Condensador
Guía de condensadores
Informe técnico Evolving Capacitors - Multilayer Ceramic Capacitors Part 1 Trend (parte 1 de 2)
Condensadores cerámicos multicapa indispensables para los dispositivos semiconductores de alto rendimiento
Resistencias, condensadores e inductores son piezas pasivas que a menudo se consideran componentes menores, pero en realidad son indispensables para la electrónica de vanguardia. En particular, los condensadores cerámicos multicapa son cruciales para los dispositivos semiconductores de vanguardia. Sin ellos, no podríamos contar con dispositivos que funcionaran correctamente. Algunos en la industria electrónica predijeron que los condensadores acabarían integrándose en los dispositivos semiconductores. En realidad, sin embargo, la importancia de los condensadores cerámicos multicapa tiende a aumentar a medida que evolucionan los dispositivos semiconductores.
Un condensador cerámico multicapa es más pequeño que una partícula de azúcar. ¿Conoce las funciones que desempeña este minúsculo componente en los dispositivos electrónicos? Tiene funciones tan importantes como soportar la fuente de alimentación necesaria para los dispositivos semiconductores y eliminar el ruido que puede provocar un mal funcionamiento o una degradación del rendimiento. Sin los condensadores cerámicos multicapa, los dispositivos semiconductores fabricados con tecnología de proceso avanzada, como microprocesadores, DSP, microordenadores y FPGA, no podrían funcionar correctamente.
Historia de la reducción de tamaño y la mejora de la capacidad
El tamaño del mercado de condensadores cerámicos multicapa es actualmente el mayor entre los mercados de diversos tipos de condensadores, a saber, condensadores electrolíticos de aluminio, condensadores electrolíticos de tantalio y condensadores de película. En 2008, se despacharon en Japón 627.800 millones de condensadores cerámicos multicapa y las ventas nacionales alcanzaron los 305.900 millones de yenes (según el "Anuario de Estadísticas de Maquinaria" publicado por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón). Los condensadores electrolíticos de aluminio ocuparon el segundo lugar, con unas ventas de 18.200 millones de unidades y 174.300 millones de yenes. Hay una gran diferencia entre el primer y el segundo puesto.
Los condensadores cerámicos multicapa son actualmente el producto más vendido en el mercado de los condensadores, pero su aceptación en el mercado fue lenta cuando se introdujeron por primera vez. Fue una empresa estadounidense la primera en idear un condensador cerámico multicapa. En pleno programa Apolo, lanzado en 1961, se inventó un condensador cerámico multicapa para satisfacer la necesidad de un condensador compacto de alta capacidad. El nuevo condensador se diseñó para que los electrodos estuvieran formados en varias capas dieléctricas laminadas, de modo que tuviera una alta capacitancia en un tamaño reducido (fig. 1).
Las capas del material dieléctrico y los electrodos internos están laminadas unas sobre otras, con lo que se consigue una mayor capacitancia.
Murata Manufacturing Co., Ltd. introdujo esta tecnología antes que otros y puso el primer producto en el mercado en 1965. Se trataba de un modelo de 100pF destinado a los circuitos resonantes LC de las radios AM y constaba de capas de película dieléctrica de 50μm. El producto utilizaba óxido de titanio (TiO2) como material dieléctrico. El producto utilizaba óxido de titanio (TiO2) como material dieléctrico. "Cuando lanzamos el producto por primera vez, no se vendió en absoluto", afirma Kiminori Yamauchi, director de la Unidad de Negocio de Componentes de Murata. "Pero después de que saliera al mercado una radio ultrafina apodada "Radio de papel", el mercado de condensadores cerámicos multicapa creció rápidamente porque eran más pequeños que cualquier otro tipo de condensador."
La historia de los condensadores cerámicos multicapa desde entonces puede describirse como la "historia de la reducción de tamaño y la mejora de la capacitancia" En general, la capacitancia C de un condensador se expresa de la siguiente manera:
donde ε, S y d denotan la constante dieléctrica, el área de los electrodos y la distancia entre los electrodos (el grosor del cuerpo dieléctrico), respectivamente. En resumen, sólo hay dos formas de aumentar la capacitancia en un determinado volumen: o bien utilizar un material con un valor ε más elevado o bien reducir el grosor del cuerpo dieléctrico.
Murata utilizó óxido de titanio como material dieléctrico durante la fase inicial tras el lanzamiento del producto, pero introdujo el titanato de bario (BaTiO3) en una fase relativamente temprana. Desde entonces, la constante dieléctrica relativa no ha dejado de aumentar gracias a las mejoras introducidas en el material. Hasta ahora, el valor ha alcanzado aproximadamente 3.000. La constante dieléctrica relativa del óxido de titanio es de varias decenas como máximo. En otras palabras, la del BaTiO3 ha llegado a ser dos órdenes de magnitud mayor que la del óxido de titanio.
El grosor del material dieléctrico se redujo gradualmente de 50 μm durante la fase inicial a 0,5 μm en la actualidad. Así, en comparación con los valores iniciales, la constante dieléctrica es 100 veces mayor, mientras que el grosor es 1/100. Con un espesor reducido a 1/100, el número de capas puede aumentarse 100 veces. Por lo tanto, en términos de capacitancia, equivale a un aumento de un millón de veces con el mismo tamaño. Por otro lado, en términos de tamaño, significa que es posible una reducción de 1/1.000.000 con la misma capacitancia.
Continuará en la "parte 2 de 2", que describirá las tendencias de las aplicaciones y el papel de los condensadores en cada una de ellas.
※Los nombres de empresas y productos indicados son marcas comerciales o marcas registradas de cada empresa.
*El contenido de este artículo, de la edición de febrero a marzo de 2010 de "Tech On!" Nikkei Business Publications, Inc, fue reestructurado.
*Para más detalles sobre los condensadores cerámicos multicapa de Murata Manufacturing, consulte lo siguiente:
▼Capacitor Sitio WEB
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