タンタルコンデンサは新しいデザインで使用しても安全ですか?


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「固体タンタル」コンデンサは危険であり、火災の原因になり、短絡に失敗し、非常に短い過電圧スパイクに対して致命的に敏感であることが示唆されていると聞きました。

タンタルコンデンサは信頼できますか?

一般的な回路や新しい設計で使用しても安全ですか?


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タンタルコンデンサは、適切に使用すれば安全であり、最近の新しい設計ではちょっと馬鹿げています。多層セラミックと固体アルミニウムの間には、今日の新しい設計でタンタルを使用する理由はほとんどありません。
オリンラスロップ14

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誰かがこれを断った。以下の回答を提供するために、チュートリアルの質問として他に尋ねられました(これは、承認されたStack Exchangeのチュートリアル作成方法です)。41の質問への賛成票と54の回答への反対票を考えると、唯一の反対票には「問題がある」ことをお勧めします。
ラッセルマクマホン

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私はずっと前に質問と回答の両方を支持しましたが、ここには、未知の理由でこの種の質問を支持する人がいます。おそらく今まで気付いていたように、高い評価を得たら、あなたは背中にターゲットを置き、人々はあなたの投稿をわずかな理由または「ジャストジャスト」のために投票します。たとえば、electronics.stackexchange.com / q / 34745/4512を参照してください。これは質問と回答で、この質問には4つのダウン票と1の回答があります。幸いなことに、これは全体の担当者にとってはごくわずかです。ここでのダウン投票が匿名である限り、これは継続します。
オリンラスロップ

回答:


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概要:

「適切に使用した場合」タンタルコンデンサは非常に信頼性が高いです。
これらは、アルミニウム湿式電解コンデンサなどの従来の代替品と比較して、内部抵抗が比較的低く、インダクタンスが低いため、体積あたりの静電容量が高く、デカップリング特性が優れているという利点があります。

「キャッチ」は「適切に使用された場合」修飾子にあります。
タンタルコンデンサには故障モードがあり、これは定格値より「わずかに」高い電圧スパイクによってのみトリガーされます。コンデンサの故障に相当なエネルギーを提供できる回路で使用すると、コンデンサの炎と爆発、およびコンデンサ端子の低抵抗短絡による熱暴走につながる可能性があります。

「安全」であるためには、使用される回路が厳密に設計されていることを保証する必要があり、設計の前提を満たす必要があります。これは「常に発生するわけではありません」。
タンタルコンデンサは、本物の専門家の手または要求の厳しい回路で「十分に安全」であり、それらの利点により魅力的です。「固体アルミニウム」コンデンサなどの代替品には同様の利点があり、壊滅的な故障モードがありません。

多くの最新のタンタルコンデンサには、さまざまな種類のヒューズを実装する保護メカニズムが組み込まれています。これは、コンデンサが故障したときに端子から切り離し、ほとんどの場合PCBの炭化を制限するように設計されています。 「いつ」、「制限」、「ほとんど」が許容可能な設計基準であり、かつ/または設計の専門家であり、工場が常にすべてを正しく行い、アプリケーション環境が常に十分に理解されている場合、タンタルコンデンサが適切な選択となる可能性があります。


より長いです:

固体タンタルコンデンサは、発生する可能性のある災害の可能性があります。
要件が満たされていることを保証する厳密な設計と実装により、信頼性の高い設計を作成できます。現実の世界の状況が仕様外の例外を持たないことが常に保証されている場合、タンタルキャップもあなたに適しているかもしれません。

一部の最新のタンタルコンデンサには、(予防とは対照的に)障害軽減メカニズムが組み込まれています。別のスタック交換質問に関するコメントで、スペロは次のように述べています。

  • Kemetのポリマータンタルキャップのデータシートには、(部分的に)「KOCAPは、標準のMnO2タンタルタイプで発生する可能性のある点火不良を排除する良性破損モードも示しています」とあります。

    奇妙なことに、私は彼らの他のデータシートに「点火失敗」機能について何も見つけることができません。

固体タンタル電解コンデンサには、故障モードがあり、定格電圧をわずかに超えて超える可能性を排除するために厳密に設計できない、または厳密に設計されていない高エネルギー回路での使用が疑わしいものです。

