Estoy muy feliz en saludarte y encontrarte nuevamente por aquí, hoy te quiero a platicar sobre los Capacitores SMD (Surface Mount Device), también llamados Capacitores Chip Multicapa MLC (Multilayer Chip Capacitors), y veremos, todas las características que abarcan este tema tan extenso, pero que te aseguro, es muy fácil de comprender.

Vamos a explorar desde la definición básica de estos capacitores, hasta ¿Para qué sirven? Y sus diversas aplicaciones. El objetivo de todo esto es que al final tengas la capacidad de identificar de manera correcta un condensador SMD y puedas trabajar con él, tanto de manera teórica, como de manera práctica, ya que, conocer las características y los tipos de capacitores que existen, te ayudará muchísimo a cumplir satisfactoriamente con este objetivo.

¿Qué es la tecnología SMD?

Para conocer mejor que son los capacitores SMD (C-SMD), primero hablaré un poco sobre la tecnología SMT y los Dispositivos de Montaje Superficial (SMD) y qué características tienen.

Cuando se habla de la tecnología de montaje superficial (Surface Mount Technology), nos referimos a la nueva tecnología existente para construir circuitos electrónicos, en el cual el protagonista principal son los dispositivos SMD, dichos componentes tienen la característica de que pueden ser soldados directamente en la placa de circuito impreso (PCB), sin la necesidad de hacer perforaciones.

Ventajas de los SMD

Los dispositivos SMD se pueden identificar fácilmente, ya que, son de tamaño muy pequeño representando así una ventaja, la cual es, ahorrar espacio en la placa y en los terminales de cobre que se utiliza. Este tipo de componentes hacen mucho más ligero y eficiente la creación de sistemas electrónicos de todo tipo: desde celulares y computadoras, hasta dispositivos de grado militar.

Desventajas de los SMD

Sin embargo, el tamaño también representa una desventaja, ya que al ser muy pequeños los fabricantes no pueden imprimir totalmente el código o la matricula del componente. Para solucionar esto, los componentes SMD tienen códigos pequeños que puedes buscar en sitios oficiales del fabricante o en los manuales de uso. Los C-SMD también tiene códigos de identificación, los cuales veremos más adelante.

¿Qué son los capacitores SMD?

Entonces, después de haber visto esta pequeña introducción, podemos hacer una definición:

Los condensadores SMD son capacitores de un tamaño diminuto, perfectos para ser conectados directamente a una placa (PCB). Este tipo de condensadores también se les llama Capacitores Chip Multicapa MLC (Multilayer Chip Capacitors).

Capacitores .NET

Podemos tener MLC electrolíticos, cerámicos y de tantalio, sin embargo, el que más se utiliza es el capacitor cerámico o capacitor cerámico multicapa (MLCC), ya que el resto son muy caros y son altamente sensibles. Estos capacitores tienen distintas clases y tipos, tema que veremos después de este apartado.

Los MLC se pueden identificar por medio de sus dimensiones, por ejemplo, existen algunos capacitores con código 0805, el cual quiere decir que nuestro capacitor mide 2mm de largo, y 1.3mm de ancho (0.08’’ x 0.05’’), ¡muy pequeño! Más adelante veremos a detalle cómo identificar correctamente un MLC.

• Ver ¿Qué es la carga eléctrica?

Tipos de capacitores SMD

Como te mencione con anterioridad, los MLC más utilizados son los condensadores cerámicos, los cuales tienen una aplicación masiva dentro de los circuitos eléctricos y sistemas en general. Sin embargo, dentro de estos capacitores existen algunas normal y clases, haciendo muy extensa la línea de productos de los capacitores cerámicos SMD o multicapa.

¿Por qué existen diferentes clases?

Esto se debe a que hay diferentes materiales cerámicos con los que se fabrican estos capacitores, lo que influye directamente en las características eléctricas y físicas del componente. Por ejemplo, utilizar sustancias paraélectricas hechas a base de dióxido de titanio hace que el capacitor sea más estable y su capacitancia se mantiene en un rango de temperatura, pero son condensadores con muy baja capacitancia.

Mientras tanto, si se utiliza titanio de bario (material ferroeléctrico) mezclado con sustancias oxidas, podemos lograr que un MLC tenga mucha más capacitancia, pero tiene perdidas en altas frecuencias y su capacitancia no se mantiene con la temperatura. Como puedes ver, todo depende del material dieléctrico que se esté manejando.

Nosotros veremos los principales MLC que existen:

• Z5U
• X7R
• Y el NP0 o también abreviado como C0G.

