什么是被动元件,为什么mlcc如此受欢迎?
随着mlcc吸引了新的市场关注,这些电子元件的功能和优势究竟是什么?
电阻器的作用主要是调节电流和电压,电感器的作用是滤波电流噪声,防止电磁干扰,稳定电流。电容器是电路板上主要的电能存储元件,具有耦合、协调等功能。在三种无源元件中,电容器的市场规模最大。它们可分为陶瓷电容器、铝电容器和钽电容器。目前,最流行的电容器是mlcc。(多层陶瓷电容器)
无源元件特性
多层陶瓷电容器的电容值与产品表面积和陶瓷薄膜堆叠层数成正比。产品代码通常根据包装大小对mlcc进行分类。然而,由于陶瓷薄膜堆叠技术的进步,体积越小不一定意味着电容值越小。mlcc已经开始取代电解电容器和钽电容器。但后两者仍占有相当大的市场份额,且各有优势。然而,对于高性能消费电子产品,如个人电脑和智能手机,MLCC几乎取代了其他电容器。
陶瓷电容器因其在高频率使用时具有高电压和耐热性、宽工作温度范围和低损耗率等物理特性而受到青睐。它们可以作为芯片生产,减少体积和价格,并提高稳定性。mlcc非常适合批量生产。虽然铝电容器的电容值较高,且芯片化程度仅次于mlcc,但其性能受环境影响较大。钽电容器还具有直流偏置和电容稳定、漏损低、耐衬底偏转等优点,但污染问题较多,价格较贵。
不仅传统的电子产品需要无源元件,汽车工业也需要无源元件。近年来,电动汽车和自动驾驶汽车等新产品越来越受欢迎。过去的汽车需要近2,000个被动元件,而新设计的汽车可能需要多达10,000个被动元件。这种需求的增加不仅导致mlcc供不应求,而且铝电容器的交货时间也延长到半年以上。目前,全球主要的无源元件供应商是日本。尽管台湾是第二大无源元件供应商,但在上游材料开发方面的投资相对较少。界面陶瓷粉、陶瓷基板、氧化铝基板、石英基板、导电胶粘剂、阴极箔等MLCC原料近70%来自日本。
什么是多层陶瓷电容器(MLCC)?
多层陶瓷电容器(MLCC)是一种陶瓷电容器。陶瓷电容器分为单层陶瓷电容器和多层陶瓷电容器(MLCC)。由于陶瓷薄膜堆叠技术的进步,mlcc可以通过SMT (Surface Mount technology)直接贴附,生产速度比电解电容器和钽电容器快。mlcc已成为电容器行业的主流产品,约占电容器产值的43%,其次是铝电解电容器,约占32%。
mlcc由平行陶瓷和电极材料组成。其内部结构由陶瓷层和内部金属电极层交替堆叠而成。每个陶瓷层被两个上下平行的电极夹在一起,形成一个扁平的电容器。内电极和外电极并联连接,这样可以增加电容器的总存储容量。多层陶瓷电容器的总电容是各层电容的总和。
用于mlcc结构的两种主要材料是介电陶瓷粉末和内外电极。电介质陶瓷粉的主要原料是钛酸钡。加入各种添加剂后,形成NPO、COG、Y5V、X7R、Z5U等类型。根据所需的电气特性,应用可能会有所不同。介电陶瓷粉末决定了MLCC的特性。X7R, X5R和Y5V具有高电容值。从等级上看,X5R和X7R优于Y5V,而NPO主要用于通信产品。价格方面,相同尺寸和电容值的mlcc,其≒为X7R;Y5V;Y5U。
用于电极的金属可占电容器生产成本的35%以上。为了跟上对cpu和通信组件速度提高的需求,mlcc中的层数也必须增加。MLCC每增加一层,就需要增加一层内部电极。这些电极所用的钯金属是一种稀有贵重金属,价格相当昂贵,主要供应自俄罗斯。由于库存往往不足,业界用贱金属(镍、铜)等金属代替钯金属电极材料,希望降低成本,但以牺牲效率为代价。
mlcc有多种不同的规格,各产品之间的区别主要在于电容值(单位电压存储功率)、尺寸(1210、0805、0603、0402、0201等规格以上)、温度稳定性(Y5V、X7R、NPO等)、工作电压上限、安全认证、ESR(电容/充放电所需时间)、Q值(输入能量损失程度)。以温度稳定性为例,由于主要原料介质陶瓷粉的不同,mlcc的温度稳定性也会有所不同。其中Y5V型mlcc单位电容成本最低,X7R次之,NPO最高。由于生产技术难度低,价格低,竞争对手多,X7R和X5R的MLCC将逐渐取代Y5V型,因为便携式电子产品对温度稳定性的要求更高。
mlcc按产品尺寸可分为0201、0402、0603、0805及大于1206。0805型和0603型主要用于主板、笔记本电脑等信息产品。0402和0201型主要用于高端手机。随着电子产品轻薄化的趋势,0402、0201规格产品占比不断增加,增长动力来自iPod/iPhone、游戏机、液晶电视等消费类电子产品的需求。
mlcc的全球主要供应商包括:日本村田(25%的市场份额),TDK (14%), Taiyo Yuden(8%),京瓷,松下和台湾的Yageo (13%), Walsin Technology (13%), Holystone, Honey Hope Honesty, Darfon和中国大陆的风华。日本制造商主要专注于大容量mlcc。台湾的Yageo和Walsin Technology主要生产批量规格的中低容量产品,而Holystone主要生产利基型高压和大容量MLC。