В каких конденсаторах содержится тантал
Фото танталовых конденсаторов. Из открытых источников.
Тантал не относится к числу благородных металлов и стоит на порядок дешевле чем, например золото, платина или палладий. Тем не менее, тантал весьма востребован в скупке и присутствует практически в любой современной или советский радиотехнике. Благодаря обширному количеству и возможности выгодной продажи, заработать на сборе данного металла может практически каждый золотоискатель.
Конденсаторы К52
Цена за килограмм тантала извлеченного из радиодеталей, сегодня варьируется в пределах от 8000 до 17000р. В 90% случаев данный металл встречается в электролитических конденсаторах, некоторые из которых имеют серебряный и даже палладиевый корпус (в корпусе конденсатора К52-1 содержит 1 грамм серебра), ввиду чего ценник таких деталей в приемке может достигать 80 000 – 100 000р за кг.
Чтобы найти тантал в бытовых приборах, следует четко понимать, где и для чего он применяется.
Более 60% годовой добычи металла (порядка 1400 тонн) используется для изготовления небольших электролитических конденсаторов. Их применение находит себя в современных запоминающих устройствах, аппаратах телекоммуникационной связи, вычислительной и сложной радиотехнике. Также тантал применяется в медицине и химической промышленности.
В быту в наибольших количествах танталовые конденсаторы встречаются в таких устройствах советского производства как импульсные источники питания, профессиональная и полупрофессиональная аудио аппаратура, а также устройства связи. Кроме того, практически любая современная или советская «умная» техника, имеющая высокочастотные платы, также содержит элементы, выполненные из тантала.
Фото из открытых источников.
Конкретного перечня бытовых приборов, в конструкции которых задействованы конденсаторы с танталом не существует, ибо их список крайне велик. Однако отличить такие приборы достаточно просто, следует только понять, работает ли устройство с высокими частотами или импульсными источниками питания.
Также крайне важно уметь отличать конденсаторы, содержащие данный металл.
В большинстве случаев, танталовые конденсаторы имеют форму трубчатого бочонка серебристо-алюминиевого цвета. Однако встречаются и другие формы данных радиодеталей.
Чтобы отличить танталовый конденсатор от других, бочонок следует раскусить пассатижами или бокорезами. В танталовом, будет виден плотный стержень напоминающий графит. В остальных случаях внутри корпуса может быть алюминиевая фольга или ниобий.
Информацию о содержании драгоценных металлов в каждом отдельном типе конденсаторов можно найти в справочнике, коих огромное множество в открытых источниках. Достаточно лишь ввести название изделия, например КМ52-1.
Пример фото тантала извлеченного из конденсаторов разных моделей
Важно также понимать, что в большинстве случаев, для продажи танталовых конденсаторов, метал, придется самостоятельно извлекать из корпуса конденсатора. Также не менее важно, прежде чем сдать или вскрыть какой-либо отдельный конденсатор уточнить содержание драгметалла по справочнику, поскольку некоторые серии танталовых изделий имеют корпус из серебра или палладия, стоимость которого сейчас составляет порядка 4500р за грамм.
Из конденсаторов с палладиевым и серебряным корпусом наиболее распространены серии с маркировкой, начинающейся с символов «К52».
В современных же устройствах конденсаторы с содержанием тантала часто выполнены в форме камельки на ножках оранжевого, синего и других цветов. Их принимают только после полной очистки от керамических слоев.
“Палладий в бытовых приборах“
Источник
Наверное, у каждого радиолюбителя хоть раз да взрывался танталовый конденсатор из-за неправильной переплюсовки.
В этой статье я расскажу, что такое танталовый конденсатор, зачем он нужен и как вообще с ним работать.
Если после прочтения у вас останутся вопросы – смело задавайте их в комментариях, а я постараюсь ответить.
Содержание статьи
- Что представляют из себя танталовые конденсаторы
- Почему тантал используют для производства конденсаторов
- Для чего нужен танталовый конденсатор
- Конструкция танталовых конденсаторов
- Особенности танталовых конденсаторов
- В каких случаях происходит пробой
- Возможные дефекты танталовых конденсаторов
- Недостатки тантала
- Чем отличаются танталово-полимерные конденсаторы
- Основные параметры танталовых конденсаторов
- Особенности монтажа
- Маркировка танталовых конденсаторов (таблица)
- Обозначение на схеме
- Рекомендации по эксплуатации танталовых конденсаторов
Твердотельные танталовые конденсаторы по большинству параметров соответствуют требованиям к современным электронным устройствам. Они отличаются малыми габаритами, высокой удельной емкостью, надежностью (при соблюдении правил на всех этапах их жизни) и совместимостью с общепринятыми технологиями монтажа. Преимуществом является и то, что важный параметр конденсатора – ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) – с ростом частоты не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Чтобы сократить число отказов и продлить рабочий период устройства, необходимо учитывать его индивидуальные особенности при изготовлении, хранении, монтаже и во время работы.