Cada uno tiene especificaciones eléctricas distintas, así como sus aplicaciones.

Capacitores NP0/C0G de clase 1

Este capacitor forma parte de la clase 1 de los capacitores cerámicos SMD. Esta clase se caracteriza por tener capacitores con frecuencia, voltaje y temperatura más estable. Sin embargo, tiene una eficiencia volumétrica baja, al igual que su permitividad (6 a 200); esto afecta directamente a la capacitancia del condensador, ya que suele ser de rangos bajos.

Los capacitores NP0 se fabrican con paraeléctricos como el dióxido de titanio y Zinc y son perfectos para aplicaciones en circuitos resonantes y osciladores, así como para compensar los efectos de temperatura de un circuito. En resumen, los condensadores NP0 no tienen una buena estabilidad para operaciones en un amplio rango de voltajes y temperaturas.

¿Qué significa C0G y NP0?

El código C0G se debe a la estandarización EIA RS-198, donde:

• La primera letra representa una cifra significativa del cambio en la capacitancia respecto a la temperatura (coeficiente de temperatura α) en ppm/k (notación por partes).
• El segundo carácter representa el multiplicador del coeficiente de temperatura.
• Y el tercer carácter representa la máxima tolerancia en ppm/K.

Todas las clasificaciones vienen dadas por un rango de temperatura que va desde los 25°C hasta los 86°C.

El nombre NP0 solo es un nombre de cerámica, en el cual solo se agrega el coeficiente de temperatura α. Ahora, conocerás las características eléctricas de este capacitor:

Características eléctricas del NP0/C0G

• Desviación: 0
• Tolerancia α: ±30%
• Variación de capacitancia: dC/C de ±0.54% dentro de -55 a +125°C

Capacitores Z5U Y X7R de clase 2

Estos capacitores forman parte de los MLC de clase 2, esta clase se caracterizan por tener un dieléctrico con una permitividad alta (de 200 a 15,000), lo que hace que el capacitor tenga una eficiencia volumétrica muy alta, pero sacrificando estabilidad y precisión en el funcionamiento.

El valor de la capacitancia que tienen estos capacitores depende tanto de los voltajes aplicados como de la temperatura de operación. Una desventaja que podría ser relevante a largo plazo, es el notorio envejecimiento de estos MLC en comparación con otros tipos.

• El condensador Z5U y el X7R son perfectos para aplicaciones de derivación, desacoplo y circuitos de discriminación de frecuencia.

¿Qué significa las abreviatura Z5U y X7R?

Probablemente te preguntes ahora mismo: ¿Qué significa la abreviatura? Pues, este tipo de capacitores se etiquetan en función al cambio de capacitancia que existe en el rango de la temperatura de operación.

• El primer carácter representa la temperatura de operación mínima.
• El segundo carácter representa la temperatura de operación de alta gama.
• Y por último, el tercer carácter representa el cambio de temperatura.

Ya que has conocido que hay detrás de cada capacitor, a continuación, te presento las especificaciones eléctricas de cada uno:

Características eléctricas del Z5U

• Baja temperatura: +10°C
• Temperatura superior: +85°C
• Cambio de capacitancia: +22% a -56%

Características eléctricas del X7R

• Baja temperatura: -55°C
• Temperatura superior: +125°C
• Cambo de capacitancia: ±15%

📌 Nota: Esta y más información puedes conseguirla en el sistema de código de la estandarización EIA RS-198, respecto a los rangos de temperatura y cambio de capacitancia.

Fabricación de capacitores SMD

Como ya pudiste percatarte, los MLC son bastante complejos, ya que presentan características muy completas y tienen un nivel de detalle increíble, todo para que cumpla con los requerimientos necesarios dependiendo del capacitor con el que estemos tratando. Para la fabricación de estos dispositivos, se utilizan dos métodos, fabricación de MLC por proceso seco y por proceso húmedo.

Fabricación de capacitores SMD por proceso seco

1. Dentro del proceso seco, lo primero que se realiza es apilar de forma escalonada las capas de cerámica de fina calidad, con un espesor de 0.025mm (dato: un capacitor SMD tiene entre 10 a 15 capas), se realiza este proceso hasta que se cumpla un parámetro de diseño previamente especificado.
2. Posteriormente, cada componente se corta a tamaño individual dependiendo sus dimensiones y termina en el horno, listo para realizar las terminaciones de cada capacitor.

