Многослойные, керамические: MLCC-конденсаторы Samsung

22 декабря 2017

Компания Samsung выпускает широкий спектр пассивных компонентов, в том числе – многослойные керамические конденсаторы (MLCC). Производятся конденсаторы общего, промышленного и автомобильного назначения, а также – с минимальным уровнем акустических шумов. Возможны десять конструктивных исполнений, включая конденсаторные сборки.

Корейская компания Samsung Electro-Mechanic (далее – Samsung или SEMCO) была основана в 1973 году и за более чем 40-летнюю историю превратилась в одного из лидеров в области производства пассивных компонентов. SEMCO выпускает широкую линейку многослойных керамических конденсаторов MLCC (MultiLayer Chip Capacitors), чип-индуктивностей, танталовых конденсаторов и фильтров (рисунок 1).

Рис. 1. Номенклатура пассивных компонентов Samsung Electro-Mechanic

MLCC-конденсаторы производства компании Samsung можно разделить на три большие группы:

• конденсаторы общего назначения,
• промышленные;
• автомобильные.

При этом потребителям доступны многослойные керамические чип-конденсаторы в различных конструктивных исполнениях:

• Standard & High Capacitors – стандартные и высокопрофильные конденсаторы;
• Low Profile Capacitors – низкопрофильные конденсаторы;
• Super Small Size Capacitors – малогабаритные конденсаторы;
• High-Q Capacitors – высокодобротные конденсаторы;
• Medium-High Voltage Capacitors – средне- и высоковольтные конденсаторы;
• Soft-term Capacitors – конденсаторы с мягкими выводами;
• Low Acoustic Noise Capacitors – конденсаторы с минимальным уровнем акустических шумов;
• High Effective Capacitance Capacitors – конденсаторы c минимальным смещением DC-bias;
• Low ESL Capacitors – низкоиндуктивные конденсаторы;
• Array Type Capacitors – конденсаторные сборки.

MLCC: конструкция, материалы, особенности

Простейший конденсатор представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух электродов и диэлектрика между ними (рисунок 2).

Рис. 2. Простейший конденсатор

Также известно, что емкость такой системы будет прямо пропорциональна площади обкладок и диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между электродами (1):

$$C=\frac{\varepsilon_{0}\times \varepsilon_{r}\times S}{d}\qquad{\mathrm{(1)}}$$

В MLCC-конденсаторах, как видно из названия (Multilayer Chip Capacitors), используется многослойная структура, состоящая из чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических пленочных электродов (рисунок 3). На краях металлические электроды объединяются с помощью торцевых никелевых выводов, которые покрываются оловом. Такая конструкция эквивалентна множеству параллельно соединенных элементарных конденсаторов. Это позволяет значительно увеличить площадь, а значит – и повысить емкость.

Рис. 3. Конструкция многослойного керамического конденсатора

Итоговая емкость MLCC будет равна сумме емкостей элементарных конденсаторов (2):

$$C=\frac{\varepsilon_{0}\times \varepsilon_{r}\times S\times (N-1)}{d}\qquad{\mathrm{(2)}}$$

где N – число слоев конденсатора.

Характеристики MLCC-конденсаторов во многом определяются типом используемого диэлектрика. По типу диэлектрика MLCC делят на два класса (таблица 1).

Таблица 1. Характеристики различных типов диэлектриков

Класс 1 – конденсаторы с высокостабильным параэлектрическим диэлектриком, имеющим линейную температурную зависимость. Примером таких конденсаторов являются NP0 (C0G). Они применяются во времязадающих цепях и фильтрах, где основными требованиями являются малые потери и высокая стабильность емкости.

Класс 2 – конденсаторы с ферромагнитным диэлектриком с более высоким уровнем потерь и нелинейной зависимостью εr. Примерами таких конденсаторов являются X7R/X5R/Y5V/X6S MLCC. Они чаще всего используются как разделительные и блокировочные конденсаторы.

