Daugiasluoksniai keraminiai kondensatoriai (MLCC) yra žinomi kaip „elektronikos pramonės ryžiai“. Jų taikymo sritis išsiplėtė nuo plataus vartojimo elektronikos iki 5G ryšio bazinių stočių, automobilių elektronikos, AI serverių, aviacijos ir daugelio kitų sričių. Tačiau skirtingi programos scenarijai turi labai skirtingus MLCC našumo reikalavimus. Pavyzdžiui, automobilių -klasės MLCC turi palaikyti stabilią talpą plačiame temperatūrų diapazone nuo -55 laipsnių iki +125 laipsnio, o didelio našumo lustams, pvz., CPU, GPU ir HBM, vis didėjant galiai, reikia MLCC, kad būtų užtikrinta didesnė talpa ir energijos tiekimas ribotoje erdvėje. Pagrindiniai parametrai, tokie kaip temperatūros charakteristikos, talpos diapazonas, dielektrinis stabilumas ir senėjimo charakteristikos, iš esmės yra susiję su keraminių dielektrinių miltelių vidine kristalų struktūra ir poliarizacijos mechanizmu.
Atsižvelgiant į dielektrinių medžiagų skirtumus (temperatūros charakteristikas), MLCC daugiausia skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: I klasės temperatūrą{0}}kompensuojančius dielektrikus ir II klasės didelio{1}}laidumo feroelektrinius dielektrikus. Pirmasis siekia temperatūros stabilumo ir mažų nuostolių, o antrasis siekia didelės dielektrinės konstantos ir didelio talpos tankio.
I klasės temperatūros{0}}kompensaciniai dielektrikai
I klasės dielektrikuose kaip pagrindinis komponentas paprastai naudojamas TiO₂, kuris užtikrina mažą dielektrinę konstantą ir ypač mažus dielektrinius nuostolius, kad būtų užtikrintas talpos temperatūros stabilumas ir dažnio stabilumas. Nedidelis CaTiO₃ arba SrTiO₃ ir tt kiekis taip pat pridedamas, kad sureguliuotų temperatūros kreivę ir stabilizuotų mikrostruktūrą, suformuojant „pailgintą“ temperatūrą{2}}kompensuojančią keramiką.
Kadangi šio tipo dielektrinė medžiaga yra paraelektrinėje fazėje, be feroelektrinių domenų perjungimo ar migracijos, jos dielektrinis atsakas daugiausia atsiranda dėl elektroninės ir joninės poslinkio poliarizacijos ir neturi feroelektrikų spontaninės poliarizacijos savybių. Todėl šio tipo dielektrikų dielektrinė konstanta labai mažai kinta priklausomai nuo temperatūros, dažnio, nuolatinės srovės poslinkio ir laiko, o tai rodo beveik idealų linijinį dielektrinį atsaką, puikų temperatūros stabilumą ir jokio senėjimo reiškinio. Pavyzdžiui, įprasto I klasės dielektriko C0G (NP0) temperatūros koeficientas yra 0 ±30 ppm/laipsnis; jo talpa labai mažai kinta priklausomai nuo temperatūros ir yra beveik nereikšminga. Žinoma, šio tipo dielektrikas turi santykinai mažą dielektrinę konstantą. C0G-tipo medžiagų santykinė dielektrinė konstanta paprastai yra nuo 6 iki 200, o tai lemia, kad I klasės MLCC sunku pasiekti didelę talpą. Todėl I klasės dielektriniai MLCC yra plačiai naudojami scenarijuose, kuriuose keliami griežti talpos tikslumo ir stabilumo reikalavimai, tačiau santykinai mažas talpos poreikis:
01 RF ir mikrobangų grandinės
Esant aukšto -dažnio scenarijams, pvz., filtravimo ir suderinimo grandinėms, skirtoms 5G bazinių stočių galios stiprintuvų moduliams ir milimetrų-bangų juostoms (24–100 GHz), reikia itin mažų įterpimo nuostolių ir minimalaus fazinio triukšmo. I klasės dielektrikai gali užtikrinti signalo perdavimo stabilumą ir vientisumą.
02 Virpesių ir laiko grandinės
Kristaliniams generatoriams, LC rezonansinėms grandinėms, laikrodžių grandinėms, bako kondensatoriams ir kt. reikalingas itin didelis talpos stabilumas, kad virpesių dažnis nesislinktų kartu su aplinkos temperatūra, todėl galima tiksliai nustatyti laiką ir dažnį.
03 Aukščiausios kokybės{1}}bandymo ir matavimo įranga
Didelio-tikslumo prietaisams, medicininių bandymų įrangai, radarams ir navigacijos sistemoms ir kt. keliami itin aukšti matavimo tikslumo ir sistemos stabilumo reikalavimai. Itin žemos temperatūros dreifo I klasės dielektrikų charakteristikos gali atitikti griežtus aukščiausios-galybės tikslios įrangos reikalavimus.
04 Karinė ir aviacijos elektronika
Jie reikalauja didelio patikimumo, o parametrų nuoseklumas palaikomas ekstremaliose temperatūrose.
