Kondensator
Kondensator-Leitfaden
Technischer Bericht "Evolving Capacitors - Multilayer-Keramikkondensatoren - Teil 1 Trend (Teil 2/2)
Dieser Artikel ist eine Fortsetzung von "Evolving Capacitors: Keramische Vielschichtkondensatoren, Teil 1 Trend (Teil 1/2)".
Bitte lesen Sie zuerst "Teil 1/2", um einen Gesamtüberblick zu erhalten.
Entkopplungsanwendung macht 70 % des Marktes aus
Wie bereits erwähnt, sind keramische Vielschichtkondensatoren um Mikroprozessoren, DSPs, Mikrocomputer, FPGAs oder andere Halbleiterbauelemente herum angeordnet, um den ordnungsgemäßen Betrieb dieser Geräte zu unterstützen. Die Anzahl der in einem elektronischen Gerät verwendeten Keramik-Vielschichtkondensatoren ist enorm. So werden beispielsweise in einem Notebook etwa 730 Stück und in einem Mobiltelefon etwa 230 Stück verwendet, während in Digitalfernsehern und Autonavigationssystemen jeweils etwa 1.000 Stück eingesetzt werden (Tabelle 1).
Tabelle 1: Anzahl der in elektronischen Geräten verwendeten monolithischen Keramikkondensatoren
Elektrisches Gerät | Anzahl der monolithischen |
|---|---|
Notebook-Computer | 730 |
Mobiltelefon | 230 |
Digitaler Camcorder | 400 |
Digitales Fernsehen | 1000 |
Auto-Navigationssystem | 1000 |
Keramik-Vielschichtkondensatoren haben zwei Hauptaufgaben. Erstens unterstützen sie die Stromversorgung von Halbleiterbauelementen. Im Allgemeinen schwankt der für ein Halbleiterbauelement erforderliche Strom je nach den Betriebsbedingungen erheblich. In manchen Situationen kann plötzlich eine große Menge an elektrischer Leistung erforderlich sein. Der Stromversorgungsschaltkreis (DC-DC-Wandler usw.), der relativ weit vom Halbleitergerät entfernt ist, kann nicht schnell auf eine plötzliche Laständerung reagieren. Um dieses Problem zu lösen, wird die elektrische Leistung in einem Kondensator gespeichert, der in der Nähe des Halbleiterbauelements angebracht ist und von dort aus gespeist wird (Abbildung 1).
Um ein Halbleiterbauelement herum ist eine Reihe von Entkopplungskondensatoren angebracht. Diese Kondensatoren spielen zwei Rollen. Zum einen versorgen sie das Halbleiterbauelement mit Strom. Die andere besteht darin, die Rauschkomponente an die Stromversorgungs-/Erdungsschicht zu leiten. Es gibt drei Arten von Kondensatoren, die hauptsächlich zur Entkopplung verwendet werden. Es handelt sich um Tantal-Elektrolytkondensatoren, monolithische Keramikkondensatoren mit hoher Kapazität und monolithische Keramikkondensatoren mit einer außergewöhnlich niedrigen äquivalenten Serieninduktivität (ESL).
Um ein Halbleiterbauelement herum ist eine Reihe von Entkopplungskondensatoren angebracht. Diese Kondensatoren spielen zwei Rollen. Zum einen versorgen sie das Halbleiterbauelement mit Strom. Die andere besteht darin, die Rauschkomponente an die Stromversorgungs-/Erdungsschicht zu leiten. Es gibt drei Arten von Kondensatoren, die hauptsächlich zur Entkopplung verwendet werden. Es handelt sich um Tantal-Elektrolytkondensatoren, keramische Vielschichtkondensatoren mit hoher Kapazität und keramische Vielschichtkondensatoren mit einer außergewöhnlich niedrigen äquivalenten Serieninduktivität (ESL).
