與MLCC相同大小的基板嵌入式多層陶瓷電容器的商品化

1.前言

隨著(zhù)智能手機和數碼相機的錄像、錄音功能的搭載，以及小型筆記本電腦的無(wú)風(fēng)扇設計等的電子設備多功能化發(fā)展及無(wú)噪聲化發(fā)展，之前并不突出的由于電容器振動(dòng)所產(chǎn)生的“嘯叫※1”問(wèn)題成為設計的主要挑戰之一。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(guò)嵌入式基板※2，抑制電容器的振動(dòng)，最大限度控制振動(dòng)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(huì )存在元器件之間相互接觸的問(wèn)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(guò)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(shí)發(fā)生的機械振動(dòng)的現象。印制基板振動(dòng)導致發(fā)出聲音。

2.何為多層陶瓷電容器的嘯叫

如果向高介電常數型的電容器(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，會(huì )造成多層電容器芯片伸縮注)。根據電介質(zhì)一般的泊松比為0.3的特性，會(huì )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)，其結果是基板表面發(fā)生振動(dòng)從而產(chǎn)生人耳可聞的聲音。通常情況下，因為這種振動(dòng)頻率遠遠高于人耳可聽(tīng)頻率范圍(20Hz～20kHz)，所以即使向單體電容器施加人耳可聽(tīng)頻率范圍的信號電壓，也不會(huì )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(dòng)會(huì )傳導至基板，振動(dòng)就會(huì )放大(諧振)。其結果是人耳可以感知到類(lèi)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(shí)電致伸縮效應導致的芯片變形

為了控制這種基板振動(dòng)所導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(guò)使用更低介電常數的材料，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(guò)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(dòng)，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(mǎn)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(chēng)為ZR*系列產(chǎn)品)。以下說(shuō)明與其相關(guān)的概要情況。

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

3. ZR*系列產(chǎn)品的介紹

3-1. ZR*系列產(chǎn)品的結構

ZR*系列產(chǎn)品是通過(guò)接合材料(無(wú)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構。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。