I componenti elettronici passivi sono una parte essenziale di tutti i progetti circuitali. La spinta verso la realizzazione di prodotti elettronici più piccoli, più veloci e più efficienti ha portato allo sviluppo di condensatori elettronici con una velocità incredibile. Dal 1960 l’efficienza volumetrica del condensatore ceramico è aumentata di dieci volte in risposta all’esigenza di ridurre la tensione operativa e in seguito alle innovazioni tecnologiche nella fabbricazione. Allo stesso tempo, il costo per microfarad è diminuito di pari passo, grazie ai vantaggi legati alla produzione in massa su scala globale. I produttori di componenti passivi hanno continuamente aggiunto valore ai propri prodotti, non solo aumentando l’efficienza volumetrica e riducendo i costi, ma anche introducendo componenti quali matrici di condensatori, progetti caratterizzati da valori più bassi di induttanza, un numero inferiore di resistori e induttori microelettronici integrati, e una migliore robustezza meccanica. Con una semplice ricerca fra i prodotti offerti dai fornitori di componenti passivi si trova un numero impressionante, pari a oltre 400.000 tipi diversi di condensatore, fra cui più di 200.000 condensatori ceramici. Oggi i principali Oem nel campo dell’high-tech continuano a fare pressione sui fornitori di componenti passivi per espandere questa selezione eterogenea. Una parte crescente del mercato dell’elettronica ha esigenze specializzate, come la capacità di supportare tensioni più alte e temperature più elevate, la presenza di Resistenze Serie Equivalenti o Induttanze Serie Equivalenti più basse, la capacità di supportare una corrente di ripple più elevata, impulsi e oscillazioni più ampie e una maggiore robustezza meccanica. I progettisti circuitali più intraprendenti spesso adattano componenti “pronti all’uso” per soddisfare requisiti speciali, ma devono generalmente accettare alcuni compromessi quando usano componenti disponibili in commercio per raggiungere le prestazioni desiderate nei nuovi progetti di prodotti di punta. Ad esempio, è possibile usare due componenti in serie per ottenere la capacità desiderata di supportare la tensione, perché non è disponibile un componente singolo con la capacità desiderata. Un banco di componenti ingombrante e costoso potrebbe essere usato in progetti circuitali in cui sono presenti correnti di ripple elevate, perché non esistono componenti adatti con elevata capacità di corrente. Molti circuiti ad alta corrente e ad alta tensione, in particolare quelli che incorporano gli Igbt ad alta tensione, richiedono il raffreddamento attivo per impedire il degrado dei componenti passivi del circuito. In queste situazioni, una soluzione passiva su misura potrebbe costituire un’alternativa migliore rispetto al “far fare” con ciò che è disponibile. Le soluzioni basate su componenti su misura sono spesso l’ultima opzione dei progettisti circuitali. La concezione tradizionale suggerisce che i dispositivi su misura debbano essere caratterizzati da prezzi più alti, avere una base di fornitori più ristretta, e presentare tempi di consegna più lunghi. L’esigenza di avere cicli di progettazione più brevi e costi inferiori sono spesso i fattori più importanti che dissuadono i progettisti dal ricorrere a una soluzione basata su componenti dedicati in un nuovo progetto, e sono in genere più significativi rispetto a qualsiasi preoccupazione riguardo all’adeguatezza del componente all’applicazione.