Так выглядят танталовые конденсаторы
Почему тантал используют для производства конденсаторов
Тантал способен при окислении формировать плотную оксидную пленку, толщину которой можно регулировать с помощью технологических приемов, тем самым изменяя параметры конденсатора.
Помимо тантала конденсаторы делают из керамики, слюды, бумаги и алюминиевой фольги.
Описание и назначение танталовых конденсаторов
Современные танталовые конденсаторы имеют малые размеры и относятся к чип-компонентам, которые предназначены для монтажа на плате. Иначе такие детали называются SMD, что расшифровывается как «компоненты поверхностного монтажа». SMD детали удобны для автоматизированных процессов монтажа и пайки на печатные платы.
Основное назначение электролитических поляризованных танталовых конденсаторов – действовать в комплексе с резистором с целью обработки сигнала и сглаживания его пиков и острых импульсов.
Конденсаторы широко используются в автомобильной, промышленной, цифровой, аэрокосмической технике.
Устройство танталовых твердотельных конденсаторов
Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав входят 4 основные части: анод, диэлектрик, твердый электролит, катод. Изготовление танталового конденсатора состоит из ряда достаточно сложных технологических операций.
Изготовление анода
Пористую гранулированную структуру получают прессованием из высокоочищенного танталового порошка. В процессе спекания в условиях глубокого вакуума при температурах +1300…+2000°C из порошка образуется губчатая структура с развитой площадью поверхности. Благодаря ей, обеспечивается высокая емкость при небольшом объеме. Танталовый конденсатор при одинаковой с алюминиевым устройством емкости имеет гораздо меньший объем.
Формирование диэлектрического слоя
Диэлектрический оксидный слой выращивают на поверхности анода из пентаоксида тантала в процессе электрохимического окисления. Толщину оксида можно регулировать изменением напряжения. Обычно толщина диэлектрической пленки составляет доли микрометра. Оксидный слой имеет не кристаллическую, а аморфную структуру, которая обладает значительным электросопротивлением.
Получение электролита
Электролитом служит твердотельный полупроводник – диоксид марганца, – который получают термообработкой солей марганца в ходе окислительно-восстановительного процесса. Для этого анодный губчатый слой покрывают солями марганца, а затем нагревают их до получения диоксида марганца. Процесс повторяют несколько раз до полного покрытия анода.
Формирование катодного слоя
Для улучшения контакта электролит покрывают графитовым, а затем металлическим слоем. В качестве металла обычно используют серебро. Сформированный композит запрессовывают в компаунд.
Особенности танталовых конденсаторов
В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.
Пробои танталовых конденсаторов
При использовании этих эффективных, но немного капризных устройств, необходимо контролировать появление состояния отказа, поскольку известны случаи их возгорания при отказе. Отказы связаны с тем, что при неправильной эксплуатации пентаоксид тантала меняет аморфную структуру на кристаллическую, то есть из диэлектрика он превращается в проводник. Смена структур может наступить из-за слишком высокого пускового тока. Пробой диэлектрика вызывает повышение токов утечки, которые в свою очередь приводят к пробою самого конденсатора.
Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию.
Пробои, которые произошли при высоких температурах и напряжении, могут вызывать эффект лавины. В этом случае повреждения часто распространяются на большую часть или всю площадь устройства. Если же площадь кристаллизованного пентаоксида тантала небольшая, то часто происходит эффект самовосстановления. Он возможен, благодаря преобразованиям, происходящим в электролите в случае пробоя диэлектрика. В результате всех превращений кристаллизованный участок-проводник оказывается окруженным оксидом марганца, который полностью нейтрализует его проводимость.
Другие дефекты танталовых конденсаторов
Кроме пробоя, в результате неправильной производственной технологии и нарушения правил транспортировки и хранения в конденсаторе возникают и другие дефекты:
- Механические. Первый вид таких дефектов может появиться на выращенном диэлектрике в результате его резкого удара о твердую поверхность. Второй – при образовании электролитного слоя из-за совместного действия теплового удара и внутреннего давления газов в порах.
- Примеси и включения. При нарушении производственной технологии на поверхности тантала могут появиться посторонние вещества – углерод, железо, кальций, которые приводят к неравномерности диэлектрического слоя.
- Кристаллизованные участки диэлектрика, которые появились при изготовлении устройства. Кристаллизация может происходить из-за несоответствия состава электролита технологическим требованиям и неправильного температурного режима процесса.
