temperaturen über 200 °C, sowie einen niedrigen ESR bei hohen Frequenzen.

Tests bestätigen sehr hohe Zuverlässigkeit der Bausteine

Beschleunigte Lebensdauertests (HALT; Highly Accelerated Life Testing) der gegossenen Radialkondensatoren bei verschiedenen Spannungen und bei 200 °C haben zusammen mit einer Weibull-Analyse und Vorhersage mithilfe der Prokopowicz-/Vaskas-Gleichung (P-V) einen mittleren Ausfallabstand (MTTF; Mean Time to Failure) von 8,64 ^. 10⁷ Jahren ergeben.

Außerdem wurden Lebensdauertests über 1000 Stunden bei 200 °C und bei Nennspannung durchgeführt, um die Zuverlässigkeit zu überprüfen. Eine Messung des Isolationswiderstandes zu Beginn und nach 250, 500 sowie 1000 Stunden zeigte keine Fehler oder Verschlechterung der gemessenen Werte. Zu den weiteren Langzeittests zählten Feuchtigkeits- und Lagerungstests, –55/220 °C-Temperatuschocktests sowie Stoß- und Vibrationstests. Dabei zeigten sich keine Fehler, was eine sehr hohe Zuverlässigkeit dieser Bausteine bestätigt.

Tiefbohranlagen erfordern extrem robuste Bauelemente

Die hohen Anforderungen, die an elektronische Steuerungen in Tiefbohranlagen gestellt werden, verlangen einen verbesserten, zuverlässigeren Aufbau der entsprechenden Bauelemente. Neue, fortschrittliche Dielektrika und hochleistungsfähige Lote und Oberflächen verbessern die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Kondensatoren, um in den von der Ölindustrie definierten rauen ultra- (uHPHT) und extreme-(xHPHT-)Umgebungsbedingungen bestehen zu können.

* Axel Schmidt ist Senior Field Applications Engineer bei der KEMET Corporation.

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