TDK:詳解MLCC技術及材料未來發展趨勢
發布時間:2009-11-06 來源:中電元協
中心議題:
解決方案:
隨著半導體集成技術的發展,IC的集成度越來越高,線路板表麵上元器件的使用日趨減少。不過隨著各種電子設備功能的增加、半導體器件的高速化低功耗(低電壓驅動)趨勢、dianzimokuaidexiaoxinghuajijiekoushuzengjia,shibihuiyinqidianzihuiludedianciganrao,weileshidianzixianlunengzhengchangwendingdigongzuo,jiuxuyaozengjiawaiweiyuanjianlaixiaochudiancizaoshengbaozhengdianludezhengchanggongzuo,zheduiyubeidongyuanjiandexuqiufaneryousuozengjia。
MLCC封裝趨向小型化及薄型化發展
手機、手提電腦、遊戲機、液晶電視等家用電器的多功能化、小型化,對電容、電感、電阻、接插件等元件也提出了更高的要求。TDK為了順應市場的需求,積極推進小型、大容量應用,正在完善從C0603到C0402尺寸的超小型MLCC產品係列布局。
C0402尺寸與C0603尺寸相比可節省大約40~50%的貼片有效麵積,同時小型化還可以減少由於布線而產生的寄生感抗和寄生電阻。由於尺寸的減少,元件自身的ESL(串聯等效電感)/ESR(串聯等效電阻)可以變得更小,同時對電容的高頻特性也非常有利。
MLCC性能走向低ESL/ESR和大容量化
對應PC、手機等終端機的小型輕量化、多功能化發展趨勢,除了高密度貼片的要求以外,為了滿足電子回路的高性能、多功能,LSI的de工gong作zuo頻pin率lv越yue來lai越yue高gao,這zhe對dui於yu低di阻zu抗kang電dian源yuan供gong給gei也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。對dui於yu手shou機ji等deng移yi動dong類lei電dian子zi終zhong端duan設she備bei,為wei了le使shi充chong電dian電dian池chi使shi用yong時shi間jian更geng長chang,驅qu動dong電dian壓ya會hui越yue來lai越yue低di,同tong時shi為wei了le防fang止zhi設she備bei的de誤wu動dong作zuo,EMC對策也變得越來越重要,市場對於能夠在寬頻(MHz~GHz)使用的低阻抗低感抗ESR/ESL、小尺寸大容量MLCC的需求變得更為迫切。
在電子線路中,由於各種噪聲的影響,使得IC供電線的電壓經常發生變動,從而造成IC器件不能正常工作。對於CPU、GPU、MPUdenggaosujisuandebandaotiqijian,youyushizhongpinlvdetigao,zaixianluzhonghuichanshengjiaoweitubiandedianyabianhua,cishijiyaonenggouzaigaosuhuanjingxiagongzuo,younengshidianyuandianyawending,zhejiuxuyaozaizhexiegaopindeIC周圍配置上既能消除噪聲,也能使電源電壓穩定的高容量、低阻抗的MLCC。一般的電容器由於ESR、ESL的(de)存(cun)在(zai),隨(sui)著(zhu)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia),它(ta)的(de)阻(zu)抗(kang)也(ye)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)。在(zai)設(she)計(ji)上(shang)一(yi)般(ban)會(hui)采(cai)用(yong)適(shi)用(yong)於(yu)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)電(dian)容(rong)組(zu)合(he)來(lai)對(dui)應(ying),這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)電(dian)容(rong)的(de)使(shi)用(yong)數(shu)量(liang),但(dan)這(zhe)樣(yang)並(bing)沒(mei)有(you)提(ti)高(gao)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)的(de)帶(dai)寬(kuan)。TDK開發的高容量三端子MLCC係列,可以既使電容的使用數量減少,又可以提高高頻帶抑製噪聲的能力。
