Qué es un condensador de tantalio - Diferencias y sus aplicaciones

Un condensador de tantalio de alto rendimiento ofrece a los diseñadores una solución fiable y estable de alta capacidad. Con casi 60 años de utilización, los condensadores de tantalio se emplean en el desarrollo de diversas aplicaciones para industrias como la aviónica militar y comercial, los sistemas de automatización y control industrial, la electrónica médica crítica e implantable, los teléfonos inteligentes, los ordenadores portátiles y de sobremesa. Los Laboratorios Bell, a principios de la década de 1950, inventaron los condensadores sólidos de tántalo como un condensador de soporte de baja tensión muy avanzado y de gran fiabilidad. En este artículo se presenta una visión general del condensador de tantalio.

¿Qué es el condensador de tántalo?

Un condensador electrolítico de tantalio está formado por un metal de tantalio -que actúa como ánodo- encerrado en una capa anódica de óxido -empleada como dieléctrico- que, además, está encerrado en un electrolito líquido o sólido como cátodo. Como el dióxido de manganeso (MnO2) ofrece características de autocuración para garantizar la fiabilidad a largo plazo, se utiliza como cátodo.

Los condensadores de tantalio son extremadamente estables, más pequeños y ligeros y tienen una tensión de trabajo y una capacitancia máximas menores. Estos condensadores pierden menos corriente y tienen menos inductancia, por lo que no son adecuados para los circuitos de acoplamiento de alta frecuencia.

Polaridad y marcas

El polaridad y marcas del condensador de tantalio se comentan a continuación.

• Los condensadores de tantalio son condensadores polarizados de forma innata, con plomo positivo y negativo, y son apropiados para las alimentaciones de corriente continua. La polaridad y las marcas de los condensadores facilitan la identificación del ánodo y el cátodo.
• Dos bandas y un signo positivo ayudan a identificar el valor de la capacitancia y la tensión máxima de trabajo.
• Sin embargo, el valor más alto a la izquierda revela el valor de la capacidad en microfaradios (uF). Por ejemplo, el valor de la siguiente figura es de 2,2 uF.
• La tensión por debajo del valor de la capacidad es la tensión máxima de trabajo de un condensador, es decir, 25V.
• Debajo de la banda larga se observa un signo positivo (+). La combinación de una banda larga y un signo "+" indica que este lado tiene un cable/ánodo positivo, mientras que el otro lado indica un cable/ cátodo negativo.
• La tensión inversa o una conexión incorrecta podrían dañar el condensador.
• Electrolítico de tántalo
• Fallo del condensador de tantalio

En Reverse Bias Behavior of Surface Mount Solid, Tantalum Capacitors se explica que los condensadores de tantalio están diseñados para funcionar sólo en condiciones de polarización de tensión directa y fallan si se aplica una tensión inversa, lo que incluye el encendido rápido de un circuito de baja impedancia, o la aparición de un pico de corriente durante su funcionamiento.

Modo de fallo del condensador

El documento publicado por ASM International dice claramente que Condensador de tantalio el modo de fallo se divide en tres principales categorías

Alta fuga/cortocircuito

La aplicación de una tensión inversa puede producir elevadas corrientes de fuga, lo que generalmente ocurre durante la localización de averías, fallos y/o pruebas en el banco. Los condensadores de tantalio con cristalización provocan fallos de cortocircuito debido a que los puntos calientes que se forman durante la cristalización calientan el cátodo.

Alta Resistencia Equivalente en Serie (ESR)

La ESR de un condensador se ve fuertemente afectada por la mecánica/termomecánica si se expone al montaje en placa, al pick-and-place, al reflujo y a la vida útil de la aplicación. Este tipo de tensión suele comprometer las conexiones externas y/o internas, lo que provoca una ESR elevada.

Baja capacitancia/abierto

Como la capacitancia de un condensador de Tantalio no cambia en condiciones normales de funcionamiento, el fallo es poco común. La baja capacitancia de un condensador de Tantalio en cualquier aplicación puede ser un indicio de un condensador en cortocircuito, mientras que el fallo de abierto puede ser el resultado de una conexión de cable y cable positivo dañados.

Tamaños y usos de los SMD

Condensador de tantalio ofrece características importantes como la extrema estabilidad, la fiabilidad y la baja fuga de corriente. Estas características permiten que los condensadores se apliquen en -

• Circuito de muestreo y retención para lograr una larga duración de retención
• El desacoplamiento del carril de la fuente de alimentación ofrece una mayor eficiencia con una menor ESR
• Sistemas de embalaje extremadamente eficientes
• Aplicaciones relacionadas con la industria militar y aeroespacial
• Dispositivos médicos de mantenimiento de la vida
• Equipos espaciales para una mayor fiabilidad

Las placas base para el filtrado de la fuente de alimentación, y muchas más en general, el mayor número de condensadores de tantalio se producen en masa como condensador de chip de tantalio en forma de SMD (dispositivo de montaje superficial). Está diseñado con superficies de contacto en ambos lados de una carcasa. Siguiendo las normas EIA-5335-BAAC, los condensadores de chip de tantalio se diseñan y producen en diferentes estilos.

