Все о танталовых конденсаторах — максимально подробно
Многие радиолюбители могут вспомнить случай взрыва танталового конденсатора по причине неправильной переплюсовки. В этой статье я расскажу, что такое танталовый конденсатор, зачем он нужен и как вообще с ним работать. Если после прочтения у вас останутся вопросы – смело задавайте их в комментариях, а я постараюсь ответить.
Твердотельные танталовые конденсаторы по большинству параметров соответствуют требованиям к современным электронным устройствам. Они отличаются малыми габаритами, высокой удельной емкостью, надежностью (при соблюдении правил на всех этапах их жизни) и совместимостью с общепринятыми технологиями монтажа. Преимуществом является и то, что важный параметр конденсатора – ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) – с ростом частоты не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Чтобы сократить число отказов и продлить рабочий период устройства, необходимо учитывать его индивидуальные особенности при изготовлении, хранении, монтаже и во время работы.
Почему тантал используют для производства конденсаторов
Тантал способен при окислении формировать плотную оксидную пленку, толщину которой можно регулировать с помощью технологических приемов, тем самым изменяя параметры конденсатора.
Помимо тантала конденсаторы делают из керамики, слюды, бумаги и алюминиевой фольги.
Описание и назначение танталовых конденсаторов
Современные танталовые конденсаторы имеют малые размеры и относятся к чип-компонентам, которые предназначены для монтажа на плате. Иначе такие детали называются SMD, что расшифровывается как «компоненты поверхностного монтажа». SMD детали удобны для автоматизированных процессов монтажа и пайки на печатные платы.
Основное назначение электролитических поляризованных танталовых конденсаторов – действовать в комплексе с резистором с целью обработки сигнала и сглаживания его пиков и острых импульсов.
Конденсаторы широко используются в автомобильной, промышленной, цифровой, аэрокосмической технике.
Устройство танталовых твердотельных конденсаторов
Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав входят 4 основные части: анод, диэлектрик, твердый электролит, катод. Изготовление танталового конденсатора состоит из ряда достаточно сложных технологических операций.
Изготовление анода
Пористую гранулированную структуру получают прессованием из высокоочищенного танталового порошка. В процессе спекания в условиях глубокого вакуума при температурах +1300…+2000°C из порошка образуется губчатая структура с развитой площадью поверхности. Благодаря ей, обеспечивается высокая емкость при небольшом объеме. Танталовый конденсатор при одинаковой с алюминиевым устройством емкости имеет гораздо меньший объем.
Формирование диэлектрического слоя
Диэлектрический оксидный слой выращивают на поверхности анода из пентаоксида тантала в процессе электрохимического окисления. Толщину оксида можно регулировать изменением напряжения. Обычно толщина диэлектрической пленки составляет доли микрометра. Оксидный слой имеет не кристаллическую, а аморфную структуру, которая обладает значительным электросопротивлением.
Получение электролита
Электролитом служит твердотельный полупроводник – диоксид марганца, – который получают термообработкой солей марганца в ходе окислительно-восстановительного процесса. Для этого анодный губчатый слой покрывают солями марганца, а затем нагревают их до получения диоксида марганца. Процесс повторяют несколько раз до полного покрытия анода.
Формирование катодного слоя
Для улучшения контакта электролит покрывают графитовым, а затем металлическим слоем. В качестве металла обычно используют серебро. Сформированный композит запрессовывают в компаунд.
Особенности танталовых конденсаторов
В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.
Пробои танталовых конденсаторов
При использовании этих эффективных, но немного капризных устройств, необходимо контролировать появление состояния отказа, поскольку известны случаи их возгорания при отказе. Отказы связаны с тем, что при неправильной эксплуатации пентаоксид тантала меняет аморфную структуру на кристаллическую, то есть из диэлектрика он превращается в проводник. Смена структур может наступить из-за слишком высокого пускового тока. Пробой диэлектрика вызывает повышение токов утечки, которые в свою очередь приводят к пробою самого конденсатора.
Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию.
Пробои, которые произошли при высоких температурах и напряжении, могут вызывать эффект лавины. В этом случае повреждения часто распространяются на большую часть или всю площадь устройства. Если же площадь кристаллизованного пентаоксида тантала небольшая, то часто происходит эффект самовосстановления. Он возможен, благодаря преобразованиям, происходящим в электролите в случае пробоя диэлектрика. В результате всех превращений кристаллизованный участок-проводник оказывается окруженным оксидом марганца, который полностью нейтрализует его проводимость.
Другие дефекты танталовых конденсаторов
Кроме пробоя, в результате неправильной производственной технологии и нарушения правил транспортировки и хранения в конденсаторе возникают и другие дефекты:
- Механические. Первый вид таких дефектов может появиться на выращенном диэлектрике в результате его резкого удара о твердую поверхность. Второй – при образовании электролитного слоя из-за совместного действия теплового удара и внутреннего давления газов в порах.
- Примеси и включения. При нарушении производственной технологии на поверхности тантала могут появиться посторонние вещества – углерод, железо, кальций, которые приводят к неравномерности диэлектрического слоя.
