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기술 보고서: 진화하는 커패시터 다층 세라믹 커패시터, 2부: 기술(2/2부)
이 문서는 "진화하는 커패시터"의 연속 글입니다: 다층 세라믹 커패시터, 2부-기술(1/2부)."
전체적인 관점을 보려면 먼저 '1/2부'를 읽어보세요.
온도 및 DC 전압 특성 고려
다층 세라믹 커패시터는 많은 장점과 함께 두 가지 큰 단점이 있습니다.
첫째, 온도 특성이 좋지 않습니다. 특히 정전 커패시턴스는 온도 변화에 따라 크게 달라집니다. 알루미늄 전해 커패시터의 커패시턴스는 -55~+125°C의 온도 범위 내에서 약 ±15% 정도 변화합니다. 반면, 다층 세라믹 커패시터의 커패시턴스는 모델에 따라 +30 ~ -80% 범위에서 크게 달라집니다(예: 타입 F 제품). 따라서 다층 세라믹 커패시터를 자동차 내부나 온도가 매우 높아지는 장소의 전자 기기 또는 스키장과 같은 추운 지역에서 사용되는 전자 기기에 사용하려면 전자 회로 설계 시 타입 B 제품과 같이 정전용량 변화가 거의 없는 커패시터를 선택해야 합니다.
그러나 온도 특성이 좋지 않다는 단점은 유전체 재료로 티탄산바륨(BaTiO3)을 사용하는 높은 유전율(클래스 2)의 다층 세라믹 커패시터에만 해당됩니다. 산화티타늄(TiO2)을 사용하는 클래스 1 다층 세라믹 커패시터는 -55~+125°C의 온도 범위에서 최대 ±60ppm/°C의 작은 정전 용량 온도 계수를 갖습니다. 그러나 산화티타늄은 상대 유전율이 작기 때문에 정전 용량이 높은 TiO2 기반 다층 세라믹 커패시터는 아직 상용화되지 않았습니다.
둘째, 다층 세라믹 커패시터는 DC 전압 특성(DC 바이어스 특성)을 가지고 있습니다. DC 전압 특성이란 다층 세라믹 커패시터에 DC 전압을 인가할 때 유효 정전 용량이 감소하는 현상을 말합니다(그림 3).
다층 세라믹 커패시터는 DC 전압이 인가되면 유효 정전 용량이 감소하는 특성이 있습니다. 이를 DC 바이어스 특성이라고도 합니다.
예를 들어, 정격 전압이 6.3V이고 정전 용량이 100μF인 다층 세라믹 커패시터에 4V DC 전압을 인가하면 유형 B 제품의 경우 정전 용량이 약 20%, 유형 F 제품의 경우 약 80% 감소합니다. 이 현상은 알루미늄 전해 및 탄탈 전해 커패시터에서는 발생하지 않습니다.
따라서 적층 세라믹 커패시터를 선택할 때는 커패시터가 인가되는 신호 라인의 DC 전압 성분을 미리 측정하여 유효 커패시턴스의 감소 정도를 결정해야 합니다. (별도 기사 "JEITA, DC 바이어스 특성을 고려한 표기법 표준화" 참조). 그러나 첨단 미세공정 기술로 제조된 반도체 칩은 전력 공급이 상당히 낮습니다. 최근에는 약 1.0V에서 동작하는 칩도 드물지 않기 때문에 저전압으로 구동되는 회로에서는 DC 전압 특성의 문제가 그다지 크지 않습니다.
DC 전압 특성과 관련된 문제는 클래스 2 제품에서만 발생합니다. 이는 이 등급의 제품에 사용되는 티타늄 티타네이트가 강유전체 소재이기 때문입니다. 따라서 반전체 재료인 산화티타늄을 사용하는 클래스 1 제품은 이 문제의 영향을 받지 않습니다.
* 표시된 회사 및 제품명은 각 회사의 상표 또는 등록상표입니다.
*2010년 2월~3월호 "테크 온!"에 게재된 이 기사의 내용은 닛케이 비즈니스 퍼블리싱 주식회사에서 재구성한 것입니다.
*무라타제작소 다층 세라믹 커패시터에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하시기 바랍니다:
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