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風扇設計等的電子設備多功能化發展及無噪聲化發展，之前并不突出的由于電容器振動所產生的“嘯叫※1”問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系列產品)”，該產品通過嵌入式基板※2，抑制電容器的振動，最大限度控制振動對主基板所造成的影響。但是因為ZRA系列產品使用了大于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系列產品)”(圖1)，該產品提升了小型基板的MLCC搭載技術，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發生的機械振動的現象。印制基板振動導致發出聲音。

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，會造成多層電容器芯片伸縮注)。根據電介質一般的泊松比為0.3的特性，會在與積層方向垂直及平行的方向上產生伸縮(如圖2所示)，其結果是基板表面發生振動從而產生人耳可聞的聲音。通常情況下，因為這種振動頻率遠遠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電壓，也不會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，那么該振動會傳導至基板，振動就會放大(諧振)。其結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別的程度。

圖2：電壓施加時電致伸縮效應導致的芯片變形

為了控制這種基板振動所導致的電容器嘯叫的情況，我們已經推出了GH8系列產品和KRM系列產品，GH8系列產品是通過使用更低介電常數的材料，降低電容器的失真量，從而抑制嘯叫的產品，而KRM系列產品是通過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，從而抑制嘯叫的產品。除了這些產品，村田制作所還推出了滿足小型低背需求的嘯叫控制產品---基板嵌入式多層陶瓷電容器(之后稱為ZR*系列產品)。以下說明與其相關的概要情況。

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

3. ZR*系列產品的介紹

3-1. ZR*系列產品的結構

ZR*系列產品是通過接合材料(無鉛焊錫)，將用于表面封裝的二端子電容器(GRM系列產品)封裝于嵌入式基板上的結構。相較于(圖4、圖5)ZRA系列產品使用了大于MLCC的LW尺寸的嵌入式基板，此次新推出的ZRB系列產品使用的是與MLCC的LW尺寸相同的嵌入式基板。