- Кристаллизованные участки диэлектрика, которые появились при изготовлении устройства. Кристаллизация может происходить из-за несоответствия состава электролита технологическим требованиям и неправильного температурного режима процесса.
Недостатки танталовых конденсаторов
Танталово-полимерные конденсаторы
Большая часть проблем, характерных для танталовых конденсаторов, решена в танталово-полимерных аналогах. В качестве электролита в танталово-полимерных конденсаторах вместо диоксида марганца используется токопроводящий полимер. Он дает минимальный ESR, что позволяет пропускать гораздо большие токи, по сравнению с танталовыми предшественниками. Танталово-полимерные устройства успешно применяются в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания и преобразователях напряжения.
Токопроводящий полимер обеспечивает низкую чувствительность к импульсам тока, стойкость к внешним факторам, отсутствие деградации структуры, более высокий срок службы. Высокая стабильность емкости в широком интервале частот и температур позволяет применять танталово-полимерные устройства в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике и других областях, для которых характерно колебание рабочих температур.
Основные характеристики танталовых конденсаторов
Для определения безопасного режима работы необходимо рассчитать уровни разрешенных значений тока и напряжения. Для расчетов необходимо знать следующие параметры танталовых конденсаторов, которые отражаются в документации:
- Номинальная емкость. Эти устройства имеют высокую удельную емкость, которая может составлять тысячи микрофарад.
- Номинальное напряжение. Современные модели этих устройств в большинстве рассчитаны на напряжения до 75 В. Причем, для нормальной работы в электрической схеме, деталь нужно использовать при напряжениях, которые меньше номинального. Эксплуатация танталовых конденсаторов при напряжениях, составляющих до 50% от номинального, снижает показатель отказов до 5%.
- Импеданс (полное сопротивление). Содержит индуктивную составляющую, параллельное сопротивление, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR).
- Максимальная рассеиваемая мощность. При приложении к танталовому устройству переменного напряжения происходит выработка тепла. Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности устанавливается экспериментально.
Особенности проектирования плат и монтажа танталовых конденсаторов
Для этих устройств подходят практически все материалы печатных плат – FR4, FR5, G10, фторопласт, алюминий. Форма, размер посадочного места и способ монтажа указываются производителями деталей. Изменить рекомендуемые параметры монтажа может специалист, имеющий достаточно знаний и навыков, чтобы правильно скорректировать температуру пайки.
Перед монтажом на плату наносят паяльную пасту. Толщина слоя – 0,178+/-0,025 мм. Для того чтобы флюс, находящийся в пасте, эффективно растворил оксиды с мест контакта, подбирают оптимальный температурный режим пайки. Обычно это делают опытным путем.
Монтаж на плату осуществляется вручную или с помощью автоматизированного оборудования любого типа, применяемого сегодня. Пайка производится: вручную, волновым способом, в инфракрасных или конвекционных печах. Температурный режим предподогрева и пайки обычно предоставляют производители конкретной продукции.
Маркировка танталовых конденсаторов
В маркировке конденсаторов указывают стандартные параметры: емкость, номинальное напряжение, полярность. На корпусах типов B, C, D, E, V отображают все параметры, а на корпусе типа A вместо номинала напряжения указывают его буквенный код. В маркировке может указываться дополнительная информация – логотип производителя, код даты производства и другая.
Таблица буквенных кодов напряжения для корпусов типа A
Материнские платы AORUS Z490 с танталовыми полимерными конденсаторами — улучшенная стабильность и производительность
May 8 2020
- #AORUS#Motherboard
- Поделиться в
- Google +
В Gigabyte каждый раз на каждом чипсете мы стараемся расширить границы, но всегда придерживаемся стандартов высокого качества, которые нам известны. Новые высококачественные материнские платы AORUS Z490 не могут быть исключены из вышеперечисленного. Несмотря на усовершенствование схемы питания процессора для новых процессоров 10-го поколения, на этот раз наши инженеры также улучшили подачу питания DDR. Мы очень рады показать вам, что из этого получилось.
Проектирование мощности процессора — усовершенствованный переходный процесс
Во-первых, питание процессора. Изменения не так велики, поскольку GIGABYTE уже использует передовое решение для питания на материнских платах более высокого класса. Наиболее значительным изменением является использование POSCAP.
«Большинство материнских плат обычно оснащаются традиционными конденсаторами радиальной формы. На этот раз для высокопроизводительных материнских плат AORUS Z490 мы использовали танталовые полимерные конденсаторы меньшего размера, POSCAP. Эти конденсаторы позволяют нам улучшить переходную характеристику, которая обеспечивает даже более высокую стабильность при разгоне и тяжелых условиях загрузки. Чтобы измерить разницу между массивом POSCAP, мы использовали материнскую плату более старого поколения и измерили переходную характеристику с помощью осциллографа. «
Ясно, что при использовании массива POSCAP характеристики заметно улучшаются.
Вот полные скриншоты с осциллографа во время измерений.
