Ein Tantal-Elektrolytkondensator ist ein Elektrolytkondensator, dessen Anodenelektrode aus Tantal besteht. Die Anode des Tantal-Elektrolytkondensators ist zur Vergrößerung der Elektrodenoberfläche stark aufgeraut, indem man Tantal-Pulver zu kleinen Blöcken presst und anschließend sintert. Auf der Anodenoberfläche wird dann durch ein spezielles Verfahren, das anodische Oxidation oder Formierung genannt wird, eine gleichmäßige Tantal-Oxidschicht erzeugt. Diese Oxidschicht ist das Dielektrikum des Kondensators. Ein leitfähiges Material, der Elektrolyt, der aus einer Flüssigkeit oder einem festen Leiter bestehen kann, bildet die Katode des Kondensators. Sie passt sich der Oberflächenstruktur der Anode und des darauf befindlichen Dielektrikums vollständig an. Der Elektrolyt muss dann mit geeigneten Mitteln mit dem äußeren Kathodenanschluss kontaktiert werden
.png?lang=de)
Im Bild oben ist das Grundprinzip der anodischen Oxidation dargestellt. Ein in einem Elektrolytbad getauchter Tantal-Anodenblock wird beim Anlegen einer Stromquelle in richtiger Polarität auf der Oberfläche Tantal-Pentoxid (Ta2O5) ausbilden. Die Spannungsfestigkeit von Tantal-Pentoxid ist mit etwa 625 V/µm sehr hoch. Im Formierverfahren wird die Dicke der Oxidschicht gezielt für die geforderte Spannungsfestigkeit des Kondensators hergestellt. Ein 10-V-Tantal-Elko besitzt damit theoretisch ein Dielektrikum mit der Schichtdicke von etwa nur 0,016 µm. Damit können äußerst dünne Dielektrika erzeugt werden, und da außerdem noch die Oberfläche der Anode durch Sinterung vergrößert wird, ergibt sich eine sehr hohe spezifische Kapazität pro Bauvolumen. Im Vergleich mit Aluminium-Elektrolytkondensatoren hat Tantal-Pentoxid eine in etwa gleiche Spannungsfestigkeit, aber eine 3,3-fach höhere Dielektrizitätszahl, so dass Tantal-Elektrolytkondensatoren bei gleichem Kapazitätswert und gleicher Spannungsfestigkeit deutlich kleiner hergestellt werden können. Tantal-Elektrolytkondensatoren sind gepolte Kondensatoren, die Anode bildet den Pluspol. Falschpolung, zu hohe anliegende Spannung oder Überlastung mit zu hohem Rippelstrom führen zum Kurzschluss und zur Zerstörung der Kondensatoren. Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Kurzschluss können brennen.
Historie
Tantal ist ein relativ „junges“ Metall. Im Jahre 1903 wurde Tantal durch Werner von Bolten erstmals rein hergestellt. In den Jahren darauf wurden die Eigenschaften von Tantal grundlegend untersucht, und es wurde auch festgestellt, dass Tantal in die Reihe der sog. „Ventilmetalle“ gehört. Der hohe Schmelzpunkt von 2996 °C verhinderte aber lange die industrielle Nutzung von Tantal. Die ersten Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Tantal-Folien und mit Glycol oder Lithiumchlorid als Elektrolyt wurden erst 1930 von der Fansteel Metallurgical Corporation für militärische Zwecke hergestellt.
