Hi-Q Low ESR 積層陶瓷電容器的新要求

近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通訊市場(chǎng)的快速普及及大量數位資料的傳輸需求，相關(guān)通訊設備的傳輸頻率迅速往上提升，從早期900/1,800MHz GSM系統快速發(fā)展至今日3G手機與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路通訊( Wi-Fi)，所使用的傳輸頻率都在2GHz以上，甚至將來(lái)的60GHz應用也有越來(lái)越多的討論，如下表所示。

　　由于高頻訊號傳輸上，對于訊號的品質(zhì)要求相當高，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)項目。MLCC的等效電路如下圖說(shuō)明，當頻率升高時(shí)，實(shí)體元件中的ESR與ESL寄生效應都一一浮現，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)從電容性轉變?yōu)殡姼行浴?/p>

　　也就是說(shuō)，當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用。以下列公式說(shuō)明訊號通過(guò)電容器所耗用的功率與比較圖，可以明顯發(fā)現Hi-Q MLCC在高頻率應用的優(yōu)越之處：

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

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

　　

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

　　純銅的材料特性有著(zhù)與純銀極為接近的導電性與頻率特性，卻無(wú)離子遷移、導致可靠度不佳的問(wèn)題。但礙于純銅內電極制程的困難度遠遠高于純銀內電極系統，如下圖所示，包含內電極材料、介電陶瓷材料、端電極材料、內電極電路設計與介電陶瓷共燒技術(shù)都必須有所突破，導致市場(chǎng)上可提供純銅內電極高頻用的MLCC目前僅有日系廠(chǎng)商獨占一方。

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