Z490 AORUS XTREME
Z390 AORUS XTREME
PPOSCAP является компактным, но в то же время предлагает стабильную емкость при высокой частоте и температуре, с низким ESR/ESL. Эти функции делают POSCAP одним из лучших кандидатов для цифровых/высокочастотных приложений. POSCAP также обладает высокой надежностью и термостойкостью. Итак, все основные функции и даже больше по-прежнему здесь по сравнению с обычно используемыми конденсаторами на материнских платах.
Новый дизайн DRAM — лучшая производительность на высокой частоте
Наши инженеры на этом не остановились. Они перенесли POSCAP на дизайн питания памяти (DDR). Наиболее распространенная схема дизайна DDR — это слоты DIP. Если вы перевернете материнскую плату, вы увидите множество открытых паяных соединений, как на рисунке ниже. Две самые высококачественные материнские платы AORUS Z490 имеют новый дизайн — SMT. По сути, вы не можете видеть эти паяные соединения, торчащие на задней стороне материнской платы.
Слот SMT DDR vs. Слот DIP DDR
Слот SMT DDR
При отсутствии всех этих точек пайки остается больше возможностей. Это позволило нам перенести конденсаторы с лицевой стороны еще ближе к слотам DDR. Опять же, как вы можете видеть, мы не используем традиционные радиальные конденсаторы, которые обычно используются на материнских платах. Мы используем POSCAP, меньший танталовый полимерный конденсатор.
Хоть POSCAP и имеет многочисленные преимущества по сравнению с традиционно используемыми конденсаторами, единственное, что действительно выделяется — это волновое преимущество. Пульсация напряжения — самое большое преимущество производительности POSCAP. По этой причине мы сравнили новую конструкцию AORUS SMT DDR с POSCAP с конструкцией DIP DDR с многослойными керамическими конденсаторами.
DDR
DDR4-4133 CL19-21-21-41 / 8Gx4 (G.SKILL
VDDQ
Слот SMT DDR vs. Слот DIP DDR
Слот SMT DDR
VDDQ
Здесь мы снова использовали осциллограф, чтобы доказать, что пульсация напряжения на самом деле лучше при использовании POSCAP. Как вы видите, максимальная производительность почти в 3 раза или на 300% выше, чем у модели SMT DDR с POSCAP. Более того, все остальные измерения тоже точечные, так как напряжение не сильно колеблется.
Заключение
Подводя итог, POSCAP имеет значительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми конденсаторами. Это одна из причин того, что эти радиальные конденсаторы наиболее экономичны и поэтому используются на большинстве материнских плат по сравнению с POSCAP. Преимущества POSCAP на этом не заканчиваются, поскольку они не высыхают, при определенных обстоятельствах они могут работать дольше и не теряют свою емкость даже при постоянном приложении напряжения. Все вышеперечисленное делает POSCAP превосходным решением по сравнению с другими конденсаторами, и в GIGABYTE мы гарантируем, что материнские платы AORUS Z490 высшего класса оснащены лучшими компонентами из всех возможных.
Список материнских плат, использующих комбинацию SMT DDR и POSCAP:
- Z490 AORUS XTREME WATERFORCE
- Z490 AORUS XTREME
Список материнских плат, использующих POSCAP на VRM:
- Z490 AORUS XTREME WATERFORCE
- Z490 AORUS XTREME
- Z490 AORUS MASTER
- Z490 AORUS ULTRA
- Z490I AORUS ULTRA
Ремонт материнской платы на ноутбуке
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Поделиться
Последние посетители 0 пользователей онлайн
- Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
Объявления
Сообщения
Если С2 «неполярный у автора на пп 47 мкф»(с), то это либо авторская ошибкаочепятка, либо глупость несмешная шутка. Вот 220uF уже как-то повеселее, а если бы его ещё и охватить ООСью по переменке, вообще было бы кошерно.
Как это нет, есть на схеме C2
@Владимир_ya нет на них схем, смотрите по внутренним микросхемам.
Т.е., и с тобой больше не общаться? Я же тебя уже полтора десятка лет знаю. Не, ну если так — менять круг общения. я чёта не понял — ты мну в дом престарелых что ли направил, или вообще на/в. послал?
Жаль не видно качества нарезанной резьбы! Хорошо бы указать марку электрода (дабы по грабелькам не ходить), тк. возможная проблема от исходного материала (мой отбитый электрод с хрустом гнулся). И да, Алебастр, масло было (резал не на сухую). С уважением, Сергей
Спасибо, посмеялся от души Это же как людям должно быть нефиг делать, чтобы комиксы на меня рисовать? С нетерпением жду продолжения.
Источник https://www.radioelementy.ru/articles/tantalovye-kondensatory/
Источник https://ru.aorus.com/blog/AORUS-Z490-motherboards-sport-Tantalum-Polymer-Capacitors-Improved-stability-and-performance-ru.php
Источник https://forum.cxem.net/index.php?/topic/197374-%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D1%82-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9-%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%8B-%D0%BD%D0%B0-%D0%BD%D0%BE%D1%83%D1%82%D0%B1%D1%83%D0%BA%D0%B5/