Keramische Vielschichtkondensatoren (Multi-Layer Ceramic Capacitors, MLCC) sind kompakt, kostengünstig und zuverlässig. Sie haben sehr niedrige Ersatzserienwiderstand- (Equivalent Series Resistance, ESR) Werte, womit sie hohe Rippleströme glätten können. Oft werden sie anstelle und/oder parallel von Elektrolytkondensatoren eingesetzt, um die Leistungsfähigkeit eines Systems zu verbessern.
Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierungsforderungen steigt der Bedarf an Kondensatoren mit hoher Kapazität und verbessertem Temperaturverhalten bei kleineren Abmessungen. Im sogenannten HiCap-Bereich (≥ 1 µF) und im Mid-/High-Volt-Bereich (Spannungen von 200 V bis über 450 V und 630 V bis hin zu 5 kV) stoßen diese jedoch schnell an ihre Grenzen. Denn hier sind Kondensatoren der Größe 1812 oder größer (1825, 2220, 2225, 3640, ...) erforderlich. Auch bei der Größe 1210, die ein gewisses Leistungsoptimum darstellt, sind vielfache Parallel- und/oder Reihenschaltungen erforderlich, was wiederum vergleichsweise große Flächen benötigt.
Neben den Kondensatoren befinden sich auf der Leiterplatte in der Regel auch andere, höhere Bauteile, sodass prinzipiell für die Kondensatoren mehr Bauhöhe zur Verfügung steht, die bei Verwendung von Einzel-Chips aber nicht genutzt wird. Um Platz zu sparen, lassen sich mehrere Kondensatoren zu einem Bauteil kombinieren. Sie werden also gestapelt und damit parallelgeschaltet. Im Vergleich zu einem Einzelelement haben sie dadurch einen geringeren ESR und Equivalent Series Inductance (ESL) sowie eine um ein Vielfaches höhere Kapazität entsprechend der Anzahl der verwendeten Chips.
Am häufigsten werden Zwei-Chip-Lösungen in den Größen 1210, 1812 und 2220 angeboten, wobei im Extremfall sogar Lösungen mit bis zu zehn Chips und Baugrößen bis ca. 30 x 50 mm verfügbar sind. Die Einzel-Chips sind dabei meist horizontal mit sogenannten „J“-Leadframes für die SMD-Montage angeordnet. Auch Durchsteckvarianten sind erhältlich. Sie werden jedoch seltener eingesetzt, u. a. wegen der schwierigen Automatisierbarkeit der Montage, die zu höheren Kosten und längeren Produktionszeiten führt. Der Aufbau von MLCC mit Leadframe lässt sich aber auch nutzen, um bei Einzel-Chips die Leistungsfähigkeit und Robustheit gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen zu steigern. Zur weiteren Optimierung hinsichtlich thermischer Belastung und Reduzierung von ESR und ESL sind darüber hinaus auch Designs mit vertikal angeordneten Chips verfügbar.
KEMET bietet als weitere Besonderheit solche Teile auch ohne Leadframes an. Hierfür hat der Hersteller die sogenannte KONNEKT-Technologie entwickelt. Sie verwendet ein innovatives Transient Liquid Phase Sintering- (TLPS) Material, um eine Leadframe- und bleifreie Multi-Chip-Lösung zu schaffen. Dies bringt eine weitere Verbesserung von ESR und ESL sowie eine Steigerung der Volumeneffizienz. Auch diese Kondensatoren gibt es mit horizontal und vertikal angeordneten Chips.
Darüber hinaus sind von TDK spezielle Keramiken mit positivem DC-Bias verfügbar – eine Spezialität des Herstellers. Diese CeraLink-Bauteile eignen sich für Hochfrequenz- und Hochtemperaturanwendungen in der Leistungselektronik, insbesondere bei beengten Platzverhältnissen, hohen Nennströmen, hohen Kapazitätsdichten und hohen Betriebstemperaturen. Der CeraLink-Kondensator besteht aus einer Blei-Lanthan-Zirkonium-Titanat- (PLZT) Keramik in Kombination mit Innenelektroden aus Kupfer. Durch die Ausgewogenheit zwischen hoher Strombelastbarkeit und Kapazität lässt sich mit CeraLink die Anzahl der benötigten Kondensatoren im Vergleich zu MLCC unter Berücksichtigung der Gesamtkosten der Lösung reduzieren. Im Gegensatz zu konventionellen Keramikkondensatoren haben CeraLink-Kondensatoren ihre maximale Kapazität im spezifizierten Arbeitspunkt (positives Bias-Verhalten), die proportional zum Anteil der Ripple-Spannung ansteigt, was sie zum idealen Kondensator für schnell schaltende Wide-Bandgap- (WBG) Halbleiter wie SiC und GaN macht.
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