В качестве диэлектрика в конденсаторах второго типа используется BaTiO₃ [5]. Данный материал имеет доменную структуру и выраженные ферромагнитные свойства. Эти особенности BaTiO₃ как раз и приводят к двум негативным последствиям: нелинейной зависимости диэлектрической проницаемости от температуры и от приложенного напряжения (эффект DC-bias).

Основные характеристики MLCC-конденсаторов

Для описания свойств MLCC-конденсаторов используется множество различных характеристик и параметров. Рассмотрим основные и наиболее важные из них.

Номинальная емкость, пФ/нФ/мкФ – это основной параметр для конденсаторов. Для NP0-конденсаторов емкость лежит в диапазоне от десятых долей пФ до десятков нФ. Для конденсаторов второго типа, например, X5R, емкость достигает сотен мкФ.

Как видно из формулы (2), величина емкости конденсатора обратно пропорциональна толщине диэлектрика. Однако толщина диэлектрика также определяет и рабочее напряжение. По этой причине конденсаторы с меньшим значением емкости, как правило, имеют большее значение рабочего напряжения и напряжения пробоя.

Рабочее напряжение, В, характеризует постоянное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору без потери его эксплуатационных свойств во всем диапазоне рабочих температур.

Не стоит путать рабочее напряжение и напряжение пробоя. MLCC-конденсаторы при определенных условиях способны выдерживать напряжения, значительно превышающие рабочие значения.

Величина напряжения пробоя зависит от множества факторов: типа диэлектрика, частоты сигнала, вида сигналов (постоянных, переменных, импульсных) и так далее. Например, на низких частотах уровень пробивного напряжения оказывается на порядок выше, чем рабочее напряжение, и практически не зависит от частоты сигнала. Пробой в данной области характеризуется пробоем диэлектрика. На высоких частотах пробой имеет электротермический характер, а значит, зависит от уровня потерь и типа диэлектрика.

Начальная точность, %, характеризует максимальное отклонение емкости от номинального значения.

Температурный коэффициент емкости TKC, 10^-6/°С. К сожалению, в MLCC величина ε_r зависит от температуры при любом типе диэлектрика (таблица 1, рисунок 4). Для конденсаторов  класса 1 ε_r зависит от температуры линейно (NP0/C0G). Для конденсаторов класса 2 – нелинейно (рисунок 4). Как видно из формулы (2), это приводит к изменению емкости конденсатора. TKC характеризует изменение емкости при росте температуры на 1/°С.

Рис. 4. Температурная зависимость емкости MLCC от температуры

Помимо зависимости емкости конденсаторов от температуры, есть и другие особенности MLCC, о которых необходимо помнить.

Эффект смещения при постоянном напряжении (DC-bias) характеризует зависимость величины емкости от приложенного постоянного напряжения. Как было сказано выше, конденсаторы 2-го класса используют в качестве диэлектрика BaTiO₃, который является ферромагнетиком и имеет доменную структуру. Внутри домена все электрические диполи полярного диэлектрика сориентированы одинаково. Но направления поляризации соседних доменов могут отличаться. При приложении внешнего напряжения происходит ориентация доменов по приложенному полю. В результате диэлектрическая проницаемость изменяется. Однако зависимость является нелинейной (рисунок 5).

Рис. 5. Зависимость емкости от приложенного постоянного напряжения

Для конденсаторов 1-го класса эффект смещения при постоянном токе отсутствует.

Эффект смещения при переменном напряжении (AC-bias). Как и в случае с DC-bias, данный эффект наблюдается только у конденсаторов класса 2 и представляет собой зависимость величины емкости от приложенного переменного напряжения (рисунок 6).

Рис. 6. Зависимость емкости от приложенного переменного напряжения

Старение. Емкость конденсаторов 2-го класса может изменяться в течение срока службы (рисунок 7). По этой причине использование таких конденсаторов для времязадающих цепей ограничено. Интересно, что если «постаревший» диэлектрик разогреть выше температуры Кюри, а затем охладить до комнатной температуры, его диэлектрическая проницаемость восстановится. Емкость конденсаторов 1-го класса практически не изменяется в течение времени.

Рис. 7. Изменение емкости конденсаторов с течением времени

К сожалению, MLCC-конденсаторы не являются идеальными компонентами и имеют целый ряд паразитных параметров.

