اقرأ في هذا المقال
ما هي مكثفات السيراميك؟
مكثف السيراميك: هو مكثف يستخدم مادة خزفية كعزل كهربائي، النوعان الأكثر شيوعًا هما المكثفات الخزفية متعددة الطبقات ومكثفات الأقراص الخزفية. يستخدم مكثف السيراميك مادة خزفية كعزل كهربائي، كان الخزف من أوائل المواد التي استخدمت في إنتاج المكثفات، حيث كان عازلًا معروفًا.
تمّ استخدام العديد من الأشكال الهندسية في المكثفات السيراميك، والتي أصبح بعضها مثل المكثفات الأنبوبية السيراميكية ومكثفات الطبقة الحاجزة غير موجودة اليوم بسبب حجمها أو التأثيرات الخارجية أو الخصائص الكهربائية، أنواع المكثفات الخزفية المستخدمة غالبًا في الإلكترونيات الحديثة هي مكثف السيراميك متعدد الطبقات، والذي يُسمى أيضًا مكثف الرقائق متعدد الطبقات الخزفي (MLCC) ومكثف القرص الخزفي، تعد (MLCCs) أكثر المكثفات إنتاجًا بكمية تقارب (1000) مليار جهاز سنويًا.
إنها مصنوعة بتقنية (SMD) “مثبتة على السطح” وتستخدم على نطاق واسع بسبب صغر حجمها، عادةً ما تُصنع المكثفات الخزفية بقيم سعة صغيرة جدًا، تتراوح عادةً بين (1nF) و(1µF)، على الرغم من إمكانية القيم التي تصل إلى (100µF)، المكثفات الخزفية صغيرة الحجم أيضًا ولها جهد منخفض أقصى معدل، فهي ليست مستقطبة، ممّا يعني أنّها قد تكون متصلة بأمان بمصدر تيار متردد، المكثفات الخزفية لها استجابة تردد كبيرة بسبب التأثيرات الخارجية المنخفضة مثل المقاومة أو الحث.
صفات مكثفات السيراميك:
الدقة والسماحية – Precision and tolerances:
هناك فئتان من مكثفات السيراميك المتاحة اليوم: الفئة (1) والفئة (2)، تستخدم مكثفات السيراميك من الفئة (1) حيث يتطلب الأمر ثباتًا عاليًا وخسارة منخفضة، إنّها دقيقة للغاية وقيمة السعة مستقرة فيما يتعلق بالجهد المطبق ودرجة الحرارة والتردد، تتميز سلسلة المكثفات (NP0) باستقرار حراري سعة (± 0.54٪ ) ضمن نطاق درجة الحرارة الإجمالية من (-55) إلى (+125) درجة مئوية.
يمكن أن تكون السماحية في قيمة السعة الاسمية منخفضة حتى (1٪)، تتميز مكثفات الفئة (2) بسعة عالية لكل حجم وتستخدم للتطبيقات الأقل حساسية، عادةً ما يكون ثباتها الحراري (± 15٪) في نطاق درجة حرارة التشغيل، وتفاوتات القيمة الاسمية حوالي (20٪).
مزايا الحجم – Size advantages:
عندما تكون هناك حاجة إلى كثافة تعبئة عالية للمكونات، كما هو الحال في معظم لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة (PCBs)، تقدم أجهزة (MLCC) ميزة كبيرة مقارنة بالمكثفات الأخرى، لتوضيح هذه النقطة، “(0402) مكثف سيراميك متعدد الطبقات أبعاده (0.4) مم × (0.2) مم فقط، في مثل هذه الحزمة، هناك (500) طبقة أو أكثر من السيراميك والمعدن، الحد الأدنى لسمك السيراميك اعتبارًا من عام (2010) في حدود (0.5) ميكرون.
