以“小型化，大容量化”為核心、電子設備發展的獨石陶瓷電容器(產品篇)
陶瓷電容器的市場和技術的領跑者——村田制作所，長期致力于為客戶提供品種豐富的陶瓷電容器。其中，有一批針對特定用途而進行了設計優化的“特殊用途產品”，可以讓客戶直觀地領略到該公司擁有的豐富經驗以及精湛的技術后盾。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品，來填補一般用途產品無法涵蓋的領域，細致入微地滿足更加廣泛的市場需求。
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。該公司元件事業本部第2電容器事業部事業部長的水野健一先生表示：“我們根據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‘特殊用途產品’。”
“可靠性”、“耐久性”、“安全性”是三個必備條件
在特殊用途產品中，尤其是用于車載的產品品種特別豐富。現有的燃油汽車電子化進程不斷加快，同時混合動力車和電動汽車也開始普及，預計今后車載用陶瓷電容器的需求量將會迅速增多。因此該公司也在此領域加大了開發的力度。水野先生說：“在車載應用上，影音娛樂和信息交互等系統中用一般品就能夠滿足需求，不過，傳動系統、安全系統、控制系統就必須使用車載專用的產品。”
車載用陶瓷電容器對可靠性的要求比一般品嚴格很多。具體來說，必須具備高度可靠性，能承受劇烈的振動以及超過100℃高溫等多重嚴酷使用環境的考驗；能經得起長時間使用的優良耐久性；以及萬一出現故障時也能保護生命的安全性。因此該公司對車載用產品設定了比一般品更為嚴格的評價標準，在嚴格的質量管理基礎上，為確保可靠性、耐久性、安全性而潛心鉆研，并開發出了一系列的新產品。
譬如，當施加振動時，印刷電路板會產生彎曲，貼裝在表面的陶瓷電容器就會受到一個應力。此時受力集中的金屬電極和陶瓷的接觸部分就很有可能產生裂縫。一旦出現裂縫，端子之間將會引起短路，大量電流的流動將引起故障單元發熱，最壞的情況是引起燃燒。如此一來就可能引發危及生命的事故。
為此，該公司推出了三種產品，其特殊結構即使在受到劇烈振動產生裂縫后，也能防止端子之間短路 (圖1)，另外還有改進了外部電極的產品(圖2)。
內置故障保護的結構
“GCJ系列”是擁有防止短路的故障保護結構產品之一。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系列產品的特點則是在帶有電極的陶瓷兩端分別粘合上一層導電樹脂之后，再在其表面上鍍Sn/Ni。如此一來，當端子因承受應力而出現裂縫之前，導電樹脂和金屬電極就會自動剝離。
第二種是2單元串聯結構的“GCD系列”產品。改進了內部電極的配置法，其構造是在一個電容器內直接串聯了兩個電容結構。也就是說，采用了將二個電容器橫排在一起的方式。這樣一來，無論哪個端子出現了裂縫，只要另一個電容器能正常運作，就能避免發生整個電容器全部短路的情況。
第三種是將電容器兩端與內部電極不重疊的部分（間隙）的尺寸做寬的降低失效的“FR結構”產品。也就是說，預先將容易開裂的部分與電極隔絕開來，即使開裂也不會出現短路現象，以達到未雨綢繆的效果。
此外，還開發出了用于車載的“KCM系列”產品，采用金屬端子構造以減少開裂現象（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熱脹冷縮現象而產生的應力，從而達到減少開裂現象的目的。水野先生介紹說：“元件越大越容易出現開裂現象，因此有不少客戶對大型電容器敬而遠之。我們正是為了解決上述問題，才開發出KCM系列產品的。”
高速化LSI數字電路中不可或缺的低ESL值產品
隨著LSI數字電路的高速化推進，低ESL（等效串聯電感）值產品的市場需求不斷高漲。水野先生表示：“隨著數字電路的高速化，越來越難確保電源質量(Power Integrity)和信號質量(Signal Integrity)的安定。而解決上述問題時能發揮作用的正是低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。第一種是長寬互換型電容器。一般的電容器將外部電極設置在短邊上，而長寬互換型電容器卻將外部電極設置在長邊上。通過縮短電容內部的電流途徑，控制會引起寄生感值的磁場產生，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。其特征是在長邊上設置了多個外部端子，并將正極端子和負極端子交互排列。將正負極端子交互排列，能消除各自發生的磁場，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值產品是三端子電容器(圖3)。構成電容器的兩個電極中的一個與輸入端子和輸出端子相連，另一個電極與接地端子連接。如此一來，電感成分就無法流進與接地側相通的連接線，將其作為去耦電容器使用時，更能有效地降低ESL值，可將其壓低到普通獨石陶瓷電容器的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石陶瓷電容器更高的Q值。主要用于手機的基站、廣播電視臺、業務用的無線裝置，以及衛星通信、雷達等的無線通訊系統中，此外還用于MRI等醫療器械、半導體制造設備等應用中。水野先生介紹說：“我們設計的產品在輸入高頻電流時能減輕產生的損耗。”此外，為進一步降低電阻值，還提供將內部電極的材料由普通產品的鎳(Ni）更換為銅(Cu)的品種。
在用于通訊系統的特殊用途產品方面，該公司還提供可內嵌于光通信的感光模塊內的“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，我們將電極設在元件的上下端，并經過加工處理，使其能用Au進行焊接。”
針對一些對產品可靠性的要求極高，卻無法進行定期保養或零部件更換的人造衛星和海底電纜系統等尖端科技產品，該公司也提供了各種產品。水野先生自豪地說：“我們對每一個設備都逐一進行了嚴格的檢查，確保性能萬無一失后方可出貨。”
順應小型化的需求，開發嵌入式產品
隨著通訊設備的普及，實現高密度貼裝的需求日益高漲。該公司順應這種時代需求，提供相應的特殊用途產品。這就是“GRU系列”電路板嵌入式獨石陶瓷電容器。由于此產品采用將設備嵌入印刷電路板內部的形式來進行貼裝，因此電路板表面的實際貼裝面積為零。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市場將起到帶動作用，嵌入式電容器的市場很有可能將進一步擴大。”水野先生充滿了自信。
該公司還開發出了嵌入式獨石陶瓷電容器與貼裝在其上方的LSI連接的技術。使用激光鉆出通孔，然后進行鍍銅 (Cu)，使嵌入的電容器和外部電極連接。為了與這種技術配套，該公司還開發出了外部電極的材料為銅 (Cu)的嵌入式獨石陶瓷電容器。
采用各種高新技術生產的特殊用途獨石陶瓷電容器的產品陣容中，有多種產品都是出自于在這個領域擁有豐富經驗以及雄厚技術后盾的村田制作所之手。諸如此類的產品，無疑會給各個領域的研發設計人士帶來巨大的附加價值。
編輯：admin 最后修改時間：2017-12-13
