Capacitor
Guia de condensadores
Relatório Técnico Capacitores em Evolução - Capacitores Cerâmicos Multicamadas Parte 1 Tendência (parte 1 de 2)
Condensadores cerâmicos multicamada indispensáveis para dispositivos semicondutores de elevado desempenho
As resistências, os condensadores e os indutores são componentes passivos frequentemente considerados como componentes de menor importância, mas, na realidade, são indispensáveis para a eletrónica de ponta. Em particular, os condensadores de cerâmica multicamada são cruciais para os dispositivos semicondutores de ponta. Sem eles, não poderíamos contar com o funcionamento correto dos dispositivos. Alguns membros da indústria eletrónica previram que os condensadores acabariam por ser integrados nos dispositivos semicondutores. Na realidade, porém, a importância dos condensadores de cerâmica multicamada tende a aumentar à medida que os dispositivos semicondutores evoluem.
Um condensador de cerâmica multicamada é mais pequeno do que uma partícula de açúcar. Conhece o papel que este componente extremamente pequeno desempenha nos dispositivos electrónicos? Tem funções tão importantes como suportar a fonte de alimentação necessária para os dispositivos semicondutores e eliminar o ruído que pode resultar numa avaria ou na degradação do desempenho. Sem os condensadores cerâmicos multicamada, os dispositivos semicondutores fabricados com tecnologia de ponta, como microprocessadores, DSPs, microcomputadores e FPGAs, não poderiam funcionar corretamente.
História da redução de tamanho e do aumento da capacitância
A dimensão do mercado de condensadores de cerâmica multicamada é atualmente a maior entre os mercados de vários tipos de condensadores, nomeadamente condensadores electrolíticos de alumínio, condensadores electrolíticos de tântalo e condensadores de película. Em 2008, foram expedidos 627,8 mil milhões de condensadores de cerâmica multicamada no Japão e as vendas no mercado interno atingiram 305,9 mil milhões de ienes (de acordo com o "Yearbook of Machinery Statistics" publicado pelo Ministério da Economia, Comércio e Indústria do Japão). Os condensadores electrolíticos de alumínio ficaram em segundo lugar, com expedições de 18,2 mil milhões de unidades e vendas de 174,3 mil milhões de ienes. Existe uma grande diferença entre o primeiro e o segundo lugar.
Os condensadores cerâmicos multicamadas são atualmente o produto mais vendido no mercado dos condensadores, mas a aceitação do mercado demorou a desenvolver-se quando foram introduzidos pela primeira vez. Foi uma empresa americana que teve a primeira ideia de um condensador cerâmico multicamada. Durante o programa Apollo, lançado em 1961, foi inventado um condensador cerâmico multicamada para satisfazer a necessidade de um condensador compacto de elevada capacitância. O novo condensador foi concebido para ter os eléctrodos formados numa série de camadas dieléctricas laminadas, de modo a ter uma elevada capacitância num tamanho reduzido (fig. 1).
As camadas do material dielétrico e dos eléctrodos internos são laminadas umas sobre as outras, obtendo-se assim uma maior capacitância.
A Murata Manufacturing Co., Ltd. introduziu esta tecnologia antes de outras e colocou o primeiro produto no mercado em 1965. Era um modelo de 100pF destinado a circuitos ressonantes LC em rádios AM e era constituído por camadas de película dieléctrica de 50μm. O produto utilizava óxido de titânio (TiO2) como material dielétrico. "Quando lançámos o produto pela primeira vez, não se vendeu nada", disse Kiminori Yamauchi, diretor da Unidade de Negócio de Componentes da Murata. "Mas depois do lançamento de um rádio ultrafino apelidado de 'Rádio de Papel', o mercado de condensadores cerâmicos multicamada cresceu rapidamente porque eram mais pequenos do que qualquer outro tipo de condensador."
A história dos condensadores cerâmicos multicamadas desde então pode ser descrita como a "história da redução do tamanho e do aumento da capacitância":
onde ε, S e d denotam a constante dieléctrica, a área dos eléctrodos e a distância entre os eléctrodos (a espessura do corpo dielétrico), respetivamente. Em suma, só há duas maneiras de aumentar a capacitância num determinado volume: ou utilizar um material com um valor ε mais elevado ou reduzir a espessura do corpo dielétrico.
A Murata utilizou o óxido de titânio como material dielétrico durante a fase inicial após o lançamento do produto, mas introduziu o titanato de bário (BaTiO3) numa fase relativamente precoce. Desde então, a constante dieléctrica relativa tem vindo a aumentar continuamente, em resultado dos melhoramentos introduzidos no material. Até à data, o valor atingiu aproximadamente 3.000. A constante dieléctrica relativa do óxido de titânio é de várias dezenas, no máximo. Por outras palavras, a do BaTiO3 tornou-se duas ordens de grandeza superior à do óxido de titânio.
A espessura do material dielétrico foi gradualmente reduzida de 50 μm durante a fase inicial para 0,5 μm atualmente. Assim, em comparação com os valores iniciais, a constante dieléctrica é 100 vezes superior, enquanto a espessura é 1/100. Com uma espessura reduzida a 1/100, o número de camadas pode ser aumentado 100 vezes. Por conseguinte, em termos de capacitância, é equivalente a um aumento de um milhão de vezes com o mesmo tamanho. Em termos de tamanho, por outro lado, significa que é possível uma redução de 1/1.000.000 com a mesma capacitância.
A continuar na "parte 2 de 2", que descreverá as tendências das aplicações e os papéis dos condensadores em cada aplicação.
Os nomes de empresas e produtos indicados são marcas comerciais ou marcas registadas de cada empresa.
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O conteúdo deste artigo, da edição de fevereiro a março de 2010 da "Tech On!" Nikkei Business Publications, Inc., foi reestruturado.
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Para mais pormenores sobre os condensadores cerâmicos multicamada da Murata Manufacturing, consulte o seguinte:
Sítio Web de condensadores
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