便攜式終端機如手機、GPS對MLCC的體積、厚度與重量提出了更高的要求,為了對應該類市場的需求,TDK還推出了超薄型的倒置MLCC係列,它的厚度隻有0.35毫米,對於高頻帶寬的低阻抗非常有效。另一方麵,高Q值的MLCC其共振頻率SRF是比較高的,同時具有非常低的阻抗,當這種高Q值MLCC組合和IC共用時,會引起新的噪聲。
MLCC未來技術發展動向
陶瓷貼片電容性能的提高主要體現在以下五個方麵:
電氣特性:單位體積容量密度的提高是由高介質率材料、薄層化、多層化所構成,同時,頻率響應特性、直流偏置電壓特性、損耗係數也是非常重要的特性。
功能:應用製品的不同要求對MLCC提出了各種各樣的功能要求,MLCC的設計用模擬技術也是很重要的。
可靠性:由於應用製品的多樣性,MLCC的工作溫度範圍、使用電壓等條件越來越苛刻,由於汽車電裝化的加速,電容的小型、高性能化和在高溫、高耐壓條件下的可靠性是非常重要的。同時產業用的電子設備要求MLCC在非常苛刻的條件下耐高低溫衝擊要具有非常高的可靠性,並且能夠正常穩定地進行工作。
SMT貼片:高密度的貼裝要求MLCC在尺寸、形狀、精度以及端子電極、編帶形態也提出了很高的要求,例如TDK的窄間距編帶、有利用環保、可再生利用。
價格:隨著MLCC向小型化、高容量化發展以及市場的競爭,近年來價格的下降也是非常顯著的,但是由於製造工藝的難度增加,電解質的微小化、薄層化降低了製品的合格率,使生產成本有所增加。當然,這個高性能和低價格的矛盾是需要製造廠商進一步解決的。
材料技術發展趨勢
支撐MLCC發展的最重要是材料技術的開發,從1991年開始,MLCC的內部電極從貴金屬(Pd、Ag)到賤金屬(N)的工業化的成功開始,使MLCC的小型化大容量化有了飛速的發展。與此同時薄層、多層化技術、設計的寬容度也有了飛速的提高。
TDK公司高介質率材料的開發正在快速發展,介質厚度小於1μm,介質顆粒直徑在0.2~0.25μm之間,介質率在3,800~4,000之間。介質的微細化是介質薄層化的基礎,一般來說介質的顆粒微細化會導致介質材料的介質率降低,這是材料設計的一個難點所在。TDK公司在材料開發方麵采用了以BaTiO3高結晶的鈦酸鋇為主要的材料,使得介質的細微化和高介質率成為可能。
電子設備的小型化、高性能化是今後電子工業的發展趨勢,由於根據目前的經濟狀況,價格的競爭不可避免,這對MLCC的製造廠商也提出了更高的要求。對於材料技術、模擬技術、製造工序技術的開發將是所有MLCC生產廠商所麵臨的課題。

- MLCC技術及材料未來發展趨勢
解決方案:
- MLCC封裝趨向小型化及薄型化發展
- MLCC性能走向低ESL/ESR和大容量化
- MLCC未來技術發展動向
隨著半導體集成技術的發展,IC的集成度越來越高,線路板表麵上元器件的使用日趨減少。不過隨著各種電子設備功能的增加、半導體器件的高速化低功耗(低電壓驅動)趨勢、dianzimokuaidexiaoxinghuajijiekoushuzengjia,shibihuiyinqidianzihuiludedianciganrao,weileshidianzixianlunengzhengchangwendingdigongzuo,jiuxuyaozengjiawaiweiyuanjianlaixiaochudiancizaoshengbaozhengdianludezhengchanggongzuo,zheduiyubeidongyuanjiandexuqiufaneryousuozengjia。
MLCC封裝趨向小型化及薄型化發展
手機、手提電腦、遊戲機、液晶電視等家用電器的多功能化、小型化,對電容、電感、電阻、接插件等元件也提出了更高的要求。TDK為了順應市場的需求,積極推進小型、大容量應用,正在完善從C0603到C0402尺寸的超小型MLCC產品係列布局。
C0402尺寸與C0603尺寸相比可節省大約40~50%的貼片有效麵積,同時小型化還可以減少由於布線而產生的寄生感抗和寄生電阻。由於尺寸的減少,元件自身的ESL(串聯等效電感)/ESR(串聯等效電阻)可以變得更小,同時對電容的高頻特性也非常有利。
MLCC性能走向低ESL/ESR和大容量化
對應PC、手機等終端機的小型輕量化、多功能化發展趨勢,除了高密度貼片的要求以外,為了滿足電子回路的高性能、多功能,LSI的de工gong作zuo頻pin率lv越yue來lai越yue高gao,這zhe對dui於yu低di阻zu抗kang電dian源yuan供gong給gei也ye提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。對dui於yu手shou機ji等deng移yi動dong類lei電dian子zi終zhong端duan設she備bei,為wei了le使shi充chong電dian電dian池chi使shi用yong時shi間jian更geng長chang,驅qu動dong電dian壓ya會hui越yue來lai越yue低di,同tong時shi為wei了le防fang止zhi設she備bei的de誤wu動dong作zuo,EMC對策也變得越來越重要,市場對於能夠在寬頻(MHz~GHz)使用的低阻抗低感抗ESR/ESL、小尺寸大容量MLCC的需求變得更為迫切。