Die maßgebliche Entwicklung von Tantal-Elektrolytkondensatoren erfolgte erst nach dem Zweiten Weltkrieg. Anfang 1950 gelang es der General Electric, neu entwickelte Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinterkörper und Schwefelsäure als Elektrolyten herzustellen. 1952 führte dann die gezielte Suche nach einem festen Elektrolyten durch Taylor, Haring und McLean und Power zur Erfindung des Tantal-Sinterkondensators mit dem halbleitenden Mangandioxid als festem Elektrolyten. Innerhalb von wenigen Jahren, 1955 in den Bell Laboratories durch R. L. Robinson und 1956 bei Sprague, wurde in den USA die Technologie dieses Kondensators weiterentwickelt und derart perfektioniert, dass sehr bald zahlreiche Hersteller, auch in Japan und Europa, die Großserienproduktion starteten. Die Entwicklung wurde besonders durch die Bauform des Tantal-Tropfenkondensators (Ta-Perlen) begünstigt, die speziell bei Rundfunk- und Fernsehgeräten schnell in großen Serien benötigt wurden. Die hier angebotenen kleinen Nennspannungswerte bis 50 V reichten in vielen Schaltungsbereichen dabei völlig aus.
1980 ließ eine Spekulation an der Börse den Preis für Tantal explodieren. Der Boom von Tantal-Elkos im Entertainmentbereich und auch in der industriellen Elektronik ließ daraufhin fast schlagartig nach.
Erst mit dem Trend nach immer stärkerer Miniaturisierung elektronischer Geräte wurden ab Mitte der 80er Jahre die Tantal-SMD-Kondensatoren wieder in größeren Stückzahlen in der Industrie eingesetzt. Heutzutage sind Tantal-SMD-Elektrolytkondensatoren in vielen miniaturisierten elektronischen Geräten als Puffer- und Siebelkos vorzufinden.
Dies ist u. a. auch darauf zurückzuführen, dass die Lieferanten von Tantal-Pulver dieses in immer kleineren Korngrößen liefern konnten. Die Verkleinerung der Tantalkörnchen bewirkte eine Vergrößerung der Anodenoberfläche im Sinterkörper und führte somit zur Verkleinerung der Abmessungen von Tantal-SMD-Chips für einen gegebenen Kapazitäts-/Spannungswert. In den vergangenen 40 Jahren konnte dadurch eine etwa 20-fach höhere Kapazität für ein gegebenes Bauvolumen erreicht werden.
Neben der Abmessungsverkleinerung entwickelten sich auch die Bauweise und die verwendeten Elektrolytsysteme bei den Tantal-Elkos. Mehrfach-Anodenblöcke in einem Gehäuse brachten eine deutliche Verringerung der internen Verluste, der ESR-Wert wurde kleiner. Mit der Einführung von Polymer-Elektrolyten 1993 durch NEC und 1997 durch Sanyo wurde der ESR-Wert entsprechender Ta-Elektrolytkondensatoren nochmals kleiner. Sie erreichen heute Werte, die einen direkten Wettbewerb zu Keramik-Multilayer-Schichtkondenstoren (MLCC) bilden.
Bauarten
In der Vergangenheit wurden Tantal-Elektrolytkondensatoren nach ihrem Herstellprozess in Bauarten eingruppiert. Man unterschied:
- Bauart mit Tantal-Folie und flüssigem Elektrolyten (Bauart F)
- Bauart mit Tantal-Sinteranode und flüssigem Elektrolyten (Bauart S)
- Bauart mit Tanal-Sinteranode und festem Elektrolyten (Bauart SF)
Diese Unterscheidung ist aus mehreren Gründen heute nicht mehr sinnvoll.
- Die Bauart F, Tantal-Elektrolytkondensatoren mit gewickelten Tantal-Folien und flüssigem Elektrolyten wird nur noch in einigen wenigen Baureihen für absolute Spezialanwendungen angeboten.
- Die Bauart F, Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinteranode und flüssigem Elektrolyten wird für militärische Applikationen noch hergestellt, aber in unterschiedlichen Versionen (Silbergehäuse, Tantalgehäuse), so dass diese Kondensatoren nicht genau genug mit „Bauart F“ beschrieben werden können.
- Die Bauart SF ist mit Einführung eines zweiten festen Elektrolyten, neben Braunstein jetzt der Polymer-Elektrolyt auch nicht mehr eindeutig beschrieben.
