Condensatori polimerici: una solida via d’uscita dalla carenza di MLCC
Caratteristiche costruttive e vantaggi a confronto
La scarsità di rifornimenti e le scorte esaurite hanno reso i MLCC il più grande problema del settore elettronico. Un sostituto sostenibile per i condensatori a chip ceramico sono i condensatori elettrolitici polimerici.
Cosa è disponibile sulla tecnologia per risolvere la carenza di MLCC? Quando si tratta di trovare un sostituto adatto, non esiste una soluzione “taglia unica”. Naturalmente, ci sono criteri di impronta diretta che definiscono ciò che sostituisce la tavola, ma questa è solo la punta dell’iceberg.
I parametri critici di progettazione che devono essere considerati sono: capacità, tensione, ESR, frequenza, corrente di dispersione, dimensioni e qualifiche. Un solido sostituto per i condensatori di chip ceramici sono i condensatori elettrolitici polimerici, che sono utilizzati principalmente nelle alimentazioni di circuiti elettronici integrati come condensatori di disaccoppiamento, bypass e buffer.
Panasonic produce diverse tipologie di condensatori polimerici: multistrato in alluminio SP-Cap e al tantalio POS-CAP. Le figure 1 e 2 ne illustrano le caratteristiche costruttive.
I condensatori polimerici a ridotto fattore di forma si differenziano costruttivamente dai condensatori ceramici multistrato MLCC come mostrato in fig. 3
I condensatori polimerici, come i tradizionali condensatori elettrolitici in alluminio, presentano elevati valori di capacità ed eccellenti caratteristiche di polarizzazione non ottenibili con i condensatori ceramici multistrato, una resistenza serie equivalente ESR minima e bassa induttanza serie equivalente ESL. Analizziamone più in dettaglio le caratteristiche:
- I condensatori polimerici offrono prestazioni di stabilità in frequenza della capacità molto simili a quelle dei condensatori ceramici multistrato (fig. 4).
- A parità di ingombro e volume, con i condensatori polimerici è possibile raggiungere valori di capacità elevati non ottenibili con i condensatori ceramici multistrato MLCC.
- Nei condensatori MLCC la capacità dipende fortemente dalla polarizzazione CC a causa dei materiali dielettrici ferroelettrici utilizzati costruttivamente; la capacità dei condensatori MLCC varia significativamente con la tensione CC applicata (fig. 5), al contrario i condensatori polimerici non presentano variazioni significative di capacità.
La densità e la stabilità della capacità in funzione della polarizzazione CC dei condensatori polimerici permette di ridurre i costi perché diminuisce il numero di componenti richiesti.
- La figura 6 mostra le caratteristiche di temperatura tipiche: per i condensatori polimerici la capacità aumenta parallelamente all’aumento di temperatura, mentre le caratteristiche dei condensatori MLCC variano in base al tipo di dielettrico, ma evidenziano una dipendenza dalla temperatura che può causare guasti prematuri.
- Inoltre, i condensatori ceramici sono fragili e sensibili agli shock termici e quindi richiedono particolari misure durante il montaggio superficiale per evitare rotture che possono causare difetti elettrici di contatti intermittenti, resistenza variabile, perdita di capacità o eccessive correnti di dispersione.
- La maggior parte dei condensatori ceramici mostra effetti piezoelettrici in grado di generare segnali indesiderati in alcuni circuiti o che si manifestano come rumore/disturbi.
Conclusione
Nella progettazione circuitale è necessario considerare diversi fattori nella scelta dei condensatori oltre alle caratteristiche già descritte, ad esempio costi e dimensioni, applicazioni di utilizzo, livelli di tensione, valori di capacità e di resistenza ERS. Secondo Panasonic i condensatori polimerici rappresentano una valida alternativa ai condensatori MLCC per:
- Tensioni comprese tra 16 e 35 V
- Capacità comprese tra 47 µF e 560 µF
- Case B e D.
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