Una soluzione a supporto dei progettisti
Kemet ha lavorato per rendere lo sviluppo di soluzioni dedicate basate su componenti passivi il più possibile efficiente ed economico, per consentire ai progettisti di assicurarsi che i componenti più adatti siano disponibili al momento giusto e a un prezzo conveniente in risposta alle proprie esigenze. Al cuore delle iniziative si trova un’applicazione commerciale basata su web, usata dagli ingegneri applicativi e dagli addetti alle vendite che sono in contatto con i progettisti circuitali, per catturare i requisiti critici sugli aspetti tecnici del progetto e sul costo dei componenti per i progetti di punta. I requisiti sono condivisi con i principali progettisti e con gli ingegneri dei materiali per iniziare immediatamente il processo di revisione del progetto. Il processo di revisione del progetto vaglia i nuovi requisiti di progetto attraverso varie fasi per valutare la fattibilità tecnica, i costi previsti per lo sviluppo, i tempi di sviluppo e la fabbricabilità. Se esiste già un componente che soddisferà i requisiti, questo processo è in grado di identificare i componenti ottimali e di conseguenza consente di sviluppare una soluzione rapida ed economica. Laddove non esiste ancora un componente standard per i requisiti delle nuove applicazioni, i progettisti di Kemet sono pronti a collaborare con i progettisti circuitali per sviluppare una soluzione su misura. Il progetto segue un processo collaudato, che dapprima assicura che tutti i requisiti di tipo tecnico, programmatico ed economico siano compresi. Il passo successivo consiste nell’identificare i materiali esistenti adatti e le capacità produttive adeguate disponibili presso Kemet per sviluppare una soluzione su misura che faccia il maggior uso possibile delle risorse disponibili o qualsiasi risorsa che possa essere attualmente in fase di sviluppo per un mercato più ampio. Kemet dispone di stabilimenti per lo sviluppo dei prodotti in ognuna delle principali regioni del mondo a supporto dell’intero mercato dei componenti passivi. Queste strutture possono essere utilizzate per sfruttare tutte le risorse di Kemet a disposizione per risolvere i problemi dei clienti. Questo approccio riduce il tempo di ciclo per lo sviluppo di nuovi componenti, mentre allo stesso tempo contribuisce a mantenere i costi sotto controllo e consente il rapido sviluppo di campioni prototipo. La disponibilità in tempi rapidi di campioni prototipo consente ai progettisti circuitali di iniziare a verificare i propri prototipi fin dalle prime fasi del progetto e quindi di dedicare le proprie competenze e attenzioni al difficile compito di validare il nuovo progetto. Tale approccio offre la migliore opportunità di fornire una soluzione nei tempi richiesti e in grado di soddisfare gli obiettivi di costo richiesti.
La personalizzazione garantisce i risultati
Un numero crescente di progetti dei clienti comporta l’esigenza di banchi di condensatori che presentino una lunga durata in presenza di temperature e di correnti di ripple molto al di sopra delle capacità dei condensatori a film ed elettrolitici esistenti. Kemet ha sviluppato la capacità di fabbricare sistemi multicondensatore in una varietà di fattori di forma che incorporano i dielettrici X7R di Kemet (Fig. 1) e i dielettrici ceramici leader nel mondo C0G e U2J, per poter offrire una capacità elevata in un alloggiamento in grado di operare fino a temperature estremamente elevate. Kemet ha anche esteso la propria linea di condensatori ceramici ad alta tensione per fornire un condensatore da 1 kV estremamente piccolo. Attingendo a queste competenze è stato possibile sviluppare un condensatore C0G da 10 kV a montaggio superficiale in un case di piccole dimensioni (2220) per l’uso negli apparecchi a raggi X portatili, in sostituzione dei più ingombranti componenti ad alta tensione, aiutando così il cliente a creare uno strumento che sia più leggero e portatile rispetto a quanto era precedentemente disponibile. Alcune nuove innovazioni recenti includono la tecnologia Hlc (High layer count) che fornisce maggiore capacità e i dispositivi ad alta temperatura in grado di operare a temperature fino a 300°C, per assicurare un’alta affidabilità in applicazioni esigenti come nel campo dell’estrazione petrolifera. Inoltre, l’ultima tecnologia Smart Cap di Kemet sta schiudendo molte nuove opportunità di personalizzare le soluzioni, integrando componenti extra in serie o in parallelo come resistori, fusibili e altra circuiteria. Alcune applicazioni che richiedono un breve impulso di energia necessitano anche di un meccanismo di sicurezza. Quest’ultimo deve poter scaricare l’energia quando il sistema non è più predisposto per il funzionamento. Integrando il resistore all’interno della pila di condensatori, i clienti dispongono di un unico componente con funzioni integrate per la sicurezza. Qualora fossero richiesti dei condensatori di livellamento, è in corso di sviluppo un’altra opzione che elimina la piedinatura, di modo che la soluzione a pila di condensatori possa essere saltati per montaggio superficiale direttamente alla scheda circuitale. Oltre ad essere più leggeri e più economici rispetto alla soluzione tradizionale a pila, la pila di condensatori senza piedinatura è assemblata con materiali in grado di supportare facilmente temperature elevate durante la saldatura a riflusso. L’assemblaggio impilato rimane robusto dal punto di vista meccanico in presenza di temperature operative fino a 200°C e oltre. Oltre a sviluppare prodotti su misura delle esigenze dei clienti, altri servizi importanti includono i processi di caratterizzazione elettrica in risposta alle esigenze di applicazioni specifiche dell’utente finale. Questi ultimi coprono aspetti quali l’andamento di Esr, Esl e impedenza lungo un intervallo di frequenze e di temperature, oltre ai test di durata fino a 300 °C e a 2000 V, le prove a impulsi e di resistenza, e al test di durata in presenza di ripple fino a 150 °C.