Aus diesen Gründen werden im Folgenden nur noch drei Tantal-Bauarten beschrieben:
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinteranode und festem Elektrolyten Braunstein
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinteranode und festem Polymer-Elektrolyten
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Sinteranode und flüssigem Elektrolyten
Übersicht über die wichtigsten Kennwerte dieser drei unterschiedlichen Tantal-Elko-Bauarten :
Kennwerte der unterschiedlichen Tantal-Elko-Bauarten
| Anodenmaterial | Elektrolyt | Kapazitätsbereich in µF |
max. Spannungsfestigkeit bei 85° in V |
max. Kategorietemperatur in °C |
Ripplestromdichte in mA/mm3 |
|---|---|---|---|---|---|
| Tantalfolie | flüssig, Schwefelsäure | 0,1 - 1000 | 630 | 125 | - |
| Tantalsinterkörper | flüssig, Schwefelsäure | 0,1 - 15.000 | 150 | 200 | - |
| fest, Braunstein | 0,1 - 3300 | 125 | 150 | 1,5 - 15 | |
| fest, leitfähiges Polymer | 10 - 1500 | 35 | 125 | 10 - 30 | |
| Niobsinterkörper | fest, Braunstein | 1 - 1500 | 10 | 125 | 5 - 20 |
| fest, leitfähiges Polymer | 2,2 - 1000 | 25 | 105 | 10 - 30 |
1)Ripplestrom bei 100 kHz und 85 °C / Bauvolumen (Nennmaße)
2)Einschließlich des Multi-Anoden-Aufbaus
Tantal-Elektrolytkondensator mit festem Braunstein-Elektrolyt
Aufbau
Die überwiegende Anzahl der Tantal-Elektrolytkondensatoren wird mit einem gesinterten Tantal-Block als Anode aufgebaut. Zur Herstellung dieses Tantal-Sinterkörpers werden winzige Tantal-Körnchen mit einem Bindemittel versetzt und anschließend um einen Tantal-Draht zu einem runden oder quaderförmigen Block gepresst. Dieser Block wird dann bei hohen Temperaturen gesintert. Dabei werden die Körnchen metallisch miteinander verbacken. Sie sind dann elektrisch leitend verbunden und mechanisch fest miteinander zusammen gefügt. Die Oberfläche des Anodenblockes ist mit diesem Prozess um ein Vielfaches größer als die Oberfläche eines glatten Blockes geworden. In einem Elektrolysebad wird diese Oberfläche dann formiert (oxidiert), d. h. mit dem Dielektrikum des späteren Kondensators versehen.
Der gesinterte und formierte Anodenblock wird anschließend mit dem Elektrolyten versehen. Damit der Elektrolyt sich der inneren porigen Sinterstruktur des Tantalblockes anpasst, wird ein Trick angewandt. Der gesinterte Tantalblock wird zunächst in ein Bad mit flüssigem Mangan-Nitrat (Mn(NO3)2) getaucht. Hier passt sich die Flüssigkeit den Poren des Sinterblockes perfekt an. Danach wird in einem pyrolytischen Verfahren bei etwa 350 °C das flüssige Mangan-Nitrat in das feste Mangandioxid MnO2 umgewandelt:
- (hier folgt demnächst die chemische Formel dieses Vorganges)
Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt, so lange, bis sich die Poren vollständig mit Braunstein gefüllt haben.
Der Elektrolyt Braunstein besitzt eine recht gute elektrische Leitfähigkeit und weist eine exzellente Langzeitstabilität auf. Braunstein ist eine harte, schwarze kristalline Substanz. Sie umgibt den Tantal-Anodenblock und muss nur noch mit dem Kathodenanschluss kontaktiert werden. Dieses erfolgt über zwei Schichten, eine Graphitschicht und eine darüber liegende Schicht aus Leitsilber, an die der eigentliche Kathodenanschluss dann angelötet wird.
