Neuanfang für Tantalkondensatoren

Eine neue Generation nachhaltiger Tantalkondensatoren buhlt nun um das Interesse der Entwickler, die heute anspruchsvolle Elektronik für Produkte wie Smartphones und die Cloud, bis hin zu Satelliten und implantierbaren Medizinanwendungen entwickeln. Der rasche Fortschritt in den Bereichen Automotive, Telekommunikations- und Industrieelektronik seit dem Ende der 1980er Jahre basiert zum Teil auch auf der hervorragenden Leistungsfähigkeit der Tantalkondensatoren. Der unschlagbar hohe volumetrische Wirkungsgrad dieser Bausteine verhalf Entwicklern zu immer kleineren Systemen mit steigender Funktionalität. Geringes Rauschen und hohe Stabilität über der Zeit haben zum unaufhaltsamen Fortschritt bei immer höheren Datenraten und kleineren Analog- und Digital-Versorgungsspannungen beigetragen. Hinzu kommen die hohe Temperaturbeständigkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit, die Tantalkondensatoren zur ersten Wahl in Anwendungen machen, die unter rauen Umgebungsbedingungen betrieben werden. Dazu zählen die Bereiche Luft-/Raumfahrtelektronik, Automotive und Industrie. Die Tantaltechnologie ist zwar ausgereift und die Lieferantenbasis hat sich gefestigt, aber Materialknappheit verlangsamt die weitere Verbreitung von Tantalkondensatoren. Gleichzeitig bieten Verbesserungen bei Keramik-, Elektrolyt- und Polymer-Folienkondensatoren eine Alternative in bestimmten Anwendungen. Hinzu kommt: Die Einführung neuer gesetzlicher Regelungen gegen Ende der 2000er-Jahre soll verhindern, dass Konfliktmaterialien in die Versorgungskette gelangen. Dies stellt eine Herausforderung für die Bauteilhersteller dar, die nun sicherstellen müssen, dass das Tantal in ihren Kondensatoren aus konfliktfreien Quellen stammt. Dies schließt die Vorteile der Tantaltechnologie für die Serienfertigung derzeit aus; nur hoch anspruchsvolle Märkte und geringe Stückzahlen kommen in den Genuss dieser Technik. Nachhaltigkeit Kemet hat die Probleme bei der Versorgung mit Rohmaterialien und bei der Kondensatorherstellung überwunden und gleichzeitig fortschrittliche Tantalkondensator-Technologien entwickelt, um Kunden noch überzeugendere Produkte liefern zu können. Diese Maßnahmen haben den nachhaltigen Einsatz von Tantalkondensatoren vorangetrieben. Zusammen mit den technischen Vorteilen steht damit eine ideale Kombination aus hoher Energiedichte, Stabilität, elektrischer Leistungsfähigkeit und Selbstheilungsfunktion zur Verfügung. Kemets „Partnerschaft für soziale und wirtschaftliche Nachhaltigkeit“ ist ein wichtiger Aspekt der unternehmerischen Grundsätze, um eine zuverlässige und überprüfte Quelle für konfliktfreies Tantal sicherzustellen. Diese Initiative ist ein Meilenstein in der Branche. Kemet arbeitet eng mit einer zertifizierten, konfliktfreien Mine in der Demokratischen Republik Kongo (DRC) zusammen. Das Unternehmen unterstützt auch Projekte in der Gemeinde vor Ort und deren Weg in die Selbstversorgung. Die Regelungen in der Mine wurden zusammen mit erfahrenen Partnern wie der Mining and Mineral Resources (MMR) und der Kisengo Foundation erstellt und folgen dem Best-Practice-Prinzip. Dazu zählen die korrekte Aufzeichnung der geförderten Koltan-Menge (Tantalerz); der faire Handel, der die Produktivität der Arbeiter belohnt und sicherste Arbeitsbedingungen für die Minenarbeiter. Kemet hat damit eine zuverlässige und nachhaltige Quelle für konfliktfreies Tantal geschaffen. Um die Versorgungskette zu vervollständigen, hat Kemet auch Unternehmen erworben, die alle Prozesse nach dem Bergbau übernehmen. Dazu zählen das Schmelzen und Raffinieren, um kondensatortaugliches Tantalpulver und reinen Tantaldraht herzustellen. Die Materialien werden an Kemets Fertigungsstätten für Kondensatoren geliefert, was die einzige geschlossene vertikale Versorgungskette der Branche darstellt und vollständige Kontrolle über die Versorgung, Qualität und den Preis vom Rohmaterial bis hin zum fertigen Kondensator garantiert. Diese Versorgungskette entspricht auch der neuen Gesetzgebung hinsichtlich Konfliktmaterialien (Dodd-Frank-Direktive 2010), die nun in den USA in Kraft ist. Kemet hat die branchenweit erste und derzeit einzige Einreichung im Rahmen der Dodd-Frank-Direktive im Juni 2014 getätigt. Technischer Fortschritt Neben dieser verbesserten Versorgungskette sorgen technische Neuerungen für den vermehrten Einsatz von Kemets organischen Polymer-Kondensatoren (KO-CAP). Ständige Weiterentwicklung über Bauteilgenerationen hinweg hat zu einem sehr niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) bei verschiedenen Spannungen und zu verschiedenen Gehäusekonfigurationen geführt, die keine andere