Was ist Chip-Kondensator?
Chip-Kondensatoren sind kleine Kondensatoren, die Chip-Bauteile sind.
Unter Chip-Bauteilen versteht man zunächst einmal alle kleinen oberflächenmontierten passiven Bauteile. Chip-Bauteile bestehen aus Kondensatoren, Widerständen, Sicherungen, Spulen, Transformatoren usw., die alle über feste Elektroden verfügen.
Während ursprünglich flexible Leitungsdrähte als Elektroden in elektronischen Bauteilen zum Einsetzen in Löcher in Leiterplatten verwendet wurden, zeichnen sich Chip-Bauteile dadurch aus, dass kleine feste Elektroden auf die Oberfläche der Leiterplatte gelötet werden. Aufgrund von Einschränkungen bei der Wärmebeständigkeit und der Größe können Chip-Kondensatoren nur in einer begrenzten Anzahl von Dielektrika verwendet werden; die folgenden vier Typen sind auf dem Markt erhältlich.
- Chip-Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren
- Tantal-Chipkondensatoren (einschließlich leitfähiger Polymerkondensatoren)
- Chip-Vielschicht-Keramik-Kondensatoren
- Chip-Glimmer-Kondensatoren
Verwendungszwecke von Chip-Kondensatoren
Chip-Kondensatoren sind aufgrund ihrer geringeren Bauteilgröße und ihrer Kompatibilität mit dem Reflow-Löten im Vergleich zu bedrahteten Kondensatoren sehr vorteilhaft für die Miniaturisierung von Leiterplatten. Aufgrund dieser Eigenschaften wurden Chipkondensatoren zunächst in kleinen Produkten wie Notebooks, Mobiltelefonen und Fotoausrüstungen eingesetzt, doch inzwischen sind sie auch in Haushaltsgeräten und elektronischen Ausrüstungen weit verbreitet, da sie sehr produktiv sind.
Chip-Kondensatoren unterscheiden sich in ihren Eigenschaften grundsätzlich nicht von bedrahteten Kondensatoren. Sie weisen sogar wünschenswerte Eigenschaften als Kondensatoren auf, da die negativen Auswirkungen der Induktivitätskomponente der Zuleitungsdrähte beseitigt werden.
Bei der Auswahl eines Kondensators sollten die folgenden Eigenschaften berücksichtigt werden.
1. Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Bei diesem Kondensator wird Aluminium als Elektrode verwendet. Auf der Oberfläche der Aluminiumelektrode bildet sich durch Elektrolyse eine Oxidschicht, die als Dielektrikum dient. Aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Kapazität werden sie häufig als Kondensatoren mit hoher Kapazität eingesetzt.
Sie haben jedoch auch den Nachteil, dass sie eine schlechte Frequenzcharakteristik aufweisen und zu dielektrischen Verlusten aufgrund von Leckagen neigen. In Schaltkreisen mit konstanter Erregung kann auch eine kurze Lebensdauer bei hohen Temperaturen ein Problem darstellen.
2. Tantalkondensator
Tantalkondensatoren verwenden Tantal als Anode und Tantalpentoxid als Dielektrikum. Sie zeichnen sich durch ihre geringe Größe und ihr geringes Gewicht trotz ihrer hohen Kapazität aus. Sie sind den Aluminium-Elektrolytkondensatoren auch in Bezug auf die Leckstromeigenschaften, die Frequenzcharakteristik und die Temperatureigenschaften überlegen.
Andererseits sind sie aufgrund der Verwendung von Tantal, einem seltenen Metall, relativ teuer.
3. Keramik-Vielschichtkondensatoren
Je nach der Art der Keramik, die als Dielektrikum verwendet wird, werden Kondensatoren in solche mit niedriger Dielektrizitätskonstante und solche mit hoher Dielektrizitätskonstante unterschieden. Der Typ mit niedriger Dielektrizitätskonstante hat eine geringe Kapazitätsschwankung, aber keine große Kapazität.
Typen mit hoher Dielektrizitätskonstante bieten eine große Kapazität, haben aber den Nachteil, dass sich die Kapazität je nach angelegter Spannung und Umgebungstemperatur ändert. Keramik-Vielschichtkondensatoren sind kompakt und hitzebeständig, erfordern aber eine sorgfältige Handhabung, da sie anfällig für Risse und Absplitterungen sind.
