以“小型化，大容量化”为核心、电子设备发展的独石陶瓷电容器(产品篇)
陶瓷电容器的市场和技术的领跑者——村田制作所，长期致力于为客户提供品种丰富的陶瓷电容器。其中，有一批针对特定用途而进行了设计优化的“特殊用途产品”，可以让客户直观地领略到该公司拥有的丰富经验以及精湛的技术后盾。该公司意欲通过提供可以满足车载、高频电路、光纤通信等各种特殊用途要求的产品，来填补一般用途产品无法涵盖的领域，细致入微地满足更加广泛的市场需求。
村田制作所将特殊用途的陶瓷电容器主要定位在，车载用途电容器、多端子电容器、长宽互换型电容器、Hi-Q电容器、薄片型电容器、高可靠性电容器，以及电路板嵌入式电容器等。该公司元件事业本部第2电容器事业部事业部长的水野健一先生表示：“我们根据客户在贴装电路上提出的特别要求，为其提供特性和形状与一般品不同的‘特殊用途产品’。”
“可靠性”、“耐久性”、“安全性”是三个必备条件
在特殊用途产品中，尤其是用于车载的产品品种特别丰富。现有的燃油汽车电子化进程不断加快，同时混合动力车和电动汽车也开始普及，预计今后车载用陶瓷电容器的需求量将会迅速增多。因此该公司也在此领域加大了开发的力度。水野先生说：“在车载应用上，影音娱乐和信息交互等系统中用一般品就能够满足需求，不过，传动系统、安全系统、控制系统就必须使用车载专用的产品。”
车载用陶瓷电容器对可靠性的要求比一般品严格很多。具体来说，必须具备高度可靠性，能承受剧烈的振动以及超过100℃高温等多重严酷使用环境的考验；能经得起长时间使用的优良耐久性；以及万一出现故障时也能保护生命的安全性。因此该公司对车载用产品设定了比一般品更为严格的评价标准，在严格的质量管理基础上，为确保可靠性、耐久性、安全性而潜心钻研，并开发出了一系列的新产品。
譬如，当施加振动时，印刷电路板会产生弯曲，贴装在表面的陶瓷电容器就会受到一个应力。此时受力集中的金属电极和陶瓷的接触部分就很有可能产生裂缝。一旦出现裂缝，端子之间将会引起短路，大量电流的流动将引起故障单元发热，最坏的情况是引起燃烧。如此一来就可能引发危及生命的事故。
为此，该公司推出了三种产品，其特殊结构即使在受到剧烈振动产生裂缝后，也能防止端子之间短路 (图1)，另外还有改进了外部电极的产品(图2)。
内置故障保护的结构
“GCJ系列”是拥有防止短路的故障保护结构产品之一。一般用途的陶瓷电容器直接在陶瓷两端的Cu电极上镀Sn/Ni，而GCJ系列产品的特点则是在带有电极的陶瓷两端分别粘合上一层导电树脂之后，再在其表面上镀Sn/Ni。如此一来，当端子因承受应力而出现裂缝之前，导电树脂和金属电极就会自动剥离。
第二种是2单元串联结构的“GCD系列”产品。改进了内部电极的配置法，其构造是在一个电容器内直接串联了两个电容结构。也就是说，采用了将二个电容器横排在一起的方式。这样一来，无论哪个端子出现了裂缝，只要另一个电容器能正常运作，就能避免发生整个电容器全部短路的情况。
第三种是将电容器两端与内部电极不重叠的部分（间隙）的尺寸做宽的降低失效的“FR结构”产品。也就是说，预先将容易开裂的部分与电极隔绝开来，即使开裂也不会出现短路现象，以达到未雨绸缪的效果。
此外，还开发出了用于车载的“KCM系列”产品，采用金属端子构造以减少开裂现象（图2）。利用金属端子的弹性来缓解因温度变化使电路板出现热胀冷缩现象而产生的应力，从而达到减少开裂现象的目的。水野先生介绍说：“元件越大越容易出现开裂现象，因此有不少客户对大型电容器敬而远之。我们正是为了解决上述问题，才开发出KCM系列产品的。”
高速化LSI数字电路中不可或缺的低ESL值产品
