电容器指南

演变中的电容器~多层陶瓷电容器~ Part2 技术篇 ~前篇~

使用片状多层陶瓷电容器的电路设计 抓住问题的关键扩大应用范围

提及片状多层陶瓷电容器的普及历史,就不能不说"小型化"和"大容量化"这两个重要的关键词。随着小型化和大容量化的不断推进,新的市场被不断开拓出来。不过,对电子设备的设计人员来说,重要的性能指标并非只有这两个。因为片状多层陶瓷电容器在拥有长处的同时也存在短处。设计人员需要充分了解片状多层陶瓷电容器的不足,以便在实际的电子电路设计中灵活对应。这将有利于电子设备降低设计成本,缩短开发周期。

片状多层陶瓷电容器已诞生近50年。其间,片状多层陶瓷电容器通过介电体层的薄型化以及新型介电体材料的开发,稳步实现小型化和大容量化。由此,片状多层陶瓷电容器逐渐从率先普及的铝电解电容器、钽电解电容器、薄膜电容器手中夺取市场,势力范围不断扩大(图1)。

图1: 应用范围不断扩大的片状独石陶瓷电容器

以额定电压为纵轴,以静电容量为横轴,本图显示了各种电容器的产品范围。
片状独石陶瓷电容器迅速向大容量化方向推进,其范围逐渐扩大。
而铝电解电容器和钽电解电容器也在努力向高耐压化和大容量化方向发展,以追赶片状独石陶瓷电容器。

比如静电容量范围在10μ~100μF的产品中,2002年片状多层陶瓷电容器的所占比例几乎为零,但随着向小型化和大容量化方向发展,到2005年可向市场投放产品中,片状多层陶瓷电容器的所占比例就升至约1/3,到2007年更是提高到了约2/3(图2)。

图2: 大容量产品的所占比例

按照不同的静电容量对电容器的总需求进行了统计,分别明确了片状独石陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器各自所占比例。从图中可以看出,片状独石陶瓷电容器在大容量产品中的比例在逐年提高。

片状多层陶瓷电容器与铝电解电容器和钽电解电容器的市场边界产品为,额定电压10V左右时容量为100μF,数十V时则为数十μF。今后,这一界限无疑将进一步向着大静电容量的方向移动。

ESR较低,对异常电压耐受性强

对片状多层陶瓷电容器扩大势力范围起到推动作用的是小型化和大容量化。不过,在为电子设备选择电容器时,要考虑的特性不仅仅是外形尺寸和静电容量。片状多层陶瓷电容器绝不是万能的。在拥有长处(优点)的同时,也同样存在短处(缺点),因此需要对片状多层陶瓷电容器的各种特性加以注意。

这里通过表1列出了片状多层陶瓷电容器、铝电解电容、钽电解电容器的相互比较结果。片状多层陶瓷电容器的优点有两个。

 

一个是等效串联阻抗(ESR:Equivalent Series Resistance)较小,因此频率特性出色。ESR是指电容器内部电极等的阻抗。这一阻抗较大的话,除了判断噪声吸收特性优劣的依据、即阻抗的频率特性会变差之外,阻抗导致的发热也不容忽视。因此,在安装于微处理器、DSP及MCU等半导体芯片的周围,用于对噪声进行吸收的去耦用途时,较低的ESR值是不可或缺的要素。

另一个是对异常电压具有较强的耐受性。比如,以额定电压为16V、静电容量为10μF的产品进行直流击穿电压的比较时,铝电解电容器只有30V,钽电解电容器也不过30~60V。而片状多层陶瓷电容器极高,可以达到约200V。因此,即使电子设备因某种原因而出现了浪涌电压或脉冲电压时,如果配备的是片状多层陶瓷电容器的话,仍可将绝缘击穿导致故障的可能性控制在较低水准上。

后编中将要介绍的是温度特性和直流电压特性的注意点。敬请期待。

※公司名称以及产品名称为各公司的商标或注册商标
※本稿件是日经BP公司网络上「Tech On! 」2010年2-3月刊登内容的再编稿。
※本公司的多层陶瓷电容器详细内容请参考如下链接。

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