Конденсаторы К52
Цена за килограмм тантала извлеченного из радиодеталей, сегодня варьируется в пределах от 8000 до 17000р. В 90% случаев данный металл встречается в электролитических конденсаторах, некоторые из которых имеют серебряный и даже палладиевый корпус (в корпусе конденсатора К52-1 содержит 1 грамм серебра), ввиду чего ценник таких деталей в приемке может достигать 80 000 – 100 000р за кг.
Чтобы найти тантал в бытовых приборах, следует четко понимать, где и для чего он применяется.
Более 60% годовой добычи металла (порядка 1400 тонн) используется для изготовления небольших электролитических конденсаторов. Их применение находит себя в современных запоминающих устройствах, аппаратах телекоммуникационной связи, вычислительной и сложной радиотехнике. Также тантал применяется в медицине и химической промышленности.
ТАНТАЛОВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
В быту в наибольших количествах танталовые конденсаторы встречаются в таких устройствах советского производства как импульсные источники питания, профессиональная и полупрофессиональная аудио аппаратура, а также устройства связи. Кроме того, практически любая современная или советская «умная» техника, имеющая высокочастотные платы, также содержит элементы, выполненные из тантала.
Фото из открытых источников.
Конкретного перечня бытовых приборов, в конструкции которых задействованы конденсаторы с танталом не существует, ибо их список крайне велик. Однако отличить такие приборы достаточно просто, следует только понять, работает ли устройство с высокими частотами или импульсными источниками питания.
Также крайне важно уметь отличать конденсаторы, содержащие данный металл.
В большинстве случаев, танталовые конденсаторы имеют форму трубчатого бочонка серебристо-алюминиевого цвета. Однако встречаются и другие формы данных радиодеталей.
Чтобы отличить танталовый конденсатор от других , бочонок следует раскусить пассатижами или бокорезами. В танталовом, будет виден плотный стержень напоминающий графит. В остальных случаях внутри корпуса может быть алюминиевая фольга или ниобий.
Информацию о содержании драгоценных металлов в каждом отдельном типе конденсаторов можно найти в справочнике, коих огромное множество в открытых источниках. Достаточно лишь ввести название изделия, например КМ52-1.
Пример фото тантала извлеченного из конденсаторов разных моделей
Из конденсаторов с палладиевым и серебряным корпусом наиболее распространены серии с маркировкой, начинающейся с символов «К52».
Источник: dzen.ru
металл тантал разбираю конденсаторы травлю в кислотах
Танталовые электролитические конденсаторы
Танталовые электролитические конденсаторы с твердофазным электролитом часто используются разработчиками для накопления энергии, фильтрации и развязки сигналов в электронных схемах. Они отличаются стабильностью и небольшими габаритами. Благодаря технологическому прогрессу в этих конденсаторах используются постоянно улучшающиеся полимерные катоды для снижения эффективного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL) и значительного увеличения плотности. Причем влияние этих улучшений на основные параметры конденсаторов весьма значительно.
Напомним, что танталовые конденсаторы используются уже 60 лет. Благодаря надежности и плотности емкости они зарекомендовали себя в схемах военной и гражданской авиации, медицинских имплантатах, ноутбуках, смартфонах, а также в системах промышленной автоматизации и управления. Их главное преимущество – высокая емкостная плотность, то есть емкость, относящаяся к единице физического объема.
Благодаря очень большой площади поверхности, небольшой толщине и высокой диэлектрической проницаемости, они достигают емкости до нескольких мкФ при напряжении до 50 В и характеризуются самой высокой емкостной плотностью.
При использовании высококачественных танталовых материалов эти конденсаторы значительно превосходят конденсаторы других технологий. Например, версии 22 мкФ 4 В помещаются в корпус 0402, а версии 47 мкФ 50 В и более подходят для монтажа в корпусе с одним сквозным отверстием. В обычных танталовых конденсаторах в качестве катода используется спеченный диоксид марганца (MnO2). Этот недорогой полупроводниковый материал самовосстанавливающийся, что обеспечивает долгосрочную надежность. Но из-за высокого содержания кислорода этот материал может воспламениться в экстремальных тепловых условиях.
Достижения в конструкции танталовых конденсаторов
С середины 1990-х годов в промышленности ведутся работы по замене MnO2 проводящими полимерами. Их гораздо более высокая проводимость чем у MnO2 приводит к более низкому ESR. Это преимущество в сочетании с устранением риска воспламенения способствует увеличению инвестиций в эту технологию.