在電子線路中,由於各種噪聲的影響,使得IC供電線的電壓經常發生變動,從而造成IC器件不能正常工作。對於CPU、GPU、MPUdenggaosujisuandebandaotiqijian,youyushizhongpinlvdetigao,zaixianluzhonghuichanshengjiaoweitubiandedianyabianhua,cishijiyaonenggouzaigaosuhuanjingxiagongzuo,younengshidianyuandianyawending,zhejiuxuyaozaizhexiegaopindeIC周圍配置上既能消除噪聲,也能使電源電壓穩定的高容量、低阻抗的MLCC。一般的電容器由於ESR、ESL的(de)存(cun)在(zai),隨(sui)著(zhu)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia),它(ta)的(de)阻(zu)抗(kang)也(ye)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)。在(zai)設(she)計(ji)上(shang)一(yi)般(ban)會(hui)采(cai)用(yong)適(shi)用(yong)於(yu)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)的(de)電(dian)容(rong)組(zu)合(he)來(lai)對(dui)應(ying),這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)電(dian)容(rong)的(de)使(shi)用(yong)數(shu)量(liang),但(dan)這(zhe)樣(yang)並(bing)沒(mei)有(you)提(ti)高(gao)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)的(de)帶(dai)寬(kuan)。TDK開發的高容量三端子MLCC係列,可以既使電容的使用數量減少,又可以提高高頻帶抑製噪聲的能力。
便攜式終端機如手機、GPS對MLCC的體積、厚度與重量提出了更高的要求,為了對應該類市場的需求,TDK還推出了超薄型的倒置MLCC係列,它的厚度隻有0.35毫米,對於高頻帶寬的低阻抗非常有效。另一方麵,高Q值的MLCC其共振頻率SRF是比較高的,同時具有非常低的阻抗,當這種高Q值MLCC組合和IC共用時,會引起新的噪聲。
MLCC未來技術發展動向
陶瓷貼片電容性能的提高主要體現在以下五個方麵:
電氣特性:單位體積容量密度的提高是由高介質率材料、薄層化、多層化所構成,同時,頻率響應特性、直流偏置電壓特性、損耗係數也是非常重要的特性。
功能:應用製品的不同要求對MLCC提出了各種各樣的功能要求,MLCC的設計用模擬技術也是很重要的。
可靠性:由於應用製品的多樣性,MLCC的工作溫度範圍、使用電壓等條件越來越苛刻,由於汽車電裝化的加速,電容的小型、高性能化和在高溫、高耐壓條件下的可靠性是非常重要的。同時產業用的電子設備要求MLCC在非常苛刻的條件下耐高低溫衝擊要具有非常高的可靠性,並且能夠正常穩定地進行工作。
SMT貼片:高密度的貼裝要求MLCC在尺寸、形狀、精度以及端子電極、編帶形態也提出了很高的要求,例如TDK的窄間距編帶、有利用環保、可再生利用。
價格:隨著MLCC向小型化、高容量化發展以及市場的競爭,近年來價格的下降也是非常顯著的,但是由於製造工藝的難度增加,電解質的微小化、薄層化降低了製品的合格率,使生產成本有所增加。當然,這個高性能和低價格的矛盾是需要製造廠商進一步解決的。
材料技術發展趨勢
支撐MLCC發展的最重要是材料技術的開發,從1991年開始,MLCC的內部電極從貴金屬(Pd、Ag)到賤金屬(N)的工業化的成功開始,使MLCC的小型化大容量化有了飛速的發展。與此同時薄層、多層化技術、設計的寬容度也有了飛速的提高。
TDK公司高介質率材料的開發正在快速發展,介質厚度小於1μm,介質顆粒直徑在0.2~0.25μm之間,介質率在3,800~4,000之間。介質的微細化是介質薄層化的基礎,一般來說介質的顆粒微細化會導致介質材料的介質率降低,這是材料設計的一個難點所在。TDK公司在材料開發方麵采用了以BaTiO3高結晶的鈦酸鋇為主要的材料,使得介質的細微化和高介質率成為可能。
電子設備的小型化、高性能化是今後電子工業的發展趨勢,由於根據目前的經濟狀況,價格的競爭不可避免,這對MLCC的製造廠商也提出了更高的要求。對於材料技術、模擬技術、製造工序技術的開發將是所有MLCC生產廠商所麵臨的課題。

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