الجهد العالي والطاقة العالية – High voltage and high power:
يمكن تصنيع مكثفات السيراميك الأكبر حجمًا لتحمل الفولتية الأعلى وتسمّى هذه المكثفات ” مكثفات الطاقة السيراميكية” (power ceramic capacitors)، هذه أكبر بكثير من تلك المستخدمة في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ولها أطراف خاصة للتوصيل الآمن بمصدر جهد عالي، يمكن تصنيع مكثفات الطاقة السيراميكية لتحمل الفولتية في نطاق (2) كيلو فولت حتى (100) كيلو فولت، مع قدرة أعلى بكثير من (200) فولت – أمبير (volt-amperes)، يتم تصنيف (MLCCs) الأصغر المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة على الفولتية من بضعة فولت فقط إلى عدة مئات من الفولتات، اعتمادًا على التطبيق.
بنية وخصائص مكثفات السيراميك:
مكثفات قرص السيراميك – Ceramic disc capacitors:
يتم تصنيع مكثفات قرص السيراميك عن طريق طلاء قرص سيراميكي بأسطح فضية على كلا الجانبين، لتحقيق سعة أكبر، يمكن تصنيع هذه الأجهزة من طبقات متعددة، عادةً ما تكون مكثفات الأقراص السيراميكية عبارة عن مكونات من خلال الفتحة وتتراجع بسبب حجمها، يتم استخدام (MLCCs) بدلاً من ذلك، إذا سمحت بذلك قيم السعة، مكثفات الأقراص السيراميكية لها قيمة سعة تتراوح من (10pF) إلى (100μF) مع مجموعة متنوعة من تصنيفات الجهد، ما بين (16) فولت إلى (15) كيلو فولت وأكثر.
مكثف سيراميك متعدد الطبقات – Multi-layer ceramic capacitor:
يتم تصنيع (MLCCs) عن طريق الخلط الدقيق للحبيبات المطحونة بدقة من المواد شبه الكهربائية والمواد الحديدية الكهربائية وبدلاً من ذلك وضع الخليط في طبقات مع أسطح معدنية، بعد اكتمال الطبقة، يتم إحضار الجهاز إلى درجة حرارة عالية ويتم تلبيد الخليط، ممّا ينتج عنه مادة سيراميكية ذات الخصائص المرغوبة، يتكون المكثف الناتج أساسًا من العديد من المكثفات الأصغر المتصلة بالتوازي، ممّا يؤدي إلى زيادة السعة، تتكون (MLCCs) من (500) طبقة وأكثر، مع سماكة الطبقة الدنيا حوالي (0.5) ميكرون، مع تقدم التكنولوجيا، تقل سماكة الطبقة ويمكن تحقيق سعات أعلى لنفس الحجم.
تطبيقات مكثفات السيراميك:
مع الأخذ في الاعتبار أنّ (MLCCs) هي المكثفات الأكثر إنتاجًا على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات، فيمكننا القول أنّ هناك عددًا لا يحصى من التطبيقات لهذه المكثفات، تطبيق مثير للاهتمام عالي الدقة وعالي الطاقة هو دائرة طنين في محطات الإرسال، تُستخدم المكثفات عالية الطاقة من الفئة (2) في إمدادات طاقة الليزر ذات الجهد العالي، وقواطع دوائر الطاقة، وأفران الحث وما إلى ذلك.
غالبًا ما تستخدم مكثفات (SMD) الصغيرة “المثبتة على السطح” في لوحات الدوائر المطبوعة، وتستخدم التطبيقات عالية الكثافة المكثفات التي يمكن مقارنتها بـ حجم حبة الرمل، يتم استخدامها أيضًا في محولات (DC-DC) التي تضع الكثير من الضغط على المكونات في شكل ترددات عالية ومستويات عالية من الضوضاء الكهربائية، يمكن أيضًا استخدام المكثفات السيراميكية كمكثف للأغراض العامة، نظرًا لأنّها ليست مستقطبة ومتوفرة في مجموعة كبيرة ومتنوعة من السعات وتصنيفات الجهد وأحجامه، العديد من الهواة، خاصةً في مجال الروبوتات، على دراية بمكثفات الأقراص الخزفية المستخدمة عبر محركات التيار المستمر بالفرشاة لتقليل ضوضاء التردد اللاسلكي.