Эквивалентная схема, паразитные компоненты и частотные параметры конденсаторов

Эквивалентная схема конденсатора, помимо полезной емкости С, содержит несколько паразитных компонентов (рисунок 8).

Рис. 8. Эквивалентная схема конденсатора

Параллельное сопротивление (Rp) характеризует сопротивление поверхности конденсатора и сопротивление самого диэлектрика. Rp также определяет поляризационные потери в переменных электрических полях и явление саморазряда конденсатора. Значение Rp для керамических конденсаторов велико на низких частотах, но с ростом частоты снижается.

Последовательное сопротивление (Rs) характеризует сопротивление контактов и выводов компонента. До нескольких десятков МГц величина последовательного сопротивления уменьшается (рисунок 9). На высоких частотах начинает проявляться скин-эффект, и величина сопротивления возрастает.

Рис. 9. Частотная зависимость импеданса керамического конденсатора

Последовательная индуктивность (L) определяется индуктивностью внутренних и внешних выводов конденсатора. Вклад последовательной индуктивности в общий импеданс конденсатора растет с ростом частоты. Выше резонансной частоты конденсатор, по сути, начинает вести себя как индуктивность (рисунок 9).

Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Потери в конденсаторе характеризуют с помощью tgδ, который определяет отношение между активной и реактивной составляющей импеданса конденсатора. Зависимость tgδ имеет резонансную частоту.

Из-за потерь мощности при работе с переменным напряжением возникает разогрев конденсатора, что может привести к его тепловому разрушению.

Для минимизации паразитных параметров и улучшения характеристик конденсаторов используют различные конструктивные решения. Часть из них будет рассмотрена при обзоре MLCC-конденсаторов производства компании Samsung.

Конденсаторы общего применения от Samsung

Samsung предлагает несколько семейств конденсаторов общего назначения. Дадим краткую характеристику каждому из них.

Standard & High Capacitors – стандартные и высокопрофильные конденсаторы общего назначения. Самая многочисленная группа конденсаторов (таблица 2):

• типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 2220;
• виды диэлектрика: C0G, X5R, X7R, X6S;
• широкий диапазон номиналов: 0,2 пФ… 220 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 2,5…50 В;
• высота корпуса: 0,55…3,2 мм.

Таблица 2. Характеристики стандартных и высокопрофильных конденсаторов общего назначения

В данной группе объединены конденсаторы, которые можно считать «рабочими лошадками» коммерческих приложений. Они применяются в бытовой технике, мобильных телефонах, компьютерной технике и так далее.

Low Profile Capacitors – низкопрофильные конденсаторы общего назначения, отличающиеся минимальной высотой корпуса. Конденсаторы этой группы имеют следующие характеристики:

• типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
• виды диэлектрика: X5R, X6S;
• широкий диапазон номиналов: 220 нФ…47 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 2,5…25 В;
• высота корпуса: 0,11…2,2 мм.

Низкопрофильные конденсаторы Samsung выпускаются только с диэлектриками X5R и X6S (таблица 3). Стоит также отметить, что рабочее напряжение для низкопрофильных конденсаторов не превышает 25 В.

Таблица 3. Характеристики низкопрофильных конденсаторов общего назначения

Конденсаторы из этой группы разработаны специально для низкопрофильных приложений: смартфонов, планшетов, умных часов, гибридных микросхем (SIP) и других устройств, в которых есть жесткие ограничения на высоту компонентов.

Super Small Size Capacitors – малогабаритные конденсаторы общего назначения, главной отличительной чертой которых, как следует из названия, являются компактные размеры, а также – малое последовательное сопротивление. В данную группу входят конденсаторы со следующими характеристиками (таблица 4):

• типоразмеры: 01005, 0201;
• виды диэлектрика: C0G, X5R, X7R, X6S;
• широкий диапазон номиналов: 0,2 пФ…2,2 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 2,5…50 В;
• высота корпуса: 0,22…0,39 мм.

