I miglioramenti dei processi e le innovazioni dei materiali consentono agli odierni condensatori in ceramica di funzionare in ambienti ad alta frequenza, alta temperatura e alti transienti. I condensatori in ceramica sono in grado di gestire quantità superiori di carica in pacchetti di dimensioni più compatte e consentono ai progettisti di ottenere prestazioni migliori con condensatori più efficienti.
I condensatori in ceramica sono a valore fisso con un dielettrico in ceramica. Il tipo più comune è il condensatore in ceramica multistrato con montaggio su superficie, anche se in alcune applicazioni vengono utilizzati quelli passanti in ceramica e disco in piombo e quelli in ceramica senza disco in piombo a microonde. La composizione del materiale in ceramica definisce il comportamento elettrico e pertanto le applicazioni.
Poiché gli odierni dispositivi elettronici richiedono frequenze superiori per il funzionamento, i fornitori di condensatori hanno migliorato le formulazioni in ceramica per garantire il corretto funzionamento a tali frequenze.
Ad esempio, AVX Corp. offre la serie GXOS di condensatori a banda ultralarga (Figura 1) progettati per gestire i blocchi DB da 16 kHz a 40 GHz. I condensatori sono progettati per essere montati su strisce di larghezza inferiore a 20 mils. I condensatori sono tarati a 0.1 microfarad con una tensione nominale di 6,3 V CC a 85 °C.
Figura 1: I condensatori a banda ultralarga serie GXOS di AVX. (Fonte: AVX Corporation)
La riduzione dei disturbi piezoelettrici è un altro problema dei fornitori di condensatori. I condensatori in ceramica con riduzione dei disturbi piezoelettrici risultano estremamente utili nei circuiti a elevato dv/dt. KEMET Electronics Corp. ha recentemente presentato il primo condensatore con alloggiamento 0402 a 250 V con valori fino a 330 picofarad. Il materiale usato nei condensatori elimina i disturbi piezoelettrici, garantisce un'elevata stabilità termica e assenza di ritardo di capacità con il passare del tempo.
I condensatori in ceramica vengono sempre più miniaturizzati. Secondo Ron Demcko, le formulazioni in ceramica di AVX continuano a essere sviluppate e migliorate per garantire un funzionamento stabile a prescindere dalla temperatura ed essere in grado di sostenere stress di tensioni superiori, per consentire l'uso di strati dielettrici più sottili.
La tecnologia di elaborazione di precisione a consentito a Murata di sviluppare uno degli alloggiamenti più piccoli disponibili sul mercato, il modello 008004, che misura 0,25 x 0,125 mm (Figura 2). Questi condensatori richiedono un'area di montaggio corrispondente a circa metà di un alloggiamento da 0,1005 case (0,4 x 0,2 mm), che era in precedenza quello più piccolo sul mercato.
Figura 2: Condensatori con alloggiamento 008004 di Murata (Fonte: Murata Americas)
Murata ha inoltre applicato questa tecnologia per includere una maggiore capacità in altri alloggiamenti industriali. La società oggi è in grado di offrire condensatori da 2,2 microfarad nell'alloggiamento 0201 (0,024 x 0,012 pollici) e da 22 microfarad nell'alloggiamento 0402 (0,039 x 0,020 pollici).
Funzionamento ad alta temperatura
La possibilità di resistere ad alte temperature è un'altra caratteristica dei condensatori in ceramica di ultima generazione. Gli MLCC serie AT di AVX sono in grado di funzionare a lungo termine a 50°C nelle applicazioni militari e commerciali. I condensatori vengono forniti con capacità da 100 pF a 1 microfarad, e tolleranze di +/-5, 10 o 20%.
KEMET ha anche investito molto nelle formulazioni C0G (NP0) e X7R per produrre condensatori in ceramica in grado di operare a temperature superiori a 150°C e con tensioni maggiori di 200 V, ha affermato Scott Carson, product marketing manager.
Secondo Carson, KEMET ha sviluppato formulazioni dielettriche personalizzate estremamente affidabili anche alle alte temperature, ha migliorato le materie prime con particelle estremamente pure e ad elevato contenuto di cristalli, ha migliorato i metodi di dispersione e di frantumazione delle polveri per la produzione di strati di ceramica ed elettrodi e ha ottimizzato la tecnologia di impilamento e laminazione di strati più sottili.
