Hi-Q Low ESR 積層陶瓷電容器的新要求

近年來，隨著無線通訊市場的快速普及及大量數位資料的傳輸需求，相關通訊設備的傳輸頻率迅速往上提升，從早期900/1,800MHz GSM系統快速發展至今日3G手機與無線網路通訊( Wi-Fi)，所使用的傳輸頻率都在2GHz以上，甚至將來的60GHz應用也有越來越多的討論，如下表所示。

　　由于高頻訊號傳輸上，對于訊號的品質要求相當高，具備「低等效串聯電阻(low ESR;即低耗能)及優越的高頻率特性(high Q;即高訊號品質)」之高頻通訊用積層陶瓷電容器(RF-application MLCC)，成為近期在積層陶瓷電容器技術發展上的重要研發項目。MLCC的等效電路如下圖說明，當頻率升高時，實體元件中的ESR與ESL寄生效應都一一浮現，造成元件阻抗隨頻率升高而降低，直到自我諧振頻率 (Self-resonant frequency; SRF)后阻抗才又升高，但此時元件特性已經從電容性轉變為電感性。

　　也就是說，當MLCC的ESR與ESL越低，將會越接近純電容，其自我諧振頻率會往越高頻率移動，更適合在高頻方面應用。以下列公式說明訊號通過電容器所耗用的功率與比較圖，可以明顯發現Hi-Q MLCC在高頻率應用的優越之處：

　　Power Dissipation (Pd) on Capacitor = i2 * (XC/Q) or i2 * (ESR)

為了達成降低電容器的等效串聯電阻的目的，核心技術在于金屬內電極與微波介電陶瓷材料的開發，以及共燒技術的實現。以過去10年間，內電極材料由貴金屬鈀/銀30/70 的成份，藉由銀的優異導電性與比重增加、降低鈀的比重，大幅改善了ESR水準。近年來一般泛用型的NPO MLCC多采用10/90 或3/97鈀銀成份作為內電極材料，但ESR無法再進一步有效降低，除非改用純銅或純銀內電極。如下圖所示：

　　

　　然而，純度接近100%的銀內電極導電性雖然極為優越，卻會有銀離子遷移(migration)的問題。由于一旦銀遷移的現象產生，將導致產品可靠度與品質的問題(例如內電極短路、耐電壓能力下降)，于是諸多國際大廠紛紛宣告禁用純銀電極的產品。

　　純銅的材料特性有著與純銀極為接近的導電性與頻率特性，卻無離子遷移、導致可靠度不佳的問題。但礙于純銅內電極制程的困難度遠遠高于純銀內電極系統，如下圖所示，包含內電極材料、介電陶瓷材料、端電極材料、內電極電路設計與介電陶瓷共燒技術都必須有所突破，導致市場上可提供純銅內電極高頻用的MLCC目前僅有日系廠商獨占一方。

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