簡介

雖然電解電容長期以來一直是需要大于100μF電容的去耦應用的首選解決方案，但這些器件具有固有的可靠性和使用壽命問題，并且通常是第一個失效的元件。多層陶瓷電容器（MLCC）技術的進步現在為設計人員提供了傳統電解電容器的高電容替代品。與電解相比，新的高值MLCC具有更低的等效串聯電阻（ESR）和電感（ESL）的優勢，并且證明平均故障時間（MTTF）為10，000至超過1，000，000年。高價值MLCC的應用包括汽車電子，醫療電子和工業設備。

本文介紹了TAIYO YUDEN高級MLCC產品背后的材料科學。它還提供了比較性能和價格數據，以顯示這些陶瓷電容器如何比聚合物電容器具有顯著優勢。

高電容MLCCS與聚合物電容器相比

高電容MLCC提供了顯著改進等效聚合物電容器性能和價格的比較證明了MLCC在需要高電容值和/或其他系統級改進的設計中取代聚合物電容器的潛力。

性能比較

除了與電解裝置相比，MLCC拓撲的固態特性提供了機械優勢，許多顯著的電氣性能改善也很明顯。

更低的ESR和ESL

圖1顯示了與330μF聚合物電容器相比，100μF，220μF和330μFMLCC的等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL）。除了降低ESR和ESL值的系統損耗之外，MLCC的外殼尺寸和印刷電路板占板面積也大大減小。

圖1：與聚合物電容器相比，100μF，220μF和330μF的MLCC。

使用更緊湊的MLCC進行下垂測試的可比結果

在特定應用中，MLCC可提供與聚合物電容器類似的性能，同時顯著減少安裝尺寸。圖2顯示了競爭性聚合物器件與下垂測試中選擇的100μFMLCC的比較結果。 （注意MLCC如何提供類似的結果，尺寸為?到1/6的足跡。）

圖2：類似于MLCC的下垂測試性能可比較的電解質。

具有更小外殼尺寸的可比紋波性能

圖3顯示了150μF，220μF和330μFMLCC的紋波電壓和電壓降波形與330相比μF和470μF聚合物器件。與聚合物器件相比，150μFMLCC的紋波電壓略有改善，而220μF和330μFMLCC的紋波性能得到顯著改善。同樣，盡管提供相同或更好的性能，MLCC提供更緊湊的封裝。

圖3：100μF，220μF和330μF的MLCC與聚合物電容器相比。

在高頻范圍內具有出色的穩定性

MLCC提供的一項更顯著的改進是隨著電容隨頻率的變化而減小。圖4比較了MLCC和聚合物設計的頻率特性。在100 Hz至100 MHz的頻率范圍內，四個MLCC的變化僅為8％至12％，而六個聚合物器件的變化為18％至80％。

圖4：與聚合物電容器相比，MLCC的電容值對頻率的影響。

圖5：MLCC的優勢在于與聚合物電容器相當的價位。 （基于市場研究的價格比較;實際價格可能會有所不同。）

價格比較

更高價值的MLCC成本與聚合物電容器相當，如圖5所示。作為電容值MLCC繼續與聚合物電容器競爭激烈。然而，在所有價位上，MLCC通過提供非極性設計方法來改善設計，簡化制造工藝，降低ESR，ESL并減少占地面積。

MLCC應用示例

MLCC在電解質的性能包括物理尺寸和電氣優勢。此外，在某些應用中，使用更低電容（甚至更小）的MLCC可以實現相當的性能。

電源輸出電壓穩定

為了提高效率，今天的數字產品越來越多地配備開關型電源。這些電源電路使用高值電容器的組合來平滑輸出并確保最終產品中其他電路的穩定運行。圖6顯示了使用MLCC改善降壓轉換器中波形的示例。