Der Kondensator wird anschließend noch mit einem Gehäuse versehen, das es gegen Umwelteinflüsse schützen soll. Dieses Gehäuse kann aus einem Metallbecher, einer Epoxy-Umhüllung oder einer Umpressung aus Kunststoff bestehen. Geliefert werden diese Tantal-Elektrolytkondensatoren mit dem festen Braunstein-Elektrolyten in folgenden Lieferformen:
- axiale Bauform für eine liegende Einbauweise
- perlenförmige Bauform mit einseitigen Anschlüssen für eine stehende Einbauweise
- Chip-Bauform für die Oberflächenmontage (SMD)
Obwohl Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten bis maximal 125 V Nennspannung hergestellt werden können, endet bei den meisten auf dem Markt befindlichen Tantal-Serien der Nennspannungsbereich bei 35 V, weil in der modernen Elektronik höhere Spannungen nur selten benötigt werden.
Bauformen
Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten werden in 3 unterschiedlichen Bauformen hergestellt:
Ta-Chips: SMD-Bauform für die Oberflächenmontage auf Leiterplatten oder Substraten Ta-Becher: Bauform mit axialen Drahtanschlüssen für eine liegende Einbauweise auf Leiterplatten Ta-Perlen: Bauform mit radialen (einseitig herausgeführten) Drahtanschlüssen für eine stehende Einbauweise auf Leiterplatten
Besonderheiten
Die Kennwerte von Kondensatoren weisen spezielle, bauarttypische Besonderheiten auf. Gerade bei Elektrolytkondensatoren sind einige Kennwerte in der Spezifikation oder in der Größe abweichend von anderen Kondensatorarten. Besondere Hinweise zu Kapazität, Kapazitätstoleranz, Spannungsfestigkeit, Strombelastbarkeit, Nachladeeffekt (dielektrische Absorbtion), Scheinwiderstand bzw. Impedanzverhalten siehe „Elektrolytkondensator“
Besonderheiten von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten sind:
Schaltfestigkeit
Tantal-Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten sind empfindlich gegenüber niederohmigen Ein- bzw. Ausschaltvorgängen. Fehlstellen, winzigste mechanische Beschädigungen oder Verunreinigungen im Dielektrikum erwärmen sich bei sehr schnellen Äderungen des elektrischen Feldes und verändern die Struktur des Dielektrikums. Aus einer amorphen wird eine kristalline Struktur, diese Veränderung kann unter Umständen zum Kurzschluss führen. Aus diesem Grunde war es früher Vorschrift, Tantal-Elektrolytkondensatoren mit einem Vorschaltwiderstand von 3 Ohm pro Volt zu betreiben.
Heutzutage wird im Allgemeinen der Fertigungsprozess von Tantal-Elektrolytkondensatoren so gut beherrscht, dass diese Vorschrift nicht mehr gilt. Allerdings hat die Größe des Quellwiderstandes der ansteuernden Schaltung immer noch einen Einfluss auf die statistisch errechenbare Ausfallrate von Tantal-Elkos.
Ausfallrate, Lebensdauer
Tantal-Elektrolytkondensatoren haben keine durch Austrocknungsvorgänge begrenzte Lebensdauer. Die errechenbare Lebensdauer dieser Kondensatoren ergibt sich aus der Aufsummierung der „Zufallsausfälle“, ein Wert, der sich aus den statistischen Ergebnissen der Lebensdauerprüfungen der Hersteller ergibt und als sog. „Ausfallrate λ“ angegeben wird. Die Einheit ist in „Ausfällen/Zeiteinheit“ angegeben. Lebensdauer-Ende einer Charge eingesetzter Elkos ist erreicht, wenn 0,5 % oder 1 % der gesamten Charge (theoretisch) ausgefallen sind. Die Ausfallrate bei Tantal-Elektrolytkondensatoren hängt ab von der Betriebsspannung, der Betriebstemperatur, der Rippelstrombelastung, dem Vorschaltwiderstand und den Umgebungsbedingungen.