Таблица 4. Характеристики малогабаритных конденсаторов общего назначения

Малогабаритные конденсаторы были разработаны в первую очередь для ВЧ-приложений, а также для приложений, в которых необходимо обеспечивать высокую емкость при сохранении минимальных габаритов: радиопередатчиков, планшетов, смартфонов, жестких дисков и прочего.

High-Q Capacitors – конденсаторы общего назначения, отличающиеся повышенным значением добротности и минимальным последовательным сопротивлением на высоких частотах. Эти качества позволяют добиваться минимальных потерь. Конденсаторы этой группы являются идеальным выбором для ВЧ-приложений: GPS, Bluetooth, радиопередатчиков субгигагерцевого диапазона и так далее.

Конденсаторы High-Q выпускаются только с диэлектриком C0G (таблица 5).

Таблица 5. Характеристики высокодобротных конденсаторов общего назначения

Medium-High Voltage Capacitors – семейство средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения, которые отличаются рейтингом напряжения 100…3000 В. Данные конденсаторы предназначены для импульсных источников питания, снабберных цепей, балластных схем, входных фильтров и так далее.

Для получения высокого рейтинга напряжения необходимо в первую очередь устранить возможность пробоя. Для этого следует увеличить толщину диэлектрика и расстояние между внутренними электродами (рисунок 10).

Рис. 10. Конструкция высоковольтных конденсаторов

Высоковольтные конденсаторы имеют следующие характеристики (таблица 6):

• типоразмеры: 01005, 0201;
• виды диэлектрика: C0G;
• широкий диапазон номиналов: 0,2…33 пФ;
• диапазон рабочих напряжений: 16…50 В;
• Высота корпуса: 0,55…2,7 мм.

Таблица 6. Характеристики средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения

Soft-term Capacitors – конденсаторы с мягкими выводами, необходимые в случаях, когда требуется высокая устойчивость к механическим воздействиям, возникающим при изгибе платы в процессе эксплуатации.

Требования и методы испытаний устойчивости конденсаторов к изгибам подложки описаны в трех основных документах:

• IEC 60384-1:2001 Fixed capacitors for use in electronic equipment Part 1: Generic Specification section. Данный стандарт устанавливает требования к конденсаторам и ссылается на методы проведения испытания по стандарту IEC 60068-2-21;
• IEC 60068-2-21, в котором описана методика испытаний на изгиб, в частности, п. 8 Test Ue: robustness of terminations for SMD in the mounted state;
• AEC-Q200-005, Board Flex / Terminal Bond Strength Test – автомобильный стандарт, который требует, чтобы все конденсаторыдля автомобильных приложений, кроме конденсаторов класса 1, выдерживали тестовый изгиб 2 мм, а конденсаторы класса 1 – выдерживали изгиб 3 мм.

Как показывает практика, даже незначительные изгибы могут привести к появлению трещин и выходу компонентов из строя. На рисунке 11 показан пример результатов испытаний на деформацию. В данном случае уже при изгибе 2 мм стандартные конденсаторы начали выходить из строя. Практически 100% образцов были разрушены при изгибе 5 мм. Для улучшения устойчивости к механическим воздействиям были разработаны конденсаторы с мягкими выводами.

Рис. 11.Тестирование конденсаторов на устойчивость к механическим воздействиям

В структуре конденсаторов с мягкими выводами между внутренними и внешними электродами помещен слой эластичного проводящего компаунда (рисунок 12), который демпфирует деформации и значительно повышает живучесть компонентов (рисунок 11). Компания Samsung выпускает конденсаторы с гибкими выводами, позволяющими выдерживать изгибы 2, 3 и 5 мм – промышленные конденсаторы Z4J и автомобильные конденсаторы XPJ.

Рис. 12. Структура Soft-term-конденсаторов с мягкими выводами

Конденсаторы общего назначения с мягкими выводами имеют следующие характеристики (таблица 7):

• типоразмеры: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
• виды диэлектрика: X5R, X7R;
• широкий диапазон номиналов: 1нф…10 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 6,3…350 В;
• высота корпуса: 0,33…2,7 мм.

