Passive Bauelemente

So wählt man die zuverlässigsten, serienmäßigen Kondensatoren

| Autor / Redakteur: James C. Lewis * / Thomas Kuther

Ein Hauptgrund für die Degradation: Kristallisation durch Verunreinigung des Dielektrikums.
Ein Hauptgrund für die Degradation: Kristallisation durch Verunreinigung des Dielektrikums. (Bild: Kemet)

Wenn höchste Zuverlässigkeit gefordert ist, reicht Standard-Qualität nicht aus. Wir verraten Ihnen, wie man mit der richtigen Prozesstechnik und Selektierung extrem zuverlässige Tantal-Kondensatoren erhält.

Unternehmen, die Hightech-Ausrüstung für die Bereiche Verteidigungs-, Luft-/Raumfahrt-, Medizintechnik und andere hochzuverlässige Anwendungen entwickeln, benötigen COTS- (Commercial Off The Shelf, serienmäßig hergestellte) anstelle kundenspezifischer Lösungen, um hochleistungsfähige Produkte schnell und zu möglichst geringen Kosten bereitzustellen. Da Regierungen ihre Verteidigungsbudgets weiter kürzen, zählen laut einer 2012 veröffentlichten Studie von Databeans COTS-Produkte mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 6% zur stärksten Kategorie in der Militär- und Luft-/ Raumfahrtbranche.

Detaillierte Richtlinien für die Auftragnehmer decken daher den Einsatz verschiedenster Arten von COTS-Bauteilen ab, einschließlich System-on-Chip- und diskrete Halbleiter-Bausteine, Optoelektronik, Steckverbinder und passive Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren. Die Stärken des kommerziellen Sektors sind zwar anerkannt; die Richtlinien decken aber auch Herausforderungen wie die Vielzahl von Anbietern mit unterschiedlichen Ansätzen bei der Produktqualität, Selektierung und bei den Tests ab.

Qualität, Leistungsfähigkeit und Langzeitzuverlässigkeit im Feld

Es liegt an den Komponentenherstellern, sicherzustellen, dass COTS-Bauteile die Kosteneinsparungen und den technischen Fortschritt bieten, den Einkäufer erwarten. Gleichzeitig müssen die Qualität, Leistungsfähigkeit und Langzeitzuverlässigkeit im Feld verbessert werden. Kemet hat darum neue Technologien angekündigt, mit denen Tantal-Kondensatoren mit Festelektrolyt noch leistungsfähiger werden: durch höhere Robustheit, längere Lebensdauer und geringeres Derating.

Zuverlässigkeit von Tantal-Kondensatoren verbessern

Um die Zuverlässigkeit von Tantal-Kondensatoren für COTS-Anwendungen zu verbessern, gibt es zwei mögliche Ansätze. Der erste adressiert die Ursache von Bauteilausfällen wie Fehlerstellen im Dielektrikum und schwache Verbindungen zwischen der Anode und dem Anschlussdraht. Der zweite Ansatz ist eine neue Selektierungstechnik, mit der Hersteller diejenigen Kondensatoren besser isolieren können, die wahrscheinlich die höchste Zuverlässigkeit im Feld bieten. Beide Ansätze werden bei Kemet angewendet – und zwar mit der F-Tech-Fertigungstechnik und einem neuen Testverfahren, genannt Simulated Breakdown Screening.

Kontrolle des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalts

Die F-Tech-Technologie führt zwei neue Techniken zur Kontrolle des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalts des Tantalpulvers beim Sintern und den zugehörigen Prozessen ein, mit denen die Kondensator-Anode und das Dielektrikum gefertigt werden. Die Kontrollprozesse verhindern die Bildung von Tantalcarbid und Tantaloxid, die zu den Hauptverunreinigungen zählen und eine Kristallisation verursachen (siehe Praxiswert-Kasten).

Kohlenstoff-Kontrolle mit Entschmierungsprozess

Für die Kohlenstoff-Kontrolle hat Kemet einen flüssigen Entschmierungsprozess entwickelt, mit dem die Anoden wiederholt in einer Lösung gewaschen werden. Anschließend erfolgt eine Analyse, um sicherzustellen, dass sich der Kohlenstoffgehalt auf oder unter dem Niveau des zugeführten Tantalpulvers befindet (Bild 1). Bezüglich des Sauerstoffs hat Kemet einen exklusiven Entoxidationsprozess entwickelt, der Magnesiumdampf und einen Passivierungsprozess für die Tantal-Anoden verwendet.

Ergänzendes zum Thema
 
Tantal-Kondensatoren – Degradation und Durchschlagspannung

Magnesium hat eine höhere Affinität für Sauerstoff als Tantal und entfernt beim Aufbringen auf die Anode den Sauerstoff aus dem Tantal. Anschließend wird über einen Auswaschungsprozess das Magnesiumoxid entfernt. Auch hier werden die Sauerstoffwerte überprüft, um sicherzustellen, dass der Sauerstoffgehalt in der Anode auf oder unter dem Niveau des zugeführten Tantalpulvers liegt.

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