電容
電容指南
技術報告：發展中的電容 - 多層陶瓷電容第 2 部分：技術（第 1 部分，共 2 部分）
使用多層陶瓷電容的電路設計 瞭解更廣泛應用的重要問題
在描述多層陶瓷電容廣泛使用背後的歷史時，兩個重要的關鍵詞是 「尺寸縮小 」和 「電容增強」。製造商通過追求尺寸的進一步縮小和電容增強創造了新的市場。然而，對於電子設計師而言，還有其他重要的規格。多層陶瓷電容既有優點也有缺點。人們應該充分瞭解產品規格的利弊，並在實際的電子電路設計中將這些因素全部考慮在內。這樣的努力可以降低電子設計的成本並縮短開發時程。
自發明第一款多層陶瓷電容以來，已過了將近 50 年的時間。在這段期間，製造商透過減少介電層的厚度和促進新介電材料的開發，穩步改進多層陶瓷電容，使其體積更小，電容量更高。因此，多層陶瓷電容的領域不斷擴大，逐漸取代了之前廣泛使用的鋁和鉭電解電容以及薄膜電容 (圖 1)。
圖中所示為各類電容的商品化範圍，縱軸為額定電壓，橫軸為電容值。單片陶瓷電容的領域因電容量的快速提升而逐漸擴大。與此同時，鋁和鉭電解電容也因耐受電壓和電容的改進而勉強抵擋住了單片陶瓷電容的增長。
舉例來說，就電容範圍從 10 μF 到 100 μF 的型號而言，多層陶瓷電容的元件比例在 2002 年幾乎為零。然而在 2005 年，隨著尺寸縮小和電容增強的進展，當新產品準備推出時，該比率已增加到約 1/3 的市場，並在 2007 年達到約 2/3 (圖 2)。
此圖顯示了獨石陶瓷電容、鋁電解電容和鉭電解電容的元件比率。圖中清楚顯示，在高電容量產品中，獨石陶瓷電容的元件比率逐年增加。
目前，多層陶瓷電容與鋁質和鉭質電解電容之間的市場邊界，在額定電壓約為 10 V 的機型上約為 100 μF，而在額定電壓約為幾十 V 的機型上則約為幾十 μF。
低 ESR、抗異常電壓
尺寸的縮小和電容的增強有助於拓展多層陶瓷電容的領域，但在選擇用於電子設備的電容時，尺寸和電容並不是唯一需要考慮的特性。多層陶瓷電容並不總是完美的答案。必須注意各種特性，因為它們既有優點也有缺點。
表 1 顯示多層陶瓷電容與鋁及鉭電解電容的比較。如表所示，多層陶瓷電容有兩個明顯的優點。
其中一個優點是多層陶瓷電容的等效串聯電阻 (ESR) 很低，因此具有優異的頻率特性。ESR" 一詞是指電容內部電極等的電阻分量。高 ESR 不僅會降低阻抗的頻率特性 (阻抗是噪音吸收特性的標準)，還會因電阻分量而產生相當多的熱量。因此，當電容安裝在微處理器、DSP、微電腦或其他半導體晶片周圍以達到去耦目的，以吸收雜訊時，低 ESR 是必要的。
另一個優點是它們具有很強的抗異常電壓能力。以額定電壓為 16 V、電容為 10 μF 的產品為例，在進行比較時，鋁電解電容的直流擊穿電壓僅為 30 V，而鉭電解電容的直流擊穿電壓則為 30-60 V，相比之下，多層陶瓷電容的直流擊穿電壓極高（約 200 V）。因此，如果在電子裝置中安裝多層陶瓷電容，即使裝置中因故產生突波或脈衝電壓，也可將因介電體擊穿而失效的風險降至最低。
將在第二部分中繼續介紹考慮溫度和直流電壓特性。
*註明的公司和產品名稱為各公司的商標或註冊商標。
*本文內容為日經商業新聞社 2010 年 2 月至 3 月號「Tech On!
*有關村田製作所多層陶瓷電容的詳細資訊，請參閱下列內容：
電容器WEB 網站
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