Condensadores de cerámica (MLCC) versus tantalio

Desde la perspectiva de un diseñador de productos electrónicos, pero también teniendo en cuenta el precio/costo y las consideraciones sociales (consulte el enlace sobre ética y extracción de coltán a continuación), tiendo a evitar los capacitores de tantalio en muchas circunstancias, mientras prefiero los capacitores cerámicos multicapa (MLCC) .

Mi pregunta, sin rodeos, es: ¿ En qué casos específicos debo tener cuidado y continuar usando capacitores de tantalio? Todo tipo de respuestas y enfoques técnicos a este asunto me serán de gran utilidad (y seguramente para otros diseñadores).

Algunos aspectos específicos a investigar:

  • Circuito equivalente en serie.
  • Microfonía. ¿Qué tan malos son realmente los MLCC en este sentido?
  • Dependencia de la capacitancia con el voltaje y la temperatura.
  • Modos de sobretensión y fallo.
  • Esperanza de vida y fiabilidad.

Contexto adicional:

  • Me refiero específicamente a la tecnología de montaje en superficie (SMT), suponiendo que más del 90 % de todos los capacitores electrolíticos de tantalio se fabrican en estilo SMD.
  • Me estoy centrando aquí en productos electrónicos de consumo de gran volumen, descartando específicamente aplicaciones electrónicas de alta potencia, donde pueden aplicarse otras consideraciones. No descarto los circuitos de gestión/conversión de energía, donde las consideraciones anteriores son clave para los capacitores.
  • Puede leer más sobre el impacto social del coltán en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics
Entonces, básicamente, "cuándo las necesidades técnicas anulan mi ética", lo que conduce a una respuesta diferente para cada persona que no conduce a nada más que opiniones.
Cuando se habla de productos electrónicos de consumo de gran volumen, cada centavo cuenta, solo si su empresa es lo suficientemente grande como para reducir el margen, podrá utilizar la solución más costosa.
"Me estoy centrando aquí en productos electrónicos de consumo de gran volumen, descartando específicamente aplicaciones de electrónica de potencia, donde pueden aplicarse otras consideraciones". ¿Entonces no le interesan las aplicaciones de gestión y conversión de energía dentro de los productos de consumo? Ahí es donde la elección del capacitor es más crítica por muchas de las razones que enumeró.
Mi regla es no tantalio. Período. Diseño dispositivos de mano que funcionan con baterías para el mercado de consumo. Si necesito más de 22 uF, uso electrolítico de aluminio. La mayoría de las veces 22 uF es suficiente. Esto no está impulsado por la ética. Está impulsado por mis recuerdos de pesadilla de la gran escasez de tantalio durante la era del auge de las puntocom. Mis circuitos no son del tipo que tendrían problemas con la microfonía. Pero tengo entendido que puede ser un problema real en algunas aplicaciones.
@mkeith: entonces no puedes trabajar en Apple...
Si voy a trabajar en Apple y quieren que diseñe en tantalio, por supuesto que lo haré. Apple tiene la capacidad de obtener piezas cuando otras empresas no pueden. Los proveedores dan prioridad a Apple (incluso desasignando el suministro prometido a otras empresas). Y Apple tiene márgenes que pueden absorber los altos precios del tantalio si llegara a eso. Aunque también tienen la capacidad de negociar buenos precios.
@mkeith ¡Gracias! Básicamente, ha resumido mi regla (MLCC para hasta 20-22uF, Alu para cualquier cosa por encima de eso).
@ John-d Tienes toda la razón. Mi declaración sobre "aplicaciones de electrónica de potencia" no es muy clara. Tenía la intención de decir que no estaba interesado en aplicaciones de alta potencia. Pero eso no significa descartar los circuitos de conversión de energía, que prácticamente se necesitan en todas partes. Actualizaré mi pregunta original.
Gracias por compartir la información sobre la extracción de coltán. Muy revelador.

Respuestas (4)

Hay muchas notas de aplicación sobre esto. Google para "Tantalio vs condensadores cerámicos".

Los condensadores cerámicos son los mejores para su ESR y ESL. Para que puedan manejar enormes corrientes de ondulación a un menor aumento de temperatura en las fuentes de alimentación. Del mismo modo, no alteran la calidad de la señal en los sistemas de alta velocidad (capacitores de acoplamiento de CA). Pero sus características de DC Bias son pobres. Como un 47uF X5R 6.3V es ~23uF @ 3.3V. Esta baja ESR y ESL puede ser mala en algunos casos. Por ejemplo, algunos convertidores Buck que requieren suficiente ondulación en la salida para ser estables. Y un ESL más bajo reaccionará con las capacitancias del cable para dar oscilaciones innecesarias.

Los condensadores de tantalio son mejor conocidos por su eficiencia volumétrica y su bajo costo, pero son propensos a fallar debido a las sobretensiones. Existen alternativas como los POSCAP (condensadores de polímero).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias por sus útiles comentarios. ¿Puede, por favor, indicar la fuente de referencia de la tabla que ha adjuntado?
Google para "Tantalum vs Ceramic Capacitors" 1st o 2nd link tiene este pdf del cual tomé esta tabla... ....

Podría agregar: a los tants no les gustan las aplicaciones en las que son posibles altas sobrecorrientes de encendido... salida de un regulador sí (la corriente es limitada)... entrada a un regulador no (probablemente la corriente no sea limitada). Esto se puede mitigar en parte reduciendo el voltaje tanto como sea posible, usando un tant de 35v en una aplicación de 10 voltios, por ejemplo.

Mi decisión de usar capacitores de cerámica o tantalio en la mayoría de los casos se basa en el costo. Cuando necesito capacitancias mayores a 10uF, los capacitores cerámicos son costosos y los capacitores de tantalio son una buena opción.

El único lugar donde los he visto [personalmente] en un producto de mercado masivo este siglo fue en el VCO [para la conexión inalámbrica] de un teléfono inalámbrico Uniden.

Ya que me hizo sentir curiosidad por esto, busqué un poco en Google (para tantalio y VCO) y encontré MAX2572EVKIT que no es muy antiguo (2004), y tiene algunas tapas de tantalio en su lista de materiales. Este es un VCO GSM. También encontraron un desmontaje de un teléfono GSM [bastante antiguo], y encontraron tapas de tantalio en él, pero no dicen en qué subsistema.

También encontré algunos en la hoja de datos de HMC836LP6CE ; esto no está claramente fechado, pero el número de revisión parece 2011 o 2012. Este es un 4G PLL/VCO , por lo que no puede ser increíblemente antiguo. Otro desmontaje encontró algunos en la PCB del iPhone 6 ; estos fabricados por Rohm, su papel en el teléfono no se menciona allí, pero afirman ser "el condensador más caro del iPhone 6".

También tenga en cuenta esta historia para una tapa de tantalio en un módulo Arduino GSM que se incendia. Por supuesto, la selección de piezas para un escudo Arduino probablemente se haga con estándares mucho más bajos que los de Apple...

No me queda del todo claro a qué te refieres con "descartar aplicaciones específicamente de electrónica de potencia", pero en caso de que a otros les interese esto, también se encontraron algunas en el desmontaje de un cargador de iPhone .

¡Gracias por sus enlaces útiles y su gran conocimiento! Tiene razón, mi afirmación sobre "aplicaciones de electrónica de potencia" no es muy clara. Tenía la intención de decir que no estaba interesado en aplicaciones de alta potencia . Pero eso no significa descartar los circuitos de conversión de energía, que prácticamente se necesitan en todas partes.
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