Высокотемпературные конденсаторы XTSC для ответственных приложений

| IPDiA

Существует множество областей, в которых электронные блоки работают при экстремальных условиях внешней среды. Военная техника, космические и авиационные приборы, датчики и оборудование для добывающей и перерабатывающей промышленности – вот лишь часть таких приложений. Одним из наиболее распространенных негативных внешних воздействий является сверхвысокая внешняя температура. По этой причине главная задача при построении таких приборов заключается в поиске специализированной элементной базы. Это относится и к пассивным компонентам, в том числе и к конденсаторам. Новые сверхстабильные конденсаторы серии XTSC (EXtreme Temperature Silicon Capacitors) от компании IPDiA производятся с использованием уникальной технологии PICS (Passive Integrated Connecting Substrate) и разработаны специально для работы в самых экстремальных условиях при температурах до +250 °C.

Чтобы подчеркнуть актуальность проблемы, следует привести конкретный пример. Так, типовая рабочая температура автономного датчика давления нефтяной скважины составляет около 125 °С, а пиковое значение может превышать 150 °C. При этом датчик не просто должен «выжить», но и продолжать проводить измерения!

Если рассматривать стандартные температурные диапазоны, то ни один из них не способен обеспечить заданные требования: ни коммерческий (Commercial, 0…85 °C), ни промышленный (Industrial, −40…100 °C), ни автомобильный (Automotive, −40…125 °C), ни расширенный промышленный (Extended Industrial, −40… 125 °C), ни даже военный (Military, −55…125 °C). Для таких случаев приходится искать специализированные компоненты из разделов «High Temperature» или «High-Reliability». И здесь разработчиков может ждать неприятный сюрприз: когда дело доходит до конденсаторов,  выбор оказывается, мягко говоря, не велик.

Дело в том, что для сверхстабильных COG/ NPO конденсаторов с малым TKC диапазон рабочих температур, как правило, не превышает 125 °С (рис. 1). Более широкий диапазон имеют X8R, но и для них он в большинстве случаев ограничен 150 °С, а погрешность емкости достигает ±10 %. В таких ситуациях на помощь разработчикам приходят новые конденсаторы XTSC от компании IPDiA. Ключевым преимуществом конденсаторов XTSC является использование уникальной кремниевой технологии PICS (Passive Integrated Connecting Substrate).

Сравнение температурной стабильности различных типов SMD-конденсаторов

3D технология PICS использует интегральные технологии кремниевых полупроводников для создания пассивных элементов (резисторов, индуктивностей, конденсаторов). Например, базовая технология конденсаторов XTSC напоминает хорошо знакомую TRENCH-технологию формирования затворов полевых транзисторов (рис. 2). Такая трехмерная структура позволяет достигать большой удельной емкости и весьма стабильных характеристик.

Базовая ячейка конденсаторов XTSC

Рис. 2. Базовая ячейка конденсаторов XTSC

Температурная стабильность - не единственное достоинство XTSC. Они имеют целый ряд преимуществ:

  • широчайший диапазон рабочих температур: -55…+250 °C;
  • сверхвысокая температурная стабильность TKC всего ±1,5 % в диапазоне -55…+250 °C;
  • минимальное смещение при постоянном токе (эффект DC-bias) всего 0,1 % /В;
  • минимальное значение паразитной индуктивности ESL от 100 нГн (для 0402);
  • минимальное значение последовательного сопротивления ESR от 400 мОм (для 0402);
  • практически полное отсутствие старения < 0,001 %/ 1000 часов.

Для фильтров и времязадающих цепочек важным параметром является изменение емкости при приложении напряжения тока (эффект DC-bias). Изменение напряжения приводит к падению емкости, а это приводит к искажению фазовых соотношений, а это часто абсолютно недопустимо. Для XTSC этот параметр составляет всего 0,1 %/ В, что значительно меньше, чем у обычных конденсаторов с полярным диэлектриком, например, X7R или Y5V, (рис. 3).

Зависимость емкости от приложенного напряжения для различных типов SMD-конденсаторов

Рис.3. Зависимость емкости от приложенного напряжения для различных типов SMD-конденсаторов

При создании фильтров не стоит забывать и о паразитной индуктивности. И в этом случае XTSC оказываются на высоте: собственная индуктивность для них не превышает100 нГн (для корпуса 0402). В то же время для COG она на порядок больше (рис. 4).

Зависимость ESL от величины емкости для различных типов SMD-конденсаторов

Рис. 4. Зависимость ESL от величины емкости для различных типов SMD-конденсаторов

Для драйверов силовых ключей с бутстрепным конденсатором, работающих в составе импульсных преобразователей напряжения, важно иметь малые токи утечки. Для XTSC токи утечки составляют всего 3 нА в диапазоне напряжений до 3,6 В (рис. 5).

Зависимость токов утечки от напряжения для XTSC

Рис. 5. Зависимость токов утечки от напряжения для XTSC

Возвращаясь к началу данной статьи, хочется отметить, что для наиболее ответственных приложений (например, космическое или авиационное оборудование) ключевым параметром будет обеспечение высочайшей надежности и долгого срока службы. Если стоит задача минимизировать уровень отказов, то XTSC станет наилучшим выбором. Для них FIT не превышает 0,017 элементов/ на миллиард часов, а  коэффициент старения меньше, чем 0,001 % на 1000 часов.