Fabricación de capacitores SMD por proceso humedo

En el proceso húmedo todo es similar al proceso seco; sin embargo, aquí las capas se realizan con cerámica húmeda (se ahí su nombre). El uso de las capas húmedas ha resultado todo un éxito, ya que este proceso hace que las capas sean mucho más finas, haciendo que los MLC bajo este proceso sean más eficientes.

Son procesos interesantes ¿no? En algún momento del auge de los componentes pasivos nadie imagino que sería tan diminutos como una uña. Ahora que ya conoces los tipos de MLC y como se fabrican, es tiempo de que aprendas a identificarlos y a leerlos por medio de las tablas de codificación. ¡Vamos allá!

Lectura de capacitores SMD

Como hemos visto, MLC se caracterizan por tener un tamaño muy diminuto (como todo componente SMD), llegando a medir en milímetros; esto hace que muchas veces los fabricantes no coloquen una etiqueta completa que ayude a identificar correctamente el capacitor, como pasaría en los componentes normales.

Por tal razón, nace la importancia de aprender a leer correctamente los MLC y a identificarlos a base de código que se encuentran impresos. Cabe destacar que muchos fabricantes no colocan un código como tal, pero se puede identificar el capacitor por medio del tamaño (como algunos MLC cerámicos) o de su color.

Para identificar de manera correcta necesitaras una lupa y un multímetro, así como conexión a Internet o el manual de uso del MLC (en caso de que te hayan proporcionado uno). Iremos por pasos para que lo entiendas mejor.

¿Cómo identificar un capacitor SMD mediante su código?

La mayoría de las veces, los códigos nos pueden guiar, y al buscarlos en Internet podemos encontrar información del capacitor y sus características eléctricas. No obstante, muchas veces los códigos impresos en el capacitor nos ayudan a identificarlo por su tamaño.

Un ejemplo de esto (y que te mencioné al principio de esta lección) son algunos capacitores cerámicos, los cuales tiene impreso un código que revela el tamaño del condensador, como el tipo 0805, el cual quiere decir que el capacitor tiene una medida de 2.0 mm x 1.3mm (0.08’’ x 0.05’’).

A esto me refería cuando decía que muchos fabricantes identifican sus capacitores por medio del tamaño.

Una codificación muy usada por muchos fabricantes es la de los valores por medio de una letra que representa un valor significativo (mantisa), un fabricante y un número:

• El fabricante es la primera letra del código.
• Mientras que la segunda letra es la mantisa.
• Y por último, el tercer carácter en el código y representa la cantidad de ceros que se debe agregar a la mantisa, obteniendo un resultado en picofaradios (pF).

A continuación, te muestro la tabla de valores:

Tabla de códigos de capacitores SMD

Ejemplo de lectura por código

Por ejemplo, si tenemos un capacitor cerámico SMD con código KS4, nos está diciendo que:

1. El primer carácter es «K», por lo tanto, el fabricante es K.
2. El segundo es «S» y si miramos la tabla de arriba tenemos que S equivale a 4.7.
3. Por ultimo tenemos el número 4, lo que indica que, se debe multiplicará por 104pF (4.7 x 104pF).
4. Lo que nos da 47,000pF, lo que equivale a 47nF.

No esta tan complicado ¿Cierto? Con la tabla y el código te será muy fácil.

Lectura de capacitores SMD electrolíticos

Para los capacitores electrolíticos SMD se utiliza una tabla distinta de codificación. Muchos capacitores electrolíticos SMD si tienen impresos en su superficie información como la capacitancia y el voltaje; pese a ello, otros más traen un código de 4 caracteres, el cual tiene una letra y 3 dígitos.En este código:

• La letra indica el voltaje de operación.
• Los dos primeros dígitos el valor de tensión
• Y el ultimo dígito el multiplicador.
• Al igual que en la tabla de códigos para capacitores cerámicos, el valor obtenido se da en pF.

A continuación, te muestro la tabla de valores:

Tabla de códigos para capacitores SMD electrolíticos

Ejemplo de lectura de capacitores SMD por código

Por ejemplo, si tenemos un capacitor electrolítico con un código D475:

• La letra «D» indica que trabaja a 20 volts.
• Los siguientes dos números los tomas como tal 47.
• Y el último dígito 5 es 105pF.
• Ahora simplemente tenemos que realizar la multiplicación 47 x 105pF, lo que es igual a 4.9 uF.
• Por lo tanto, tenemos un capacitor de 4.9 uF a 20 volts.

Ahora que ya has visto los códigos, te dejo las siguientes recomendaciones que te ayudarán al momento de inspeccionar y revisar un componente de este tipo.