随着LSI数字电路的高速化推进，低ESL（等效串联电感）值产品的市场需求不断高涨。水野先生表示：“随着数字电路的高速化，越来越难确保电源质量(Power Integrity)和信号质量(Signal Integrity)的安定。而解决上述问题时能发挥作用的正是低ESL值电容器。”
具体来说，该公司提供以下三大种类的低ESL值电容器。第一种是长宽互换型电容器。一般的电容器将外部电极设置在短边上，而长宽互换型电容器却将外部电极设置在长边上。通过缩短电容内部的电流途径，控制会引起寄生感值的磁场产生，从而降低ESL值。水野先生介绍说：“比起普通的陶瓷电容器来，它能将ESL值减低到约3分之一的程度。”
另一种低ESL值电容器是多端子电容器。其特征是在长边上设置了多个外部端子，并将正极端子和负极端子交互排列。将正负极端子交互排列，能消除各自发生的磁场，从而降低ESL值。水野先生介绍说：“其ESL值只有普通陶瓷电容器的9分之一。”
第三种低ESL值产品是三端子电容器(图3)。构成电容器的两个电极中的一个与输入端子和输出端子相连，另一个电极与接地端子连接。如此一来，电感成分就无法流进与接地侧相通的连接线，将其作为去耦电容器使用时，更能有效地降低ESL值，可将其压低到普通独石陶瓷电容器的10分之一左右。
适用于基站与光纤通信的产品
用于高频电路的Hi-Q型电容器，也是该公司的特殊用途陶瓷电容器之一(图4)。Hi-Q型电容器在从VHF波段到微波高频波段之间，能够显示出比普通独石陶瓷电容器更高的Q值。主要用于手机的基站、广播电视台、业务用的无线装置，以及卫星通信、雷达等的无线通讯系统中，此外还用于MRI等医疗器械、半导体制造设备等应用中。水野先生介绍说：“我们设计的产品在输入高频电流时能减轻产生的损耗。”此外，为进一步降低电阻值，还提供将内部电极的材料由普通产品的镍(Ni）更换为铜(Cu)的品种。
在用于通讯系统的特殊用途产品方面，该公司还提供可内嵌于光通信的感光模块内的“薄片电容器” (图5)。水野先生解释说：“这种模块使用金(Au)作为元件与电路板的焊接材料。而为了减少贴装面积，我们将电极设在元件的上下端，并经过加工处理，使其能用Au进行焊接。”
针对一些对产品可靠性的要求极高，却无法进行定期保养或零部件更换的人造卫星和海底电缆系统等尖端科技产品，该公司也提供了各种产品。水野先生自豪地说：“我们对每一个设备都逐一进行了严格的检查，确保性能万无一失后方可出货。”
顺应小型化的需求，开发嵌入式产品
随着通讯设备的普及，实现高密度贴装的需求日益高涨。该公司顺应这种时代需求，提供相应的特殊用途产品。这就是“GRU系列”电路板嵌入式独石陶瓷电容器。由于此产品采用将设备嵌入印刷电路板内部的形式来进行贴装，因此电路板表面的实际贴装面积为零。而且，通过嵌入下部的方式使电容器与LSI等其他的元件的连接距离极短，因此还有抑制线路之间寄生感值的效果。“2012年以后，重视多功能而又追求小型薄型化的智能手机市场将起到带动作用，嵌入式电容器的市场很有可能将进一步扩大。”水野先生充满了自信。
该公司还开发出了嵌入式独石陶瓷电容器与贴装在其上方的LSI连接的技术。使用激光钻出通孔，然后进行镀铜 (Cu)，使嵌入的电容器和外部电极连接。为了与这种技术配套，该公司还开发出了外部电极的材料为铜 (Cu)的嵌入式独石陶瓷电容器。
采用各种高新技术生产的特殊用途独石陶瓷电容器的产品阵容中，有多种产品都是出自于在这个领域拥有丰富经验以及雄厚技术后盾的村田制作所之手。诸如此类的产品，无疑会给各个领域的研发设计人士带来巨大的附加价值。
编辑：admin 最后修改时间：2017-12-13