Таблица 7. Характеристики конденсаторов с мягкими выводами

В настоящее время конденсаторы с мягкими выводами применяются в сотовых телефонах, планшетах, жестких дисках, ноутбуках и так далее.

Low Acoustic Noise Capacitors – конденсаторы общего назначения с минимальным уровнем акустических шумов. Как было сказано выше, конденсаторы 2-го класса используют в качестве диэлектрика BaTiO₃, который является ферромагнетиком и имеет доменную структуру. При приложении внешнего напряжения происходит ориентация доменов по приложенному полю. Вращение доменов приводит к механическим колебаниям. Частота этих механических колебаний соответствует скорости заряда-разряда конденсатора. В случае больших частот они не будут слышны человеческим ухом. Однако вибрации, передаваясь на печатную плату, могут вызвать резонанс в слышимом диапазоне.

Чтобы избавиться от неприятного звука, компания Samsung предлагает конденсаторы серий T-HMC и LP T-HMC с увеличенной толщиной подложки, которая не позволяет колебаниям передаваться на плату (рисунок 13).

Рис. 13. Структура конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов

Данная группа конденсаторов характеризуется следующими свойствами (таблица 8):

• типоразмеры: 0402, 0603, 0805;
• виды диэлектрика: X5R;
• широкий диапазон номиналов: 2,2…47 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 6,3…25 В;
• высота корпуса: 0,65…1,25 мм.

Таблица 8. Характеристики конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов

High Effective Capacitance Capacitors – конденсаторы общего назначения с минимальным эффектом смещения при постоянном напряжении и минимальном старении. По сравнению со стандартными конденсаторами величина изменения емкости для них оказывается на 20% меньше (рисунок 14).

Рис. 14. Сравнение конденсаторов по смещению емкости при постоянном напряжении

Конденсаторы этой группы имеют следующие характеристики (таблица 9):

• типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210;
• виды диэлектрика: X5R, X6S, X7R;
• широкий диапазон номиналов: 680 нФ…22 мкФ;
• диапазон рабочих напряжений: 4…50 В;
• высота корпуса: 0,9…2,7 мм.

Таблица 9. Характеристики конденсаторов с минимальным эффектом DC-bias

Low ESL Capacitors – низкоиндуктивные конденсаторы общего назначения. Как было показано выше, паразитная индуктивность приводит к тому, что на высоких частотах конденсатор теряет емкостные свойства и начинает вести себя как индуктивность. Таким образом, минимизация индуктивной составляющей – это одна из основных задач при создании конденсаторов.

Компания Samsung предлагает несколько вариантов низкоиндуктивных конденсаторов (рисунок 15):

Рис. 15. Конструкция низкоиндуктивных конденсаторов общего назначения

• конденсаторы с обратной геометрией, в которых ширина выводов оказывается больше длины конденсатора. В таких компонентах индуктивность выводов меньше, чем у стандартных MLCC;
• конденсаторы 3T-CAP, в которых вместо одного контура используются сразу два встречных контура протекания тока;
• конденсаторы VLC, которые имеют укороченный путь протекания тока.

Низкоиндуктивные конденсаторы общего назначения производства компании Samsung имеют рабочее напряжение до 25 В (таблица 10). Они используются в высокочастотных схемах, в графических процессорах, применяются с высокоскоростными микроконтроллерами и процессорами.

Таблица 10. Характеристики низкоиндуктивных конденсаторов общего назначения

Конденсаторные сборки Samsung общего применения

Конденсаторные сборки дают сразу несколько преимуществ по сравнению с использованием дискретных конденсаторов. Во-первых, они позволяют сократить площадь, занимаемую на печатной плате, более чем на 50%. Во-вторых, с их помощью удается снизить трудоемкость при монтаже, так как вместо нескольких дискретных конденсаторов можно установить единственную сдвоенную или счетверенную сборку. В-третьих, сокращение площади приводит к уменьшению стоимости печатной платы.

В настоящее время компания Samsung выпускает почти четыре десятка конденсаторных сборок общего назначения. Среди них :

• сдвоенные с типоразмерами 0302, 0504, 0805
• счетверенные с типоразмерами 0805, 1206;
• с различными типами диэлектрика: C0G, X5R, X7R;
• с широким диапазоном номиналов: 10 пФ…2,2 мкФ;
• с рабочими напряжениями: 4…50 В;
• с высотой корпуса 0,4…1 мм.

