탄탈륨 커패시터는 새로운 디자인에 안전하게 사용할 수 있습니까?

"고체 탄탈륨"커패시터는 위험하고 화재를 유발할 수 있고, 단락이 발생할 수 있으며, 매우 짧은 과전압 스파이크에도 치명적이라고 제안했습니다.

탄탈륨 커패시터는 신뢰할 수 있습니까?

일반 회로 및 새로운 디자인에 안전하게 사용할 수 있습니까?

요약:

탄탈 커패시터는 "올바로 사용될 때"신뢰성이 높습니다.
이 제품은 알루미늄 습식 전해 커패시터와 같은 기존의 대안에 비해 상대적으로 낮은 내부 저항과 낮은 인덕턴스로 인해 볼륨 당 높은 정전 용량과 우수한 디커플링 특성을 제공합니다.

'캐치'는 "적절하게 사용 된 경우"한정자에 있습니다.
탄탈륨 커패시터에는 정격 모드보다 약간만 전압 스파이크에 의해 트리거 될 수있는 고장 모드가 있습니다. 커패시터 고장에 상당한 에너지를 제공 할 수있는 회로에서 사용될 경우 커패시터의 화염 및 폭발 및 커패시터 단자의 낮은 저항 단락으로 열 폭주가 발생할 수 있습니다.

사용되는 회로를 "안전하게"하려면 엄격하게 설계되고 설계 가정이 충족되어야합니다. '항상 그런 것은 아닙니다'.
탄탈륨 커패시터는 진정한 전문가 또는 불필요한 회로에서 '충분히 안전'하며 그 장점으로 인해 매력적입니다. " 단단한 알루미늄"커패시터 와 같은 대안 은 유사한 장점을 가지며 치명적인 고장 모드가 없다.

현대의 많은 탄탈륨 커패시터에는 다양한 종류의 퓨즈를 구현하는 보호 메커니즘이 내장되어 있습니다.이 메커니즘은 고장이 발생 했을 때 커패시터를 단자에서 분리하고 대부분의 경우 PCB 숯 을 제한 하도록 설계되었습니다 . '언제', '제한'및 '가장'이 허용 가능한 설계 기준이고 / 또는 설계 전문가이고 공장이 항상 모든 것을 올바르게 이해하고 응용 환경이 항상 잘 이해되면 탄탈륨 커패시터가 적합합니다. .

더 길게:

솔리드 탄탈륨 커패시터는 잠재적으로 재난이 일어나기를 기다리고 있습니다.
요구 사항이 충족되도록 보장하는 엄격한 설계 및 구현은 매우 안정적인 설계를 생성 할 수 있습니다. 실제 상황에서 항상 사양을 벗어나지 않는 것이 보장되면 탄탈륨 캡이 잘 작동 할 수 있습니다.

일부 최신 탄탈륨 커패시터에는 고장 방지 (예방과 반대로) 메커니즘이 내장되어 있습니다. 다른 스택 교환 질문에 대한 의견에서 Spehro는 다음과 같이 말합니다.

• Kemet의 Polymer-Tantalum 캡에 대한 데이터 시트는 부분적으로 다음과 같이 말합니다. "KOCAP는 또한 표준 MnO2 탄탈룸 유형에서 발생할 수있는 점화 실패를 제거하는 양성 실패 모드를 나타냅니다."

  이상하게도 나는 다른 데이터 시트에서 "점화 실패"기능에 대해 아무것도 찾을 수 없습니다.

고체 탄탈 전해 커패시터는 전통적으로 페일 모드를 가졌으며, 이는인가 된 전압이 정격 전압을 초과하는 비율을 작은 비율 이상으로 제거하기 위해 엄격하게 설계되지 않았거나 엄격하게 설계되지 않은 고 에너지 회로에서 사용하기에 의심의 여지가있다.