Reststrom, Leckstrom
Eine Besonderheit bei Elektrolytkondensatoren ist der sogenannte Reststrom, früher auch Leckstrom genannt. Der Reststrom eines Elektrolytkondensators ist der Gleichstrom, der durch den Kondensator fließt, wenn eine Gleichspannung richtiger Polarität an die Anschlüsse angelegt wird. Der Reststrom beinhaltet alle durch chemische Prozesse und durch mechanische Beschädigungen des Dielektrikums verursachten unerwünschten Gleichströme, sowie durch Tunneleffekte verursachte Gleichströme, die das Dielektrikum passieren können. Der Reststrom ist kapazitäts-, spannungs-, zeit- und temperaturabhängig. Bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten ist der Reststrom auch noch abhängig von der vorangehenden Temperaturbelastung durch Löten und der vorangegangenen Lagerzeit. Spezifiziert wird der Reststrom meist durch eine Multiplikation des Nenn-Kapazitätswertes und der Nennspannung, zu dem noch ein kleiner Festwert addiert wird. Zum Beispiel: I leak = CN • UN + 0,4 (µA). Dieser Wert ist nach der vorgeschriebenen Messzeit von z. B. 2 oder 5 Minuten einzuhalten. Besonderheit im Reststromverhalten von Tantal-Elektrolytkondensatoren ist gegenüber den Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten das besonders schnelle Abklingen des Reststromes nach dem Einschalten.
Normung
Die Bedingungen für die Prüfungen und Messungen der elektrischen Parameter der Elektrolytkondensatoren sind festgelegt in der Rahmennorm
- IEC 60384-1, Festkondensatoren zur Verwendung in Geräten der Elektronik
sowie in den Bauartnormen:
- IEC 60384-15 Tantal-Elektrolyt-Kondensatoren mit festem oder flüssigem Elektrolyten
- IEC 60384-3 Oberflächenmontierbare Tantal-Festkondensatoren
Serien-Ersatzschaltbild und Schaltbild Siehe Elektrolytkondensatoren
Kennzeichnung
Polarität
Das Plus-Zeichen auf diesem Tantal-Perlenkondensator ist tatsächlich nur schwach zu erkennen
- Achtung, böse Falle: Im Gegensatz zu Aluminium-Elkos ist bei SMD-Tantalelkos der PLUSPOL mit einem Balken gekennzeichnet, der leicht als „Minus-Strich“ verwechselt werden kann.
Farbcodes
Bis 1970 wurden die Werte von Tantalkondensatoren von einigen Herstellern durch Farbringe gekennzeichnet:
|
|
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten besitzen eine der höchsten Energiespeicherdichte
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten sind sehr zuverlässige Bauelemente und haben keine durch Verdunstung begrenzte Brauchbarkeitsdauer/Lebensdauer.
- Die Rippelstrombelastbarkeit der Tantal-Elkos ist deutlich höher als die der „Nassen Al-Elkos“
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten haben ein gutes Tieftemperatur-Verhalten. Der Scheinwiderstand und der ESR sind bei -40 °C nur etwa 2 mal höher als bei Raumtemperatur.
