“以小見大”陶瓷電容的發(fā)展歷程

　　雖然大家往往認(rèn)為電阻、電容器、電感器等無源元件的存在不甚搶眼，但實(shí)際上它們卻是最先進(jìn)的電子設(shè)備中必不可少的元器件。特別是對(duì)最先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)備而言，多層陶瓷電容器極其重要。如果沒有這種電容器，就無法指望半導(dǎo)體設(shè)備能正常運(yùn)行。在電子行業(yè)中，曾經(jīng)流傳一種說法"電容器遲早會(huì)被納入半導(dǎo)體設(shè)備"。但是實(shí)際上，在半導(dǎo)體設(shè)備發(fā)展的同時(shí)，多層陶瓷電容器的重要性也與日俱增。如果沒有多層陶瓷電容器，也就無法指望使用最先進(jìn)的微細(xì)加工技術(shù)制造的微處理器、DSP、微型計(jì)算機(jī)、FPGA等的半導(dǎo)體設(shè)備能正常運(yùn)行。

　　陶瓷電容器小型化和大容量化

　　目前，多層陶瓷電容器的市場(chǎng)規(guī)模在鋁電解電容器、鉭電解電容器和薄膜電容器等各式電容器中是最大的。稍早前的數(shù)據(jù)顯示2008年日本國(guó)內(nèi)出貨量為6278億個(gè)，日本國(guó)內(nèi)出貨金額達(dá)到3059日元(源自經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部的機(jī)械統(tǒng)計(jì))。位居第2位的鋁電解電容器日本國(guó)內(nèi)出貨量為182億個(gè)，日本國(guó)內(nèi)出貨金額為1743日元。其差距相當(dāng)巨大。2012年，多層陶瓷電容器增加到7655億個(gè)，與此相對(duì)，鋁電解電容器卻減少到109億個(gè)。其差距在不斷擴(kuò)大。

　　通過多重層疊電介質(zhì)層和內(nèi)部電極，實(shí)現(xiàn)了較大電容。雖然現(xiàn)在多層陶瓷電容器在電容器市場(chǎng)上占據(jù)榜首位置，然而在產(chǎn)品推出之初卻很難被市場(chǎng)接受。構(gòu)思出多層陶瓷電容器創(chuàng)意的是美國(guó)企業(yè)。在始于1961年的阿波羅計(jì)劃的推進(jìn)過程中，出于需要，大電容量的小型電容器應(yīng)運(yùn)而生。通過在薄電介質(zhì)上形成電極，并進(jìn)行多個(gè)疊加，實(shí)現(xiàn)了在小體積內(nèi)充滿大電容的電容器(圖1)。

　　圖1多層陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)

　　多層陶瓷電容器的歷史即可一言以蔽之，就是"小型化和大容量化的歷史"。一般電容器的電容C可以通過來表達(dá)。在此表達(dá)式中，ε是介電常數(shù)，S是電極面積、d電極間距離(電介質(zhì)厚度)。即，在一定的體積中，要增加電容，就只能使用ε高的材料，或者是薄化電介質(zhì)。

　　電介質(zhì)材料在推出之初是采用的二氧化鈦，但我們?cè)谳^早的階段引入了鈦酸鋇(BaTiO3)。之后也通過對(duì)該材料加以改良來不斷提高相對(duì)介電常數(shù)，目前已經(jīng)達(dá)到3000左右。相較于幾十水平的二氧化鈦相對(duì)介電常數(shù)，該數(shù)值也已經(jīng)大其兩位數(shù)。

　　電介質(zhì)的厚度在推出之初為50μm，但之后薄型化逐漸發(fā)展，目前已經(jīng)達(dá)到了0.5μm。也就是說，與產(chǎn)品推出之初相比，介電常數(shù)已經(jīng)提高到100倍，厚度減少至1/100。如果厚度降低到1/100，那么層疊數(shù)可以增加至100倍。因此，如果是相同體積的電容器，相當(dāng)于增加到100萬(wàn)倍。相反，如果考慮體積，則意味著相同的電容量可以實(shí)現(xiàn)1/100萬(wàn)的小型化。