탄탈륨 캡은 전형적으로 탄탈륨 과립을 함께 소결시켜 부피당 거대한 표면적을 갖는 연속 전체를 형성 한 다음 화학 공정에 의해 외부 표면 위에 얇은 유전체 층을 형성함으로써 제조된다. 여기서 "얇은"은 새로운 의미를 취합니다. 층은 정격 전압에서 고장을 피하기에 충분히 두껍고 정격 전압을 크게 초과하지 않는 전압에 의해 구멍을 뚫을 정도로 얇습니다. 예를 들어 10V 정격 캡의 경우 러시아어 룰렛을 사용하면 15V 스파이크가 적용된 동작을 바로 실행할 수 있습니다. 산화물 층이 천공 될 때자가 치유되는 경향이있는 Al 습식 전해 캡과 달리, 탄탈륨은 치유되지 않는 경향이있다. 소량의 에너지는 국부적 인 손상과 전도 경로의 제거로 이어질 수 있습니다. 캡에 에너지를 제공하는 회로가 실질적인 에너지를 제공 할 수있는 경우, 캡은 이에 대응하는 저 저항 단락을 제공 할 수 있고 전투가 시작된다. 냄새, 연기, 불꽃, 소음 및 폭발로 이어질 수 있습니다. 한 번의 실패로 모든 것이 순차적으로 발생하는 것을 보았습니다. 처음에는 아마도 30 초 동안 수수께끼의 나쁜 냄새가있었습니다. 그 다음 큰 소리로 소리가 들리고, 5 초 동안 불꽃이 튀어 나와 소리가 울려 퍼지고 폭발이 일어납니다. 모든 장애가 감각적으로 만족 스럽지는 않습니다. 그 다음에 5 초 동안 불꽃이 튀어 나와 만족스러운 울림 소리와 인상적인 폭발이 일어났습니다. 모든 장애가 감각적으로 만족 스럽지는 않습니다. 그 다음에 5 초 동안 불꽃이 튀어 나와 만족스러운 울림 소리와 인상적인 폭발이 일어났습니다. 모든 장애가 감각적으로 만족 스럽지는 않습니다.

과전압 고 에너지 스파이크의 완전한 부재를 보장 할 수없는 경우, 대부분의 전원 공급 회로는 아니지만 많은 경우에 탄탈룸 고체 전해 캡을 사용하는 것이 훌륭한 서비스 공급원 (또는 무서운 부서) 호출이 될 것입니다. Spehro의 참조를 기반으로 Kemet은 이러한 실패의 더 흥미로운 측면을 제거했을 수 있습니다. 그들은 여전히 ​​최소한의 과전압에 대해 경고합니다.

실제 실패 :

위키 백과-탄탈륨 커패시터

• 대부분의 탄탈륨 커패시터는 양극 및 음극 단자이며 뚜렷한 양극 및 음극 단자가 있습니다. 역 극성 (약간 짧게)에 노출되면 커패시터가 분극화되고 유전체 산화층이 파손되어 나중에 올바른 극성으로 작동 할 때도 고장날 수 있습니다. 고장이 단락 (가장 일반적인 경우)이고 전류가 안전한 값으로 제한되지 않으면 치명적인 열 폭주가 발생할 수 있습니다 (아래 참조).

Kemet-탄탈륨 커패시터에 대한 애플리케이션 노트

• 섹션 15. (79 페이지)를 읽고 손을 잡고 걸어가십시오.

AVX-솔리드 탄탈륨 및 니오브 커패시터에 대한 전압 경감 규칙

• 수년 동안 사람들이 탄탈륨 커패시터 제조업체에 제품 사용에 대한 일반적인 권장 사항을 요구할 때마다“최소 50 %의 전압 감소가 적용되어야합니다”라는 합의가 이루어졌습니다. 이 경험 법칙은 탄탈륨 기술에 대한 가장 보편적 인 설계 지침이되었습니다. 이 백서는이 진술을 다시 검토하고, 응용 프로그램에 대한 이해를 고려할 때 이것이 반드시 그런 이유가 아닌 이유를 설명합니다.

  최근 니오브 및 산화 니오브 커패시터 기술의 도입으로, 이러한 커패시터 제품군에 대한 경감 논의가 확대되었다.

비 쉐이-솔리드 탄탈륨 커패시터 FAQ

• . 퓨즈 형 (VISHAY SPRAGUE 893D)과 비 퓨즈 형 표준 (VISHAY SPRAGUE 293D 및 593D) 탄탈륨 캐퍼시터의 차이점은 무엇입니까?

  A. 893D 계열은 고전류 응용 제품 (> 10A)에서 작동하도록 설계되었으며 "전자"퓨징 메커니즘을 사용합니다. ... I2R이 퓨즈를 활성화하는 데 필요한 에너지보다 낮기 때문에 893D 퓨즈는 2A 아래에서 "열리지"않습니다. 2와 3A 사이에서 퓨즈는 결국 활성화되지만 일부 커패시터와 회로 보드 "charring"이 발생할 수 있습니다. 요약하면, 893D 커패시터는 커패시터 "실패"로 인해 시스템 오류가 발생할 수있는 고전류 회로에 이상적입니다.

  타입 893D 커패시터는 커패시터 또는 회로 보드 "충전"을 방지하고 일반적으로 커패시터 장애와 관련 될 수있는 회로 중단을 방지합니다. 전원에서 "단락 된"커패시터는 전류 및 / 또는 전압 과도 현상을 일으켜 시스템 종료를 유발할 수 있습니다. 893D 퓨즈 활성화 시간은 대부분의 경우 과도한 전류 드레인 또는 전압 스윙을 제거하기에 충분히 빠릅니다.