При заказе конденсаторов XTSC следует использовать фирменную систему обозначений (рис. 6).

Наименование конденсаторов XTSC

Рис. 6. Наименование конденсаторов XTSC

Подводя краткий итог, можно сказать, что новая серия конденсаторов XTSC будет оптимальным решением при создании ответственных приложений и устройств, работающих в жестких условиях повышенных температур. Основными областями их применения без сомнения станут космическая, авиационная, военная, автомобильная, промышленная электроника, а также электронные устройства, работающие в добывающих и перерабатывающих отраслях.

Характеристики конденсаторов серии XTSC:

  • Диапазон емкостей: 10 нФ … 3,3 мкФ
  • Типоразмеры: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1812
  • Точность: ±15 %
  • Диапазон рабочих температур: -55 … 250 °C
  • TKC: <±1,5 % (-55 … 250 °C )
  • Напряжение пробоя: 11/ 30 В
  • Смещение емкости при постоянном напряжении: 0,1 %/В
  • Паразитная индуктивность: от 100 нГн
  • Последовательное сопротивление: от 400 мОм
  • Сопротивление изоляции: 50 ГОм мин при 3 В и 25 °C,
  • 10 ГОм  мин при 3 В и 250 °C
  • Старение: 0,001 %/ 1000 часов

О компании

Компания IPDIA выделилась из состава компании NXPв 2009 году для продвижения полученных в течение десяти лет инновационных 3D-технологий создания пассивных компонентов. Деятельность IPDIA в настоящий момент включает два основных направления: производство сверхярких светодиодов и производство пассивных компонентов для медицинской, автомобильной, промышленной электроники и для электроники, работающей в экстремальных условиях окружающей среды. Штаб-квартира компании базируется в городе Кан (Франция).

Производитель: IPDiA
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
935000000000
IPDiA
Арт.: 3095592 PDF
11828,87
Поиск
предложений
Набор высокотемпературных конденсаторов (250С) Корпус: 0402 Емкости: 1nF 10nF 33nF, по 10 шт. Напряжение: BD11V
935000000000 11828,87
-
Поиск
предложений
Производитель: Murata Electronics Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
935132429733-T3N
935132429733-T3N
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494393 ИНФО PDF
Поиск
предложений
SiCap-конденсатор, Емкость: 3,3мкФ , диапазон рабочих температур: -55°C…200°C.
935132429733-T3N
-
Поиск
предложений
935156492510
935156492510
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494482 ИНФО PDF
Доступно: 301 шт. 1397,96
Выбрать
условия
поставки
Тонкопленочные конденсаторы 0201 11V 10000pF 15% Ultra Lg Band LoPro
935156492510 1397,96
301 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935156722410
935156722410
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494483 ИНФО PDF
Доступно: 301 шт. 1397,96
Выбрать
условия
поставки
РЧ-конденсаторы / тонкопленочные конденсаторы 0201 30V 1000pF 15% Ultra Lg Band LoPro
935156722410 1397,96
301 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935155733510
935155733510
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494485 ИНФО PDF
Доступно: 724 шт. 1397,96
Выбрать
условия
поставки
РЧ-конденсаторы / тонкопленочные конденсаторы 0201 30V 10000pF 15% Ultra Lg Band LoPro
935155733510 1397,96
724 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935156733510
935156733510
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494486 ИНФО PDF
Доступно: 634 шт. 1397,96
Выбрать
условия
поставки
РЧ-конденсаторы / тонкопленочные конденсаторы 0201 30V 10000pF 15% Ultra Lg Band LoPro
935156733510 1397,96
634 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935155424610
935155424610
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494487 ИНФО PDF
Доступно: 255 шт. 1397,96
Выбрать
условия
поставки
 Тонкопленочные конденсаторы 0402 11V 100000pF 15% Ultra Lg Band
935155424610 1397,96
255 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935174732547
935174732547
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494488 ИНФО PDF
1613,03
Поиск
предложений
Тонкопленочные конденсаторы 0505 30V 47000pF 15% Auto Si Cap
935174732547 1613,03
-
Поиск
предложений
935153521410
935153521410
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494489 ИНФО PDF
1828,10
Поиск
предложений
 Тонкопленочные конденсаторы 0202 150V 1000pF 15% Ultra Lg Band
935153521410 1828,10
-
Поиск
предложений
935146522310
935146522310
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494491 ИНФО PDF
Доступно: 800 шт. 1828,10
Выбрать
условия
поставки
 Тонкопленочные конденсаторы 0202 150V 1000pF 15% Ultra Lg Band
935146522310 1828,10
800 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
935132425610-T3N
935132425610-T3N
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494492 ИНФО PDF
1182,89
Поиск
предложений
Тонкопленочные конденсаторы 100nF 0603 -55/+200C HTSC High Temp
935132425610-T3N 1182,89
-
Поиск
предложений
935132424510-T3N
935132424510-T3N
Murata Electronics Inc.
Арт.: 3494493 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Тонкопленочные конденсаторы 10nF 0402 -55/+200C HTSC High Temp
935132424510-T3N
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()