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

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。