커패시터 가이드-탄탈륨 커패시터

• ... 탄탈륨 커패시터 사용의 단점은 열 폭주, 화재 및 작은 폭발로 이어질 수있는 불리한 고장 모드이지만 전류 제한 기 또는 열 퓨즈와 같은 외부 페일 세이프 장치를 사용하면이를 방지 할 수 있습니다.

이 모자상 한

• 설명 할 수없는 탄탈륨 커패시터 오류가 발생한 제조업체에서 일하고있었습니다. 커패시터가 단지 고장난 것은 아니지만 고장은 치명적이며 PCB (인쇄 회로 기판)를 고칠 수 없게 만들었습니다. 설명이없는 것 같습니다. 이 소형의 전용 마이크로 컴퓨터 PCB에 대한 오용 문제는 발견되지 않았습니다. 더 나쁜 것은 공급 업체가 우리를 비난했습니다.

  탄탈륨 커패시터 고장에 대한 일부 인터넷 조사를 수행 한 결과, 탄탈륨 커패시터의 펠릿에는 제조 과정에서 해결해야 할 사소한 결함이 포함되어 있습니다. 이 과정에서 전압은 저항을 통해 정격 전압에 가드 밴드를 추가하여 점차적으로 증가합니다. 직렬 저항은 제어되지 않은 열 폭주가 펠릿을 파괴하는 것을 방지합니다. 또한 제조 과정에서 고온에서 PCB를 납땜하면 응력이 펠릿 내부의 미세 균열을 유발할 수 있음을 알게되었습니다. 이러한 미세 파괴로 인해 임피던스가 낮은 애플리케이션에서 장애가 발생할 수 있습니다. 마이크로 파괴는 또한 장치의 정격 전압을 낮추어 고장 분석이 고전적인 과전압 고장을 나타냅니다. ...

관련 :

AVX-솔리드 탄탈륨 커패시터의 서지

솔리드 탄탈륨 커패시터의 고장 모드 및 메커니즘-Sprague / IEEE abstract 전용. -1963 년

다른 기술에 의해 만들어진 탄탈륨 커패시터의 AVX- 실패 모드 -나이? -2001 년쯤?

표면 실장 고체 탄탈륨 커패시터의 특성에 대한 수분의 영향 -AVX 지원이 포함 된 NASA-약 2002?

허스트-위조 부품을 발견하는 방법

때로는 쉽습니다 :-) :

추가 된 1/2016 :

관련 :

표준 습식 알루미늄 금속 캔 커패시터의 역 극성을 테스트합니다.

간결한:

올바른 극성을 위해 전위는 ~ = 접지입니다. 역 극성의 경우 q %인가 전압의 상당한 백분율 일 수 있습니다.
내 경험에서 매우 신뢰할 수있는 테스트.

더 길게:

std wet Al 캡의 경우 오래 전에 다른 곳에서는 언급하지 않았지만 충분히 알려진 역 삽입 테스트를 발견했습니다. 이것은 금속이 테스트를 위해 접근 할 수있는 캡에 효과적입니다. 대부분 슬리브가 추가되는 방식으로 상단 중앙에 편리한 지점이 있습니다.

회로의 전원을 켜고 각 캡의 접지에서 캔까지의 전압을 측정하십시오. 이것은 전압계---납 리드 접지 및 지퍼 주위 캔으로 매우 빠른 테스트입니다.

• 올바른 극성의 캡은 거의 바닥에 있습니다.

• 역 극성의 캡은 공급의 일부에 캔을 가지고 있습니다. 아마도 ~~~ = 50 %입니다.

내 경험에서 안정적으로 작동합니다.

일반적으로 캔 표시를 사용하여 확인할 수 있지만 의도 된 방향이 알려져 있고 명확해야합니다. 그것이 좋은 디자인에서 일반적으로 일관성이 있지만 이것은 결코 확실하지 않습니다.

소형의 저렴한 고가 (10uF 이상, 6.3, 10, 16V 등 정격) X5R 및 X7R (합리적인 유전체) 세라믹 커패시터의 출현으로 탄탈륨 커패시터를 고려해야 할 이유가 훨씬 적어 보입니다.

차이점 중 하나는 탄탈륨 캡에 옴 정도의 ESR이 있다는 것입니다. 일부 LDO 레귤레이터에서는 LDO가 밴시처럼 진동하지 않는다는 장점이 있습니다. 그런 경우에는 세라믹 커패시터와 직렬 저항을 사용하는 것이 좋습니다.

