多層陶瓷芯片(MLCC)是實(shí)現(xiàn)超寬帶電容的主流技術(shù)路徑。為追求超寬帶性能,MLCC技術(shù)經(jīng)歷了明顯演進(jìn)。首先,采用超細(xì)粒度、高純度的介電材料(如Class I類(lèi)中的NPO/COG特性材料),這類(lèi)材料的介電常數(shù)隨頻率和溫度的變化極小,保證了電容值的穩(wěn)定性。其次,采用層層疊疊的精細(xì)內(nèi)部電極結(jié)構(gòu),并通過(guò)優(yōu)化電極圖案(如交錯(cuò)式設(shè)計(jì))和采用低電感端電極結(jié)構(gòu)(如三明治結(jié)構(gòu)或帶翼電極),極大縮短了內(nèi)部電流路徑,有效降低了ESL。,封裝尺寸不斷小型化(如0201, 01005甚至更小),不僅節(jié)省空間,更關(guān)鍵的是因?yàn)楦〉奈锢沓叽缫馕吨偷墓逃须姼?,使其自諧振頻率得以推向更高的頻段。它是應(yīng)對(duì)電子系統(tǒng)時(shí)鐘速度不斷提升的關(guān)鍵組件。111YCA160M100TT
系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)是電子 miniaturization 的重要方向。在其中,嵌入式電容技術(shù)扮演了關(guān)鍵角色。該技術(shù)將電容介質(zhì)材料(如聚合物-陶瓷復(fù)合材料)以薄膜形式直接沉積在SiP基板(如硅中介層、陶瓷基板、有機(jī)基板)的電源層和地層面之間,形成分布式的去耦電容。這種結(jié)構(gòu)的比較大優(yōu)勢(shì)是幾乎消除了所有封裝和安裝電感(ESL極低),提供了近乎理想的超寬帶去耦性能,同時(shí)極大節(jié)省了空間。這對(duì)于芯片間距極小、功耗巨大且噪聲敏感的2.5D/3D IC封裝(如HBM內(nèi)存與GPU的集成)至關(guān)重要,是解決未來(lái)高性能計(jì)算電源完整性的終方案之一。118HJ560M100TT小型化封裝(如0201)固有電感更低,高頻性能更優(yōu)異。
醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)用在醫(yī)療電子領(lǐng)域,超寬帶電容主要用于高級(jí)成像設(shè)備和診斷儀器。MRI核磁共振系統(tǒng)需要電容器在高壓和高頻條件下工作,超寬帶電容提供穩(wěn)定的性能和極高的可靠性。在超聲成像設(shè)備中,用于探頭和信號(hào)處理電路的電容需要寬頻帶特性以確保圖像質(zhì)量。醫(yī)療應(yīng)用的超寬帶電容還采用生物兼容性材料和特殊封裝,滿(mǎn)足嚴(yán)格的醫(yī)療安全標(biāo)準(zhǔn)。這些電容幫助醫(yī)療設(shè)備實(shí)現(xiàn)更高的分辨率和更準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。
汽車(chē)電子創(chuàng)新應(yīng)用現(xiàn)代汽車(chē)電子系統(tǒng)日益復(fù)雜,超寬帶電容在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、車(chē)載雷達(dá)和車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。77GHz汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)使用超寬帶電容進(jìn)行信號(hào)處理和天線(xiàn)調(diào)諧。電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)中,超寬帶電容用于電池管理系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的EMI濾波。汽車(chē)級(jí)超寬帶電容采用AEC-Q200認(rèn)證材料,能夠承受-40℃到+150℃的工作溫度范圍,并具有優(yōu)異的抗振動(dòng)和抗沖擊性能。
在射頻和微波系統(tǒng)中,超寬帶電容的應(yīng)用至關(guān)重要且多樣。它們用于RF模塊的電源退耦,防止功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、混頻器和頻率合成器的噪聲通過(guò)電源線(xiàn)相互串?dāng)_,確保信號(hào)純凈度和系統(tǒng)靈敏度。它們也作為隔直電容(DC Block),在傳輸線(xiàn)中阻斷直流分量同時(shí)允許射頻信號(hào)無(wú)損通過(guò),要求極低的插入損耗和優(yōu)異的回波損耗(即良好的阻抗匹配)。此外,在阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、濾波器、巴倫(Balun)等無(wú)源電路中,高Q值、高穩(wěn)定性的COG電容是確保電路性能(如帶寬、中心頻率、插損)精確無(wú)誤的關(guān)鍵元件,廣泛應(yīng)用于5G基站、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等設(shè)備中。構(gòu)建退耦網(wǎng)絡(luò)時(shí),需并聯(lián)不同容值電容以覆蓋全頻段。
設(shè)計(jì)完成后,必須對(duì)實(shí)際的PCB進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)是測(cè)量電容器及其網(wǎng)絡(luò)阻抗特性的關(guān)鍵工具。通過(guò)單端口測(cè)量,可以獲取電容器的S11參數(shù),并將其轉(zhuǎn)換為阻抗隨頻率變化的曲線(xiàn)(Zvs.f),從而直觀(guān)地看到其自諧振頻率、小阻抗點(diǎn)以及在高頻下的表現(xiàn)。對(duì)于在板PDN阻抗的測(cè)量,則通常使用雙端口方法。這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)用于與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性,并診斷任何由制造或安裝引入的異常。而已普及到高級(jí)消費(fèi)電子產(chǎn)品中。高級(jí)智能手機(jī)的5G/4G射頻前端模塊(FEM)、應(yīng)用處理器(AP)和內(nèi)存的電源管理,都極度依賴(lài)大量的超小型超寬帶MLCC。手機(jī)的有限空間和極高的工作頻率,要求電容必須兼具微小尺寸(01005是主流)和很好的高頻性能。它們的數(shù)量可能高達(dá)數(shù)百甚至上千顆,是確保手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度、數(shù)據(jù)處理速度和電池續(xù)航能力的關(guān)鍵微小組件。它能夠有效抑制電磁干擾(EMI),提升產(chǎn)品合規(guī)性。116THCB5R1D100TT
在高速CPU/GPU旁提供瞬時(shí)電流,保障電壓穩(wěn)定。111YCA160M100TT
與傳統(tǒng)電解電容(鋁電解、鉭電解)相比,超寬帶MLCC電容具有壓倒性的高頻優(yōu)勢(shì)。電解電容的ESL和ESR通常很高,其有效工作頻率很少能超過(guò)幾百kHz到1MHz,主要用于低頻濾波和大容量?jī)?chǔ)能。而超寬帶MLCC的ESL和ESR極低,工作頻率可達(dá)GHz級(jí)別。此外,MLCC沒(méi)有極性,更安全(無(wú)鉭電容的燃爆風(fēng)險(xiǎn)),壽命更長(zhǎng)(無(wú)電解液干涸問(wèn)題),溫度范圍更寬。當(dāng)然,電解電容在單位體積容量和成本上仍有優(yōu)勢(shì),因此在實(shí)際系統(tǒng)中,它們常與超寬帶MLCC搭配使用,分別負(fù)責(zé)低頻和高頻部分。111YCA160M100TT
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