華新科技推出射頻專用Hi-Q Low ESR積層陶瓷電容器

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，如表1。

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的等效電路如圖1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。

圖3，ESR與內電極材料的演進趨勢。


圖5，HF　performance　comparison。

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2，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。如圖 3。

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，如圖4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。

華新科技身為臺灣電子陶瓷被動元件領導廠商，綜觀內部核心技術及市場需求，成功自行研發出NP0-Cu MLCC低溫燒結材料系統，由高品質因子的微波介電陶瓷與導電性極佳的銅金屬電極組成，并導入新式卑金屬低溫共燒制程(BME-Cu)，與超低等效串聯電 阻之內電極設計，并取得多項材料與技術專利。如圖5與日系廠商在高頻特性的比較，可發現華新科技RF系列的NPO-Cu MLCC表現甚至超越日系廠商。

此一系列產品的推出，不僅大幅提升臺灣陶瓷元件的制作技術水平，更打破日商壟斷的局面，能進一步與日系 大廠并駕齊驅，并可提供臺灣系統廠商相較日系供應商更快速的產品交期、經濟的購得成本與即時完整的技術服務，使得通訊產業能加快產品問世速度，亦在全球性 競賽中持續保有其競爭力。