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陶瓷电容的发展历程

      虽然大家往往认为电阻、电容器、电感器等无源元件的存在不甚抢眼,但实际上它们却是最先进的电子设备中必不可少的元器件。特别是对最先进的半导体设备而言,多层陶瓷电容器极其重要。如果没有这种电容器,就无法指望半导体设备能正常运行。在电子行业中,曾经流传一种说法"电容器迟早会被纳入半导体设备"。但是实际上,在半导体设备发展的同时,多层陶瓷电容器的重要性也与日俱增。如果没有多层陶瓷电容器,也就无法指望使用最先进的微细加工技术制造的微处理器、DSP、微型计算机、FPGA等的半导体设备能正常运行。

陶瓷电容器小型化和大容量化

      目前,多层陶瓷电容器的市场规模在铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等各式电容器中是最大的。稍早前的数据显示2008年日本国内出货量为6278 亿个,日本国内出货金额达到3059日元(源自经济产业部的机械统计)。位居第2位的铝电解电容器日本国内出货量为182亿个,日本国内出货金额为 1743日元。其差距相当巨大。2012年,多层陶瓷电容器增加到7655亿个,与此相对,铝电解电容器却减少到109亿个。其差距在不断扩大。

      通过多重层叠电介质层和内部电极,实现了较大电容。虽然现在多层陶瓷电容器在电容器市场上占据榜首位置,然而在产品推出之初却很难被市场接受。构思出多层陶瓷电容器创意的是美国企业。在始于1961年的阿波罗计划的推进过程中,出于需要,大电容量的小型电容器应运而生。通过在薄电介质上形成电极,并进行多个叠加,实现了在小体积内充满大电容的电容器。 
                
      多层陶瓷电容器的历史即可一言以蔽之,就是"小型化和大容量化的历史"。电介质材料在推出之初是采用的二氧化钛,但我们在较早的阶段引入了钛酸钡(BaTiO3)。之后也通过对该材料加以改良来不断提高相对介电常数,目前已经达到3000左右。相较于几十水平的二氧化钛相对介电常数,该数值也已经大其两位数。 

      电介质的厚度在推出之初为50μm,但之后薄型化逐渐发展,目前已经达到了0.5μm。也就是说,与产品推出之初相比,介电常数已经提高到100倍,厚度减 少至1/100。如果厚度降低到1/100,那么层叠数可以增加至100倍。因此,如果是相同体积的电容器,相当于增加到100万倍。相反,如果考虑体积,则意味着相同的电容量可以实现1/100万的小型化。

多层陶瓷电容器的应用

      片状多层陶瓷电容器被广泛用于配备在微处理器、DSP、MCU及FPGA等半导体器件的周围电路,以使这些半导体器件能够正常工作。配备的个数(总数)非常多。比如,笔记本PC约为730个,手机为230个,数码摄像机及导航仪甚至要使用多达1000个左右。 

      这些片状多层陶瓷电容器的作用大致分为两种。一是为半导体器件提供电力供应的支持。一般而言,半导体器件根据不同的工作状态,所需电流会有很大变化。有时会突然需要大量电力。当遇到这种负荷突变的情况时,配备在相对较远部位的电源电路(DC-DC转换器等)会无法迅速满足需求。因此,事先在配备在半导体器件周围的电容器中先积蓄电力,由电容器来满足突然出现的供电需求。

      另一个作用是去除导致EMI(Electro-Magnetic Interference,电磁干扰)的噪声成分。也就是滤波器作用。通过利用电容器高频阻抗较低这一特点,使高频噪声成分到达电源/接地层。

      一般而言,前一种作用被称为去耦电容器,后一种作用被称为旁路电容器。而大容量片状多层陶瓷电容器则可同时承担这两种作用。现在,仅去耦和平滑滤波器用途就已占到片状多层陶瓷电容器市场份额的约7成。此外,用量较大的用途是高频滤波器用途、阻抗匹配用途以及温度补偿用途等。

信息来自:钽电容  陶瓷电容  二、三极管  晶体振荡器
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