Kondensatortechnik bietet. Ein niedriger ESR minimiert interne Verluste und damit die Selbstheilung, was zu einem höheren Wirkungsgrad und zu mehr Zuverlässigkeit führt. Der technische Fortschritt hat Kemet in eine Position gebracht, in der das Unternehmen eine Reihe von Material- und Chemiepatenten inklusive zugehörigen geistigen Eigentums (IP) hält, mit denen sich die Zuverlässigkeit der KO-Tantalkondensatoren erhöht. Damit vereinfacht sich die Integration dieser Bauelemente in Anwendungen, die hochzuverlässig sein müssen, z.B. in den Bereichen Militär- und Medizintechnik, Automobilelektronik, Telekommunikationsausrüstung sowie kommerzielle Avionik und Radarsysteme. Tantalkondensatoren bieten eine preisgünstige, leistungsfähige Alternative zu herkömmlichen Kondensatoren. Gerade die KO-CAP-Serie ist äußerst erfolgreich. Die Anwendung und weitere Verbreitung dieser Bausteine nimmt zu, vor allem in den wachsenden Bereichen Mobile Computing, Telekommunikationsinfrastruktur und Cloud-Services. Hinzu kommen die Märkte industrielle Automatisierungstechnik, Automobilelektronik, Militär- und Luft-/Raumfahrttechnik. Neuanfang Im April 2014 kündigte Kemet einen Durchbruch bei Polymer-Tantalkondensatoren an, indem eine stabile elektrische Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit demonstriert wurde, als Tests auf Basis der AEC-Q200-Richtlinien durchgeführt wurden. Polymer-Tantal-Kondensatoren eignen sich ideal für Automotive-Infotainment-Systeme: Kemets T591-Serie bietet dafür Betriebstemperaturen bis zu 125 °C und ist mit Kapazitäten bis zu 220 µF und Nennspannungen bis zu 10 V erhältlich. Die Kondensatoren werden in einem ISO-TS-16949-zertifzierten Betrieb gefertigt. Kemet entwickelt derzeit weitere Kondensatoren für seine Automotive-qualifizierte Tantal-Serie, um seinen Kunden noch mehr Auswahl zu bieten. In der zweiten Jahreshälfte 2015 plant Kemet, die Serie T598 mit AEC-Q200-Qualifizierung und konforme Bauteile auf den Markt zu bringen. Damit ist die Automotive-Branche in der Lage, die Vorteile der Polymer-Tantal-Kondensatoren in noch kritischeren Anwendungen wie aktiven Sicherheitssystemen und ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) zu nutzen. Darüber hinaus wird Kemet demnächst kleinere und dünnere Kondensatoren ankündigen, die vor allem für neue Mobilgeräte und Wearables ausgelegt sind. Der hohe volumetrische Wirkungsgrad dieser neuen Bauteile ist vor allem in platzbeschränkter Telekommunikationsausrüstung von Vorteil, sowie in hochleistungsfähigen Servern. Der Fortschritt bei Polymer-Tantal-Kondensatoren begünstigt vor allem die Militärtechnik, da hier die Anforderungen der Beschaffungsämter hinsichtlich niedriger Kosten für neue Ausrüstung erfüllt werden müssen. Kemets technologische Weiterentwicklung ermöglicht neue, zuverlässigere Polymer-Tantalkondensatoren, die sich nicht nur für Militäranwendungen eignen, sondern auch für die zivile Luftfahrt und für Raumfahrtanwendungen. Mit dieser vertikal integrierten Tantal-Versorgungskette treibt Kemet die Weiterentwicklung neuer Tantalpulver-Zusammensetzungen und interner Kondensatorkomponenten voran, um eine noch höhere Energiedichte zu erzielen. Die Fortschritte führen zu leistungsfähigeren Anwendungen wie die Versorgungsspannungssicherung bei SSDs (Solid-State Drives), was den Datenerhalt garantiert, sobald Netzspannungsausfälle auftreten. Viele Polymer-Tantalkondensatoren können bei Temperaturen von bis zu 125 °C betrieben werden. Kondensatoren mit MnO2-Kathode bieten dabei einen sehr niedrigen Leckstrom und eine hohe Temperaturbeständigkeit, die 175 °C oder mehr als 200 °C mit Kemets Hochtemperaturserie erreicht. Fazit: Drei kritische Erfolgsfaktoren Kemet ist führend in Sachen Nachhaltigkeit, wenn es um die Tantal-Versorgungskette geht. Damit ergibt sich eine stabile und zuverlässige Versorgung zertifizierter, konfliktfreier Tantalprodukte und Tantalkondensatoren. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der organischen Polymer-Kondensatortechnik und der Ausbau des KO-CAP-Produktangebots sorgen für kostengünstige und hochleistungsfähige Bauelemente, die für eine Vielzahl von Entwicklern verschiedenster Anwendungen leichter zugänglich sind. Kemets neue technologische und operative Partnerschaft mit NEC TOKIN sorgt darüber hinaus für neue Möglichkeiten, in marktführende Technologien zu investieren, mit denen sich die zukünftigen Anforderungen der Entwickler erfüllen lassen. Im Vergleich zu anderen Kondensatortechniken verbessern sich damit die Vorteile und die Energiedichte von Tantalkondensatoren um so mehr. ----- Autor: Fernando Spada, Vice President Tantalum Product Marketing, © KEMET Corporation