隨著智能手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的錄像、錄音功能的搭載，以及小型筆記本電腦的無風(fēng)扇設(shè)計等的電子設(shè)備多功能化發(fā)展及無噪聲化發(fā)展，之前并不突出的由于電容器振動所產(chǎn)生的“嘯叫※1”問題成為設(shè)計的主要挑戰(zhàn)之一。作為控制嘯叫的元器件之一，村田制作所于2012年6月推出了 “基板嵌入式多層陶瓷電容器（ZRA系列產(chǎn)品）”，該產(chǎn)品通過嵌入式基板※2，抑制電容器的振動，最大限度控制振動對主基板所造成的影響。但是因為ZRA系列產(chǎn)品使用了大于MLCC的LW尺寸的嵌入式基板，所以如果是在為節(jié)約基板面積，縮小安裝元器件之間的距離的情況下使用，就會存在元器件之間相互接觸的問題。因此，此次我們推出了“基板嵌入式多層陶瓷電容器（ZRB系列產(chǎn)品）”（圖1），該產(chǎn)品提升了小型基板的MLCC搭載技術(shù)，使用了與MLCC的LW相同大小的嵌入式基板。通過這種方法，即使是緊湊封裝的電路，也不需要變更印制基板設(shè)計，可以使用以前的MLCC控制嘯叫。

 

 

圖1：基板嵌入式多層陶瓷電容器（ZRB系列產(chǎn)品）

 

※1  嵌入式…對應(yīng)多層陶瓷電容器大小的成型印制基板的一種

※2  嘯叫…向陶瓷材料上施加電壓時發(fā)生的機(jī)械振動的現(xiàn)象。印制基板振動導(dǎo)致發(fā)出聲音。

 

如果向高介電常數(shù)型的電容器（諸如`溫度特性為：B, R, X5R, X7R，Y5V的電容器）施加交流電壓，由于電致伸縮效應(yīng)，會造成多層電容器芯片伸縮注）。根據(jù)電介質(zhì)一般的泊松比為0.3的特性，會在與積層方向垂直及平行的方向上產(chǎn)生伸縮（如圖2所示），其結(jié)果是基板表面發(fā)生振動從而產(chǎn)生人耳可聞的聲音。通常情況下，因為這種振動頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人耳可聽頻率范圍(20Hz～20kHz)，所以即使向單體電容器施加人耳可聽頻率范圍的信號電壓，也不會形成人耳可聞程度的聲音（嘯叫）。但是，如果將電容器封裝于基板，那么該振動會傳導(dǎo)至基板，振動就會放大（諧振）。其結(jié)果是人耳可以感知到類似于“吱吱”的聲音。雖然芯片和基板的振幅僅為1pm～1nm左右，但其聲音卻大到人耳輕易識別的程度。

　　　

圖2：電壓施加時電致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的芯片變形 　

 

 

圖3：電致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致的基板變形

為了控制這種基板振動所導(dǎo)致的電容器嘯叫的情況，我們已經(jīng)推出了GH8系列產(chǎn)品和KRM系列產(chǎn)品，GH8系列產(chǎn)品是通過使用更低介電常數(shù)的材料，降低電容器的失真量，從而抑制嘯叫的產(chǎn)品，而KRM系列產(chǎn)品是通過在電容器的外部電極部分安裝金屬端子，降低對基板的振動，從而抑制嘯叫的產(chǎn)品。除了這些產(chǎn)品，村田制作所還推出了滿足小型低背需求的嘯叫控制產(chǎn)品---基板嵌入式多層陶瓷電容器（之后稱為ZR*系列產(chǎn)品）。以下說明與其相關(guān)的概要情況。

注）諸如溫度特性為CH，C0J，UJ，U2J的溫度補(bǔ)償性電容器無此種失真特性。

 

 

3-1． ZR*系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

ZR*系列產(chǎn)品是通過接合材料（無鉛焊錫），將用于表面封裝的二端子電容器（GRM系列產(chǎn)品）封裝于嵌入式基板上的結(jié)構(gòu)。相較于（圖4、圖5）ZRA系列產(chǎn)品使用了大于MLCC的LW尺寸的嵌入式基板，此次新推出的ZRB系列產(chǎn)品使用的是與MLCC的LW尺寸相同的嵌入式基板。

 

 

圖4: ZRB系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖

 

 

圖5: ZRA系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖

 

3-2． ZR*系列產(chǎn)品的特征

 

ZR*系列產(chǎn)品的特征如下,

①通過將MLCC封裝于嵌入式基板上，可以抑制電容器振動的傳導(dǎo)，也就是可以降低嘯叫等級。

②可以使用與通用產(chǎn)品（GRM系列產(chǎn)品）的相同焊盤進(jìn)行設(shè)計。

③無需變更印制基板（封裝間隔）即可使用（僅ZRB系列產(chǎn)品）。

正如第2章所描述的那樣，如果向使用鐵電陶瓷的多層陶瓷電容器施加交流電壓，就會產(chǎn)生伸縮。ZR*系列產(chǎn)品通過將MLCC封裝于嵌入式基板上，可以抑制電容器振動（伸縮）向封裝基板的傳導(dǎo)，由此降低嘯叫等級。此外，還設(shè)計了通過在嵌入式基板的端部設(shè)置凹槽，降低對陶瓷電容器外部電極側(cè)表面焊接的潤濕量。由此可以將多層陶瓷電容器的振動（伸縮）應(yīng)力降至最低，從而也降低了嘯叫等級。圖6為ZR*系列產(chǎn)品與通用系列產(chǎn)品的尺寸嘯叫等級比較圖。從中可以看出相較于通用產(chǎn)品，通過使用ZR*系列產(chǎn)品，會有20dB左右的降低效果（這就意味著人耳所感知的聲音程度已經(jīng)減輕到1/10左右）。而且，由于ZRB系列產(chǎn)品被設(shè)計為使用與多層陶瓷電容器尺寸相同的嵌入式基板，所以如果在組件設(shè)計的最終階段發(fā)生嘯叫問題，那么無需變更印制基板（封裝間隔）即可實現(xiàn)置換（降低嘯叫等級）。（使用ZRA系列產(chǎn)品時，如果無法充分確保元器件之間的距離（已進(jìn)行緊湊封裝），則可能會發(fā)生需要變更印制基板設(shè)計（封裝間隔）的情況。）

 

圖6：ZR*18（嘯叫抑制產(chǎn)品）和GRM18（通用產(chǎn)品）的嘯叫等級比較

 

3-3． ZR*系列的產(chǎn)品陣容

基板嵌入式多層陶瓷電容器的產(chǎn)品陣容如下所示。

 

① 外形尺寸

 

ZRB15X：L = 1.00±0.15, W = 0.50±0.15, T = 0.65±0.15

ZRB18A：L = 1.60±0.20, W = 0.80±0.20, T = 1.00±0.20

ZRA21M：L = 2.40±0.10, W = 1.65±0.10, T = 1.15±0.10 (單位: mm)

 

② ZR*系列的產(chǎn)品陣容

 

 
 

 

③產(chǎn)品編號

 

例） MLCC為1608、X5R特性、22μF、M誤差 (±20%) 時: ZRB18AR60J226ME01

 

目前，ZR*系列產(chǎn)品需求市場的重心是需要小型低背元器件的移動市場。

?移動通信設(shè)備（手機(jī)/智能手機(jī)）

在功率放大器的輸入方所使用的電容器、以及提供給CPU的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出方所使用的電容器方面，為了抑制由于IC的負(fù)載變化所引發(fā)的嘯叫，對低嘯叫等級電容器的需求不斷高漲。特別是在智能手機(jī)等方面，隨著基板面積的不斷縮小（通過緊湊封裝實現(xiàn)的空間節(jié)?。┖捅⌒突牟粩嗤七M(jìn)，這些電路所使用的電容器（用以抑制嘯叫等級的產(chǎn)品）必須要具備小型化和低背化的特點，因此針對ZR*系列產(chǎn)品的使用與研討也在持續(xù)進(jìn)行中。

 

在手機(jī)/智能手機(jī)方面，由于電池所占面積的擴(kuò)大以及多功能化所造成的IC搭載數(shù)量的增加，預(yù)計基板面積的縮小和薄型化是大勢所趨。此外，由于搭載更高性能的IC，對所使用的電容器在小型化大容量方面的要求越來越高。在未來，ZR*系列產(chǎn)品作為能對肩負(fù)此種需求的電容器所存在的嘯叫問題的解決有所助益的產(chǎn)品，要對其產(chǎn)品陣容進(jìn)行擴(kuò)充。而且今后平板終端和筆記本電腦也會存在節(jié)約電力和節(jié)省空間等需求，因此預(yù)計小型化大容量會不斷發(fā)展，在這些市場中，對ZR*系列產(chǎn)品的需求也會提高。