Código EIA métrico	L ± 0,2 (mm)	W ± 0,2 (mm)	H máx (mm)	Código EIA pulgadas	Código del caso AVX	Código del caso Kemet	Código del caso Vishay
EIA 1608-08	1.6	0.8	0.8	0603	-	-	-
EIA 1608-10	1.6	0.85	1.05	0603	L	-	M, M0
EIA 2012-12	2.05	1.35	1.2	0805	R	R	W
EIA 2012-15	2.05	1.35	1.5	0805	P	-	R
EIA 3216-10	3.2	1.6	1.0	1206	K	I	Q, A0
EIA 3216-12	3.2	1.6	1.2	1206	S	S	-

Diferencias entre el condensador de tantalio y el de cerámica

El condensador de tantalio y cerámica se comentan a continuación.

En el campo de la electrónica, los condensadores de tántalo y los cerámicos son ampliamente aceptados para diseñar diversas aplicaciones adecuadas. Veamos a continuación las diferencias entre ambos.

Condensador de tantalio	Condensador cerámico
La inestabilidad de la capacitancia no se manifiesta con respecto a la tensión aplicada	La capacitancia cambia con respecto a la tensión aplicada
Muestra un cambio lineal de la capacitancia en relación con la temperatura	Muestra el cambio de capacitancia más no lineal relacionado con la temperatura
Los condensadores de tantalio no experimentan un proceso de envejecimiento similar	Con el tiempo muestran una disminución logarítmica de la capacitancia conocida como envejecimiento
Se clasifican según la fuga de corriente directa (o DCL).	Suelen especificar la resistencia del aislamiento.

Ventajas y desventajas

La lista de las ventajas y desventajas de un condensador de tantalio sólido incluye lo siguiente

Las ventajas son: Larga vida útil, resistencia a las altas temperaturas, excelente rendimiento, alta precisión, eficacia en el filtrado de armónicos de alta frecuencia.

Las desventajas son: Tener una capa de óxido muy fina que no es robusta, no puede soportar tensiones por encima de los límites, baja capacidad de corriente de ondulación.

Aplicaciones del condensador de tántalo

Condensadores de tantalio ofrecen diversas ventajas y, por lo tanto, se utilizan en varias aplicaciones, especialmente en la electrónica moderna, por su mayor estabilidad para soportar una serie de temperaturas y frecuencias, su fiabilidad a largo plazo y su eficiencia volumétrica récord.

Un condensador de tantalio es un componente exigente para los implantes cardiovasculares que detectan automáticamente los latidos irregulares del corazón y dan un contragolpe eléctrico en pocos segundos. Este condensador se encuentra en los sectores industriales más exigentes, como el médico, las telecomunicaciones, el aeroespacial, el militar, el de la automoción y el informático.

Preguntas frecuentes

1). ¿Nombra algunas aplicaciones de los condensadores de tantalio húmedo?

Se utiliza en sectores como el de las telecomunicaciones, la aviónica, el espacio, la medicina, las telecomunicaciones y las aplicaciones de consumo.

2). ¿Qué es la tensión de sobretensión en términos de condensador de tantalio?

Una sobretensión es la tensión más alta que se puede aplicar a un condensador durante un periodo corto en circuitos que tienen una resistencia en serie mínima.

3). ¿Qué es la tensión inversa? ¿Qué le ocurre al condensador de tantalio cuando se le aplica una tensión inversa?

La tensión inversa se produce cuando la tensión del electrodo anódico es negativa con respecto a la tensión catódica. Con una tensión inversa, fluye una corriente de fuga inversa en pequeñas microfisuras o defectos a través de la capa dieléctrica hacia el ánodo del condensador.

4). ¿Cuáles son los distintos dieléctricos utilizados para fabricar el condensador de tantalio?

• Electrolito de dióxido de manganeso
• Pentóxido de tántalo, Ta2O5
• Pentóxido de niobio, Nb2O5

5). Explica el marcado de la polaridad de un condensador de tantalio

La polaridad y las marcas en los condensadores facilitan la identificación del ánodo y el cátodo.

• Las dos bandas y el signo positivo ayudan a identificar el valor de la capacitancia y la tensión máxima de trabajo.
• Sin embargo, el valor más alto a la izquierda revela el valor de la capacidad en microfaradios (uF). Por ejemplo, el valor de la siguiente figura es de 2,2 uF.
• La tensión por debajo del valor de la capacidad es la tensión máxima de trabajo de un condensador, es decir, 25V.
• Debajo de la banda larga se observa un signo positivo (+). La combinación de una banda larga y un signo "+" indica que este lugar tiene un cable/ánodo positivo, mientras que el otro lado indica un cable/ cátodo negativo.
• Una tensión inversa o una conexión incorrecta podrían dañar el condensador.

6). Define la impedancia

La impedancia es la resistencia total en ohmios de cualquier red a una frecuencia determinada, incluyendo las partes angulares real e imaginaria.

7). Indica una diferencia entre el condensador de tantalio y el de cerámica.

En el condensador de Tantalio no se produce inestabilidad de la capacidad con respecto a la tensión aplicada, mientras que el condensador cerámico presenta cambios de capacidad con respecto a la tensión aplicada.

Sin embargo, los diseñadores confían en los condensadores de tántalo como componentes fiables. Sus características mejoradas, como el menor peso, la baja fuga de corriente y la alta capacitancia por volumen, permiten que el condensador se utilice en una amplia variedad de aplicaciones. El condensador de tantalio debe conectarse adecuadamente para evitar cualquier daño.

Las fugas/cortocircuitos elevados, la ESR y la baja capacitancia/abertura son las tres razones principales del fallo de los condensadores. Los fabricantes y diseñadores deben garantizar la protección y la fiabilidad a largo plazo. El hecho de ofrecer unas características excepcionales hace que los condensadores de tántalo se utilicen en casi todas las industrias para desarrollar una aplicación adecuada.