Nachteile
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten sind teurer als „Nasse Al-Elkos“
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten sind empfindlich bei niederohmigen Ein- und Ausschaltvorgängen
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Braunstein-Elektrolyten sind abhängig vom Rohstoff Tantal
Anwendungen
- Buffer- und Siebkondensator in den Stromversorgungen allen Bereiche der Elektronik, vor Allem in miniaturisierten Geräten
- Low-Drop-Wandler in der Kfz-Elektronik z. B. in Airbags, Navigation, Sensoren
- Sekundär-Siebkondensator in miniaturisierten SMPS-AC-DC-Wandlern in Basis-Stationen, Netzwerken, Motherboards,
- Sekundär-Siebkondensator in miniaturisierten SMPS-DC-DC-Wandlern, z. B. in Mobile Phones (Handy), Laptops, CD/DVD-Player
- Medizinische Geräte, z. B. Herzschrittmacher, Hörgeräte
Quellen
- Zinke, Seither, Widerstände, Kondensatoren, Spulen und ihre Werkstoffe, Springer-Verlag, Berlin 1982
- Handbuch der Elektronik, Franzis-Verlag, München 1979
- Nührmann, Werkbuch Elektronik, Franzis-Verlag München 1981
- Kurt Leucht, Kondensatorkunde für Elektroniker, Franzis Verlag, München,1981
- Y. Pozdeev-Freeman, Vishay, How Far Can We Go With High CV Tantalum Capacitors?, Component Industry, Jan/Feb 2005
- T.Zednícek, AVX, New Tantalum Technologies Tantalum Polymer and Niobium OxideCapacitors, 2005
- P. Vasina, T. Zednicek , AVX, J. Sikula, J. Pavelka, CNRL TU Brno,
- Failure Modes of Tantalum Capacitors made by Different Technologies, CARTS USA 2001
- R. Hahn, K. Pritchard, Kemet, Strategies for Manufacturing Ultra Low ESR Tantalum Capacitors, Component Industry, Jan/Feb 2005
- J. D. Moynihan, Theory, Design and Application of Electrolytic Capacitors, 1982
- H. C. Starck, Tantalpulverentwicklung, http://www.hcstarck.de
- Y. Freeman, R. Hahn, Ph. Lessner, J. Prymak, KEMET, Reliability and Critical APPLICATIONS OF Tantalum Capacitors, Passive Components Industry, Jan/Feb. 2007
Weblinks
- AVX, http://www.avxcorp.com/
- Arcotronics Nissei Group, http://www.arcotronics.ltd.uk/
- Cornell-Dubillier, http://www.cornell-dubilier.com/
- Elna, http://www.elna-america.com/
- EPCOS, http://www.epcos.com
- Fujitsu, http://www.fujitsu.com
- Hitachi, http://www.aic-europe.com, http://www.hitachi-aic.com
- Jamicon, Kaimei Electronic Corp, http://www.jamicon.com.tw
- Kemet, http://www.kemet.com/
- Mallory, http://www.vishay.com/
- Matsuo, http://www.matsuoelectronics.com
- Matsushita, http://www.maco.panasonic.co.jp
- NCC, ECC, UCC, http://chemi-con.com/
- NEC, http://www.ic.nec.co.jp/
- NIC, http://www.niccomp.com/
- Nichicon, http://www.nichicon-us.com/
- Panasonic, Matsushita, http://www.industrial.panasonic.com
- ROHM, http://www.rohmelectronics.com
- Rubicon, http://www.rubycon.com
- Samsung, http://www.sem.samsung.co.kr/eng/product/capacitor
- Samwha, http://www.samwha.co.kr
- Sanyo, http://www.sanyovideo.com/
- Vishay, http://www.vishay.com/
- EENET, Liste von Elko-Herstellern, http://www.eenet.com.pass/dir/caps.
- FARADNET, Liste von Elko-Herstellern, http://www.faradnet.com/
Tantal-Elektrolytkondensator mit festem Polymer-Elektrolyt
Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten sind eine recht junge Bauart unter den Elektrolytkondensatoren. Erst 1993 brachte NEC mit seinen „NeoCap“ genannten Tantal-Elkos SMD-Chips mit Polypyrrol-Elektrolyt auf den Markt.1997 folgte dann Sanyo mit den „POSCAP“ Tantal-Chips. Kemet stellte auf der „Carts 1999“ seine Version von Tantal-Chips dem Markt vor.
Der Aufbau von Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten ist ähnlich dem des Tantal-Elkos mit Braunstein-Elektrolyten. Auch hier bildet ein gesinterter Tantalblock als Anode des Kondensators. Mit einer Formierung wird auf der Oberfläche der Anode das Dielektrikum gebildet und anschließend wird in die porige Struktur des Anodenblockes der Polymer-Elektrolyt eingebracht. Dieser Fertigungsschritt ist strenges Betriebsgeheimnis des jeweiligen Herstellers.
