Dielektrische Codes für Keramikkondensatoren, erklärt

Y5T ist ein EIA-Dielektrikumcode. Die drei Zeichen beschreiben das Temperaturverhalten der Keramik: die Tieftemperaturgrenze, die Hochtemperaturgrenze und die maximal zulässige Kapazitätsänderung in diesem Bereich. Y5T ist ein Dielektrikum der Klasse 2 mit einem Temperaturbereich von −30 bis +85 °C, einer Kapazitätsänderung von +22 % bzw. −33 % und einem Verlustfaktor von ≤ 1 %.

Dielektrika der Klasse 1 (NP0, SL, UJ, N4700) weisen geringe Verluste und einen kleinen, vorhersagbaren Temperaturkoeffizienten auf, wodurch die Kapazität über den gesamten Temperatur- und Spannungsbereich stabil bleibt – sie eignen sich für Hochfrequenz-, Zeit- und Präzisionsschaltungen. Dielektrika der Klasse 2 (X5F, X7R, Y5P, Y5R, Y5T, Y5U, Y5V) bieten eine deutlich höhere Kapazität im gleichen Volumen, jedoch driftet die Kapazität mit der Temperatur und der angelegten Gleichspannung. Verwenden Sie Dielektrika der Klasse 2, wenn die Kapazitätsdichte wichtiger ist als die Stabilität.

Nein. Y5T ist ein universell einsetzbares Dielektrikum der Klasse 2 für Schaltungen mit geringen Frequenzanforderungen. Sein Verlustfaktor von bis zu 1 % führt unter Wechselstrom- oder Impulslast zu interner Erwärmung. Für Röntgengeneratoren, CT-Hochspannungstanks, CO₂-Lasertreiber und HF-Leistungssysteme ist stattdessen ein Dielektrikum der Klasse 1, N4700, zu verwenden.

Alle drei sind dielektrische Werkstoffe der Klasse 2 mit einem Temperaturbereich von −30 bis +85 °C und unterscheiden sich hauptsächlich in der zulässigen Kapazitätsdrift: Y5T erlaubt +22 % / −33 % bei einem Verlustfaktor ≤ 1 %, Y5U +22 % / −56 % bei einem Verlustfaktor ≤ 2 % und Y5V +22 % / −82 % bei einem Verlustfaktor ≤ 2 %. In der Praxis bedeutet eine geringere Drift eine niedrigere Kapazität pro Volumeneinheit. Wählen Sie den Werkstoff mit der geringsten Toleranz, dessen Drift Ihre Schaltung tolerieren kann.

Für Hochspannungsnetzteile oder Spannungsvervielfacher, die mit Netz- oder Schaltfrequenz arbeiten, ist Y5T üblicherweise die erste Wahl: Es bietet eine hohe Kapazitätsdichte bei der erforderlichen Nennspannung mit einer Drift, die von den meisten Netzteilen toleriert wird. Bei Hochfrequenzschaltungen oder wenn die Kapazität direkt die Taktung oder die Ausgangsgenauigkeit beeinflusst, sollte ein Dielektrikum der Klasse 1 wie N4700 verwendet werden.

Nein. Ein EIA-Code legt lediglich den Temperaturbereich und die maximal zulässige Kapazitätsdrift innerhalb dieses Bereichs fest – nicht die Keramikzusammensetzung. Jeder Hersteller entwickelt innerhalb dieser Vorgaben seine eigene Rezeptur, sodass sich Y5P-Keramiken verschiedener Hersteller hinsichtlich Verlustfaktor, Gleichstromverhalten und Dielektrizitätskonstante unterscheiden können, obwohl beide korrekt gekennzeichnet sind. Murata, Vishay und TDK verwendeten aus genau diesem Grund neben dem EIA-Code jeweils einen eigenen Markennamen für ihre Hochspannungsmaterialien – ZM, T3M und eine Strontium-Serie.

Weil der Code eine Obergrenze, nicht einen Zielwert festlegt. Die Branchengrenzwerte liegen bei 0.1 % für Klasse 1, 2.5 % für X7R und 3.0 % für Z5U und Y5V. Ein Bauteil muss lediglich unter seinem eigenen Grenzwert liegen. Wie weit darunter, hängt von der Reinheit des Bariumtitanatpulvers, der Genauigkeit des Dotiersystems und der Einhaltung des Brennprogramms ab – verbleibende Porosität in der Keramik erhöht den Verlustfaktor direkt. Muratas Y5P liegt mit etwa 0.2 % nahe am N4700-Grenzwert, während andere Marken und in China hergestelltes Y5P typischerweise das Zwei- bis Dreifache erreichen. Gleicher Code, gleiche angegebene Abweichung, aber deutlich unterschiedlicher Verlust.

Drei Faktoren beeinflussen sich gegenseitig. Verluste: Poren im gebrannten Körper erhöhen den Verlustfaktor, da offene Poren Feuchtigkeit adsorbieren. Alkalimetalloxid-Verunreinigungen ab etwa 0.02 Gew.-% im Bariumtitanat senken die Dielektrizitätskonstante. Spannungsreserve: Das Dotierungsfenster ist eng – Siliciumdioxid oder MnCO₃ ab etwa 0.25 Gew.-% bzw. Nb₂O₅ außerhalb des Bereichs von 0.2–3.0 Mol-% verringern jeweils sowohl die Gleichspannungs-Durchschlagspannung als auch den Isolationswiderstand. Lebensdauer: Unter dauerhafter Hochspannung wandern Sauerstoffleerstellen, und sekundäre Phasen an den Korngrenzen bilden niederohmige Leitungswege. Dadurch wird das Feld konzentriert, erhitzt und schließlich abgeleitet – die Durchschlagfestigkeit sinkt mit steigendem Phasenanteil von etwa 17 kV/mm auf 10 kV/mm. Ein Hersteller, der eine Korngröße von 1–3 µm und eine Brenndichte von über 98 % anstrebt, bezahlt dies mit Prozesskontrolle, und genau das ist es, was die Preisdifferenz zwischen zwei Teilen mit demselben Code ausmacht.

In China werden hauptsächlich Y5T- und Y5P-Kondensatoren verwendet. N4700 der Klasse 1 ist im Inland knapp – die Rohstoffkosten sind höher und die Einhaltung des Brennzyklus schwieriger –, daher verwenden die meisten chinesischen Hersteller Klasse 2. HVC bildet hier die Ausnahme: Etwa zwei Drittel des Sortiments sind mit N4700 ausgestattet. Europa und die USA bauten ihre installierte Basis auf Klasse-2-Codes auf, die mittlerweile als veraltet gelten: Türknaufkondensatoren von Vishay und Sprague verwenden Z5U, die DHS-Serie von Murata Z5V. Japan ging einen dritten Weg: TDK blieb bei Klasse 2 für seine Schraubanschlusskondensatoren, Z5T für die UHV-Serie und Y5S für die vergossene FHV-Serie, wobei Y5S bleihaltig ist und unter eine RoHS-Ausnahmeregelung fällt. N4700 ist der einzige Code, der in allen drei Regionen verwendet wird, jedoch jeweils unter einem anderen Markennamen: Muratas ZM (in den Artikelnummern als 4E codiert) und Vishays T3M.