Tụ điện tiên tiến có thể có tác động đáng kể đến kích thước, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Các thành phần thụ động đã phát triển ồ ạt trong những năm gần đây và tốc độ mà các công nghệ này tiếp tục phát triển đang tăng tốc. Kết quả bao gồm kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, cùng với độ tin cậy của các bộ phận riêng lẻ và hiệu suất điện được cải thiện. Những tiến bộ này đã thấm nhuần hầu như tất cả các sản phẩm tụ điện, nhưng hai công nghệ tụ điện cụ thể là tụ gốm nhiều lớp (MLCC) và tụ điện polymer.

Nhà sưu tậpุ

Các mạch tích hợp (IC) hiện đại sử dụng nhiều bóng bán dẫn hơn các thiết bị cũ hơn. Chúng yêu cầu nguồn điện có chuyển mạch dòng điện và dòng điện cao hơn nhiều (DI / DT) và do đó, mạng cung cấp điện IC dung lượng cao hơn để hỗ trợ các nhu cầu DI / DT ngày càng tăng này.ี้

Có thể đạt được mạng lưới phân phối điện công suất cao hơn với các tụ điện nhỏ hơn, mật độ cao hơn được đặt gần IC hơn. Vị trí này làm giảm thời gian tụ điện cung cấp dòng điện cho tải và tăng hiệu suất.  

Các tụ điện kích thước vỏ nhỏ hơn (ví dụ: 0402, 0201, 01005 và 008004) có sẵn trong nhiều phương pháp lắp đặt thiết bị ngoại vi thực tế, chi phí thấp cho phép chúng được (a) đặt gần khuôn IC và (b) mạch được tối ưu hóa.

Tụ điện, gốm sứ nhiều lớp

Những tiến bộ trong công nghệ MLCC cung cấp cho các nhà thiết kế một giải pháp thay thế công suất cao cho tụ điện truyền thống. Do đó, các giá trị dung lượng cao hơn có thể được phân phối cùng với ESR và ESL thấp trong các gói nhỏ hơn. Công nghệ tương tự cho phép MLCC 100μF, 6.3V 0805 X5R cũng cho phép MLCC 008004 100nF siêu nhỏ. Do đó, MLCC cung cấp các giải pháp mạnh mẽ bao gồm nhiều loại từ tụ điện số lượng lớn CV cao đến MLCC nhỏ thường được sử dụng để lọc và phân mảnh tần số cao.

Những phát triển mới nhất trong công nghệ MLCC là kết quả của nhiều yếu tố, bao gồm cả sự tiến bộ của vật liệu gốm. Cải tiến điện cực kim loại mỏng và công nghệ xử lý lớp gốm, và khả năng xếp chồng nhỏ.

Sự kết hợp của các tiến bộ vật liệu Khả năng sản xuất và kiểm soát độ dày điện môi và điện môi được cải thiện dẫn đến công suất cao trên một đơn vị thể tích (CV cao) của MLCC. Ví dụ, tiết diện của MLCC với C / V 22μF 0402. Một chiều cao điển hình có thể tiết lộ 500 lớp điện môi, mỗi lớp có chiều cao nhỏ hơn một phần trăm độ dày của một sợi tóc người.

Độ chính xác của quy trình và khả năng kiểm soát cần thiết để tạo ra MLCC 0402 CV cao cũng cho phép phát triển MLCC có kích thước vỏ siêu nhỏ phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng có kích thước và trọng lượng nghiêm ngặt, bao gồm điện thoại thông minh, thiết bị đeo và các thiết bị điện tử cầm tay khác.

Điện thoại thông minh trung bình có hơn 1.000 tụ điện và tổng khối lượng của các tụ điện đó gần tương đương với một xu, nhưng các nhà sản xuất thiết bị điện tử cầm tay luôn tìm cách giảm kích thước và trọng lượng trong khi vẫn duy trì hoặc tăng công suất.)  