Pasos para leer un capacitor SMD

Paso 1, inspección con lupa

Con ayuda de una lupa, inspecciona cuidadosamente ante una buena fuente de luz el MLC. Lo que debes buscar es alguna marca de código de tres o incluso cuatro dígitos en su superficie. Estos dígitos representan al capacitor y sus diversas características eléctricas.

Si no encuentras nada, no te preocupes, puedes identificar el capacitor mediante un manual de uso que te pudieron haber proporcionado o midiendo su capacitancia, cosa que te diré mas adelante como realizarlo.

Paso 2, buscar información del código

Si encontraste algún código, puedes revisar las tablas anteriores para obtener el valor del MLC, pero hay muchos recursos que pueden ayudarte. En la mayoría de las fuentes encontrarás información relacionada con la capacitancia, la tensión y el amperaje de dicho MLC.

Paso 3, mide la capacitancia

Independientemente de si encontraste algún código en el capacitor o no, y deseas conocer la capacitancia del MLC, puedes hacerlo. Conecta las sondas del multímetro en los extremos del capacitor respetando la polaridad (rojo al extremo rojo positivo+ y negro al negro negativo-).

OJO, que el multímetro debe tener la opción de medir capacitancia. Puedes ajustar el multímetro para medir desde los 200mF, hasta los 500mF; sin embargo, si no se muestra ninguna medición, gira la perilla hasta que medir un mayor dato de Faradios. Depende mucho del capacitor, pero generalmente las mediciones son por el orden de los picofaradios.

Paso 4, voltaje en el capacitor

Este paso es casi opcional, pero si el condensador se encuentra instalado en algún sistema, podemos conocer cuánto voltaje maneja el capacitor. Para realizar esto, necesitaras el esquema eléctrico de dicho sistema, ya que necesitaras seguir el flujo de voltaje hasta donde el capacitor se encuentra en el esquema.

La mayoría de las veces, junto a la imagen esquemática o símbolo del MLC, se encuentran los datos de voltaje e incluso de cuantos amperios puede manejar dicho capacitor. Por ejemplo, si el valor impreso es de 0,04v, significa que el capacitor es capaz de manejar 40mv (milivolts).

Tipos de encapsulado de los capacitores SMD

Como último apartado, y no menos importante, veremos los tipos de encapsulados que existen dentro de los MLC y algunos detalles relevantes sobre estos. Esto es importante, ya que te ayudara a reconocer con qué tipo de capacitor estas trabajando y, por lo tanto, saber leerlo y buscar su código.

Los encapsulados más famosos son:

• Los de capacitores cerámicos
• Capacitores de tantalio
• Capacitores electrolíticos

A continuación, veremos cómo identificarlos y otras características inherentes de cada uno.

Encapsulados cerámicos SMD

Anteriormente ya hemos tocado un sin fin de veces a los capacitores cerámicos SMD, sin embargo, hay detalles que debes conocer sobre su tipo de encapsulado y otras características importantes que te ayudaran a dominar por completo este componente.

Como ya sabes, este es uno de los MLC más utilizados en la industria, debido a su versatilidad de uso y sus diversas características eléctricas. Estos capacitores son muy sencillos: consisten en un bloque rectangular de cerámica dieléctrica, y entre ellos se intercalan una serie de electrodos con materiales ferroeléctricos.

La forma de estos capacitores tiene una ventaja, y es que permite tener una capacitancia alta por unidad de volumen y las conexiones del capacitor se encuentran en los laterales del componente.

Las medidas de este encapsulado dependen del fabricante y su código, el cual puede estar impreso en el exterior del capacitor. A continuación, te muestro las medidas más comunes.

• 0805: 2.0 mm x 1.3mm (0.08’’ x 0.05’’)
• 1812: 4.6 mm x 3.0 mm (0.18’’ x 0.12’’)
• 1206: 3.0 mm x 1.5 mm (0.12’’ x 0.06’’)
• 0402: 1.0 mm x 0.5 mm (0.04’’ x 0.02’’)
• 0603: 1.5 mm x 0.8 mm (0.06’’ x 0.03’’)
• 0201: 0.6 mm x 0.3 mm (0.02’’ x 0.01’’)

Encapsulados de Tantalio SMD

En la industria, los capacitores de tantalio SMD son usados gracias a que poseen valores de capacitancia más altos que los capacitores cerámicos. Este tipo de capacitores se utiliza mucho para la estabilidad de sistemas mediante desacoplamiento de señales de corriente alterna (CA) y la depuración de la alimentación de algún chip por medio de corriente continua (CC).

