透过电容看电子产品新未来,村田:始终在创新路上

作者: 赵碧莹

如今电子设备正朝着轻、薄、小及多功能的方向发展,在更智能的同时无论是身边必不可少的消费电子还是势头正猛的vwin网站 都发生着日新月异的变化。这一变化对驱动并运转着电子设备的元器件而言,提出了更高的要求,革新成了一种常态与生存法宝。

电子元器件要如何应对挑战进行自我的革新?今天我们就来说说电容中的新秀超级电容以及2017一开年就进入缺货状态的MLCC。

尽管现在提起村田,想到的已不只是电容;但提及电容,还是会想到村田。仅在MLCC方面,村田的全球市占率就达35%以上。以下就结合2月23日上海举办的“陶瓷电容、超级电容与汽车ADAS技术沙龙”活动中,村田电容产品高级工程师对MLCC与超级电容的深刻解读来展开。

什么是电容?百度谷歌可以解答得很详细。单纯讲电容技术会显得比较枯燥,那么我们就以vwin网站 与消费电子为切入点。

汽车逐渐向智能化的方向偏移,目前汽车中使用的电器和电子产品元件占总成本的比例已高达40%。未来,这一占比必将进一步提高。vwin网站 中最热门的ADAS系统中就藏着几百甚至上千颗电容。

2017年首季全球MLCC供应火爆,供需缺口达5%,再加之苹果iPhone 8备货潮,及车用电子MLCC 等市场的需求拉抬,估计MLCC 供需情况将会更为紧俏。据日本调研机构2017 年MLCC的展望报告显示,手机、平板电脑、PC等消费类设备,MLCC需求量预估将再度增加106 亿个。

MLCC
MLCC即多层陶瓷电容器,又称片式电容器、积层电容、叠层电容等,属陶瓷电容器的一种。

MLCC

MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经一次高温烧结形成陶瓷芯片,再芯片的两端封上金属层(外电极),形成一个类似独石的结构体。

对于MLCC,最令工程师头疼的是哪些问题?
答:开裂短路、电容啸叫以及电路设计布板空间问题。

开裂短路
基板分割、检测工序对电容器产生的应力,已经成为电容器由于基板弯曲产生裂纹的主要原因。MLCC基体承受拉伸应力,应力在元件上的分布不一致,应力集中在元件薄弱处时,易产生裂纹。

电容开裂

裂纹易发生在端电极部位,除了应力集中外,与MLCC端电极存在天然微缺陷有关,有时肉眼可见,大多数情况外观无损坏痕迹。当MLCC存在裂纹,轻则产品容量低甚至无容量,导致电路不能正常工作;重则产品绝缘低、漏电、短路甚至烧毁。

MLCC开裂短路的解决方案

MLCC开裂短路的解决方案

村田应对MLCC开裂短路有多种解决方案,软端子设计最被看好。软端子电容是一种能明显提高MLCC端头抗裂纹性能的方案。具有高强度的抗弯曲性能,弯曲深度可达到5mm。而常规端头MLCC的抗弯曲深度一般为2~3mm。同时,软端子电容在汽车上得到广泛的应用。

电容结构对比

啸叫
MLCC啸叫产生是由于在电压作用下发生幅度较大的振动。陶瓷介质是MLCC主要组成部分,电压作用下电致伸缩不可避免。若电致伸缩强烈表现为压电效应,则会产生振动。因此在较大交变电压下,会产生明显的啸叫,如开关电源、高频电源等场合。我们的手机、电脑都会发生啸叫现象。应对这个问题,村田可提供的方案如下图。

MLCC啸叫

电路设计布板空间问题

面对此问题,村田提供LOWESL 电容解决方案。

村田提供LOWESL 电容解决方案

村田LOWESL电容器有两种,即长宽倒置电容器和三端子电容器。

村田LOWESL电容器有两种,即长宽倒置电容器和三端子电容器

活动当天,另一个受人瞩目的话题是超级电容。超级电容在消费领域已相当普及,最早实现产业化运作的大本营便是智能仪器及高端电子消费品市场。举例而言,可穿戴设备已成为超级电容潜在的应用领域。

下面我们就来看看超级电容的“真容”。

超级电容
EDLC即超级电容,又称双电层电容器、电化学电容器,在固体(电极)和液体(电解液)的接触界面上形成的电气双层(双电层)的状态来取代了电介质。超级电容的种类繁多,常见的有纽扣式,圆柱状/插脚式,层压式等等。

超级电容与普通电容截然不同,它通过极化电解质来实现储能,但同时与电容一样属于物理变化而非电池那样的化学变化。因此EDLC特性介于电容和电池之间,或者说集合了二者的优点。相比电池具有高功率,相比电解电容又具有大能量。

村田超级电容

村田EDLC产品具有超低ESR、最大10A充放电、超低漏电流、耐高温、长寿命等特性。被广泛应用于小型DC马达设备、高功率RF通信、电池更换时的后备电源、音频设备(高品质音质)、能源采集的IoT设备等情况下。

村田是如何优化EDLC产品的?村田电容产品高级工程师吴海华女士介绍,面对干涸失效机制,村田开发更耐高温的电解液,延长干涸寿命;更可靠的封装性能,防止电解液蒸发。面对经时劣化机制,选择性能优异的材料;更好的封装设计,防止水分进入。

各种超级电容的放电特性

无论是消费领域还是汽车领域,随着智能化程度的增加、功能的激增,设计必将越来越复杂,这对电子元器件提出了不小的挑战,元器件不得不选择自身的变革。业内人士曾表示未来汽车对电子系统的需求与依赖加大,由电子元器件引发的问题也将增多,这将成为汽车安全最不确定的因素。器件虽小,影响却未必小。

新的电子设备要有新的电子元器件来构成,而新的电子元器件又要在材料、封装等多方面下功夫。任何想长期生存的电子元器件供应商都必须要求新、求变,不断的打磨自己与产品,以防被淘汰。

文章来源:与非网微信公众号(微信号:ee-focus)

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