【導讀】多層陶瓷電容器比砂糖顆粒還要小。您知道如此之小的元器件在電子設備中所擔當的作用嗎？它在向半導體設備提供必要的電力供給方面、以及消除會引發誤動作和性能劣化的噪音方面發揮著重要作用。本文主要介紹陶瓷電容的發展趨勢。
雖然大家往往認為電阻、電容器、電感器等無源元件的存在不甚搶眼，但實際上它們卻是最先進的電子設備中必不可少的元器件。特別是對最先進的半導體設備而言，多層陶瓷電容器極其重要。如果沒有這種電容器，就無法指望半導體設備能正常運行。在電子行業中，曾經流傳一種說法"電容器遲早會被納入半導體設備"。但是實際上，在半導體設備發展的同時，多層陶瓷電容器的重要性也與日俱增。如果沒有多層陶瓷電容器，也就無法指望使用最先進的微細加工技術制造的微處理器、DSP、微型計算機、FPGA等的半導體設備能正常運行。
陶瓷電容器小型化和大容量化
目前，多層陶瓷電容器的市場規模在鋁電解電容器、鉭電解電容器和薄膜電容器等各式電容器中是最大的。稍早前的數據顯示2008年日本國內出貨量為6278 億個，日本國內出貨金額達到3059日元（源自經濟產業部的機械統計）。位居第2位的鋁電解電容器日本國內出貨量為182億個，日本國內出貨金額為 1743日元。其差距相當巨大。2012年，多層陶瓷電容器增加到7655億個，與此相對，鋁電解電容器卻減少到109億個。其差距在不斷擴大。
通過多重層疊電介質層和內部電極，實現了較大電容。雖然現在多層陶瓷電容器在電容器市場上占據榜首位置，然而在產品推出之初卻很難被市場接受。構思出多層陶瓷電容器創意的是美國企業。在始于1961年的阿波羅計劃的推進過程中，出于需要，大電容量的小型電容器應運而生。通過在薄電介質上形成電極，并進行多個疊加，實現了在小體積內充滿大電容的電容器（圖 1）。
圖1 多層陶瓷電容器的結構
多層陶瓷電容器的歷史即可一言以蔽之，就是"小型化和大容量化的歷史"。一般電容器的電容C可以通過
來表達。在此表達式中，ε是介電常數，S是電極面積、d電極間距離（電介質厚度）。即，在一定的體積中，要增加電容，就只能使用ε高的材料，或者是薄化電介質。電介質材料在推出之初是采用的二氧化鈦，但我們在較早的階段引入了鈦酸鋇（BaTiO3）。之后也通過對該材料加以改良來不斷提高相對介電常數，目前已經達到3000左右。相較于幾十水平的二氧化鈦相對介電常數，該數值也已經大其兩位數。
電介質的厚度在推出之初為50μm，但之后薄型化逐漸發展，目前已經達到了0.5μm。也就是說，與產品推出之初相比，介電常數已經提高到100倍，厚度減 少至1/100。如果厚度降低到1/100，那么層疊數可以增加至100倍。因此，如果是相同體積的電容器，相當于增加到100萬倍。相反，如果考慮體積，則意味著相同的電容量可以實現1/100萬的小型化。[page]
多層陶瓷電容器的應用
如上所述，片狀多層陶瓷電容器被廣泛用于配備在微處理器、DSP、MCU及FPGA等半導體器件的周圍電路，以使這些半導體器件能夠正常工作。配備的個數（總數）非常多。比如，筆記本PC約為730個，手機為230個，數碼攝像機及導航儀甚至要使用多達1000個左右（表1）。
另一個作用是去除導致EMI（Electro-Magnetic Interference，電磁干擾）的噪聲成分。也就是濾波器作用。通過利用電容器高頻阻抗較低這一特點，使高頻噪聲成分到達電源/接地層。
一般而言，前一種作用被稱為去耦電容器，后一種作用被稱為旁路電容器。而大容量片狀多層陶瓷電容器則可同時承擔這兩種作用。
繼去耦及旁路之后，用途較多的是配備在DC-DC轉換器的輸出部分用作平滑濾波器。原來該用途廣泛使用的是鋁電解電容器及鉭電解電容器。但是，業內為使電子設備實現小型化和薄型化，從20世紀90年代下半期開始使用片狀多層陶瓷電容器。
片狀多層陶瓷電容器之所以得以在該用途中應用，電源半導體廠商的努力功不可沒。用作平滑濾波器的電容器構成了DC-DC轉換器中反饋控制環路的一個部分。因此，等效串聯阻抗（ESR：Equivalent Series Resistance）過小的話，控制環路的相位余量就會變小，容易發生DC-DC轉換器無法穩定工作的問題。
而另一方面，電子設備廠商又對DC-DC轉換器實現小型薄型化有著強烈的需求。因此，電源半導體廠商通過改進DC-DC轉換器IC的控制電路，使得使用片狀多層陶瓷電容器成為現實。從2000年起，電源半導體廠商開始以能夠使用片狀多層陶瓷電容器為賣點，向電子設備廠商推銷DC-DC轉換器IC。
現在，僅去耦和平滑濾波器用途就已占到片狀多層陶瓷電容器市場份額的約7成。此外，用量較大的用途是高頻濾波器用途、阻抗匹配用途以及溫度補償用途等。
