以“小型化，大容量化”為核心、電子設(shè)備發(fā)展的獨(dú)石陶瓷電容器(產(chǎn)品篇)
陶瓷電容器的市場(chǎng)和技術(shù)的領(lǐng)跑者——村田制作所，長(zhǎng)期致力于為客戶提供品種豐富的陶瓷電容器。其中，有一批針對(duì)特定用途而進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化的“特殊用途產(chǎn)品”，可以讓客戶直觀地領(lǐng)略到該公司擁有的豐富經(jīng)驗(yàn)以及精湛的技術(shù)后盾。該公司意欲通過提供可以滿足車載、高頻電路、光纖通信等各種特殊用途要求的產(chǎn)品，來填補(bǔ)一般用途產(chǎn)品無法涵蓋的領(lǐng)域，細(xì)致入微地滿足更加廣泛的市場(chǎng)需求。
村田制作所將特殊用途的陶瓷電容器主要定位在，車載用途電容器、多端子電容器、長(zhǎng)寬互換型電容器、Hi-Q電容器、薄片型電容器、高可靠性電容器，以及電路板嵌入式電容器等。該公司元件事業(yè)本部第2電容器事業(yè)部事業(yè)部長(zhǎng)的水野健一先生表示：“我們根據(jù)客戶在貼裝電路上提出的特別要求，為其提供特性和形狀與一般品不同的‘特殊用途產(chǎn)品’！
“可靠性”、“耐久性”、“安全性”是三個(gè)必備條件
在特殊用途產(chǎn)品中，尤其是用于車載的產(chǎn)品品種特別豐富。現(xiàn)有的燃油汽車電子化進(jìn)程不斷加快，同時(shí)混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車也開始普及，預(yù)計(jì)今后車載用陶瓷電容器的需求量將會(huì)迅速增多。因此該公司也在此領(lǐng)域加大了開發(fā)的力度。水野先生說：“在車載應(yīng)用上，影音娛樂和信息交互等系統(tǒng)中用一般品就能夠滿足需求，不過，傳動(dòng)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、控制系統(tǒng)就必須使用車載專用的產(chǎn)品。”
車載用陶瓷電容器對(duì)可靠性的要求比一般品嚴(yán)格很多。具體來說，必須具備高度可靠性，能承受劇烈的振動(dòng)以及超過100℃高溫等多重嚴(yán)酷使用環(huán)境的考驗(yàn)；能經(jīng)得起長(zhǎng)時(shí)間使用的優(yōu)良耐久性；以及萬一出現(xiàn)故障時(shí)也能保護(hù)生命的安全性。因此該公司對(duì)車載用產(chǎn)品設(shè)定了比一般品更為嚴(yán)格的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在嚴(yán)格的質(zhì)量管理基礎(chǔ)上，為確保可靠性、耐久性、安全性而潛心鉆研，并開發(fā)出了一系列的新產(chǎn)品。
譬如，當(dāng)施加振動(dòng)時(shí)，印刷電路板會(huì)產(chǎn)生彎曲，貼裝在表面的陶瓷電容器就會(huì)受到一個(gè)應(yīng)力。此時(shí)受力集中的金屬電極和陶瓷的接觸部分就很有可能產(chǎn)生裂縫。一旦出現(xiàn)裂縫，端子之間將會(huì)引起短路，大量電流的流動(dòng)將引起故障單元發(fā)熱，最壞的情況是引起燃燒。如此一來就可能引發(fā)危及生命的事故。
為此，該公司推出了三種產(chǎn)品，其特殊結(jié)構(gòu)即使在受到劇烈振動(dòng)產(chǎn)生裂縫后，也能防止端子之間短路 (圖1)，另外還有改進(jìn)了外部電極的產(chǎn)品(圖2)。
內(nèi)置故障保護(hù)的結(jié)構(gòu)
“GCJ系列”是擁有防止短路的故障保護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品之一。一般用途的陶瓷電容器直接在陶瓷兩端的Cu電極上鍍Sn/Ni，而GCJ系列產(chǎn)品的特點(diǎn)則是在帶有電極的陶瓷兩端分別粘合上一層導(dǎo)電樹脂之后，再在其表面上鍍Sn/Ni。如此一來，當(dāng)端子因承受應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫之前，導(dǎo)電樹脂和金屬電極就會(huì)自動(dòng)剝離。
第二種是2單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)的“GCD系列”產(chǎn)品。改進(jìn)了內(nèi)部電極的配置法，其構(gòu)造是在一個(gè)電容器內(nèi)直接串聯(lián)了兩個(gè)電容結(jié)構(gòu)。也就是說，采用了將二個(gè)電容器橫排在一起的方式。這樣一來，無論哪個(gè)端子出現(xiàn)了裂縫，只要另一個(gè)電容器能正常運(yùn)作，就能避免發(fā)生整個(gè)電容器全部短路的情況。
第三種是將電容器兩端與內(nèi)部電極不重疊的部分（間隙）的尺寸做寬的降低失效的“FR結(jié)構(gòu)”產(chǎn)品。也就是說，預(yù)先將容易開裂的部分與電極隔絕開來，即使開裂也不會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，以達(dá)到未雨綢繆的效果。
此外，還開發(fā)出了用于車載的“KCM系列”產(chǎn)品，采用金屬端子構(gòu)造以減少開裂現(xiàn)象（圖2）。利用金屬端子的彈性來緩解因溫度變化使電路板出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而達(dá)到減少開裂現(xiàn)象的目的。水野先生介紹說：“元件越大越容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，因此有不少客戶對(duì)大型電容器敬而遠(yuǎn)之。我們正是為了解決上述問題，才開發(fā)出KCM系列產(chǎn)品的！
