JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
ImageRoHS-direktivet sysselsatte många personer inom alla delar av elektronikindustrin innan det trädde i kraft den 1 juli 2006. En hel del RoHS-relaterad aktivitet fortsatte även efteråt som en följd av sidoeffekter av lagstiftningen. Förutom RoHS-direktivet ställer nästa generations system krav på komponenter och kretsdesign. Högre hastighet, lägre spänning, högre ström och högre komponenttäthet är bara några av de faktorer som sätter teknisk kunskap och färdighet hos komponenttillverkare på prov. I denna artikel kommer speciell fokus ligga på hur detta påverkar kondensatortillverkare.
ImageMark Osborne har arbetat på NIC sedan 1999 och utnämndes till Europachef i september 2001.
De mest gynnade passiva komponenttillverkarna behövde bara byta tenn/bly-anslutningarna på sina komponenter till blyfria alternativ för att uppfylla RoHS-direktivet. I dessa fall medförde den högre temperaturen i den blyfria lödprocessen inga negativa biverkningar, varken när det gällde fysisk utformning eller prestanda.

Andra komponenter slipper mindre lindrigt undan till exempel komponenter i plastkåpor. Dessa må ha designats för att utsättas för temperaturer som ligger 30 till 40°C lägre i temperatur än de 260 °C som National Electronics Manufacturing Initiative (NEMI) anser nödvändig för omsmältningslödning med blyfria lödprocesser. Högre temperatur kan få plastkåpor att deformeras, smälta eller börja brinna. Det kan vara nödvändigt att ändra platsmaterialet för att klara den högre temperaturen. Temperaturtåligare plastsorter är ofta dyrare än de för standardtemperatur.

För vissa storlekar och typer av kondensatorer med flytande elektrolyt blir utmaningarna att uppfylla RoHS-kraven stora. På grund av sin konstruktion behöver dessa komponenter ofta mer karaktärisering och konstruktionsändringar än andra typer av komponenter.

Bestående av en metallkapsel med impregnerat material är kondensatorer med flytande elektrolyt ingen idealisk konstruktion för höga temperaturer. Dessa kondensatorer utvecklades för att klara lägre temperaturer. Högre temperaturer kan påverka elektrolyten och i vissa fall få aluminiumkondensatorn att svälla eftersom innehållet expanderar. Den mest spektakulära effekten kan bli att kondensatorn exploderar vid den högre omsmältningstemperaturen.

En kombination av olika åtgärder som tjockare godstjocklek och annan sammansättning av elektrolyten har gjort att man löst problemen och att många kondensatorer av den här typen uppfyller RoHS-direktivet.

NIC Components har introducerat sex nya familjer SMT V-Chipkondensatorer som klarar 260 °C lödtemperatur. Dessa kondensatorer behåller viktiga parametrar som lågt ESR (equivalent series resistance), liten storlek och stort temperaturområde samtidigt som de klarar de höga temperaturerna i de blyfria lösprocesserna.

Ett annat fenomen som RoHS-direktivet har fört med sig är att många komponenter inte längre går att få tag i. Detta gäller speciellt vissa integrerade kretsar men också en hel del kondensatorer och andra passiva komponenter. Är efterfrågan på en viss komponent liten kan tillverkaren välja att låta den utgå ur sortimentet i stället för att uppgradera den till att uppfylla RoHS-direktivet.

Utgående komponenter har alltid varit något som man varit tvungen att ta hänsyn till. På senare år har det blivit ett större problem i och med att RoHS-direktivet har medfört att antalet utgångna komponenter har blivit stort.

Blyfria löd är svårare att arbeta med än tidigare bly/tennföreningar. Blyförbudet i lod har medfört att man tvingats öka storleken på och avståndet mellan ledarbanor och anslutningspaddar på mönsterkortet. Potentiella problem som dålig vätning av paddar och pläterade vior och större ytspänning kan medföra risk för ”tomb stoning” (kretsarna reser sig upp) och att kretskortet blir skevt.
Dubbelsidiga kretskort genomgår vanligtvis två omsmältningslödningar och en våglödning och i vissa fall även partiell handlödning. Risken för komponentfel på grund av den högre processtemperaturen ökar påtagligt. Man måste ta hänsyn till antalet uppvärmningscykler och försöka montera de känsligaste komponenterna sent i processcykeln.

RoHS-direktivet har fått mycket publicitet men industrins pågående förändring mot lägre spänningar, högre strömmar och högre frekvenser har fortgått under tiden. Det är en trend som understötts av halvledarnas kontinuerligt sjunkande matningsspänning. Samtidigt har funktionaliteten ökat och trots de lägre matningsspännigarna har inte det totala effektbehovet ökat. Dessa faktorer har skapat ett behov av kondensatorer med minsta möjliga ESR.

Den högre integrationsgraden på integrerade kretsar har gjort det möjligt att tillfredsställa kundernas önskemål på små produkter. För att göra små produkter måste även passiva komponenter som kondensatorer bli mindre.
Komponenttillverkare som NIC Components har tagit fram lösningar för att uppfylla önskemålen på små kondensatorer med lågt ESR med nya format och konstruktioner.

Genom att använda polymerer i stället för manganoxid (MgO2) i katoden får man lägre ESR, högre rippelströmstålighet och mindre risk för självantändning vid fel. Dessa nya kondensatorer kapslas i små platta, gjutna kapslar och kan användas som ersättare till tantal- eller aluminiumkondensatorer. Typiska användningsområden är likspänningsomvandlare, kraftaggregat och spänningsreglermoduler.

Byter man ut den blöta elektrolyten mot torr polymer får man mycket lågt ESR med högt RCR (Ripple Current Rating). Bytet gör också att kondensatorn inte torkar ut vilket gör att livslängden blir längre vid hög temperatur. Elektrolytkondensatorer med polymerelektrolyt har samma storlek som tidigare elektrolytkondensatorer och är lämpliga att ersätta många chiptantalkondensatorer.

Aluminiumkondensatorer baserade på flytande elektrolyt har länge varit en fullgod lösning. I och med introduktionen av den torra elektrolytkondensatorn har man fått ett alternativ med många prestanda- och tillämpningsfördelar. Emellertid är dessa kondensatorer ofta för dyra för många tillämpningar. Det finns en plats på marknaden för kondensatorer som är någonting mellan flytande och torr elektrolyt när det gäller prestanda och pris. Hybridkondensatorer, som till viss del är torra och till viss del flytande, fyller denna plats. De har ESR och rippelvärden som ligger mitt emellan torr och flytande elektrolyt och passar bättre de högre processtemperaturer som gäller efter 1 juli.

RoHS-direktivet gav upphov till en genomgång av de tekniska möjligheterna för tillverkare av passiva komponenter. De som var upptagna med att få fram mindre kondensatorer med lågt ESR för tillämpningar med hög arbetsfrekvens fick ytterligare en utmaning. Det stora antalet kondensatorer på marknaden idag som uppfyller RoHS-direktivet visar att utmaningen har klarats av.
MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus