第5篇 积层陶瓷贴片电容器的技术革新

以相同形状实现约1000倍的大容量，以相同容量实现约1/100的小型化

在半导体集成电路方面，有一个称作“摩尔定律”的经验法则。其内容是，硅芯片上的晶体管数量会以每两年翻一倍的速度高度集成化。有一种电子元件也以匹敌摩尔定律的速度，实现了飞跃性的小型化。这便是积层陶瓷贴片电容器。

手机中约有300个积层陶瓷贴片电容器，电脑和游戏机中则有1000个以上。可以说，如果没有积层陶瓷贴片电容器的小型化技术，以移动设备为代表的电子设备小型、轻量化就无法实现。

积层陶瓷贴片电容器的特点是通过多层叠加电极来实现小体积和大静电容量。在1980年代初，3216尺寸（3.2mm×1.6mm)的静电容量只有0.1µF,而如今已经达到了100µF，是原本的1000倍。这一荣耀属于以大容量见长的电解电容器。此外，若以相同静电容量比较，电容器的小型化也有显著进展。例如1980年代初的3216尺寸、0.1µF电容器，目前已缩小至0603尺寸（0.6×0.3mm）。它们的体积比约为100：1。这一尺寸比草莓种子还小，以肉眼难以看清外观。

积层陶瓷贴片电容器是如此制造而成的

积层陶瓷贴片电容器首次被用于民用电子设备的案例是1970年代的口袋收音机。积层陶瓷贴片电容器原本是为了需求小型和耐用的太空设备而开发的，制作方法和其它电容器大有差别。

首先要将精制的原料粉末制成糊状，将它在载膜上摊开成薄薄的一层并干燥，之后制成名为Green Sheet（基板）的电介质板。接着，以丝网印刷的方式印上作为电介质板材内部电极的金属糊，在将它们以10、100乃至1000张以上为单位重叠起来、层压，再切割为芯片尺寸，最后在烧炉中完成烧制。在烧成坚硬的陶瓷的芯片两侧，涂抹外部电极糊并烧结，制成镀层，这样就终于完成了积层陶瓷贴片电容器的制作。

材料技术、积层技术、烧制技术等各种关键技术不可或缺

积层陶瓷贴片电容器是依靠各种关键技术的集成所制造的。它里面也应用了小型、大容量的关键技术，即介电板和内部电极的薄层技术。即使积层数达到1000层，电介质板的厚度也依然不到1微米（µm）。这种厚度只是优质纸张的不到1/100，塑料保鲜膜的不到1/10。因此，积层陶瓷贴片电容器需要先进技术才能制成。TDK凭借电介质颗粒以及作为其内部电极的镍颗粒的纳米级优质微粉化、分散化技术，实现了接近极限的薄层化。

电介质板具有轻薄且难以割断的性质。因此，对于从载膜上剥除片材并高精度对齐积层的操作也需要高水平的技术。此外，烧制工序中的炉内气体环境被称为烧制气氛，需要在控制炉内温度的同时细致地控制烧制气氛。

TDK最先确立的镍内部极化技术

积层陶瓷贴片电容器是在1000 - 1300℃温度下烧制的。不过，如果在普通的空气气氛中烧制的话，内部电极会被氧化，而在缺氧的还原气氛中烧制的话，电介质又会被还原成半导体，作为电容器的性能会下降。因此，以前的内部电极会使用钯和银等难以氧化的贵金属。但随着电子科技的发展，电容器的用量急剧增加，因此就产生了用廉价金属作为内部电极的技术需求。为此，TDK最先确立了镍内部极化技术并成功实现了量产。

积层陶瓷贴片电容器根据温度特性的差异可分为低介电常数（Ⅰ类）和高介电常数（Ⅱ类）两种。TDK首先在1988年实现了高介电常数类的镍内部极化，此后在1999年又攻克了难度极大的低介电常数类。

集成电路和大规模集成电路的低压驱动所需的ULI、次世代ULI

如此前的文章所述，积层陶瓷贴片电容器具有ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）低的特点。铝电解电容器的特点是大容量，但ESR很高，在100kHz以上的高频领域会产生大量热损耗，无法使用。积层陶瓷贴片电容器的ESR和ESL都很低，自我共振频率（SRF）也高，在高频电路中也能发挥良好性能。

并且近年来，数字设备的省电性能有很强需求，集成电路和大规模集成电路都有低压化的趋势。因此，在用于抑制电压变化的去耦电容器（旁路电容器）方面，就经常使用小型、大容量、高频特性优秀、ESL低的积层陶瓷贴片电容器。将电脑的微处理器取出来观察的话，就能看到许多安装在上面的小型积层陶瓷贴片电容器。这也是一种去耦电容器。

和小型、大容量一样，低ESL也是积层陶瓷贴片电容器的主要技术发展趋势。翻转式电容器（将外部端口的位置纵横翻转，降低ESL）和3端口贯通电容器（对贯通电容器采用积层结构，降低ESL）这两种积层陶瓷贴片电容器，可以说是数字化、高频化时代的宠儿。

最近，旨在进一步降低ESL的ULI电容器也出现了。作为电感成分的ESL会妨碍电容器的快速充放电，因此是电路高速化进程上的阻碍。ULI采用多端口设计，相邻端口的电流方向相反。内部电极的电流方向相反，因此产生的磁场相互抵消，结果就是更低的ESL。进一步改善多端口设计，并降低ESL的下一代ULI也正在研发当中。

谁也无法准确预测电子技术今后的发展。然而能够储蓄电荷、阻断直流、越高频越容易通行的电容器，今后肯定会作为电子设备中不可或缺的元件，继续做出贡献。