Gli ambienti del gruppo scheda e della saldatura ad alta temperatura che i condensatori devono essere in grado di sostenere hanno creato la necessità di avere a disposizione condensatori in grado di sopportare la flessione della scheda. AVX, ad esempio, offre una terminazione FlexiTerm™ che consente ad alcuni MLCCs di gestire flessioni di scheda fino a 5 mm senza errori.
Analogamente, i condensatori per il settore automobilistico VJ ….31X (Figura 3) di Vishay Intertechnology hanno terminazioni polimeriche flessibili per una maggiore protezione dai danni causati dalla flessione della scheda. Tali condensatori sono disponibili con die C0G (NP0), X7R e X8.
Figura 3: condensatori per il settore automobilistico VJ ….31X di Vishay. (Fonte: Vishay Intertechnology)
Condensatori a foro passante
Benché i principali miglioramenti abbiano riguardato i condensatori in ceramica con montaggio a superficie, sono state apportate modifiche anche a quelli a foro passante. Secondo Frank Yang, Application Engineer di Murata Americas, i condensatori in ceramica a foro passante continuano a essere utilizzati, ad esempio, in ambienti sottoposti a elevate vibrazioni, in cui sono presenti formature in piombo o saldature oppure in cui non è consigliato utilizzare schede PC.
Murata ha presentato i condensatori in ceramica monolitici piombati assiali serie RCE per le applicazioni del settore automobilistico. Tali condensatori cono conformi ai requisiti AEC-Q200 e del test di sovracorrente ISO7637-2. I dispositivi hanno un intervallo di capacità compreso fra 1,0 picofarad e 22 microfarad e una tensione nominale compresa fra 25 V e 1 kV.
KEMET ha ingrandito la propria linea di condensatori assiali per alte temperature Animax (Figura 4), utilizzando le stesse tecnologie interne delle piattaforme dielettriche X8L e X8R con montaggio a superficie di KEMET. Progettati per ambienti con alte vibrazioni, tali condensatori resistono a temperature fino a 150 °C con capacità fino a 2,2 microfarad e tensioni fino a 50 V.
Figura 4: Condensatori assiali per alte temperature Animax di KEMET. (Fonte: KEMET Electronics Corp.)
I condensatori Animax sono progettati per il disaccoppiamento, bypass e l'applicazione di filtri in settori quali quello della trivellazione, automobilistico, della difesa e aerospaziale.
Stabilità sui mercati
Analogamente agli altri settori di componenti, il mercato dei condensatori in ceramica ha subito le conseguenze delle crisi economiche e degli eventi che hanno inciso sulla catena di fornitura dei componenti elettronici. Il terremoto di Tohoku, Giappone, di quattro anni fa ha avuto serie ripercussioni sulla fornitura di titanato di bario e altri materiali titanati utilizzati nella produzione di condensatori in ceramica. Per tale motivo, gli OEM hanno deciso di fare scorte di condensatori in ceramica. Ciò ha di conseguenza portato a forniture eccessive.
Le attuali ricerche di mercato prevedono che una crescita nei prossimi anni dei condensatori di mercato grazie alla richiesta per smartphone e dispositivi mobili, TV e computer. Da diverso tempo i prezzi dei condensatori, in particolare quelli con chip in ceramica multistrato MLCC, sono in calo. Mark Obuszewski, Worldwide Business/Marketing Manager di AVX ritiene che ciò valga soprattutto per i componenti con elevato CV.
Le alte richieste del settore automobilistico e di quello degli smartphone hanno contribuito a stabilizzare i prezzi, come indicato da Frank Yang di Murata. I fornitori di condensatori ritengono che tali settori resteranno i principali sbocchi per il prossimo futuro.
"Non prevediamo alcun importante consolidamento fra i fornitori di ceramica", ha affermato Mark Obuszewski di AVX. "Alcuni dei fornitori minori potrebbero venire acquistati, ma non prevediamo importanti cambiamenti di scenari".