4. Glimmerkondensatoren
Glimmer, ein natürliches Mineral, wird als Dielektrikum verwendet. Aufgrund seiner hohen dielektrischen Eigenschaften und seiner dünnen, abziehbaren Beschaffenheit verfügt er über eine ausgezeichnete Isolationsbeständigkeit, einen dielektrischen Verlusttangens, einen guten Frequenzgang und gute Temperatureigenschaften, hat aber den Nachteil, dass er teuer und groß ist.
Aufgrund ihrer geringen Größe können Chip-Kondensatoren nicht in Leistungsgeräten mit hohen Spannungen und Strömen eingesetzt werden. Große Kondensatoren wie Ölkondensatoren werden üblicherweise in Motoren, Transformatoren und Generatoren eingesetzt.
Merkmale von Chip-Kondensatoren
Das strukturelle Merkmal von Chip-Kondensatoren ist, wie bereits erwähnt, die feste Elektrode. Um eine gute Lötbarkeit zu gewährleisten, wird die Elektrode im Allgemeinen vernickelt und anschließend über die vernickelte Elektrode verzinnt. Sie sind auch in Bezug auf die Miniaturisierung vorteilhaft, da sie keine Leitungsdrähte als Elektroden haben.
Andererseits sind Chip-Kondensatoren für das Löten in einem Reflow-Ofen konzipiert und verfügen über Neuerungen zur Verbesserung ihrer Hitzebeständigkeit, so dass sie einer Atmosphäre von 240 °C standhalten können, wobei jedoch beim Löten Vorsicht geboten ist. Insbesondere Elektrolytkondensatoren mit versiegeltem Elektrolyt und Tantalkondensatoren mit einer Harzfüllung sind beim Löten hohen Temperaturen ausgesetzt, die aufgrund der thermischen Ausdehnung des Elektrolyts und des Harzes zu einer Verschlechterung und einem Ausfall des Elements führen können.
Folienkondensatoren haben sehr gute Kondensatoreigenschaften, aber der Grund für das Fehlen von Chip-Komponenten ist, dass das Dielektrikum, die Folie, den oben genannten thermischen Bedingungen nicht standhalten kann.
Weitere Informationen über Chip-Kondensatoren
Trends bei Chip-Kondensatoren
In der Welt der Chip-Kondensatoren werden die Leistungen von Tag zu Tag besser. Bei allen Arten von Kondensatoren werden charakteristische Verbesserungen vorgenommen, wobei die Nachfrage nach monolithischen Chip-Kondensatoren aus Keramik am schnellsten zunimmt. Es heißt, dass sie mengenmäßig mehr als 80 % der gesamten Kondensatorproduktion ausmachen, wobei etwa 500 in Smartphones und 1.000 in Laptops verwendet werden.
Sie sind ein unverzichtbarer Bestandteil nicht nur in elektronischen Geräten, sondern auch in den zunehmend elektrifizierten Autos. Die Hauptgründe dafür sind Miniaturisierung und hohe Kapazität. Die Größe der monolithischen Chip-Keramik-Kondensatoren wird von Jahr zu Jahr kleiner, wobei der 0603-Typ (0,6 x 03 mm) inzwischen der Mainstream ist, der 0201-Typ (0,2 x 0,1 mm) jedoch bereits in der Praxis eingesetzt wird.
Je stärker die Miniaturisierung und je höher die Bestückungsdichte, desto kleiner wird die Leiterplattenfläche, was zur Miniaturisierung der Produkte beiträgt. Inzwischen werden selbst in Anwendungen, in denen Kondensatoren mit großer Kapazität wie Aluminium-Elektrolyt- und Tantalkondensatoren die Regel sind, diese aufgrund von Verbesserungen der Dielektrizitätskonstante der Materialien, dünneren dielektrischen Schichten, Mehrfachschichten und höherer Zuverlässigkeit nach und nach durch Chip-Kondensatoren ersetzt.
Der Hauptvorteil von Keramik-Vielschichtkondensatoren besteht darin, dass sie einfach zu handhaben sind und keine Leckagen wie Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren oder Entzündungen wie bei Tantal-Kondensatoren zu befürchten sind. In Anbetracht dieser Situation ist zu erwarten, dass Keramik-Vielschichtkondensatoren auch in Zukunft eine führende Rolle bei Chip-Kondensatoren spielen werden und in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz kommen werden.