Для заказа конденсаторов и сборок Samsung общего назначения используется 11-позиционное обозначение, которое включает информацию о серии, типоразмере, диэлектрике, емкости, точности, рабочем напряжении, высоте, конструкции, типе конденсатора, виде упаковки (таблица 11).

Таблица 11. Обозначение конденсаторов общего назначения

Серия. Все конденсаторы Samsung имеют обозначение CL.

Типоразмер. Код типоразмера состоит из двух цифр (таблица 12). Компания Samsung предлагает конденсаторы всех наиболее популярных типоразмеров.

Таблица 12. Кодирование типоразмера конденсаторов Samsung

Диэлектрик. Тип диэлектрика кодируется одной литерой (таблица 13). Каждый диэлектрик имеет конкретные значения ТКС и определенный диапазон рабочих температур.

Таблица 13. Кодирование и характеристики диэлектрика конденсаторов Samsung

Емкость. Величина емкости кодируется тремя цифрами. Первые две цифры определяют множитель, а последняя – степень десяти. Например, 226 означает 22·10⁶ = 22 000 000 пФ = 22 мкФ.

Точность. Отклонение емкости кодируется одной литерой (таблица 14). Погрешность может указываться как в пФ, так и в процентах от номинала.

Таблица 14. Кодирование емкости Samsung

Рейтинг рабочего напряжения кодируется одной литерой и для конденсаторов общего назначения составляет 2,5…3000 В (таблица 15).

Таблица 15. Кодирование рейтинга напряжения конденсаторов Samsung

Высота корпуса. Как правило, для каждого типоразмера есть несколько исполнений с различной высотой корпуса (таблица 16).

Таблица 16. Код высоты корпуса конденсаторов Samsung

Конструкция. Как было сказано выше, Samsung выпускает стандартные и низкопрофильные конденсаторы с жесткими и мягкими выводами. Кодирование вариантов конструкции производится одной литерой (таблица 17).

Таблица 17. Кодирование типа конструкции конденсаторов Samsung

Тип элемента или допуск размеров. Данное буквенное поле может кодировать либо тип элемента (таблица 18), либо допуски на размеры корпуса (таблица 19).

Таблица 18. Кодирование типа элемента

Таблица 19. Кодирование допусков на размеры корпуса

Упаковка. Последняя позиция кодирует тип упаковки.

Конденсаторы Samsung для промышленных приложений

Компания Samsung выпускает широкий спектр конденсаторов для промышленных приложений. Для их заказа также используется 11-позиционное обозначение (таблица 20). Главным отличием от наименования конденсаторов общего назначения является использование позиций 8, 9, 10 для кодирования названия серии.

Таблица 20. Обозначение конденсаторов промышленного назначения

Samsung предлагает разработчикам 14 семейств промышленных конденсаторов с различными типами выводов, в том числе с мягкими и усиленными (таблица 21). Все промышленные конденсаторы Samsung проходят дополнительный выходной контроль и тест HALT (Highly accelerated lifetesting). Тестирование HALT позволяет быстро оценить срок безотказной службы конденсаторов за счет испытаний при повышенных напряжениях и температурах.

Таблица 21. Серии промышленных конденсаторов Samsung

Дадим краткую характеристику каждой группе семейств (таблица 22).

Таблица 22. Характеристики промышленных конденсаторов Samsung

NNW – серия стандартных конденсаторов для промышленных приложений. Наиболее крупное семейство, объединяющее конденсаторы с различными типами диэлектриков (C0G/X5R/X7R), широким диапазоном типономиналов и рабочими напряжениями вплоть до 2 кВ.

Конденсаторы X5R/X7R из данной группы подходят для выполнения фильтрации и развязки по питанию. Высокостабильные C0G-конденсаторы могут использоваться во времязадающих цепях, в измерительных приборах, подходят для развязки на высоких частотах и так далее.

