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详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案




随着电子产品的寂静化,笔记本电脑、手机、数码相机、超薄电视机等等,在各种各样的应用电源电路中,原先并未引人注目的由电容器振动引起的“啸叫”现已成为重要的设计课题之一。村田制作针对解决这一啸叫问题,向大家介绍面向移动设备和声像机器的,带金属端子、并已商品化的小型电容器。(图1)

详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案

独石陶瓷电容器产生啸叫的原理

由于强电介质陶瓷的电致伸缩效应(又称压电效应),当施加交流电压时,独石电容器就会向堆叠方向发生伸缩。这是根据电介质一般的泊松比为0.3的特性、如图2所示与堆叠方向垂直的方向,即与电路板平行的方向也会产生伸缩,结果等效电路板表面产生振动并能够听到声音。因为单个电容器和空气的声阻抗有所差别,只是这样的话根本听不见任何声音,但电容器被安装在电路板的话,电路板作为阻抗变压器发生振动,振动频率在人的可听频率范围(20Hz~20kHz)内就会产生“吱”的声音。虽然贴片和电路板的振幅仅是1pm~1nm的程度,但振动声音已足够大到人耳很容易分辨的出。

详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案

作为针对电路板振动引起的电容器啸叫对策,使用了相对低介电常数的材料,使电容器的变形量减小、抑制啸叫的产品都商品化了。另一种啸叫的对策方法是通过使用端子板等,安装电容器时,使其架空于电路板上,来抑制振动传达到电路板上的方法。村田制作所的减少啸叫的方法是在电容器外部电极上安装金属端子,并开发了带金属端子的电容器产品。产品概要如下所示。
 
金属端子减少啸叫

代表性的带金属端子独石陶瓷电容器的结构图如图4所示。结构原理是通过接合材料(无铅高温焊接)在贴片的外部电极上附上金属端子、将金属端子作为媒介与电路板接合。利用此金属端子的弹性作用来抑制振动传达到电路板上。(图5)

详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案

图6为啸叫比较数据的典型示例图。在村田制作所拥有可进行评价的测定系统,能够使安装了电容器的电路板上的啸叫声压水平稳定,可以利用此系统来定量的测定电容器的啸叫。

相对于单个贴片电容的啸叫声压级,接合了金属端子的电容器能大幅减少啸叫。此外,如果和使用了低介电常数材料陶瓷的电容器进行组合,能更大程度的降低啸叫。

详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案

产品一览

带金属端子的啸叫对策用陶瓷电容器列表如下所示。

详解村田针对独石陶瓷电容器啸叫的解决方案

今后的展望

金属端子陶瓷电容器除了能解决啸叫问题以外,也可能解决电容器贴片上的问题。比如,独石陶瓷电容器由于电路板的弯曲应力使陶瓷出现裂缝,结果可能导致发生短路故障时,由于加上金属端子可以让贴片电容架空于电路板上,耐电路板弯曲性得到了很大改善,从而确保了高可靠性。今后村田制作所将致力于更小型、大容量的产品,在扩大产品阵容的同时,也将为客户提供更多诸如此类的具有优势的金属端子电容器等解决方案,为客户的设计提供协助。

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