Eine weitere Funktion von Keramik-Vielschichtkondensatoren ist die Beseitigung von Rauschkomponenten, die elektromagnetische Störungen (EMI) verursachen können. In gewissem Sinne fungieren sie als Filter. Durch die Nutzung der geringen Hochfrequenzimpedanz eines Keramik-Vielschichtkondensators kann nur die hochfrequente Störkomponente in die Stromversorgungs-/Erdungsschicht abgeleitet werden.
Im Allgemeinen werden Kondensatoren mit der ersten Funktion als Entkopplungskondensatoren bezeichnet, während Kondensatoren mit der zweiten Funktion als Bypass-Kondensatoren bezeichnet werden. Durch die Einführung von keramischen Vielschichtkondensatoren mit hoher Kapazität können nun beide Funktionen gleichzeitig erfüllt werden.
Die zweithäufigste Anwendung nach der Entkopplung und dem Bypass sind Glättungsfilter am Ausgang von DC-DC-Wandlern. Ursprünglich wurden zu diesem Zweck Aluminium- und Tantal-Elektrolytkondensatoren verwendet. Ab Ende der 1990er Jahre kamen jedoch keramische Vielschichtkondensatoren zum Einsatz, um die Größe und Dicke elektronischer Geräte zu verringern.
Es ist vor allem den Bemühungen der Hersteller von Leistungshalbleiterbauelementen zu verdanken, dass jetzt Vielschicht-Keramikkondensatoren für diese Glättungsfilterfunktion verfügbar sind. Ein Kondensator, der als Glättungsfilter dient, ist Teil der Rückkopplungsregelschleife eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers. Wenn der äquivalente Serienwiderstand (ESR) zu niedrig ist, verringert sich die Phasenspanne des Regelkreises, was dazu führt, dass der Gleichspannungswandler nicht stabil arbeitet.
Inzwischen besteht bei den Elektronikherstellern eine starke Nachfrage nach kleineren und dünneren DC/DC-Wandlern. Um diese Nachfrage zu befriedigen, ermöglichten die Hersteller von Leistungshalbleitern die Verwendung von keramischen Vielschichtkondensatoren, indem sie die Steuerschaltung in den Gleichspannungswandler-ICs verbesserten. Um das Jahr 2000 begannen die Hersteller von Leistungshalbleitern damit, den neuen Gleichspannungswandler-IC an Elektronikhersteller zu verkaufen, wobei sie darauf hinwiesen, dass Keramik-Vielschichtkondensatoren in dem IC verwendet werden können.
Derzeit machen allein die Anwendungen Entkopplungs- und Glättungsfilter etwa 70 % des Marktes für Keramik-Vielschichtkondensatoren aus. Weitere typische Anwendungen sind Hochfrequenzfilter, Impedanzanpassung und Temperaturkompensation.
Murata bietet Demonstrationen und Seminare mit Beispielen für Problemlösungen an, die leicht verständliche Methoden für den Ersatz von Elektrolytkondensatoren durch Keramik-Vielschichtkondensatoren veranschaulichen.
Darüber hinaus bieten wir auch Design-Support an, um einen stabilen DC/DC-Wandlerbetrieb zu gewährleisten, wenn Keramik-Vielschichtkondensatoren für Glättungsanwendungen eingesetzt werden. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Murata-Vertriebsmitarbeiter gerne zur Verfügung.
Für weitere Informationen besuchen Sie bitte die folgende Website.
Angegebene Firmen- und Produktnamen sind Marken oder eingetragene Marken der jeweiligen Unternehmen.
* Der Inhalt dieses Artikels, der in der Ausgabe von Februar bis März 2010 von "Tech On!" von Nikkei Business Publications, Inc. veröffentlicht wurde, wurde umstrukturiert.
*Weitere Informationen zu den Keramik-Vielschichtkondensatoren von Murata Manufacturing finden Sie im Folgenden:
▼Capacitor WEB site
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