Недостатки танталовых конденсаторов
Танталово-полимерные конденсаторы
Большая часть проблем, характерных для танталовых конденсаторов, решена в танталово-полимерных аналогах. В качестве электролита в танталово-полимерных конденсаторах вместо диоксида марганца используется токопроводящий полимер. Он дает минимальный ESR, что позволяет пропускать гораздо большие токи, по сравнению с танталовыми предшественниками. Танталово-полимерные устройства успешно применяются в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания и преобразователях напряжения.
Токопроводящий полимер обеспечивает низкую чувствительность к импульсам тока, стойкость к внешним факторам, отсутствие деградации структуры, более высокий срок службы. Высокая стабильность емкости в широком интервале частот и температур позволяет применять танталово-полимерные устройства в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике и других областях, для которых характерно колебание рабочих температур.
Основные параметры танталовых конденсаторов
Для определения безопасного режима работы необходимо рассчитать уровни разрешенных значений тока и напряжения. Для расчетов необходимо знать следующие параметры танталовых конденсаторов, которые отражаются в документации:
- Номинальная емкость. Эти устройства имеют высокую удельную емкость, которая может составлять тысячи микрофарад.
- Номинальное напряжение. Современные модели этих устройств в большинстве рассчитаны на напряжения до 75 В. Причем, для нормальной работы в электрической схеме, деталь нужно использовать при напряжениях, которые меньше номинального. Эксплуатация танталовых конденсаторов при напряжениях, составляющих до 50% от номинального, снижает показатель отказов до 5%.
- Импеданс (полное сопротивление). Содержит индуктивную составляющую, параллельное сопротивление, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR).
- Максимальная рассеиваемая мощность. При приложении к танталовому устройству переменного напряжения происходит выработка тепла. Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности устанавливается экспериментально.
Особенности проектирования плат и монтажа танталовых конденсаторов
Для этих устройств подходят практически все материалы печатных плат – FR4, FR5, G10, фторопласт, алюминий. Форма, размер посадочного места и способ монтажа указываются производителями деталей. Изменить рекомендуемые параметры монтажа может специалист, имеющий достаточно знаний и навыков, чтобы правильно скорректировать температуру пайки.
Перед монтажом на плату наносят паяльную пасту. Толщина слоя – 0,178+/-0,025 мм. Для того чтобы флюс, находящийся в пасте, эффективно растворил оксиды с мест контакта, подбирают оптимальный температурный режим пайки. Обычно это делают опытным путем.
Монтаж на плату осуществляется вручную или с помощью автоматизированного оборудования любого типа, применяемого сегодня. Пайка производится: вручную, волновым способом, в инфракрасных или конвекционных печах. Температурный режим предподогрева и пайки обычно предоставляют производители конкретной продукции.
Маркировка танталовых конденсаторов
В маркировке конденсаторов указывают стандартные параметры: емкость, номинальное напряжение, полярность. На корпусах типов B, C, D, E, V отображают все параметры, а на корпусе типа A вместо номинала напряжения указывают его буквенный код. В маркировке может указываться дополнительная информация – логотип производителя, код даты производства и другая.
Таблица буквенных кодов напряжения для корпусов типа A
Номинальное напряжение | Код | Номинальное напряжение | Код |
4,0 | G | 20 | D |
6,3 | J | 25 | E |
10 | A | 35 | V |
16 | C | 50 | T |
Типы корпусов танталовых конденсаторов и их размеры
Обозначение танталовых конденсаторов на схеме
На схеме электролитические поляризованные конденсаторы, к которым относится танталовое устройство, обозначаются двумя параллельными линиями, идущими от них выводами и значком «+».
Обозначение конденсаторов на схеме (по ГОСТу)
Особенности хранения
Танталовые конденсаторы способны сохранять рабочие характеристики в течение длительного времени. При соблюдении нужного режима (температура до +40°, относительная влажность 60%) конденсатор при длительном хранении теряет способность к пайке, сохраняя другие рабочие характеристики.
Общие рекомендации по продлению срока службы танталового конденсатора и повышению безопасности его эксплуатации:
- Соблюдение требований техпроцессов;
- Многоступенчатый контроль качества продукции;
- Соблюдение условий хранения;
- Выполнение требований к организации рабочего места для монтажа устройств на плату;
- Соблюдение рекомендуемого температурного режима пайки;
- Правильный выбор безопасных рабочих режимов;
- Соблюдение требований по эксплуатации.
Заключение
Постарался подробно объяснить, что представляет из себя танталовый конденсатор и для чего он нужен.
Если у вас есть какие-либо замечания или вопросы по теме – смело задавайте их в комментариях, постараюсь ответить!