高價值MLCC技術在此應用中的重要優勢是顯著減小了元件尺寸并減少了兩者與電解質相比，ESR和ESL。圖6描述了電容器的低ESR和ESL如何有助于降低紋波電流。

圖6：降壓轉換器中的紋波電壓發生機制電容的ESR和ESL。

噪聲濾波

在高頻時，MLCC可以濾除RF噪聲，并將高頻尖峰對其他電路的破壞性影響降至最低。圖7顯示了此應用程序的一個示例。 MLCC在更寬的頻率范圍內具有更好的性能，并且具有低ESR和ESL，因此非常適合此應用。

圖7：RF噪聲去耦使用MLCC的好處。

TAIYO YUDEN MLCC產品的發展和技術

圖8顯示了各種行業標準封裝中批量生產的高電容MLCC的發展。如圖所示，MLCC的趨勢是朝向更高的電容和縮小的形狀因子。 TAIYO YUDEN是提供增加電容的多層陶瓷電容器的行業領導者。

圖8：MLCC技術朝著更小尺寸和更高電容的趨勢。

2013年9月，該公司率先生產330μFMLCC，一年后宣布推出470μF設備。隨著加速發展，該公司承諾在不久的將來增加更高電容的設備。 TAIYO YUDEN在MLCC技術方面的發展，包括領先的微制造技術以及尖端的高精度分層技術，在過去五年中電容增加了十倍。圖9顯示了過去30年來TAIYO YUDEN MLCC的歷史。

圖9：TAIYO YUDEN MLCC大規模生產的歷史。

材料科學推動了性能提升

MLCC需要各種關鍵技術才能實現越來越高的價值。如圖10所示，這些技術包括：

超細粉末技術

核殼結構

薄層技術

印刷技術

多層技術

模擬技術

每個領域的進步都有助于TAIYO YUDEN始終如一地保持高水平全行業的MLCC值。

圖10：MLCC實現高電容值的關鍵技術。

TAIYO YUDEN材料技術

超高端產品中使用的單層材料片材的厚度從微米縮小到亞微米。 TAIYO YUDEN近期技術創新的近期目標是到2016年生產1000μF陶瓷電容器。隨著最近在2013年推出330μF和2014年推出470μF的成功，正在朝著這一目標取得重大進展。/p》

鈦酸鋇是使TAIYO YUDEN繼續尋求從原材料水平到制造的各個階段向市場提供小尺寸，高產量和高價值產品的關鍵原材料。圖11顯示了EIA Class 2 MLCC的制造方法和元件級技術。

圖11：TAIYO的制造方法和元件技術YUDEN MLCC。

能夠大批量生產緊湊型和高電容產品的核心技術是能夠制造薄且均勻的電介質。通過控制電介質的厚度，TAIYO YUDEN目前擁有在厚度小于1微米的區域內具有絕緣性能的技術。

通過控制粉末來制造薄而均勻的薄板，從而提煉和推進技術的發展。合成原料進行分散，以及層壓，燒制然后整理這些板材的整個過程。圖12顯示了增加更細的粉末和均勻片技術導致的電介質和電極的減少。

圖12：TAIYO YUDEN的核心技術導致更加緊湊和更高電容的MLCC產品。

生產價值遠高于100μF的MLCC需要在實驗室和制造技術方面進行廣泛的研究。這些知識對于實現精確的層壓以及克服燒制的挑戰至關重要。層數增加。

TAIYO YUDEN MLCC增強

聲學噪聲抑制

高電容型MLCC中常用的鐵電陶瓷材料可能會導致在施加電場時的機械變形。利用AC電壓，電容器振動并將該振動傳遞到基板，從而產生可聽見的聲音。為了解決這個問題，TAIYO YUDEN開發了聲學噪聲抑制介電材料，用于商業化電容器以降低噪聲。

這些降噪產品還可以減小電容量直流偏置電壓，非常適合用于筆記本電腦的電源電路。例如，在使用實際電路中的電壓波形進行的測量中，與具有常規X5R特性的產品相比，確認存在降壓效果，如圖13所示。

