Capacitores de cerâmica (MLCC) versus tântalo

Da perspectiva de um projetista de produtos eletrônicos, mas também levando em consideração o preço / custo e as considerações sociais (veja o link de mineração e ética da Coltan abaixo), eu costumo evitar capacitores de tântalo em muitas circunstâncias, enquanto favorço os capacitores cerâmicos de camada múltipla (MLCCs) .

Minha pergunta, sem rodeios, é: Em quais casos específicos devo ter cuidado e continuar usando capacitores de tântalo? Todos os tipos de respostas e abordagens técnicas para esse assunto serão muito úteis para mim (e certamente para outros designers).

Alguns aspectos específicos a serem analisados:

• Circuito equivalente em série.
• Microfônica. Quão ruim é realmente o MLCC a esse respeito?
• Dependência de capacitância com tensão e temperatura.
• Modos de sobretensão e falha.
• Expectativa de vida e confiabilidade.

Contexto adicional:

• Dirijo-me especificamente à tecnologia Surface Mount Technology (SMT), assumindo que mais de 90% de todos os capacitores eletrolíticos de tântalo são fabricados no estilo SMD.
• Estou focado aqui em produtos eletrônicos de alto volume para consumidores, descartando especificamente aplicativos eletrônicos de alta potência, onde outras considerações podem ser aplicadas. Não estou descartando os circuitos de conversão / gerenciamento de energia, onde as considerações acima são fundamentais para os capacitores.
• Você pode ler mais sobre o impacto social do Coltan na Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics

Existem muitas notas de aplicação sobre isso. Google para "Tântalo vs capacitores de cerâmica".

Capacitores de cerâmica são os melhores para ESR e ESL. Para que eles possam lidar com grandes correntes de ondulação com menos aumento de temperatura nas fontes de alimentação. Da mesma forma, eles não afetam a qualidade do sinal em sistemas de alta velocidade (capacitores de acoplamento CA). Mas suas características de polarização DC são ruins. Como um 47uF X5R 6.3V é ~ 23uF @ 3.3V. Essa baixa ESR e ESL pode ser ruim em alguns casos. Por exemplo, alguns conversores Buck que exigem ondulação suficiente na saída para serem estáveis. E um ESL mais baixo reagirá com capacitâncias do cabo para fornecer oscilações desnecessárias.

Os capacitores de tântalo são mais conhecidos por eficiência volumétrica e custo barato, mas são propensos a falhas devido a correntes de pico. Existem alternativas como POSCAPs (capacitores de polímero).

Devo acrescentar: As tentativas não gostam de aplicações em que são possíveis correntes de pico elevadas ... saída de um regulador sim (a corrente é limitada) ... entrada para um regulador não (a corrente provavelmente não é limitada). Isso pode ser parcialmente mitigado, reduzindo a tensão o máximo possível, usando um tant de 35v em uma aplicação de 10 volts, por exemplo.

Minha decisão de usar capacitores de cerâmica ou de tântalo na maioria dos casos é baseada no custo. Quando eu preciso de capacitâncias maiores que 10uF, os capacitores de cerâmica são caros e os capacitores de tântalo são uma boa opção.

O único lugar em que eu os vi [pessoalmente] em um produto de mercado de massa neste século foi no VCO [para a rede sem fio] de um telefone sem fio Uniden.

Como você me deixou curioso sobre isso, pesquisei um pouco no Google (para tântalo e VCO) e encontrei o MAX2572EVKIT, que não é muito antigo (2004), e tem algumas tampas de tântalo na BOM. Este é um VCO GSM. Também encontraram um desmembramento de um telefone GSM (que parecia bastante antigo), e encontraram tampões de tântalo nele, mas não dizem em que subsistema.

Também foram encontrados alguns na folha de dados do HMC836LP6CE ; isso não está claramente datado, mas o número da revisão parece 2011 ou 2012. Este é um 4G PLL / VCO, portanto não pode ser incrivelmente antigo. Outra queda encontrada no PCB do iPhone 6 ; estes feitos por Rohm, seu papel no telefone não foi declarado lá, mas afirmavam ser "o capacitor mais caro do iPhone 6".

Observe também esta história para uma tampa de tântalo em um módulo GSM do Arduino pegando fogo. Obviamente, a seleção de peças para um escudo Arduino provavelmente é feita com padrões muito mais baixos do que os da Apple ...

Não está totalmente claro para mim o que você quer dizer com "descartando especificamente aplicativos de eletrônica de potência", mas no caso de outros interessados ​​nisso, alguns também foram encontrados na desmontagem de um carregador de iPhone .