タンタルキャップは、通常、タンタル粒を一緒に焼結して、体積あたりの表面積が非常に大きい連続した全体を形成し、その後、化学プロセスによって外面上に薄い誘電体層を形成することによって作成されます。ここで、「薄い」とは新しい意味を持ちます-層は定格電圧での破壊を避けるのに十分な厚さです-そして、定格電圧を大きく超えない電圧で打ち抜かれるほど十分に薄いです。たとえば、定格が10 Vのキャップの場合、ロシアンルーレットで15 Vのスパイクを印加した状態で動作させることができます。酸化物層に穴が開いたときに自己回復する傾向があるAl湿式電解キャップとは異なり、タンタルは回復しません。少量のエネルギーは、局所的な損傷と伝導経路の除去につながる可能性があります。キャップにエネルギーを供給する回路が実質的なエネルギーを供給することができる場合、キャップは対応する抵抗性の低抵抗ショートを提供することができ、戦いが始まります。これは、臭い、煙、炎、騒音、爆発につながる可能性があります。これらはすべて、単一の障害で順番に発生するのを見てきました。最初に、おそらく30秒間、不可解な悪臭がありました。それから大声で叫ぶ音、そしておそらく5秒間炎の噴出があり、うれしそうなうなり音と印象的な爆発がありました。すべての失敗が感覚的に満足できるわけではありません。その後、うれしそうなうなり音と印象的な爆発を伴うおそらく5秒間の炎の噴出。すべての失敗が感覚的に満足できるわけではありません。その後、うれしそうなうなり音と印象的な爆発を伴うおそらく5秒間の炎の噴出。すべての失敗が感覚的に満足できるわけではありません。

過電圧の高エネルギースパイクが完全に存在しないことを保証できない場合(ほとんどの電源回路ではないにしても多くの場合)、タンタル固体電解キャップの使用は、サービス(または部門の緊急連絡)の適切な呼び出しになります。Spehroのリファレンスに基づいて、Kemetはそのような失敗のよりエキサイティングな側面を削除した可能性があります。彼らはまだ最小の過電圧に対して警告します。

いくつかの現実世界の失敗:

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ウィキペディア-タンタルコンデンサ

  • ほとんどのタンタルコンデンサは分極デバイスであり、明確にマークされた正および負の端子を備えています。逆極性(短時間でも)にさらされると、コンデンサが脱分極し、誘電体酸化物層が破壊され、後で正しい極性で動作した場合でも、コンデンサが故障する可能性があります。障害が短絡(最も一般的な発生)であり、電流が安全な値に制限されていない場合、壊滅的な熱暴走が発生する可能性があります(以下を参照)。

KEMET-タンタルコンデンサのアプリケーションノート

  • 79ページのセクション15を読んで、手を見て立ち去ってください。

AVX-固体タンタルおよびニオブコンデンサの電圧ディレーティングルール

  • 長年、タンタルコンデンサのメーカーに製品の使用に関する一般的な推奨事項を求めるたびに、「最低50%の電圧ディレーティングを適用する必要がある」というコンセンサスが得られました。この経験則は、それ以来タンタル技術の最も一般的な設計ガイドラインになりました。このホワイトペーパーでは、この声明を再検討し、アプリケーションの理解を前提として、なぜそうならないのかを説明します。

    最近のニオブおよび酸化ニオブコンデンサテクノロジーの導入により、ディレーティングの議論はこれらのコンデンサファミリにも拡張されました。

Vishay-固体タンタルコンデンサFAQ

  • 。融合型(VISHAY SPRAGUE 893D)と標準型、非融合型(VISHAY SPRAGUE 293Dおよび593D)タンタルコンデンサーの違いは何ですか?

    A. 893Dシリーズは、高電流アプリケーション(> 10 A)で動作するように設計されており、「電子」定着メカニズムを採用しています。... I2Rがヒューズを作動させるのに必要なエネルギーを下回っているため、893Dヒューズは2 A未満では「開きません」。2〜3 Aの間、ヒューズは最終的に作動しますが、コンデンサと回路基板の「焦げ」が発生する場合があります。要約すると、893Dコンデンサは、コンデンサの「故障」がシステムの故障を引き起こす可能性がある大電流回路に最適です。

    タイプ893Dコンデンサは、コンデンサまたは回路基板の「焦げ付き」を防ぎ、通常、コンデンサの故障に関連する可能性のある回路の中断を防ぎます。電源の「短絡」コンデンサは、システムのシャットダウンを引き起こす可能性のある電流や電圧の過渡現象を引き起こす可能性があります。893Dヒューズの起動時間は、ほとんどの場合、十分な速さであり、過度の電流ドレインまたは電圧スイングを排除します。