圖13：采用聲學降噪措施降低聲壓級的MLCC。

軟終端

圖14顯示了MLCC外部電極的設計元素，包括軟端接方面。軟端接提供耐熱循環性和抗基板彎曲性。

圖14：MLCC的軟端接提供耐熱循環性和對基板的耐受性TAIYO YUDEN高價值MLCC產品

TAIYO YUDEN利用專利技術和原材料的廣泛開發，不斷推出小尺寸，大批量的MLCC。具有超過1200層的多層結構在EIA 1812外殼尺寸中產生470μF的電容。表1和表2顯示了最新MLCC的規格，其值大于100μF。

除電容值外，指定MLCC時所需的其他重要特性包括：最大額定電壓，厚度，EIA/JIS外殼尺寸和溫度額定值，以及溫度系數（電容變化）。溫度系數可確定MLCC在工作溫度范圍內的變化程度。常見的評級包括：X5R（-55°C至+ 85°C，±15％），X6S（-55°C至+ 105°C，±22％），X7R（-55°C至125°C，± 15％）和X7S（-55°C至125°C，±22％）。

電容外殼尺寸

eIa額定電壓。

（VDC）溫度

特性電容

公差零件號100μF08052.5 X5R±20％PMK212BBJ107MG-T100μF12064 X5R±20％AMK316ABJ107ML-T100μF12064 X6S±20％AMK316AC6107ML-T100μF12066.3 X5R±20％JMK316ABJ107ML-T100μF1210 6.3 X5R±20％JMK325ABJ107MM-T100μF12106.3 X7S±20％JMK325AC7107MM-T100μF12106.3 X6S±20％JMK325AC6107MM-T100μF121010 X5R±20％LMK325ABJ107MM-T150μF12064 X5R±20％AMK316BBJ157ML -T150μF12104 X5R±20％AMK325ABJ157MM-T150μF12104 X6S±20％AMK325AC6157MM-T150μF12106.3 X5R±20％JMK325ABJ157MM-T220μF12062.5 X5R±20％PMK316BBJ227ML-T220μF12102.5 X6S±20％PMK325AC6227MM-T220μF12104 X5R±20％AMK325ABJ227MM-T220μF12104 X6S±20％AMK325AC6227MM-T220μF12106.3 X5 R±20％JMK325ABJ227MM-T330μF12102.5 X6S±20％PMK325AC6337MM-T330μF12104 X5R±20％AMK325ABJ337MM-T470μF18122.5 X6S±20％PMK432C6477MM-T470μF18124 X5R±20％AMK432BJ477MM-T

表1：適用于一般應用的高值MLCCS。

電容外殼尺寸

eIa額定電壓。（VDC）溫度

特性電容

容差零件號100μF12064 X5R± 20％AMK316ABJ107MLHT100μF12066.3 X5R±20％JMK316BBJ107MLHT100μF12104 X5R±20％AMK325ABJ107MMHT100μF12106.3 X5R±20％JMK325ABJ107MMHT220μF12104 X5R±20％AMK325ABJ227MMHT

表2：高值MLCC高可靠性應用 - 符合AEC-Q200標準。

除了超小型電容器和大容量電容器外，TAIYO YUDEN產品系列還包括特殊類型的電容器，如低ESL電容器，用于高頻應用的電容器，高壓電容器和陣列型電容器。

結論

由于多層電容器的優勢在非線性電容器中，MLCC器件已經證明能夠在許多消費，工業和汽車應用中取代聚合物電容器。越來越高價值的MLCC有望加強這一趨勢。憑借在將實驗室突破轉化為大批量生產方面的領先優勢，TAIYO YUDEN正在確定高價值MLCC發展的步伐。如今，該公司認識到超高端技術的關鍵市場需求。其目標是通過開發更先進的微結構在2016年完成并提供1000μF陶瓷電容，從而在MLCC產品中實現更高的電容值。