ZNW/SNW – серии конденсаторов с мягкими выводами, предназначенные для работы в жестких условиях при значительных механических воздействиях (ударах, вибрациях и прочем). Конструкция конденсаторов данных серий аналогична рассмотренным выше конденсаторам общего назначения с мягкими выводами.

Данная группа может применяться в различных устройствах, например, в низковольтных преобразователях, а также подходит для развязки по питанию.

NFN – серия промышленных конденсаторов с высокой добротностью для мощных импульсных приложений. Данная группа конденсаторов также проходит дополнительный контроль на устойчивость к изгибам подложки. X7R тестируют на изгиб платы до 2 мм. Для C0G тестовый изгиб составляет 3 мм.

ZFN/SFN/YFN – серии высокодобротных промышленных конденсаторов с мягкими выводами для мощных приложений. Данные серии проходят тестирование на изгиб платы до 2 мм.

ZW6/SW6 – серии промышленных конденсаторов с мягкими выводами, которые проходят дополнительное тестирование на надежность крепления электродов при изгибе печатной платы более чем на 3 мм. На рисунке 8 показано сравнение надежности данной группы конденсаторов и конденсаторов со стандартными выводами.

Z46 – серия промышленных конденсаторов с мягкими выводами, устойчивыми к изгибам подложки более 3 мм. Дополнительной отличительной чертой данной группы является повышенная устойчивость к термоциклированию.

Z4J – серия устойчивых к термоциклированию промышленных конденсаторов с мягкими выводами, способными выдержать изгиб подложки более 5 мм.

GQW/GNW – серии высокодобротных промышленных конденсаторов, которые отличаются повышенной добротностью и минимальным последовательным сопротивлением ESR. На рисунке 16 показано сравнение добротности конденсаторов из данной группы и стандартных моделей конденсаторов.

Рис. 16. Добротность стандартных и высокодобротных конденсаторов

Основными примерами применения конденсаторов серий GQW/GNW являются беспроводные радиоустройства и высокоскоростные преобразователи.

N3W – серия промышленных конденсаторов с минимальным смещением DC-bias. Испытания показывают, что конденсаторы серии N3W имеют уровень смещения на 20% ниже, чем у стандартных компонентов (рисунок 14).

По сравнению с конденсаторами общего назначения промышленные конденсаторы проходят более жесткие испытания. Еще более жестким требованиям должны отвечать конденсаторы для автомобильных приложений.

Конденсаторы для автомобильных приложений от Samsung

Электронные компоненты для автомобильных приложений обязаны сохранять работоспособность в диапазоне температур -55…125°С, выдерживать значительную вибрацию и быть ударостойкими.

Требования к автомобильным электронным компонентам приводятся в стандарте AEС-Q200. В частности, AEC-Q200-005 требует, чтобы конденсаторы для автомобильных приложений выдерживали тестовый изгиб 2 мм (все кроме класса 1) и 3 мм (класс 1).

Из-за необходимости работы в широком диапазоне температур наиболее популярными диэлектриками для автомобильных конденсаторов являются C0G и X7R.

Для заказа автомобильных конденсаторов Samsung использует стандартную систему с 11-позиционным обозначением (таблица 23). Отличие от конденсаторов общего назначения состоит в характеристиках, кодируемых позициями 8, 9, 10.

Таблица 23. Обозначение конденсаторов промышленного назначения

Литера на позиции 8 кодирует конструкцию конденсатора (таблица 24).

Таблица 24. Кодирование типа конструкции конденсаторов Samsung

Литера P на девятой позиции указывает на «автомобильную» специализацию.

Литера на десятой позиции кодирует тип элемента (таблица 25).

Таблица 25. Кодирование типа элемента

Дадим краткую характеристику каждому из семейств автомобильных конденсаторов (таблица 26).

Таблица 26. Характеристики автомобильных конденсаторов

PN – серия автомобильных конденсаторов общего назначения, отвечающая требованиям AEC – Q200.

Данная группа конденсаторов доступна как в стандартном (VPN), так и в открытом исполнении (WPN). Открытое исполнение подразумевает, что даже при разрушении такой конденсатор имеет минимальную вероятность короткого замыкания внутренних электродов. Для этого в конструкции предусмотрены увеличенные зазоры (рисунок 17).