Als leitfähige Polymer-Elektrolyte kommen Polypyrrol, Polythiophen und Polyanilin zum Einsatz. Die Problematik bei der Herstellung solcher Polymer-Elektrolytkondensatoren liegt nicht nur darin, in die Poren aufgerauter Aluminium-Anodenfolien oder Tantal- bzw. Niob-Sinterblöcke einzudringen und die Oberfläche zu bedecken, sondern auch noch das Volumen bis zur Kontaktierung des Kathodenanschlusses zu überbrücken. Bis zu 15 mal musste man zu Beginn dieser neuen Technik die Anode mit dem aufliegenden Dielektrikum dem Vorgang des Polymerisierens unterziehen, um einen hinreichend großen Füllgrad in den Elko-Anodenstrukturen zu erhalten und um eine gute Kontaktiermöglichkeit der Polymerschichten zum Kathodenanschluss zu ermöglichen. Denn die Kontaktierung des Polymer-Elektrolyten bis zum äußeren Kathodenanschluss erfolgt ähnlich wie beim Braunstein-Elektrolyten über Graphit und Silber-Leitpaste.
Besonderer Vorteil der Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten ist der äußerst kleine ESR-Wert, den diese Kondensatoren erreichen können. Sie erreichen heute Werte, die einen direkten Wettbewerb zu Keramik-Multilayer-Schichtkondenstoren (MLCC) bilden.
Normung
Die Bedingungen für die Prüfungen und Messungen der elektrischen Parameter der Elektrolytkondensatoren sind festgelegt in der Rahmennorm
- IEC 60384-1, Festkondensatoren zur Verwendung in Geräten der Elektronik
sowie in der Bauartnorm:
- IEC 60384-24 Oberflächenmontierbare Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Festelektrolyten
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten besitzen die niedrigsten ESR-Werte und die höchste Strombelastbarkeit unter den Elektrolytkondensatoren
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten sind sehr zuverlässige Bauelemente und haben keine durch Verdunstung begrenzte Brauchbarkeitsdauer/Lebensdauer.
- Polymer-Ta-Elektrolytkondensatoren sind in Grenzen selbstheilend
Nachteile
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten sind relativ teuer
- Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten sind abhängig vom Rohstoff Tantal
- Max. Temperatur zur Zeit 105 °C
- Reststrom höher als bei Ta-Elkos mit Braunstein-Elektrolyten
Anwendungen
- Buffer- und Siebkondensator in den Stromversorgungen allen Bereiche der Elektronik, vor Allem in miniaturisierten Geräten, Laptops, Flachbildschirmen usw.
- Sekundär-Siebkondensator in miniaturisierten SMPS-AC-DC-Wandlern
- Sekundär-Siebkondensator in miniaturisierten SMPS-DC-DC-Wandlern
Quellen
- Y. Pozdeev-Freeman, Vishay, How Far Can We Go With High CV Tantalum Capacitors?, Component Industry, Jan/Feb 2005
- T.Zednícek, AVX, New Tantalum Technologies Tantalum Polymer and Niobium OxideCapacitors, 2005
- J. Sikula, J. Hlavka, V. Sedlakova, L. Grmela, Czech Noise Research Laboratory,
- P. Hoeschl, Institute of Physics, Charles University, T. Zednicek, Z. Sita, AVX
- H. Yamamoto, Panasonic, Latest Trends in Specialty Polymer Capacitor Technology, Passive Component Industry, May/June 2006
- Z. Sita, M. Biler, AVX, Ta Capacitors with Conductive Polymer Robust to Lead Free Process
- John Prymak, Kemet, Replacing MnO2 with Polymers, 1999 CARTS
- J. D. Moynihan, Theory, Design and Application of Electrolytic Capacitors, 1982
- T. Zednicek, AVX, Tantalum Polymer and Niobium Oxide Capacitors, Passive Components Industry, Jan/Feb. 2007
- H. C. Starck, Tantalpulverentwicklung, http://www.hcstarck.de
Weblinks
- AVX, http://www.avxcorp.com/
- Elna, http://www.elna-america.com/
- EPCOS, http://www.epcos.com
- Hitachi, http://www.aic-europe.com, http://www.hitachi-aic.com
- Kemet, http://www.kemet.com/
- Matsushita, http://www.maco.panasonic.co.jp
- NCC, ECC, UCC, http://chemi-con.com/
- NEC, http://www.ic.nec.co.jp/
- NIC, http://www.niccomp.com/
- Nichicon, http://www.nichicon-us.com/
- Panasonic, Matsushita, http://www.industrial.panasonic.com
- Sanyo, http://www.sanyovideo.com/
- Vishay, http://www.vishay.com/
- EENET, Liste von Elko-Herstellern, http://www.eenet.com.pass/dir/caps.
