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MLCC需满足未来电子设备小型化高性能化要求
作者:
时间:2009-12-03 16:53
来源:TDK
随著半导体集成技术的发展,
IC
的集成度越来越高,线路板表面上元器件的使用日趋减少。不过随著各种电子设备功能的增加、半导体器件的高速化、
低功耗
(
低电压驱动
)
趋势、电子模块的小型化及接口数增加,势必会引起电子回路的电磁干扰,为了使电子线路能正常稳定地工作,就需要增加外围
元件来消除电磁噪声保证电路的正常工作,这对于被动元件的需求反而有所增加。
MLCC
封装趋向小型化及薄型化发展
手机、手提电脑、游戏机、液晶电视等家用电器的多功能化、小型化,对电容、电感、电阻、接插件等元件也提出了更高的要求。
TDK
为了顺应市场
的需求,积极推进小型、大容量应用,正在完善从
C0603
到
C0402
尺寸的超小型
MLCC
产品系列布局。
C0402
尺寸与
C0603
尺寸相比可节省大约
40~50%
的贴片有效面积,同时小型化还可以减少由于布线而产生的寄生感抗和寄生电阻。由于尺寸的减少,
元件自身的
ESL(
串联等效电感
)/ESR(
串联等效电阻
)
可以变得更小,同时对电容的高频特性也非常有利。
MLCC
性能走向低
ESL/ESR
和大容量化
对应
PC
、手机等终端机的小型轻量化、多功能化发展趋势,除了高密度贴片的要求以外,为了满足电子回路的高性能、多功能,
LSI
的工作频率越来
越高,这对于低阻抗电源供给也提出了更高的要求。对于手机等移动类电子终端设备,为了使充电电池使用时间更长,驱动电压会越来越低,同时为
了防止设备的误动作,
EMC
对策也变得越来越重要,市场对于能够在宽频
(MHz~GHz)
使用的低阻抗低感抗
ESR/ESL
、小尺寸大容量
MLCC
的需求变得更
为迫切。
在电子线路中,由于各种噪声的影响,使得
IC
供电线的电压经常发生变动,从而造成
IC
器件不能正常工作。对于
CPU
、
GPU
、
MPU
等高速计算的半导体
器件,由于时钟频率的提高,在线路中会产生较为突变的电压变化,此时既要能够在高速环境下工作,又能使电源电压稳定,这就需要在这些高频的
IC
周围配置上既能消除噪声,也能使电源电压稳定的高容量、低阻抗的
MLCC
。一般的电容器由于
ESR
、
ESL
的存在,随著工作频率的增加,它的阻抗
也随之增加。在设计上一般会采用适用于不同频率的电容组合来对应,这就需要增加电容的使用数量,但这样并没有提高抑制噪声的带宽。
TDK
开发
的高容量三端子
MLCC
系列,可以既使电容的使用数量减少,又可以提高高频带抑制噪声的能力。
便携式终端机如手机、
GPS
对
MLCC
的体积、厚度与重量提出了更高的要求,为了对应该类市场的需求,
TDK
还推出了超薄型的倒置
MLCC
系列,它的厚度
只有
0.35
毫米,对于高频带宽的低阻抗非常有效。另一方面,高
Q
值的
MLCC
其共振频率
SRF
是比较高的,同时具有非常低的阻抗,当这种高
Q
值
MLCC
组
合和
IC
共用时,会引起新的噪声。
TDK
在去年推出了新型
ESR
可控型
MLCC
系列产品,用于
IC
电源的去耦回路,它的特点是在高频带域段有比较平稳的阻抗特性,可以解决部品间产生的电
气干扰和降低电容的使用个数。
MLCC
未来技术发展动向
陶瓷贴片电容性能的提高主要体现在以下五个方面:
电气特性:单位体积容量密度的提高是由高介质率材料、薄层化、多层化所构成,同时,频率响应特性、直流偏置电压特性、损耗系数也是非常重要
的特性。
功能:应用制品的不同要求对
MLCC
提出了各种各样的功能要求,
MLCC
的设计用模拟技术也是很重要的。
可靠性:由于应用制品的多样性,
MLCC
的工作温度范围、使用电压等条件越来越苛刻,由于汽车电装化的加速,电容的小型、高性能化和在高温、
高耐压条件下的可靠性是非常重要的。同时产业用的电子设备要求
MLCC
在非常苛刻的条件下耐高低温冲击要具有非常高的可靠性,并且能
够正常稳定地进行工作。
SMT
贴片:高密度的贴装要求
MLCC
在尺寸、形状、精度以及端子电极、编带形态也提出了很高的要求,例如
TDK
的窄间距编带、有利用环保、可再生
利用。
价格:随著
MLCC
向小型化、高容量化发展以及市场的竞争,近年来价格的下降也是非常显著的,但是由于制造工艺的难度增加,电解质的微小化、
薄层化降低了制品的合格率,使生产成本有所增加。当然,这个高性能和低价格的矛盾是需要制造厂商进一步解决的。
材料技术发展趋势
支撑
MLCC
发展的最重要是材料技术的开发,从
1991
年开始,
MLCC
的内部电极从贵金属
(Pd
、
Ag)
到贱金属
(N)
的工业化的成功开始,使
MLCC
的小型化大
容量化有了飞速的发展。与此同时薄层、多层化技术、设计的宽容度也有了飞速的提高。
TDK
公司高介质率材料的开发正在快速发展,介质厚度小于
1
μ
m
,介质颗粒直径在
0.2~0.25
μ
m
之间,介质率在
3,800~4,000
之间。介质的微细化是介
质薄层化的基础,一般来说介质的颗粒微细化会导致介质材料的介质率降低,这是材料设计的一个难点所在。
TDK
公司在材料开发方面采用了以
BaTiO3
高结晶的钛酸钡为主要的材料,使得介质的细微化和高介质率成为可能。
电子设备的小型化、高性能化是今后电子工业的发展趋势,由于根据目前的经济状况,价格的竞争不可避免,这对
MLCC
的制造厂商也提出了更高的要
求。对于材料技术、模拟技术、制造工序技术的开发将是所有
MLCC
生产厂商所面临的课题。
MLCC
SMT
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