高速化LSI數(shù)字電路中不可或缺的低ESL值產(chǎn)品
隨著LSI數(shù)字電路的高速化推進(jìn)，低ESL（等效串聯(lián)電感）值產(chǎn)品的市場(chǎng)需求不斷高漲。水野先生表示：“隨著數(shù)字電路的高速化，越來越難確保電源質(zhì)量(Power Integrity)和信號(hào)質(zhì)量(Signal Integrity)的安定。而解決上述問題時(shí)能發(fā)揮作用的正是低ESL值電容器！
具體來說，該公司提供以下三大種類的低ESL值電容器。第一種是長(zhǎng)寬互換型電容器。一般的電容器將外部電極設(shè)置在短邊上，而長(zhǎng)寬互換型電容器卻將外部電極設(shè)置在長(zhǎng)邊上。通過縮短電容內(nèi)部的電流途徑，控制會(huì)引起寄生感值的磁場(chǎng)產(chǎn)生，從而降低ESL值。水野先生介紹說：“比起普通的陶瓷電容器來，它能將ESL值減低到約3分之一的程度！
另一種低ESL值電容器是多端子電容器。其特征是在長(zhǎng)邊上設(shè)置了多個(gè)外部端子，并將正極端子和負(fù)極端子交互排列。將正負(fù)極端子交互排列，能消除各自發(fā)生的磁場(chǎng)，從而降低ESL值。水野先生介紹說：“其ESL值只有普通陶瓷電容器的9分之一！
第三種低ESL值產(chǎn)品是三端子電容器(圖3)。構(gòu)成電容器的兩個(gè)電極中的一個(gè)與輸入端子和輸出端子相連，另一個(gè)電極與接地端子連接。如此一來，電感成分就無法流進(jìn)與接地側(cè)相通的連接線，將其作為去耦電容器使用時(shí)，更能有效地降低ESL值，可將其壓低到普通獨(dú)石陶瓷電容器的10分之一左右。
適用于基站與光纖通信的產(chǎn)品
用于高頻電路的Hi-Q型電容器，也是該公司的特殊用途陶瓷電容器之一(圖4)。Hi-Q型電容器在從VHF波段到微波高頻波段之間，能夠顯示出比普通獨(dú)石陶瓷電容器更高的Q值。主要用于手機(jī)的基站、廣播電視臺(tái)、業(yè)務(wù)用的無線裝置，以及衛(wèi)星通信、雷達(dá)等的無線通訊系統(tǒng)中，此外還用于MRI等醫(yī)療器械、半導(dǎo)體制造設(shè)備等應(yīng)用中。水野先生介紹說：“我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品在輸入高頻電流時(shí)能減輕產(chǎn)生的損耗！贝送，為進(jìn)一步降低電阻值，還提供將內(nèi)部電極的材料由普通產(chǎn)品的鎳(Ni）更換為銅(Cu)的品種。
在用于通訊系統(tǒng)的特殊用途產(chǎn)品方面，該公司還提供可內(nèi)嵌于光通信的感光模塊內(nèi)的“薄片電容器” (圖5)。水野先生解釋說：“這種模塊使用金(Au)作為元件與電路板的焊接材料。而為了減少貼裝面積，我們將電極設(shè)在元件的上下端，并經(jīng)過加工處理，使其能用Au進(jìn)行焊接！
針對(duì)一些對(duì)產(chǎn)品可靠性的要求極高，卻無法進(jìn)行定期保養(yǎng)或零部件更換的人造衛(wèi)星和海底電纜系統(tǒng)等尖端科技產(chǎn)品，該公司也提供了各種產(chǎn)品。水野先生自豪地說：“我們對(duì)每一個(gè)設(shè)備都逐一進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查，確保性能萬無一失后方可出貨！
順應(yīng)小型化的需求，開發(fā)嵌入式產(chǎn)品
隨著通訊設(shè)備的普及，實(shí)現(xiàn)高密度貼裝的需求日益高漲。該公司順應(yīng)這種時(shí)代需求，提供相應(yīng)的特殊用途產(chǎn)品。這就是“GRU系列”電路板嵌入式獨(dú)石陶瓷電容器。由于此產(chǎn)品采用將設(shè)備嵌入印刷電路板內(nèi)部的形式來進(jìn)行貼裝，因此電路板表面的實(shí)際貼裝面積為零。而且，通過嵌入下部的方式使電容器與LSI等其他的元件的連接距離極短，因此還有抑制線路之間寄生感值的效果！2012年以后，重視多功能而又追求小型薄型化的智能手機(jī)市場(chǎng)將起到帶動(dòng)作用，嵌入式電容器的市場(chǎng)很有可能將進(jìn)一步擴(kuò)大！彼跋壬錆M了自信。
該公司還開發(fā)出了嵌入式獨(dú)石陶瓷電容器與貼裝在其上方的LSI連接的技術(shù)。使用激光鉆出通孔，然后進(jìn)行鍍銅 (Cu)，使嵌入的電容器和外部電極連接。為了與這種技術(shù)配套，該公司還開發(fā)出了外部電極的材料為銅 (Cu)的嵌入式獨(dú)石陶瓷電容器。
采用各種高新技術(shù)生產(chǎn)的特殊用途獨(dú)石陶瓷電容器的產(chǎn)品陣容中，有多種產(chǎn)品都是出自于在這個(gè)領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗(yàn)以及雄厚技術(shù)后盾的村田制作所之手。諸如此類的產(chǎn)品，無疑會(huì)給各個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)設(shè)計(jì)人士帶來巨大的附加價(jià)值。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-12-13