민감한 아날로그 회로에서는 마이크로 포 닉스가 감소 된 세라믹 캡 (탄탈륨이 압전 활성으로 인한 세라믹 캡)에 비해 탄탈륨에 유리할 수 있다고 생각합니다.

그것들을 사용하는 한 가지 지침 : 실패시 캡을 통한 전류가 엄격히 제한되면 계속하십시오.

무엇으로 제한 되었습니까? 0.1A를 제안합니다. 나는 그것들을 사용하여 1A 또는 그 이상의 공급 레일을 분리하는 것을 조심스럽게 생각하고 개인적으로 10A 공급 장치에서 사용하지 않을 것입니다. (거기서 불꽃 놀이를 보았습니다. 러셀의 그림은 과장되지 않았습니다.) 나는 정말로 "안전한"전류에 대한 확실한 증거가 없다고 말해야하며이 수치들에 대한 의견은 환영받을 것입니다.

그러나 아날로그 회로의 많은 공급 장치 또는 바이어스 전압은 상대적으로 높은 소스 임피던스 또는 엄격하게 제한된 전류를 가지고 있으므로 여기서 사용합니다.

새로운 정보를 기반으로 편집하십시오 ...

최소한 하나의 제조업체가 매우 유사한 패키징과 범위의 값과 전압으로 Niobium Oxide 커패시터를 제공 하고 있습니다. 여기에 설명 된 탄탈 럼 문제에 대한 암묵적 인 승인으로 읽을 수있는 데이터 시트 에는 "실패한 OxiCap®이 범주 전압까지 올라가지 않습니다"라는 문장과 귀여운 로고가 들어 있습니다 ...

[면책 조항 : 나는이 커패시터를 사용하거나 주장을 확인하려고 시도하지 않았습니다!]

"큰 MLCC 대신 탄탈륨이 필요한 이유"에 대한 간단한 참고 사항 :

X5R 및 유사한 유전체를 가진 MLCC는 0V 바이어스로 특성화됩니다. 그러나, 예를 들어 정격 전압의 100 %에서 작동 할 때 유효 차동 용량은 정격의 10 %에 불과할 수 있습니다 (!). 특히 정격 전압이 높은 초소형 캡은 바이어스시 용량이 크게 감소합니다.

예 1 : 0402 MLCC, X5R, 10µF, 6.3V : 약 3V에서 왼쪽으로 3.5µF.

예 2 : 0402 MLCC, X5R, 2.2µF, 25V : 약 3V에서 1.0µF (!) 남았습니다.

이 데이터는 TDK의 온라인 데이터 시트에 잘 나와 있습니다.

내 측면에서 몇 가지 추가 사항 :
예, 탄탈 캡이 안전하다고 말할 수 있습니다.
이들은 소비자 휴대용 장치 (노트북, 스마트 폰-캡으로 인해 스마트 폰에서 불이 들어 본 적이 없다)의 "거친"환경에서 사용될뿐만 아니라 심장 박동기, 달팽이관 임플란트 또는 척추와 같은 의료 임플란트에도 사용됩니다. 코드 자극기.

신뢰성과 관련하여 작동 전압은 가장 큰 영향을 미칩니다 (온도보다 훨씬 높음).
다음 NASA 문서에 따르면 가속 계수는 AF = exp {(V / VR-1) * 18.772}입니다. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf

의료용 임플란트의 경우 Vishay가 제안한 디 레이팅은 40 %입니다 (따라서 10V의 경우 16V 캡 또는 6V 응용의 경우 10V 정격). 위 공식에 따르면 수명의 증가는 1140의 요소입니다.

Pls. 실패하지 않는 시스템이 없다는 점을 항상 명심하십시오. 유일한 문제는 누적 오류의 시간입니다. 인피니언에서 석사 학위 논문을 만들었습니다. 안전에 중요한 자동차 시스템의 MOSFET은 최대 10 분 동안 작동 할 때 10.000 시간 내에 10ppm의 허용 고장률을 가졌다는 것을 기억합니다. 조건 (온도 및 전압)

선탠이 더 나은 공간 제한 응용 프로그램이있을 수 있지만 그게 전부입니다. 할 수 있으면 선탠을 피합니다. 연기가 나면 일반적인 부품이 고장납니다. 높은 턴온 전류 서지를 좋아하지 않아 대부분의 전원 공급 장치 필터링에 적합하지 않습니다. 최소한 최대한 높은 전압 부분을 사용하십시오. 그들은 자기 치유를 해칠 수있는 높은 습도를 좋아하지 않습니다. 세라믹은 더 나은 결과를 얻었으며 알루미늄과 같은 여러 응용 분야에서 대체 할 수 있습니다.