II klasės didelio{0}}laidumo feroelektriniai dielektrikai
II klasės dielektrikai yra stipri feroelektrinė keramika, kurios pagrindinis komponentas yra bario titanatas (BaTiO₃). Kambario temperatūroje bario titanatas turi tetragoninę feroelektrinę struktūrą ir turi spontanišką poliarizaciją. Net ir be išorinio elektrinio lauko elektriniai dipoliai kristalo viduje turi tam tikrą taisyklingą išsidėstymą, o dielektrinė konstanta gali siekti virš 1500. Tačiau grynas BaTiO₃ turi Curie smailę su anomaliai aukšta dielektrine konstanta, kuri yra maždaug 130 laipsnių. Šiame temperatūros taške įvyksta feroelektrinių -į-paraelektrinių struktūrinių fazių perėjimas. Abiejose Curie taško pusėse staigiai keičiasi dielektrinė konstanta, todėl talpa smarkiai svyruoja priklausomai nuo temperatūros ir nuolatinės srovės įtampos, ir atsiranda senėjimo efektas. Todėl, norint reguliuoti BaTiO₃ Curie temperatūrą ir išplėsti dielektrinių temperatūrų spektrą, reikia imtis tokių priemonių kaip pagrindinės -apvalkalo struktūros sukūrimas arba dopingo modifikavimas.
01 Pagrindinės-apvalkalo struktūros kūrimas
Tai reiškia, kad nanobario titanato miltelių paviršių padengus skirtingais legiravimo elementais (pvz., Mg, Mn, Y, Dy ir kitais retųjų žemių elementais), po sukepinimo susidaro nevienodos cheminės sudėties grūdeliai. Šerdis yra grynas bario titanatas, kuris palaiko aukštą feroelektrą ir užtikrina didelę talpą; apvalkalas yra dopingo-modifikuotas kietas tirpalas, turintis skirtingą Curie temperatūrą ir dielektrinės temperatūros charakteristikas. Galiausiai, pakoregavus šerdies-apvalkalo santykį, subalansuojamas dielektrinis našumas ir temperatūros stabilumas.
02 Dopingo pakeitimas
Retųjų žemių elementai (pvz., Y, Dy, Ho) ir kai kurie šarminių metalų elementai (pvz., Sr) gali būti naudojami A-vietovei (Ba-vietei), B-vietei (Ti-vietei) arba amfoteriniam dopingui reguliuoti gardelės struktūrą, sukurti donoro ar akceptoriaus efektus ir keisti vienetinių ląstelių parametrus bei sąveiką. Tai optimizuoja dielektrinę konstantą, sumažina dielektrinius nuostolius, slopina ir išplečia dielektrinę smailę arba perkelia Curie temperatūrą į žemesnę ar aukštesnę temperatūrą, išlaikant santykinai stabilią dielektrinę konstantą platesniame temperatūrų diapazone ir pagerinant temperatūros stabilumą.
Bario titanato dopingo modifikavimas
Pagal skirtingas dopingo strategijas ir miltelių formules II klasės dielektrikai taip pat apima X5R, X7R, Y5V, Z5U ir kitus tipus.
(1) X5R: X5R-tipo MLCC modifikavimo sąnaudos yra mažesnės ir daugiausia priklauso nuo „pagrindinės -apvalkalo“ struktūros sukūrimo, siekiant išplėsti stabilų temperatūros{5}} veikimo diapazoną. Modifikacijos reikalavimas yra išlaikyti temperatūros koeficientą ± 15 %, kai darbinė temperatūra yra nuo -55 laipsnių iki 85 laipsnių. Šio darbinės temperatūros diapazono pakanka daugeliui civilinių scenarijų, todėl tai yra pagrindinis plataus vartojimo elektronikos (mobiliųjų telefonų, kompiuterių) modelis.
(2) X7R: jo modifikavimo mechanizmas panašus į X5R, tačiau dopingo tikslumo reikalavimai yra gana griežti. Todėl jo viršutinė temperatūros riba yra aukštesnė ir jis gali išlaikyti temperatūros koeficientą ±15% ribose, kai darbinė temperatūra yra nuo -55 laipsnių iki 125 laipsnių. Jis plačiai naudojamas kompiuteriuose, automobilių elektronikoje, pramoniniame valdyme ir kituose scenarijuose, kuriems keliami vidutiniai temperatūros stabilumo reikalavimai ir kuriems reikalinga gana didelė talpa.
(3) Y5V/Z5U: Y5V ir Z5U milteliai turi didžiausią talpos tankį tarp II klasės dielektrinių medžiagų, tačiau jų talpa labai kinta priklausomai nuo temperatūros. Tarp jų Y5V veikimo temperatūros diapazonas yra nuo -30 laipsnių iki +85 laipsnių, o temperatūros koeficientas yra +22%/-82%; Z5U veikimo temperatūros diapazonas yra nuo +10 laipsnio iki +85 laipsnio, o temperatūros koeficientas yra +22%/-56%. Jie gali būti naudojami tik buferio ir energijos kaupimo scenarijuose, kurie visiškai nejautrūs talpos svyravimams ir senėjimo pablogėjimui, ir yra griežtai draudžiami signalų grandinėse ir tikslaus valdymo kilpose.