高精度電子機器におけるX7S MLCCの利点を探る

OEMがより高い静電容量値を持つMLCCを開発する方法はいくつかありますが、そのほとんどはセラミック材料の改良を伴います。たとえば、粒子サイズを小さくすると層を薄くすることができ、粒子処理を追加すると均一性と信頼性が向上します。さらに、材料のドーピングを改善すると、比誘電率 (εr) を高めることができます。これらすべての要因により静電容量値が高くなり、注目すべき結果として1206パッケージ サイズで10µF/50Vが実現します。

コンパクトなケースサイズで高密度、高効率のソリューションを求める設計エンジニアは、このMLCCからメリットを得ることができます。電源バイパス回路、民生用電子機器、通信機器など、高い電気的精度、安定性、信頼性が求められるアプリケーションでメリットが見込まれます。

より深く掘り下げると、相対誘電率（比誘電率とも呼ばれる）は、電界の作用下で特定の体積の材料に蓄えられる、誘導分極の形での電位エネルギーの量の尺度です。ただし、セラミック材料の比誘電率を高めると、特定の副作用が生じます。つまり、ユーザーは、印加DC電圧、TCC、時間などの動作条件の変化に応じて、比誘電率の変化がより大きくなることを予期できます。簡単に言えば、静電容量の安定性を実現するには、これらの使用条件から最高のパフォーマンスを引き出せるMLCC特性の適切なバランスを実現できるかどうかにかかっています。

すべてのクラスII MLCC配合 (X7RおよびX7Sを含む) は、印加されるDC電圧 (DCバイアス)、TCC、および時間 (経年変化) に応じて静電容量値が変化します。たとえば、後者は、主にドメインがエネルギー的により安定した状態を見つける必要性により、セラミック粒子が時間の経過とともに再配向する能力を失うときに発生します。このドメインの安定化により、比誘電率が低下し、それが直接的に静電容量の損失につながります。

もちろん、ほとんどの設計エンジニアは、DCバイアスによってクラスII MLCCの有効静電容量が大幅に低下することをすでに知っています。明確にするために、X7SとX7Rの両方の配合は、EIAクラスII材料に分類される「温度安定性」セラミックです。TCCと老化とともに、これら3つの要因は相互に依存しており、1つの要因を改善すると、他の1つまたは両方の要因に影響が及びます。TCCとDCバイアスの両方を同時に強化できるのは、セラミック粉末システム全体が将来的に改善されたときのみであるという意見が広く一致しています。

しかし、良いニュースもあります。SEMCOは、現在のX7S MLCCはX7R MLCCよりも優れたDCバイアスを提供できる可能性があることを明らかにしました。実証するために、同社はSEMCO X7S MLCCと他社のX7RデバイスのDCバイアス性能特性を示す一連の測定を実行しました。仕様的には、どちらも0402パッケージ/ケース サイズの1µF 10% 6.3V MLCCでした。

測定の結果、SEMCO X7S MLCCは4Vで約 -30.7% の静電容量変化率を示すことがわかりました。比較すると、他のサプライヤーのX7R MLCCは、4Vで約 -50.6% という著しく大きな静電容量変化率を示しました。すでに述べたように、このDCバイアスの改善によりTCCにいくらかの影響があります。4Vおよび85°Cでは、SEMCO X7S MLCCの静電容量変化率は -6% でしたが、他のメーカーのMLCCでは +6% (4V、85°C) でした。

グラフが示すように、SEMCO X7S 1µF MLCCは、4V、85°Cで0.59µFの静電容量を実現しており、X7Rの0.52µFと比較して、総合的に優れた性能を維持しています。

市場ではX7Rの許容範囲 ±15% がよく知られているため、MLCCの詳細を深く調べずにこれを優先技術として置き換えることは困難です。ただし、前述の測定結果が示すように、実際の動作条件を考慮すると、TCCとDCバイアスを比較すると、X7S MLCCの方が高い残存容量を示す可能性があります。この記事で取り上げた要因は、多くの場合、高静電容量値に当てはまります。高静電容量値では、DCバイアスがますます顕著になり、実効静電容量を低下させるように作用します。これは、設計エンジニアが厳密に計算されたマージンで追加のnFごとに苦労することが多い場所でもあります。