Рис. 17. Конструкция конденсаторов отрытого типа

PJ – серия автомобильных конденсаторов со сверхмягкими выводами, выдерживающими испытания на изгиб основания до 5 мм.

Серия VPJ имеет стандартное исполнение, а конденсаторы WPJ выпускаются в открытом исполнении (рисунок 17).

Серия XPJ отличается еще более защищенной конструкцией, в которой исключена возможность прямого замыкания электродов. Такая структура эквивалентна последовательному включению конденсаторов (рисунок 18).

Рис. 18. Конструкция конденсаторов серии XPJ

Данная группа конденсаторов является самой «живучей» из всех рассмотренных и используется для наиболее жестких условий эксплуатации.

PE – серия автомобильных конденсаторов, предназначенная для создания фильтров и цепей защиты чувствительных узлов и каналов обмена данными, в том числе CAN, от электростатических разрядов.

Конденсаторы данной серии отвечают требованиям стандарта IEC 61000-4-2. Они отличаются минимальным смещением DC-bias и повышенным значением напряжения пробоя.

LCR Web Library – фильтр и база данных от Samsung

Компания Samsung предлагает пользователям огромный спектр конденсаторов с различными характеристиками. С одной стороны, это хорошо, так как дает возможность выбора наиболее подходящих компонентов для каждого конкретного приложения. Однако с другой стороны, потребителю очень легко запутаться в таком многообразии. Чтобы помочь разработчикам, компания Samsung предлагает удобный фильтр со встроенной базой данных LCR Web Library.

Доступ к LCR Web Library открыт для всех желающих на сайте компании (рисунок 19): http://weblib.samsungsem.com/LCR_Web_Library.jsp.

Рис. 19. Внешний вид LCR Web Library

Основа LCR Web Library – удобный фильтр для поиска конденсаторов в четырех сегментах (каждому соответствует своя вкладка):

• конденсаторов общего назначения,
• конденсаторов для промышленных приложений,
• конденсаторов для автомобильных приложений,
• конденсаторов с минимальным уровнем акустических шумов.

На каждой из вкладок поиск и сортировка ведутся по ключевым параметрам: наименованию, емкости, типоразмеру, рабочему напряжению, типу диэлектрика, высоте корпуса, допуску емкости.

После выбора подходящего компонента пользователь может ознакомиться с более подробным описанием его характеристик. Для этого в левой части экрана предусмотрена панель с клавишами для вывода графических данных: частотных характеристик (например, импеданса, ESR и так далее), смещения DC-bias, температурной зависимости и прочего.

На той же панели пользователю доступно скачивание документации и моделей для симуляции в пакетах PSpice.

С помощью LCR Web Library разработчик может быстро подыскать оптимальный компонент, не вдаваясь в подробности сложной системы именования конденсаторов.

Заключение

Компания Samsung является одним из лидеров в области производства пассивных компонентов – многослойных керамических конденсаторов (MLCC), индуктивностей, танталовых конденсаторов, фильтров.

Номенклатура MLCC-конденсаторов Samsung включает компоненты общего назначения, промышленные и автомобильные конденсаторы с различными конструктивными особенностями:

• стандартные и высокопрофильные;
• низкопрофильные;
• малогабаритные;
• высокодобротные;
• средне- и высоковольтные;
• с мягкими выводами;
• с минимальным уровнем акустических шумов;
• c минимальным смещением DC-bias;
• низкоиндуктивные.

Кроме того, Samsung предлагает почти сорок моделей конденсаторных сборок.

Конденсаторы и конденсаторные сборки Samsung имеют достаточно сложное 11-позиционное обозначение. Чтобы не вникать в особенности их именования, следует воспользоваться открытым онлайн-фильтром LCR Web Library со встроенной базой данных.

Литература

1. MULTILAYER CERAMIC CAPACITORS, 2016, Samsung;
2. Bend Testing Methods and International Specifications, Knowles;
3. Open Mode Capacitors, Knowles;