工艺进步和材料发展使得当今的陶瓷电容器可以在高频率、高温度和高瞬态环境中运行。这些陶瓷电容器可在较小的封装内处理更大容量的电流,使设计工程师在更有效的电容器设计中取得更高水平的性能。
陶瓷电容器是具有陶瓷介质的固定值电容器。虽然引线通孔盘状陶瓷电容器和无引线盘状微波陶瓷电容器也有应用,但最常见的类型是表面贴装多层陶瓷片式电容器。陶瓷材料的构成决定电气性能,进而决定应用。
由于如今的电子设备运行要求更高的频率,电容器供应商已改进了陶瓷配方,以便它们能在更高的频率下持续运行。
例如,AVX 公司提供超宽带电容器(图 1)的 GXOS 系列,旨在解决 16kHz~40GHz 之间的分贝阻隔。电容器的设计目的是可以将其安装在宽度小于 20 密耳的带状线路上。电容器额定为 0.1 微法拉,在 85℃ 温度下的额定直流电压为 6.3V。
图 1:AVX GXOS 系列超宽带电容器(来源:AVX 公司)
降低压电噪音是电容器供应商关注的另一个领域。带压电噪音降低功能的陶瓷电容器可在高 dv/dt 电路中减少噪音的产生。基美电子有限公司 (KEMET Electronics) 目前推出声称世界首个额定电压为 250V 且成型尺寸为 0402 的电容器,其额定电容高达 330 微微法拉。电容器中使用的材料可降低压电噪音,提供高热稳定性且无容性延迟。
陶瓷电容器继续呈现微型化。Ron Demcko 认为,AVX 公司继续开发并改进陶瓷配方,以在各种温度下实现稳定运行,并能够抵抗更高的电压应力,使得更薄的介电层能够使用。
精密处理技术使株式会社村田制作所 (Murata) 能够开发市场上最小成型尺寸的产品 (008004),测量值为 0.25 x 0.125mm(图 2)。这些电容器要求 0.4 x 0.2mm(大约是 0.1005 成型尺寸的一半)的安装区域,这是史上最小的成型尺寸。
图 2:Murata 的最小 008004 尺寸电容器(来源:Murata Americas)
Murata 还利用这种技术将更多的电容封装成其他工业标准尺寸。该公司现在提供尺寸为 0201(0.024 x 0.012 英寸)的 2.2 微法拉电容器,和尺寸为 0402(0.039 x 0.020 英寸)的 22 微法拉电容器。
高温运行
抵抗持续高温的能力是更新的版陶瓷电容器的另外一个特征。在军事应用和商业应用中,AVX AT 系列 MLCC 能够长期在 250℃ 的温度下运行。提供的电容器容量范围为 100 微微法拉至 1 微法拉,公差为 +/-5%、10% 或 20%。
KEMET 还在 C0G (NP0) 和 X7R 配方方面做了广泛的工作,该配方生产出的陶瓷电容器能够在高于 150℃ 的温度和超过 200V 的电压下运行——产品市场销售经理 Scott Carson 这样解释说。
Carson 认为,KEMET 开发了在温度升高时具有较高可靠性的定制的介质配方,改进了原材料并使材料具有超高的纯度、高结晶度和较小的颗粒大小,改善了分散体和球磨粉末的方法以形成陶瓷和电极层,并完善堆叠和层压更薄层的技术。
许多电容器必须抵抗的高温焊接和板组件环境,也催生了对能承受电路板弯曲的电容器的需求。例如,AVX 提供一个 FlexiTerm™ 终极方案,该方案使一些 MLCC 能成功耐受 5mm 的电路板弯曲。
同样,美国威世科技 (Vishay Intertechnology) 的 VJ. 31X 汽车系列电容器(图 3)有聚合物柔性端接以增强保护力度,可免受电路板弯曲的损坏。这些电容器适合 C0G (NP0)、X7R 和 X8 管芯。
图 3:Vishay 的 VJ. 31X 汽车系列电容器。(来源:威世科技)
通孔电容器
虽然表面贴装陶瓷电容器已获得很大程度的改进,但是通孔电容器也获得一些进步。Murata Americas 的应用工程师 Frank Yang 认为,通孔陶瓷电容器仍有需求,例如在高振动、焊接或定制化引线成形、或电脑电路板不可用的环境中。
为此,Murata 推出了针对汽车应用的 RCE 系列轴向引线单片陶瓷电容器。该电容器符合 AEC-Q200 汽车需求和 ISO7637-2 电涌测试.设备的电容量范围为 1.0 微微法拉至 22 微法拉,额定电压为 25V 至 1kV。
KEMET 通过使用与其表面贴装 X8L 和 X8R 介质平台中所用技术相同的内部技术,扩展了 Animax 高温轴向电容器系列(图 4)。该电容器专为高振动环境设计,可耐受高达 150℃ 的高温,其电容量高达 2.2 微法拉,电压高达 50V。
图 4:KEMET 的 Animax 高温轴向电容器。(来源:KEMET Electronics 公司。)
Animax 电容器的设计用于井下石油勘探、汽车、国防和航空航天环境下的去耦、旁通和过滤。
市场稳定
就像其他元件市场一样,陶瓷电容器市场会受到经济衰退和影响电子产品供应链的全球事件的影响。日本东北部 4 年前发生的地震,对用于生产陶瓷电容器的钛酸钡和其他钛酸盐材料的供应造成影响,反过来,促使原始设备制造商 (OEM) 存储陶瓷电容器。这最终导致过度供应。
目前,市场调研报告显示,由于智能手机、移动设备、电视机和电脑方面的需求,陶瓷电容器市场在接下来的几年里将获得发展。价格侵蚀一直是电容器市场的趋势,尤其是多层陶瓷芯片电容器 (MLCC)。AVX 的全球业务/营销经理 Mark Obuszewski 认为,这对于高 CV 元件尤其如此。
Murata 的 Frank Yang 认为,缓和价格侵蚀一直是众望所归,尤其是在汽车和智能手机领域,这可以帮助稳定价格。电容器供应商认为,在可预见的未来,市场上的关键因素仍将继续起到关键作用。
AVX 的 Mark Obuszewski 说:“我们不希望陶瓷供应商之间有任何重大合作。一些规模较小的供应商可能被兼并,但是我们不希望有任何重大振动。”