- FARADNET, Liste von Elko-Herstellern, http://www.faradnet.com/
http://stshome.de/smd-code/smd-tantal-kondensator.php SMD-Tantal-Kondensator
Tantal-Elektrolytkondensator mit flüssigem Elektrolyten
Axiale Tantal-Kondenstoren mit einem Wickel aus Tantalfolien und mit flüssigem Elektrolyten waren die ersten industriell hergestellten Tantal-Elkos. Sie wurden aus gewickelten Tantal-Folien mit Papier-Zwischenlage hergestellt, mit Glycol oder Lithiumchlorid als Elektrolyten in einem versilberten Kupferbecher, später in einem Tantalbecher, eingebaut und hermetisch verschlossen. Wegen der relativ schlechten Volumenausnutzung, ein Sinterblock hat bei gleichen Abmessungen eine wesentlich größere Anodenoberfläche als ein aus Tantalfolien hergestellter Wickel, und des sehr hohen Preises werden in dieser Technik nur noch ganz spezielle militärische Kondensatoren hergestellt, die für Nennspannungen von 160 V bis 630 V gedacht sind.
Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten für den Nennspannungsbereich von 6,3 V bis 150 V sind heutzutage Kondensatoren mit einem Tantal-Sinterkörper als Anode und Schwefelsäure als flüssigen Elektrolyten. Diese „wet slug“ genannten hermetisch verschlossenen axialen Tantal-Elkos mit einem Siberbecher oder einem Becher aus Tantal, einem „Platinmoor“ zur Verbesserung der Schaltfestigkeit, werden für Applikationen mit allerhöchsten Anforderungen an Qualität, Robustheit und Temperaturverträglichkeit hergestellt. Das bedeutet, dass diese Kondensatoren nur in sehr speziellen Bereichen der Industrie (Geo-Sonden) und im militärischen Bereich eingesetzt werden. Man unterscheidet in diesem Bereich 2 Klassen:
- Axiale Tantal-Kondensatoren in hermetisch dichten Gehäuse (MIL-C- 39003)
- Axiale Tantal-Kondensatoren für „High Reliability-Applikationen“ (MIL-C-39006)
Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem Elektrolyten sind neben Tantal-SMD-Elkos die einzigen Elektrolytkondensatoren, die militärische Zulassungen besitzen.
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Militärische Zulassungen
- äußerst hohe Zuverlässigkeit
- sehr niedriger Reststrom
Nachteile
- Preis
- Baugröße
Anwendungen
- Militärische Anwendungen, Raumfahrt,
- Geo-Sonden, Medizinische Geräte,
Quellen
Weblinks
↑ Datenblatt der Firma Vishay zu 630 V Tantal-Elektrolytkondensatoren (engl.) ↑ Datenblatt der Firma Vishay zu 200 °C Tantal-Elektrolytkondensatoren (engl.)