Bước đầu tiên trong việc nghiên cứu khu vực lắp đặt PCB là tính toán diện tích bị chiếm bởi MLCC 100 0805 được lắp đặt trong mảng 10 x 10 với khoảng cách 0,2mm và xác định diện tích bo mạch đó là 100 008004%. Lợi ích của kích thước vỏ nhỏ và siêu nhỏ là rõ ràng. Kích thước vỏ nhỏ nhất (008004) MLCC chỉ chiếm 4.2% MLCC 0805 chiếm giữ. Lợi ích giảm cân của kích thước vỏ nhỏ hơn của MLCC đã được chứng minh là hấp dẫn không kém. Bằng cách so sánh kích thước hộp 008004 với 0805, trọng lượng giảm khoảng 99.9%

Các phép loại suy hữu ích khác cũng có thể được rút ra từ bảng. Ví dụ: nếu thiết kế sử dụng MLCC 100 0603 được sửa đổi để sử dụng MLCC kích thước vỏ 0402, nhà sản xuất có thể tiết kiệm 54% không gian bo mạch hoặc đặt thêm 271 MLCC 0402 trong cùng khu vực có MLCC 100 0603.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là các MLCC nhỏ với một số chất điện môi có thể thể hiện sự không ổn định trong mạch. Tụ điện polyme tantali loại bỏ những lo ngại đó.

Tụ điện Tantali Polymer์

Tụ điện polyme tantali là tụ điện nhỏ, lớn có sẵn trong nhiều kích thước thẻ, kích thước vỏ, cấu hình, chiều cao và mức chất lượng, hỗ trợ hiệu quả vị trí cao nhất và cũng thể hiện ESR và ESL rất thấp. Các tính năng chính bao gồm thực tế là chúng thể hiện ESR khoảng một phần tám so với tụ điện tantali MnO2 tiêu chuẩn, vì vậy chúng có thể xử lý dòng gợn sóng cao hơn nhiều. Bộ thu polyme tantali cũng thể hiện mật độ năng lượng được cải thiện và hầu như không bị lão hóa. Độ lệch điện áp hoặc ảnh hưởng của sự không ổn định nhiệt độ. Những tính năng này giúp các nhà thiết kế linh hoạt tìm thấy một số lượng lớn tụ điện có kích thước hợp lý trong kích thước vỏ nhỏ như 0402, với cấu hình chiều cao thấp lên đến 0,55 mm.

Tụ điện polyme tantali có polyme dẫn điện trong cực âm. Chúng được hình thành bằng cách bao phủ dây cực dương tantali bằng các hạt bột tantali xốp, đốt cháy cấu trúc, cấu trúc là một khối nguyên khối để tạo thành chất điện môi Ta2O5, đặt một lớp polyme dẫn điện trên cấu trúc khối nguyên khối để giảm ESR và xử lý thêm.

Kết luận

MLCC hiện đại và tụ điện tantali polymer hiển thị các thông số cần thiết trong các mạch trong tương lai. Cả hai đều cung cấp một loạt các giải pháp mật độ cao, dung lượng nhỏ, hỗ trợ nhiều phương pháp ngoại vi thực tế và chi phí thấp và có thể được đặt gần IC để tối ưu hóa hiệu suất mạch.

MLCC tiên tiến cung cấp CV cao, ESR thấp và ESL thấp, hỗ trợ cấu hình cài đặt toàn diện, dễ dàng nhúng vào bo mạch được gắn và lý tưởng cho các ứng dụng lọc và phân đoạn IC tần số cao.

Tụ điện polymer tantali tiên tiến có sẵn trong các gói nhỏ cung cấp ESR và ESL thấp và giải quyết hiệu quả khoảng cách trong thị trường tụ điện số lượng lớn hiện có.

Dự kiến sẽ tiếp tục giảm kích thước cho cả hai loại, với MLCC tiến triển dọc theo con đường đã biết để đạt kích thước vỏ 008004 và tụ điện tantali polyme tiếp tục ở kích thước vỏ nhỏ hơn với khả năng làm tăng sự phát triển kích thước vỏ gián đoạn.