コンデンサガイド-タンタルコンデンサ

  • ...タンタルコンデンサを使用する場合の欠点は、熱暴走、火災、小さな爆発につながる可能性がある不利な故障モードですが、これは電流リミッターや温度ヒューズなどの外部フェールセーフデバイスを使用することで防止できます。

なんとキャップアストロフ

  • 原因不明のタンタルコンデンサの故障が発生しているメーカーで働いていました。コンデンサが故障しているだけではありませんでしたが、故障は壊滅的なものであり、PCB(プリント基板)を固定できませんでした。説明はないようでした。この小型の専用マイコンPCBの誤用問題は見つかりませんでした。さらに悪いことに、サプライヤーは私たちを非難しました。

    タンタルコンデンサの故障に関するインターネット調査をいくつか行ったところ、タンタルコンデンサのペレットには、製造中にクリアする必要のある小さな欠陥が含まれていることがわかりました。このプロセスでは、抵抗を介して電圧が徐々に増加し、定格電圧にガードバンドが加えられます。直列抵抗は、制御不能な熱暴走がペレットを破壊するのを防ぎます。また、製造中に高温でPCBをはんだ付けすると、ストレスが発生し、ペレット内に微小破壊を引き起こす可能性があることも学びました。これらの微小破壊は、低インピーダンスのアプリケーションで失敗につながる可能性があります。また、微小破壊によりデバイスの電圧定格が低下するため、故障解析により古典的な過電圧故障が示されます。...


関連する:

AVX-固体タンタルコンデンサのサージ

固体タンタルコンデンサの故障モードとメカニズム-Sprague / IEEEアブストラクトのみ。-古い1963。

AVX-さまざまな技術によって作られたタンタルコンデンサの故障モード -年齢?-2001年頃?

表面実装固体タンタルコンデンサの特性に及ぼす水分の影響 -AVXの支援を受けたNASA-2002年頃?

Hearst-偽造コンポーネントを見つける方法

時々それは簡単です:-):

ここに画像の説明を入力してください


追加された1/2016:

関連する:

標準的な湿式アルミニウム金属缶コンデンサの逆極性のテスト。

簡単な説明:

正しい極性の場合、電位は〜=グラウンドです。逆極性の場合、電位は印加電圧のかなりの割合になります。
私の経験では非常に信頼できるテストです。

より長いです:

stdウェットAlキャップの場合、他の場所で言及されたことはありませんが、おそらく十分に知られている逆挿入のテストをずっと前に発見しました。これは、テストのために金属にアクセスできるキャップがある場合に有効です。ほとんどの場合、スリーブの追加方法により、上部中央に便利なクリアスポットがあります。

回路の電源を入れ、グランドから各キャップの缶までの電圧を測定します。これは、電圧計を使用した非常に迅速なテストです。

  • 正しい極性のキャップは、ほぼ接地できます。

  • 逆極性のキャップには、供給の一部で缶があります-多分~~~ = 50%。

私の経験では確実に動作します。

通常、缶のマーキングを使用して確認できますが、これは意図された方向が既知で明確であることに依存します。これは通常、優れたデザインでは一貫していますが、これは確実ではありません。


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優れた詳細な説明。
スペロペファニー14

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「すべての失敗が感覚的に満足できるわけではない...」に対する+1 :
TimH 14

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最寄りのダイアリーデパートメントステーションからどのくらい離れていますか?また、応答時間はどれくらいですか?
ベンフォイト14

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Kemetの引用:「それにより、短絡故障は開回路故障に変換される可能性があります。」-「デバイスが爆発します」と言ういい方法。:)
フォルカーシーゲル14年

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ナイス、タンタルの私の最大の問題は、それらが後方に置かれたときにしばしば長く生き残るということです。(電圧定格の3〜4倍で控えめにtantを使用しています。)これは、製品がテストに合格してから現場で失敗する可能性があることを意味します。これまでに出荷した最長の遅延「爆弾」には、5 Vレギュレーターで35 Vのタントがありました。魔法の煙が出て電話をかけるまで、5年間(断続的に動作)続きました。
ジョージヘロド

