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0 9 2024 Elektronik 31 Passive Bauelemente eines durch ein Dielektrikum getrennten Plattenpaares aus der relativen Permittivität Dielektrizitätskonstante ε der Permittivität des Vakuums elektrische Feldkonstante ε 0 der effektiven Fläche jeder Plattenlage S 0 sowie der Anzahl dielektrischer Schichten n dividiert durch die Dicke t des Dielektrikums Bild 1 Wie man an der Formel in Bild 1 erkennen kann lässt sich die Kapazität erhöhen indem man die dielektrischen Schichten dünner macht die Zahl der Lagen erhöht und oder die effektive Fläche der Platten vergrößert Mit dem Ziel die Leistungsfähigkeit seiner Keramik-Vielschichtkondensatoren Multilayer Ceramic Capacitor MLCC zu verbessern befasst sich der Kondensatorhersteller Murata seit Langem mit vielen Aspekten der obigen Formel Zum Beispiel wurde die Dicke des Dielektrikums stetig verringert nämlich von circa 3 µm 1995 auf heute weniger als 0 5 µm Damit gelang es dem Unternehmen die in der Einheit µF mm³ ausgedrückte volumetrische Effizienz Kapazitätsdichte seiner MLCCs kontinuierlich zu steigern was allerdings mit einer höheren elektrischen Feldstärke zwischen den Kondensatorplatten und folglich mit einer erhöhten Spannungsbelastung des Dielektrikums erkauft werden musste Um also die Ladungsdichte anheben zu können müssen für das Dielektrikum Werkstoffe gefunden werden die diese höhere Spannungsbelastung verkraften ohne dass Abstriche an ihrer Langzeitzuverlässigkeit nötig sind Setzt man auf konventionelle Techniken um das Dielektrikum und die inneren Elektrodenschichten dünner zu machen weisen die daraus entstehenden Kondensatoren möglicherweise eine niedrigere Spannungsfestigkeit eine reduzierte Zuverlässigkeit und zunehmend spannungsabhängige Leistungsmerkmale auf Murata setzt deshalb auf Zerstäubungsverfahren um aus keramischen Werkstoffen dünnere Dielektrika und aus Nickelpulver dünnere Elektroden herzustellen Während das Zerstäuben keramischer Werkstoffe homogenere kompaktere Dielektrika ergibt resultiert das Zerstäuben von Nickelpulver in dünneren gleichmäßigeren Elektrodenschichten mit erhöhter Packungsdichte Materialfaktoren und Leistungsfähigkeit hängen zusammen Mindestens so wichtig wie die Auswahl der Materialien selbst ist die Art und Weise wie diese Werkstoffe verarbeitet Bild 1 Berechnungsweise der Kapazität Bild Murata Bild 2 Die Zahl der Korngrenzen pro Schicht kann Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit haben Je größer die Zahl der Korngrenzen pro Schicht wird umso länger dauert es bis der IR-Wert abfällt und umso höher wird die Zuverlässigkeit linke Grafik Wenn die angelegte Spannung an den Korngrenzen auf denselben Spannungspegel eingestellt wird ist das IR-Abfallverhalten nahezu identisch rechte Grafik Bild Murata