Была ли статья полезна?
Да
Нет
Оцените статью
| (0) |
Что вам не понравилось?
Другие материалы по теме
Виды и аналоги конденсаторов
Маркировка конденсаторов
Конвертер единиц емкости конденсатора
Анатолий Мельник
Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.
Источник
В электротехнике и радиотехнике не обойтись без использования конденсаторов. Если в первом случае главное требование — это надежность и долговечность, то во втором случае особое внимание уделяется еще и размерам. Миниатюризация радиотехнических и электронных приборов стала возможна с изобретением танталовых и ниобиевых конденсаторов, размеры которых составляют всего несколько миллиметров.
Тантал способствовал прогрессу
С самого зарождения радиоэлектроники велись исследования, которые были направлены на уменьшение размеров конструктивных элементов. Основное направление в этом вопросе — это увеличение рабочей частоты сигнала. Если сравнить два силовых трансформатора с частотой работы 50 и 400 Гц, то второй примерно в 8 раз меньше по размерам, чем первый.
Устаревшие конструкции конденсаторов представляют собой свернутые рулоны тонкой фольги из алюминия, которые помещаются в электролит. Достижение большой емкости было возможно только за счет увеличения размеров самого элемента. Еще один недостаток такой конструкции — это большая паразитная индуктивность при работе на частотах 100 кГц и выше.
Прорыв в производстве конденсаторов большой емкости и малого размера был достигнут при использовании тантала. Этот редкоземельный металл дороже золота и его добыча довольно сложная, но требуется его для изготовления одного элемента очень мало — не более нескольких микрограммов. Постепенно танталовые электролитические конденсаторы вытеснили устаревшие на основе алюминиевой фольги, так как их производство усовершенствовалось, а стоимость стала довольно низкой.
И это еще не предел для прогресса и усовершенствования конструкции конденсаторов. Приемниками танталовых стали ниобиевые конденсаторы, которые по своей конструкции и технологии производства идентичны предшественникам, но превосходят их по эксплуатационным характеристикам.
Конструктивные особенности устройства
Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры. Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную. А это дает возможность накапливать значительный электрический заряд.
Любой современный электролитический конденсатор состоит их трех конструктивных элементов:
- катода и анода;
- диэлектрического слоя;
- одного из видов электролита (щелочи, кислоты, воды, твердого или мягкого вещества).
В роли диэлектрика выступает тончайшая оксидная пленка. Ее получают методом электрохимической коррозии при пропускании электрического тока через анод на стадии производства.
Электролитом служит твердое вещество — диоксид марганца. Он имеет малый коэффициент линейного расширения, не вытекает и не высыхает, как жидкие электролиты. Внутренняя часть катода изготавливается из серебра для увеличения проводимости.
Вся внутренняя начинка заливается похожим на пластмассу веществом с диэлектрическими свойствами — компаундом.
Достоинства и недостатки
Как и танталовые, так и ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества. Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости. А недостаток, который значительно ограничивает сферу их применения, это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.
Принятая стандартная маркировка танталовых конденсаторов состоит из указания плюсового контакта и численного значения. А цвет корпуса указывает рабочее напряжение. Например:
- розовый цвет — напряжение до 35 В;
- белый цвет — до 30 В;
- серый цвет — до 35 В;
- голубой цвет — до 20 В;
- зеленый цвет — до 16 В;
- черный цвет — до 10 В;
- желтый цвет — до 6,3 В.
Система старой маркировки более сложная и неудобная, поэтому от нее отказались. Она состояла из трех полос и точки разного цвета. Цвет полос соответствовал численному значению, а цвет точки указывал множитель, на который умножалось численное значение. Такая система часто вводила в заблуждение радиотехников и требовала повышенного внимания при работе с конденсаторами, поэтому от нее и отказались и разработали новую маркировку.
Диагностика возможных неисправностей
Чаще всего встречается такая неисправность, как пробой диэлектрической пленки на аноде. Ее толщина составляет всего несколько тысяч ангстрем, а это тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.
Незначительный скачок напряжения может привести к пробою, при котором диэлектрическая пленка приобретает кристаллическую структуру и становится проводником электричества. В этом случае конденсатор становится проводником и сопротивление между анодом и катодом приближается к нулевому значению. На корпусе при пробое часто визуально заметно потемнение и иногда обугливание защитного покрытия из краски.
Более сложно диагностировать потерю номинального значения емкости. В домашних условиях выявить такую неисправность невозможно, для этого требуется специализированное диагностическое оборудование.
Стоимость танталовых и ниобиевых конденсаторов настолько мала, что проводить сложные измерительные работы нет смысла. Подозрительный элемент просто заменяют на новый или заведомо исправный.
Источник