芯耀
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如今電子設(shè)備正朝著輕、薄、小及多功能的方向發(fā)展，在更智能的同時無論是身邊必不可少的消費(fèi)電子還是勢頭正猛的汽車電子都發(fā)生著日新月異的變化。這一變化對驅(qū)動并運(yùn)轉(zhuǎn)著電子設(shè)備的元器件而言，提出了更高的要求，革新成了一種常態(tài)與生存法寶。
電子元器件要如何應(yīng)對挑戰(zhàn)進(jìn)行自我的革新？今天我們就來說說電容中的新秀超級電容以及 2017 一開年就進(jìn)入缺貨狀態(tài)的 MLCC。
盡管現(xiàn)在提起村田，想到的已不只是電容；但提及電容，還是會想到村田。僅在 MLCC 方面，村田的全球市占率就達(dá) 35%以上。以下就結(jié)合 2 月 23 日上海舉辦的“陶瓷電容、超級電容與汽車 ADAS 技術(shù)沙龍”活動中，村田電容產(chǎn)品高級工程師對 MLCC 與超級電容的深刻解讀來展開。
什么是電容？百度谷歌可以解答得很詳細(xì)。單純講電容技術(shù)會顯得比較枯燥，那么我們就以汽車電子與消費(fèi)電子為切入點(diǎn)。
汽車逐漸向智能化的方向偏移，目前汽車中使用的電器和電子產(chǎn)品元件占總成本的比例已高達(dá) 40%。未來，這一占比必將進(jìn)一步提高。汽車電子中最熱門的 ADAS 系統(tǒng)中就藏著幾百甚至上千顆電容。
2017 年首季全球 MLCC 供應(yīng)火爆，供需缺口達(dá) 5%，再加之蘋果 iPhone 8 備貨潮，及車用電子 MLCC 等市場的需求拉抬，估計(jì) MLCC 供需情況將會更為緊俏。據(jù)日本調(diào)研機(jī)構(gòu) 2017 年 MLCC 的展望報告顯示，手機(jī)、平板電腦、PC 等消費(fèi)類設(shè)備，MLCC 需求量預(yù)估將再度增加 106 億個。村田是全球最大的 MLCC 廠商，也是蘋果最大的 MLCC 供應(yīng)商。據(jù)悉，一臺 iPhone 6 就配備了 400 個村田的 MLCC。
MLCC
MLCC 即多層陶瓷電容器，又稱片式電容器、積層電容、疊層電容等，屬陶瓷電容器的一種。
MLCC 是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯位的方式疊合起來，經(jīng)一次高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再芯片的兩端封上金屬層（外電極），形成一個類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體。
對于 MLCC，最令工程師頭疼的是哪些問題？
答：開裂短路、電容嘯叫以及電路設(shè)計(jì)布板空間問題。
開裂短路
基板分割、檢測工序?qū)﹄娙萜鳟a(chǎn)生的應(yīng)力，已經(jīng)成為電容器由于基板彎曲產(chǎn)生裂紋的主要原因。MLCC 基體承受拉伸應(yīng)力，應(yīng)力在元件上的分布不一致，應(yīng)力集中在元件薄弱處時，易產(chǎn)生裂紋。
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裂紋易發(fā)生在端電極部位，除了應(yīng)力集中外，與 MLCC 端電極存在天然微缺陷有關(guān)，有時肉眼可見，大多數(shù)情況外觀無損壞痕跡。當(dāng) MLCC 存在裂紋，輕則產(chǎn)品容量低甚至無容量，導(dǎo)致電路不能正常工作；重則產(chǎn)品絕緣低、漏電、短路甚至燒毀。
MLCC 開裂短路的解決方案
村田應(yīng)對 MLCC 開裂短路有多種解決方案，軟端子設(shè)計(jì)最被看好。軟端子電容是一種能明顯提高 MLCC 端頭抗裂紋性能的方案。具有高強(qiáng)度的抗彎曲性能，彎曲深度可達(dá)到 5mm。而常規(guī)端頭 MLCC 的抗彎曲深度一般為 2~3mm。同時，軟端子電容在汽車上得到廣泛的應(yīng)用。
嘯叫
MLCC 嘯叫產(chǎn)生是由于在電壓作用下發(fā)生幅度較大的振動。陶瓷介質(zhì)是 MLCC 主要組成部分，電壓作用下電致伸縮不可避免。若電致伸縮強(qiáng)烈表現(xiàn)為壓電效應(yīng)，則會產(chǎn)生振動。因此在較大交變電壓下，會產(chǎn)生明顯的嘯叫，如開關(guān)電源、高頻電源等場合。我們的手機(jī)、電腦都會發(fā)生嘯叫現(xiàn)象。應(yīng)對這個問題，村田可提供的方案如下圖。
電路設(shè)計(jì)布板空間問題
面對此問題，村田提供 LOWESL 電容解決方案。
村田 LOWESL 電容器有兩種，即長寬倒置電容器和三端子電容器。
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?活動當(dāng)天，另一個受人矚目的話題是超級電容。超級電容在消費(fèi)領(lǐng)域已相當(dāng)普及，最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作的大本營便是智能儀器及高端電子消費(fèi)品市場。舉例而言，可穿戴設(shè)備已成為超級電容潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。
下面我們就來看看超級電容的“真容”。
超級電容
EDLC 即超級電容，又稱雙電層電容器、電化學(xué)電容器，在固體（電極）和液體（電解液）的接觸界面上形成的電氣雙層（雙電層）的狀態(tài)來取代了電介質(zhì)。超級電容的種類繁多，常見的有紐扣式，圓柱狀 / 插腳式，層壓式等等。
超級電容與普通電容截然不同，它通過極化電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)儲能，但同時與電容一樣屬于物理變化而非電池那樣的化學(xué)變化。因此 EDLC 特性介于電容和電池之間，或者說集合了二者的優(yōu)點(diǎn)。相比電池具有高功率，相比電解電容又具有大能量。
村田 EDLC 產(chǎn)品具有超低 ESR、最大 10A 充放電、超低漏電流、耐高溫、長壽命等特性。被廣泛應(yīng)用于小型 DC 馬達(dá)設(shè)備、高功率 RF 通信、電池更換時的后備電源、音頻設(shè)備（高品質(zhì)音質(zhì)）、能源采集的 IoT 設(shè)備等情況下。
村田是如何優(yōu)化 EDLC 產(chǎn)品的？村田電容產(chǎn)品高級工程師吳海華女士介紹，面對干涸失效機(jī)制，村田開發(fā)更耐高溫的電解液，延長干涸壽命；更可靠的封裝性能，防止電解液蒸發(fā)。面對經(jīng)時劣化機(jī)制，選擇性能優(yōu)異的材料；更好的封裝設(shè)計(jì)，防止水分進(jìn)入。
無論是消費(fèi)領(lǐng)域還是汽車領(lǐng)域，隨著智能化程度的增加、功能的激增，設(shè)計(jì)必將越來越復(fù)雜，這對電子元器件提出了不小的挑戰(zhàn)，元器件不得不選擇自身的變革。業(yè)內(nèi)人士曾表示未來汽車對電子系統(tǒng)的需求與依賴加大，由電子元器件引發(fā)的問題也將增多，這將成為汽車安全最不確定的因素。器件雖小，影響卻未必小。
新的電子設(shè)備要有新的電子元器件來構(gòu)成，而新的電子元器件又要在材料、封裝等多方面下功夫。任何想長期生存的電子元器件供應(yīng)商都必須要求新、求變，不斷的打磨自己與產(chǎn)品，以防被淘汰。
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