Производители предлагают различные типы танталовых конденсаторов, ориентированные на различные области применения и сегменты рынка. Различные производственные серии по-разному специализируются на низком ESR, уменьшенных габаритах, высокой надежности (например, военном, автомобильном или медицинском применении), пониженной утечке постоянного тока или устойчивости к высоким температурам.
Конденсаторы со сниженным ESR обеспечивают более высокий КПД в устройствах с импульсным или переменным напряжением и лучшую фильтрацию сильных шумовых помех, а конденсаторы с уменьшенными размерами – с большим CU (произведение емкости и допустимого напряжения) с катодом из порошкового тантала в небольших корпусах, полезны в устройствах с небольшим объемом, таких как смартфоны, планшеты и другие портативные гаджеты.
Танталовые конденсаторы с низким ESR
Снижение значения ESR танталовых конденсаторов было целью исследовательских работ. Первоначально основным материалом катода был порошковый диоксид марганца. Материал катода и процесс его формирования оказывают значительное влияние на размер ESR. Значительное снижение ESR было достигнуто за счет замены катода MnO2 на проводящий полимер и замены материала корпуса металлического вывода с ферро-никелевых сплавов на медь.
На рисунке показаны преимущества схемы полимерного катода в танталовых конденсаторах. Прямое сравнение конденсатора емкостью 47 мкФ 6,3 В в корпусе A с катодом из MNO 2 с таким полимерным катодным конденсатором (PEDT – поли 3,4 этилендиокситиофен) на частоте 100 кГц показывает удельную проводимость на порядок больше.
Более проводящий медный материал выводной рамки также значительно снижает ESR. На рисунке показано поперечное сечение конденсатора с видимой выводной рамкой, соединяющей его с внешними контактами корпуса. Традиционный материал – железо-никелевый сплав (сплав 42). Его преимущество – низкий коэффициент теплового расширения, невысокая стоимость и простота обработки.
Значительный прогресс в производстве медных выводных рамок облегчил их использование в танталовых конденсаторах. Электропроводность меди примерно в 100 раз выше, чем у сплава 42, что оказывает значительное влияние на снижение ESR. Например ESR танталового полимерного конденсатора Vishay 100 мкФ 6,3 В (EIA 3216) с обычной свинцовой панелью составляет 70 мОм при 25°C для 100 кГц, а с медной панелью 40 мОм.
Миниатюрные танталовые конденсаторы
Очень важным параметром конденсатора является его емкостная плотность, то есть отношение его емкости к массе. Это зависит от миниатюризации корпуса и добротности материала катода. Этот коэффициент пропорционален произведению емкости и допустимого напряжения на единицу массы (C х U / m, выраженное в mF х V / g).
На рисунке показана эволюция производства танталового порошка, проиллюстрированная показателем качества MnO2 в течение 20 лет. Это качество улучшилось за счет повышения чистоты материала и уменьшения размера его частиц.
Усовершенствования конструкции выводной рамки также способствовали уменьшению размера танталовых конденсаторов. В настоящее время это дешевая технология, которая очень эффективна в производстве. Более плотный корпус позволяет увеличить емкость и допустимое напряжение конденсатора. Результаты тенденции к уменьшению размеров внутренних выводов конденсаторов показаны на рисунке.
Vishay запатентовала технологию многослойной упаковки (MAP), которая заключается в металлизации крайних краев слоев конденсаторов, уменьшая таким образом размер их внутренних выводов. Этот метод позволил повысить емкостный КПД конденсаторов более чем на 60%, а также уменьшить утечку тока.
Дополнительным преимуществом MAP является снижение ESL. Отсутствие рамки с выводами значительно уменьшает размер петли токоподвода. Как показано, это уменьшение составляет 30% по сравнению со стандартной конструкцией с выводной рамкой. В результате резонансная частота конденсатора выше.
Технологический прогресс в производстве танталовых конденсаторов приводит к уменьшению ESR и ESL, а также их внешних размеров. Благодаря усовершенствованию производственных процессов и усовершенствованию схемы полимерных катодов, конденсаторы стали более стабильными, воспроизводимыми и надежными.
Источник: radioskot.ru
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
Источник: www.radioelementy.ru