In der Tasche

NICKEL IN DER TASCHE MIT MINIATUR-KONDENSATOREN BLEIBEN WIR VERBUNDEN

Dank Nickel können MLCCs geschrumpft werden, indem die Stärke der dielektrischen Schicht reduziert wird, während dieselben Kondensatorkapazitätswerte beibehalten werden. Das Smartphone in Ihrer Tasche ist ein komplexes Elektroniksystem mit vielen verschiedenen Funktionen, die alle mit demselben integrierten Akku betrieben werden. Eine elektronische Schaltung besteht aus einzelnen Elektronikkomponenten wie Widerständen, Transistoren, Kondensatoren, Induktoren und Dioden, die mit leitfähigen Drähten oder Leiterbahnen verbunden sind, durch die der elektrische Strom fließen kann. Der Kondensator kann, ähnlich wie ein kleiner wiederaufladbarer Akku, Energie in Form einer elektrischen Ladung speichern.

Kondensatoren sind für die Funktion einer elektronischen Schaltung unabdingbar. Wenn die Stromversorgung unabhängig von der Stromaufnahme eine konstante Spannung bereitstellen könnte und es keine Komponenten gäbe, die elektrisches Rauschen verursachen, bräuchte man keine Kondensatoren. Spannungsschwankungen sind aber nun einmal Realität und müssen ausgeglichen werden. Der Kondensator stellt eine Pufferspannung bereit, mit der sichergestellt wird, dass an allen Komponenten stets genug Strom anliegt. Rauschen wird ausgefiltert, damit die verschiedenen elektronischen Unterstromkreise wie vorgesehen funktionieren.

In Verbraucherelektronik-Geräten gibt es Hunderte und im Falle von High-EndSmartphones (wie beispielsweise dem iPhone) über tausend Miniatur-Kondensatoren. Diese werden als Keramikvielschicht-Chipkondensatoren (engl. Multi-Layer Ceramic Capacitors, MLCCs) bezeichnet und sind mitunter so klein wie ein Sandkorn an Ihrem Lieblingsstrand. Ihre Aufgabe besteht darin, Unterschaltkreise voneinander zu entkoppeln, sodass sie nicht von Ungleichmäßigkeiten in der Stromversorgung betroffen sind, die durch Aktivitäten in einem anderen Unterschaltkreis entstehen.

Die Anatomie eines MLCC

In seiner Grundform besteht ein MLCC aus zwei oder mehr parallelen Metallplatten (Elektroden), die von einem Isoliermaterial (einem Dielektrikum) elektrisch getrennt werden. Derzeit können MLCCs 600 parallele Elektroden aufweisen, die weniger als einen Mikrometer dick sind.

MLCCs wurden vor mehr als 40 Jahren als Ersatz für scheibenförmige Keramikkondensatoren erfunden. Scheibenförmige Keramikkondensatoren verfügten über zwei alleinstehende Leiter, die in der Regel durch Löcher in der Leiterplatte montiert wurden. Sie ermöglichten weder eine schnelle Installation noch eine Miniaturisierung der elektronischen Komponenten. Die rechteckige Form des MLCC ermöglicht eine Hochgeschwindigkeits-Oberflächenmontage. Bei MLCCs wurde zunächst Silber-Palladium (Ag-Pd) als Elektrode verwendet, das Anfang der 2000er Jahre

dann durch Nickel ersetzt wurde. Nickelelektroden bieten im Vergleich zu Ag-Pd mehrere Vorteile, darunter:

• dünnere dielektrische Schichten • höhere Kapazitätswerte (bessere

Volumeneffizienz) • niedrigere Kosten

Nickel ist bei der Herstellung von MLCCs jetzt das Material erster Wahl. Dank Nickel können MLCCs geschrumpft werden, indem die Stärke der dielektrischen Schicht unter Beibehaltung derselben Kondensatorkapazitätswerte reduziert wird. Nickelhaltige MLCCs werden in Smartphones, Wearables wie Smartwatches und Fitnessbändern, Luft- und Raumfahrtsystemen sowie Smart Cars eingesetzt, insbesondere in Fahrzeugen mit fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (ADAS). MLCCs sind überall dort zu finden, wo Elektronik miniaturisiert wird. Jährlich werden bis zu vier Billionen MLCCs hergestellt, von denen 40 % in Smartphones verbaut werden. 2020 wurden für die Herstellung von MLCCs 4800 Tonnen Nickel verwendet. Damit werden die winzigen Komponenten hergestellt, mit denen wir verbunden bleiben und ohne die unsere Elektronikgeräte nicht funktionieren würden. 2020 wurden 4800 Tonnen Nickel für die Herstellung von KeramikvielschichtChipkondensatoren verwendet, die so klein wie ein Sandkorn sein können.