Hi-Q Low ESR 積層陶瓷電容器的新要求

近年來，隨著無線通訊市場(chǎng)的快速普及及大量數(shù)位資料的傳輸需求，相關(guān)通訊設(shè)備的傳輸頻率迅速往上提升，從早期900/1,800MHz GSM系統(tǒng)快速發(fā)展至今日3G手機(jī)與無線網(wǎng)路通訊( Wi-Fi)，所使用的傳輸頻率都在2GHz以上，甚至將來的60GHz應(yīng)用也有越來越多的討論，如下表所示。

　　由于高頻訊號(hào)傳輸上，對(duì)于訊號(hào)的品質(zhì)要求相當(dāng)高，具備「低等效串聯(lián)電阻(low ESR;即低耗能)及優(yōu)越的高頻率特性(high Q;即高訊號(hào)品質(zhì))」之高頻通訊用積層陶瓷電容器(RF-application MLCC)，成為近期在積層陶瓷電容器技術(shù)發(fā)展上的重要研發(fā)項(xiàng)目。MLCC的等效電路如下圖說明，當(dāng)頻率升高時(shí)，實(shí)體元件中的ESR與ESL寄生效應(yīng)都一一浮現(xiàn)，造成元件阻抗隨頻率升高而降低，直到自我諧振頻率 (Self-resonant frequency; SRF)后阻抗才又升高，但此時(shí)元件特性已經(jīng)從電容性轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼行浴?/p>

　　也就是說，當(dāng)MLCC的ESR與ESL越低，將會(huì)越接近純電容，其自我諧振頻率會(huì)往越高頻率移動(dòng)，更適合在高頻方面應(yīng)用。以下列公式說明訊號(hào)通過電容器所耗用的功率與比較圖，可以明顯發(fā)現(xiàn)Hi-Q MLCC在高頻率應(yīng)用的優(yōu)越之處：

　　Power Dissipation (Pd) on Capacitor = i2 * (XC/Q) or i2 * (ESR)

為了達(dá)成降低電容器的等效串聯(lián)電阻的目的，核心技術(shù)在于金屬內(nèi)電極與微波介電陶瓷材料的開發(fā)，以及共燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。以過去10年間，內(nèi)電極材料由貴金屬鈀/銀30/70 的成份，藉由銀的優(yōu)異導(dǎo)電性與比重增加、降低鈀的比重，大幅改善了ESR水準(zhǔn)。近年來一般泛用型的NPO MLCC多采用10/90 或3/97鈀銀成份作為內(nèi)電極材料，但ESR無法再進(jìn)一步有效降低，除非改用純銅或純銀內(nèi)電極。如下圖所示：

　　

　　然而，純度接近100%的銀內(nèi)電極導(dǎo)電性雖然極為優(yōu)越，卻會(huì)有銀離子遷移(migration)的問題。由于一旦銀遷移的現(xiàn)象產(chǎn)生，將導(dǎo)致產(chǎn)品可靠度與品質(zhì)的問題(例如內(nèi)電極短路、耐電壓能力下降)，于是諸多國際大廠紛紛宣告禁用純銀電極的產(chǎn)品。

　　純銅的材料特性有著與純銀極為接近的導(dǎo)電性與頻率特性，卻無離子遷移、導(dǎo)致可靠度不佳的問題。但礙于純銅內(nèi)電極制程的困難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純銀內(nèi)電極系統(tǒng)，如下圖所示，包含內(nèi)電極材料、介電陶瓷材料、端電極材料、內(nèi)電極電路設(shè)計(jì)與介電陶瓷共燒技術(shù)都必須有所突破，導(dǎo)致市場(chǎng)上可提供純銅內(nèi)電極高頻用的MLCC目前僅有日系廠商獨(dú)占一方。

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