Los capacitores de tantalio utilizan un ánodo fabricado de tantalio, el cual forma parte del material dentro de la caja de encapsulamiento. Al encapsular estos condensadores, la capa dieléctrica es mucho más delgada, lo que hace que se genere una mayor capacitancia por volumen, haciendo que condensadores menores sigan cubriendo las necesidades de sistemas modernos.

El capacitor de tantalio SMD tiene cinco medidas establecidas por las normas de estandarización EIA, las cuales te presento a continuación:

• Tamaño A: 3.2 mm x 1.6 mm x 1.6 mm (EIA 3216-18)
• Tamaño B: 3.5 mm x 2.8 mm x 1.9 mm (EIA 3528-21)
• Tamaño C: 6.0 mm x 3.2 mm x 2.2 mm (EIA 6032-28)
• Tamaño D: 7.3 mm x 4.3 mm x 2.4 mm (EIA 7343-31)
• Tamaño E: 7.3 mm x 4.3 mm x 4.1 mm (EIA 7343-43)

📌 Algo que debes saber sobre estos capacitores, es que muchos de ellos tienen polaridad; esto significa que hay que tener cuidado al momento de conectarlos, ya que podrían causar un accidente.

Encapsulados electrolíticos SMD

Este tipo de capacitores también se caracterizan por tener altos valores de capacitancia, además de tener un bajo precio para la industria. Estas dos características hacen que sea un capacitor SMD muy eficaz.

A diferencia de los encapsulados anteriores, este capacitor a veces si tiene en su exterior información de dicho capacitor, como el valor de la capacitancia y el valor del voltaje de operación; sin embargo, y como ya viste anteriormente, hay otros que utilizan codificación especial de cuatro caracteres: una letra y tres dígitos. Más arriba vimos la tabla completa de valores, vale la pena recordarla. 

Estos capacitores suelen tener un encapsulamiento no muy alejado de su versión normal, ya que se sigue conservando la forma cilíndrica, lo que permite que muchos fabricantes incluyan información específica.

Al igual que en su versión normal, las medidas de los capacitores electrolíticos SMD dependen directamente de la capacitancia y del voltaje de operación, haciéndolos ya sea más grandes o más pequeños. Veamos unos ejemplos.

¡Felicidades! Si has llegado hasta aquí, ahora eres todo un experto en los capacitores SMD y todos los conceptos relacionados a este tema. Hemos visto desde lo esencial, como la definición de un capacitor SMD, hasta algo más complejo, como las especificaciones eléctricas de los tipos de capacitores cerámicos SMD que existen. No obstante, confío mucho en que hayas aprendido demasiado con esta «pequeña» lección.

Los capacitores son todo un universo por conocer, ya que están en todos los sistemas electrónicos que hoy conoces, literalmente, en todos. La tecnología SMD ha llegado para quedarse, y seguirá avanzando gracias a la necesidad de hacer los sistemas electrónicos más eficientes y diminutos; no tienes que ir muy lejos para encontrar ejemplos, basta con tan solo ver como los celulares se hacen cada vez más delgados y mucho más poderosos. Es increíble.

Como ya es costumbre, no me voy sin dejarte un par de datos que valen la pena recordar. ¡Vamos allá!

• Existen tres tipos de MLC más utilizados: capacitores cerámicos SMD, electrolíticos y de tantalio.
• Los capacitores (y componentes) SMD, se caracterizan por tener un tamaño diminuto, es por esto que hay que tener muchísimo cuidado al trabajar con ellos, ya que el calor de la soldadura podría dañarlos.
• Existen dos tipos de fabricación para los capacitores cerámicos SMD: proceso seco y proceso mojado. En este último, la cerámica se utiliza húmeda, haciendo que las capas del condensador sean mucho más finas.
• Para leer e identificar un capacitor, requerimos de una lupa para averiguar si tiene algún código en su exterior; esto funciona para todo tipo de MLC. Recuerda que muchos fabricantes no incluyen un código estandarizado, ya que los reconocen por medio del tamaño o del color.
• Las tablas de codificación tanto en capacitores cerámicos como en capacitores electrolíticos son muy importantes para conocer con que componente estas trabajando.

Hasta aquí hemos llegado. Te agradezco mucho por estar aquí y espero hayas aprendido mucho. Recuerda que: si llegar a ser el mejor quieres, practicar y estudiar mucho debes.

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