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世界首創(chuàng)!基板嵌入式多層陶瓷電容器(ZRB系列)的商品化
發(fā)布時(shí)間:2013-11-30 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】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,抑制電容器的振動(dòng),最大限度控制振動(dòng)對(duì)主基板所造成的影響。
1.前言
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(jì)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(dòng)所產(chǎn)生的“嘯叫※1”問題成為設(shè)計(jì)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(dòng),最大限度控制振動(dòng)對(duì)主基板所造成的影響。但是因?yàn)閆RA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(huì)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(jì),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(duì)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(shí)發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)的現(xiàn)象。印制基板振動(dòng)導(dǎo)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(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(huì)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(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(jié)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?yàn)檫@種振動(dòng)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(hào)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(dǎo)至基板,振動(dòng)就會(huì)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(shí)別的程度。
圖2:電壓施加時(shí)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(dòng)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(duì)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. ZR*系列產(chǎn)品的介紹
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
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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(dòng)的傳導(dǎo),也就是可以降低嘯叫等級(jí)。
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(jì)。
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(huì)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(dòng)(伸縮)向封裝基板的傳導(dǎo),由此降低嘯叫等級(jí)。此外,還設(shè)計(jì)了通過在嵌入式基板的端部設(shè)置凹槽,降低對(duì)陶瓷電容器外部電極側(cè)表面焊接的潤(rùn)濕量。由此可以將多層陶瓷電容器的振動(dòng)(伸縮)應(yīng)力降至最低,從而也降低了嘯叫等級(jí)。圖6為ZR*系列產(chǎn)品與通用系列產(chǎn)品的尺寸嘯叫等級(jí)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(huì)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(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)置換(降低嘯叫等級(jí))。(使用ZRA系列產(chǎn)品時(shí),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(huì)發(fā)生需要變更印制基板設(shè)計(jì)(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(jí)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(hào)
例) MLCC為1608、X5R特性、22μF、M誤差 (±20%) 時(shí): ZRB18AR60J226ME01
4. ZR*系列產(chǎn)品的市場(chǎng)要求
目前,ZR*系列產(chǎn)品需求市場(chǎng)的重心是需要小型低背元器件的移動(dòng)市場(chǎng)。
?移動(dòng)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(duì)低嘯叫等級(jí)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?。ㄍㄟ^緊湊封裝實(shí)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(jí)的產(chǎn)品)必須要具備小型化和低背化的特點(diǎn),因此針對(duì)ZR*系列產(chǎn)品的使用與研討也在持續(xù)進(jìn)行中。
5. 結(jié)語
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(jì)基板面積的縮小和薄型化是大勢(shì)所趨。此外,由于搭載更高性能的IC,對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)存在節(jié)約電力和節(jié)省空間等需求,因此預(yù)計(jì)小型化大容量會(huì)不斷發(fā)展,在這些市場(chǎng)中,對(duì)ZR*系列產(chǎn)品的需求也會(huì)提高。
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