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コンパクトで安価な高価値(10uF以上、定格6.3、10、16Vなど)X5RおよびX7R(合理的な誘電体)セラミックコンデンサーの出現により、タンタルコンデンサーを検討する理由ははるかに少ないようです。

違いの1つは、タンタルキャップのESRがオームのオーダーであることです。いくつかのLDOレギュレーターでは、LDOがバンシーのように振動しないという利点があります。このような場合、セラミックコンデンサと直列抵抗を使用することをお勧めします。

一部の高感度アナログ回路では、マイクロフォニックスが低減されたセラミックキャップよりもタンタルの方が有利な場合があると考えられます(セラミックキャップでは、圧電活性のため)。


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最近のLDO(過去10年程度)は、セラミックキャップを念頭に置いて設計されており、一般に0 ESR出力キャップで安定しています。組織内の誰かが数ドルを節約しようとせず、いくつかの最小ESRに依存するタンタルキャップ用に設計された古いLDOの安価なバッチを取得することに注意する必要があります。
オリンラスロップ14

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一部の古いデータシートでは、ESRの最小値について言及することさえしていません。これは、おそらく、コンデンサが良すぎるとは考えられなかったためです。
スペロペファニー14

8

それらを使用する際の1つのガイドライン:障害が発生した場合にキャップを流れる電流が厳密に制限されている場合は、先に進みます。

何に限定?0.1Aをお勧めします。私はそれらを使用して1A以上の電源レールを切り離すことに警戒し、10A電源で個人的にそれらを使用しません。(そこで花火を見ました;ラッセルの写真は誇張していません。)本当に「安全な」電流の確固たる証拠はないと言わざるを得ず、これらの数字についてのコメントは歓迎されるでしょう。

しかし、アナログ回路の多くの電源またはバイアス電圧には、比較的高いソースインピーダンスまたは厳密に制限された電流があり、そこで使用します。


新しい(私にとって)情報に基づいて編集...

少なくとも1つのメーカーが、非常に類似したパッケージングと値と電圧の範囲で酸化ニオブコンデンサを提供しています。ここに記載されているタンタルの問題の暗黙の承認として読まれそうなデータシートには、「FailedOxiCap®はカテゴリ電圧まで燃えない」という文とかわいい小さなロゴが含まれています...

ここに画像の説明を入力してください

[免責事項:私はこれらのコンデンサを使用したことも、主張を検証しようともしませんでした!]


失敗は、「点火」機能を差し引いたほど印象的に破壊的ではないかもしれませんが、それはまだ失敗であることを指摘しなければなりません。ただし、電流が本当に50〜100mAに制限されている場合、失敗することはありません。ただし、バイパスアプリケーションでの使用は非常に限られています。
スペロペファニー14

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「大きなMLCCの代わりにタンタルを使用する理由」に関する短いメモ:

X5Rおよび類似の誘電体を備えたMLCCは、0Vバイアスで特性評価されます。ただし、たとえば定格電圧の100%で動作している場合、実効差動容量は定格電圧の10%にしかならない可能性があります(!)。特に高電圧定格の非常に小さなコンデンサは、バイアスをかけたときに容量が劇的に減少します。

例1:0402 MLCC、X5R、10µF、6.3V:約3Vで3.5µFが残っています。

例2:0402 MLCC、X5R、2.2µF、25V:約3Vで1.0µF(!)が残っています。

そのデータは、TDKのオンラインデータシートによく示されています。


将来的には大きな段落を避けてください。一連の小さなものを読む方がはるかに簡単で、賛成票を獲得する可能性が高くなります。たとえば、「Examples」は新しい段落の始まりであり、独自のコンテンツとコンテキストで目立つのに役立ちます。
Sparky256

この回答には有用な情報がありますが、質問に答えることはありません。それは回答として話題外であり、他の回答の1つへのコメントとして、または別の質問への回答として提供される方が良いでしょう。
パイプ

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@pipeこの回答は役に立つ追加だと思います。コメントは時間とともに削除される傾向があり、理想的には実質的な内容を含めるべきではないと十分に言われます。| 大容量のセラミックコンデンサが利用できるようになったため、タンタルキャップに代わる魅力的な代替品になりました。Jurgenは、代替品として見た目よりも適切でない理由を指摘しています。
ラッセルマクマホン

@RussellMcMahonコメントを削除するかどうか-これはまだ質問に答えません。このサイトには、質問に直接対処するいくつかの質問がありますwhy Tantalum instead of large MLCCs。無関係な質問ではなく、そこに投稿する必要があります。
パイプ

