技術報告 Evolving Capacitors - Multilayer Ceramic Capacitors - Part 1 趨勢 (part 2/2)

本文為「不斷演進的電容器：多層陶瓷電容器，第一部分趨勢 (第 1/2 部分)"。
請先閱讀「第 1/2 部分」，以瞭解整體觀點。

解耦應用佔市場的 70

如上所述，多層陶瓷電容被安排在微處理器、DSP、微型電腦、FPGA 或其他半導體裝置周圍，以支援這些裝置的正常運作。電子裝置中使用的多層陶瓷電容數量非常龐大。舉例來說，一台筆記型電腦約使用 730 個元件，行動電話約使用 230 個元件，而數位電視和汽車導航系統都使用約 1,000 個元件 (表 1)。

表1：電子裝置中使用的單片陶瓷電容數量

多層陶瓷電容有兩個主要作用。首先，它們支援半導體裝置的電源供應。一般而言，半導體裝置所需的電流會因操作條件的不同而有很大的差異。在某些情況下，可能會突然需要大量的電力。距離半導體裝置相對較遠的電源電路 (DC-DC 轉換器等) 將無法對突然的負載變化做出快速反應。為了應付這個問題，電力會儲存在安裝在半導體裝置附近的電容中，並從那裡供電 (圖 1)。

半導體裝置周圍安裝了許多去耦電容。這些電容扮演兩個角色。其一是為半導體裝置供電。另一個是將雜訊元件分流到電源/地層。請注意，有三種類型的電容主要用於去耦。它們是鉭電解電容、高電容單晶片陶瓷電容，以及具有極低等效串聯電感 (ESL) 的單晶片陶瓷電容。

半導體裝置周圍安裝了許多去耦電容。這些電容扮演兩個角色。其一是為半導體裝置供電。另一個是將雜訊元件分流到電源/地層。請注意，有三種類型的電容主要用於去耦。它們是鉭電解電容、高電容多層陶瓷電容，以及具有極低等效串聯電感 (ESL) 的多層陶瓷電容。

多層陶瓷電容的另一個功能是消除雜訊成分，因為雜訊會造成電磁干擾 (EMI)。在某種意義上，它扮演了濾波器的角色。利用多層陶瓷電容較小的高頻阻抗，只有高頻雜訊元件可以被分流到電源/接地層。

一般而言，具有前述功能的電容稱為「去耦合電容」，而具有後述功能的電容則稱為「旁路電容」。現在，透過引入高電容多層陶瓷電容，這兩種功能可以同時實現。

繼去耦和旁路之後，第二個最普遍的應用是安排在 DC-DC 轉換器輸出端的平滑濾波器。最初，鋁和鉭電解電容被用於此目的。然而，從 1990 年代末期開始，為了縮小電子裝置的尺寸和厚度，多層陶瓷電容開始投入使用。

主要是由於功率半導體元件製造商的努力，多層陶瓷電容現在可以用於此平滑濾波器功能。作為平滑濾波器的電容構成了 DC-DC 轉換器回饋控制迴路的一部分。因此，如果等效串聯電阻 (ESR) 太低，控制迴路的相位裕度就會降低，導致 DC-DC 轉換器無法穩定運作。
同時，電子製造商對更小、更薄的 DC-DC 轉換器有強烈的需求。為了滿足這一需求，功率半導體器件製造商通過改進 DC-DC 轉換器 IC 中的控制電路，使使用多層陶瓷電容成為可能。在 2000 年左右，功率半導體元件製造商開始向電子製造商銷售新型 DC-DC 轉換器 IC，並說明該 IC 中可以使用多層陶瓷電容。

據報導，目前光是去耦和平滑濾波器的應用就佔了多層陶瓷電容市場的 70% 左右。其他典型應用包括高頻濾波器、阻抗匹配和溫度補償。

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^*日經商業出版社 2010 年 2 月至 3 月號「Tech On!
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