近年来,随着智能手机等设备的功能增加和性能提升,对小型、薄型且支持高密度安装的电容器的需求日益增加。特别是采用薄膜半导体技术的硅电容器,因其与多层陶瓷电容器(MLCC)相比具有厚度更薄、电容量更大,温度特性更优异、即使在高温环境下也不容易发生电容量变化等优点,因此预计未来需求仍将保持强劲态势。
硅电容器简介
电容器是一种蓄电元件,可将电荷储存在夹在电极与电极之间的称为“电介质”的可蓄电绝缘体中。使用氧化硅或氮化硅作为电介质的即为硅电容器。
电容器的电容量与电极和电介质的表面积成正比。硅电介质易于加工,而且易于形成目标厚度,通过在器件内部设计沟槽(深槽)结构,还可以增加电路板单位面积的电介质表面积,从而可以同时实现小型化和更大容量。另外,与MLCC相比,还具有出色的高频特性和温度特性。
在外观制作上,采用了ROHM自有的微细化技术“RASMID™”,该技术可实现1μm级的加工。
通过消除封装外围的毛刺和缺口,将尺寸公差改善至±10μm以内,比标准产品小50%,尺寸精度更高。通过抑制产品尺寸波动,在电路板上安装时可以缩小器件之间的间距。
通过提高封装的尺寸精度,还成功地将背面电极的边缘(即与电路板的接触面)设计得更靠近器件的外周部位。这样,背面电极的总面积达到约0.032mm²,约占器件底面积的40%,安装强度比0603尺寸的普通产品高约8%,达到约2.6N。
不仅如此,本系列产品还内置TVS二极管,具有优异的ESD耐受能力。不仅有助于减少浪涌对策等电路设计工时,而且还无需外置TVS二极管。
关于未来的开发前景
本系列产品采用的是小而薄的封装,因此适合在智能手机和可穿戴设备等要求外壳和内部所用的器件更小更薄的应用中使用。另外,还可以用作小型物联网设备和光模块等的去耦电容器,有助于应用产品的小型化。
此外,预计随着未来通信标准对性能和功能要求的提高,智能手机和可穿戴设备等高频应用对小型薄型产品的需求将会日益增加,因此ROHM正在开发支持高频应用的型号,预计2024年9月出售样品。目标规格是也要能够支持在智能卡和RFID标签等超薄设备以及光纤收发器等超高速、大容量传输设备中的应用,希望新开发的产品应用范围更大,能从去耦电容器扩展到支持在高频电路中的使用等更多应用中。
另外,在汽车电动化、无线通信的覆盖范围向海上和空中扩展、数据中心数量增加等市场发展趋势下,车载设备和工业设备用的产品需求与日俱增,在这种背景下,ROHM正在计划开发发挥硅电容器可靠性高这一特点的产品。车载和工业设备用的产品不仅要求具备高可靠性,而且对其耐压、电容量乃至尺寸和结构等的要求均与消费电子设备的要求有着明显不同,因此ROHM将不断壮大相关产品阵容,以满足这些市场需求
硅电容在光模块中作为隔直电容(交流耦合)应用广泛,主要利用其小尺寸、高频低插损特性优化信号传输质量,适用于数据中心等高密度、高速率场景。
光模块是光电转换的核心器件,需在极小尺寸内实现高频信号处理(如400G/800G/1.6T速率)。其内部通道数随速率提升而增加,但物理空间受限,导致单通道尺寸缩小,对元件的小型化、集成化及高频性能提出严苛要求。硅电容凭借以下特性成为关键解决方案:
尺寸优势
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- 硅电容体积远小于陶瓷电容,且一致性更高,适合高密度布局。
高频性能
集成能力
- 可将差分信号的两颗电容集成于单一硅电容中,优化走线并提升信号质量。
优化空间与走线光模块通道数增加导致单通道尺寸缩小,传统分立电容占用空间大且走线复杂。硅电容通过集成差分电容,减少元件数量并简化布局,同时降低寄生电感,提升信号完整性。
高频低插损特性插损(Insertion Loss)是衡量信号通过电容后衰减的关键指标,其公式为:插损 = 元件自身电抗 + 寄生电感(ESL) + 寄生电阻(ESR)高频场景下,ESL主导插损表现。硅电容的ESL显著低于陶瓷电容,且ESR更低(串联损耗减少0.3-0.5dB),确保信号在高速传输中保持低衰减。例如,26GHz基带信号需选择50GHz以上硅电容以覆盖谐波需求。
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