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@pipe FYIのみ- ここに削除された質問がありますが、あなたが見ることができないことに気づきませんでした。繰り返します-fyiのみ、ループを閉じます。私はあなたに異議を唱えたり、議論を長引かせたりするつもりはありません-彼のコメントが逸話的なものであることに実際に同意します。それは彼の「逸話」が私のものと多くの仲間のものと十分にマッチしているということです。私が知らない災害が潜んでいる状況で人々がタンタルを使用し使用するのはなぜかというと、やや意地の悪い動機の分析は完全に外れているようには見えません。
ラッセルマクマホン

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私の側からの追加事項:
はい、タンタルキャップは安全であると言えます。
消費者向けポータブルデバイス(ノートブック、スマートフォン-キャップが原因でスマートフォンで火事を聞いたことがない)の「粗い」環境で使用されるだけでなく、心臓ペースメーカー、人工内耳、脊椎などの医療インプラントにも使用されますコード刺激装置。

信頼性に関しては、動作電圧が最も強い影響を及ぼします(温度よりもはるかに大きい)。
次のNASAドキュメントによると、加速係数はAF = exp {(V / VR-1)* 18.772}です:https ://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf

医療用インプラントの場合、Vishayなどが提案するディレーティングは40%です(したがって、10Vには16Vキャップを使用し、6Vアプリケーションには10V定格を使用します)。上の式によると、寿命の増加は1140倍です。

Pls。失敗しないシステムはないことを常に念頭に置いてください。唯一の問題は、累積エラーの時間です。インフィニオンで修士論文を作成しました。安全性が重視される自動車システム内のMOSFETは、最大動作時で10.000時間以内に10ppmの許容故障率を持っていたことを覚えていると思います。条件(温度と電圧)


私はあなたの全体的な構想に異議を唱えませんが、あなたは私が言ったことと矛盾する技術的なことも言いません。彼らが安全であるというあなたの冒頭の声明は、あなたの便利で明確な、しかし簡単にスキム式を理解するのに十分深く掘らない人々を誤解させる「責任」です。[定数は〜= 18.8であり、〜= 18800ではありません。]含意は、定格電圧の90%でTcapの故障「加速率」が0.15で、定格電圧の110%でAccRate = 6.5であることです。VappliedがVratedの90%から100%になると、6.5 / 0.15 = 43:1の係数で変化します。
ラッセルマクマホン

私の答えの最初の3段落は、あなたが専門的な使用と適切な「専門家」の設計についてあなたが言うことを完全にカバーしています。Vratedをわずかに超えると、失敗のリスクが大幅に増加することに注意してください。非常に興味深い有用な論文でこれを確認しています。あなたの答えは役に立ちますが、多くの人がそれを簡単に読んで、正しい結論に反対の結論を導き出すことができます。推奨される40%の電圧ディレーティング音は適切です。(Vrの60%で1825倍、Vrの50%で〜= 12,000倍になります(Vrの150%で+12,000倍になります:-))。
ラッセルマクマホン

AF = exp {(V / VR-1)* 18.772}-> AF = exp [(V-VR)/VR*18.8]のように書けば、(V / VR-1)は平均して((V / VR )-1)、std演算子の優先順位ルールが示すように、これが検査中であることには疑問があるかもしれません。| また、定数は元々「18,772」と記述され、「、」は小数点、つまり18.772または〜= 18.8です。これは、国際サイトでは危険な「、」を意図的にコンマとして使用している可能性があります。正しく使用すると、提供された式は有用で興味深いものになります。kの「真」の値は約10から28の間で変化する可能性があり、18.77は妥協のMil Spec値であることに注意してください。
ラッセルマクマホン

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日焼けが良いスペースに制限のあるアプリケーションがあるかもしれませんが、それはすべてです。できれば日焼けを避けます。一般的な部品は、煙を出すことで失敗します。彼らは、高ターンオン電流サージを好まないため、ほとんどの電源フィルタリングに適していません。少なくとも可能な限り最高の電圧の部品を使用してください。彼らは自己治癒を傷つける可能性のある高湿度を嫌います。セラミックはより良くなり、多くの用途でアルミニウムを置き換えることができます。


タンタルコンデンサは短絡故障します。
user207421

それは私が言ったことの一種です。
ロバートエンドル
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