電容
電容指南
技術報告 演變中的電容 - 多層陶瓷電容 第 1 部分 趨勢 (第 1 部分，共 2 部分)
高性能半導體裝置不可或缺的多層陶瓷電容
電阻器、電容器和電感這些被動元件常被視為次要元件，但事實上，它們對於尖端電子產品是不可或缺的。尤其是多層陶瓷電容，對於最先進的半導體裝置來說是至關重要的。沒有它們，我們就無法指望裝置正常運作。電子產業中有些人預測，電容器最終會整合到半導體裝置中。然而，在現實中，多層陶瓷電容的重要性往往會隨著半導體裝置的演進而增加。
多層陶瓷電容比一粒糖還小。您知道這個極小的元件在電子裝置中扮演的角色嗎？它的重要作用包括支援半導體裝置所需的電源，以及消除可能導致故障或效能下降的雜訊。如果沒有多層陶瓷電容，使用最先進製程技術製造的半導體元件，例如微處理器、DSP、微電腦和 FPGA 等，就無法正常運作。
縮小尺寸和增強電容的歷史
多層陶瓷電容市場的規模目前是鋁電解電容、鉭電解電容和薄膜電容等各類電容市場中最大的。2008 年，日本多層陶瓷電容的出貨量為 6,278 億台，國內銷售額達到 3,059 億日圓（根據日本經濟產業省出版的《機械統計年鑑》）。鋁質電解電容器則以 182 億台的出貨量和 1,743 億日圓的銷售額位居第二。第一名與第二名之間差距甚大。
多層陶瓷電容是目前電容市場上最暢銷的產品，但在最初推出時，市場接受度發展緩慢。最早提出多層陶瓷電容概念的是一家美國公司。在 1961 年啟動的阿波羅計畫中，為了滿足對小巧、高容量電容器的需求，人們發明了多層陶瓷電容器。新電容器的設計是將電極形成在許多層疊的電介質層中，使其在小尺寸中擁有高電容 (圖 1)。
介電材料層和內部電極層相互層疊，從而獲得更大的電容。
村田製作所 (Murata Manufacturing Co., Ltd.) 於 1965 年率先引進此技術，並將第一件產品投放市場。它是 100pF 型號，針對 AM 收音機中的 LC 諧振電路，由 50μm 介質薄膜層組成。該產品使用氧化鈦（TiO2）作為介電材料。「當我們第一次推出該產品時，它完全沒有銷路，」村田公司元件事業部總監 Kiminori Yamauchi 說，"但在被稱為「紙收音機」的超薄收音機發表後，多層陶瓷電容的市場迅速增長，因為它們比任何其他類型的電容都要小。"
自此之後，多層陶瓷電容的發展史可說是「尺寸縮小、電容增強的歷史」。 一般而言，電容的電容值 C 可表示如下：
其中，ε、S 和 d 分別表示介電常數、電極面積和電極間距離（介電體厚度）。簡而言之，要增加一定體積內的電容，只有兩種方法：一是使用ε值較高的材料，二是減少介質體的厚度。
Murata 在產品推出後的初期使用氧化鈦作為介電材料，但在相對較早的階段引入了鈦酸鋇 (BaTiO3)。從那時起，由於對材料進行了改進，相對介電常數一直在持續增加。到目前為止，其值已達到約 3,000。氧化鈦的相對介電常數最多只有幾十。換句話說，BaTiO3 的相對介電常數比氧化鈦大兩個數量級。
介電材料的厚度從初始階段的 50 μm 逐漸減少到目前的 0.5 μm。因此，與初始值相比，介電常數增加了 100 倍，而厚度則為 1/100。在厚度降低到 1/100 的情況下，層數可以增加 100 倍。因此，就電容而言，在尺寸相同的情況下，相當於增加了百萬倍。另一方面，就尺寸而言，則表示在電容相同的情況下，可以減少 1/1,000,000。
將在 「第二部分之二 」中繼續介紹應用趨勢以及電容器在各種應用中的作用。
註明的公司及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2～3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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