پنج کاربرد کلیدی خازن های سرامیکی چند لایه در الکترونیک مدرن

مقدمه‌ای بر MLCC و اصول ساختاری آن

خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) یکی از پرکاربردترین قطعات الکترونیکی غیرفعال در الکترونیک مدرن هستند. این خازن‌ها از لایه‌های متناوب دی‌الکتریک سرامیکی و الکترودهای فلزی تشکیل شده‌اند و دارای اندازه کوچک، ظرفیت بالا، قابلیت اطمینان عالی و مقاومت سری معادل (ESR) پایین هستند.

با توجه به این ویژگی‌ها، خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) در کاربردهای متنوعی از جمله تلفن‌های هوشمند، خودروها، سرورها، منابع تغذیه و ماژول‌های RF بی‌بدیل هستند، به‌ویژه در مواردی که صرفه‌جویی در فضا و عملکرد بالا اهمیت دارد.

II. مورد کاربردی 1: فیلتر کردن و اتصال در دستگاه‌های همراه

در گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و پوشیدنی‌ها، خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) برای باز کردن ریل برق و فیلتر کردن آن ضروری هستند. با پردازنده‌های با سرعت بالا، مدیریت توان (PMIC) و ماژول‌های RF که تحت الزامات سفت و سختی از نظر یکپارچگی برق کار می‌کنند، ESR/ESL پایین و پاسخ گذرا سریع MLCC نقش مهمی ایفا می‌کند.

با اینکه ادغام SoC به طور فزاینده‌ای متراکم شده است، خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) در بسته‌های فوق‌العاده کوچک مانند 0402، 0201 و حتی 01005 به طور معمول در ماژول‌های پیشرفته استفاده می‌شوند.

III. مورد استفاده 2: مقاومت در برابر ارتعاش و دمای بالا در الکترونیک خودرو

در سیستم‌های خودرویی مانند واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU)، ماژول‌های ADAS، کنترل‌های توان محرکه و درایورهای LED، خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) باید به طور قابل اعتماد در شرایط دمایی و ارتعاشی بسیار سخت عمل کنند. واجد شرایط AEC-Q200 به استاندارد رایج برای خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) در خودرو تبدیل شده است.

برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت، این خازن‌های سرامیکی چندلایه (MLCC) معمولاً از دی‌الکتریک‌های با ضریب دمایی پایدار مانند C0G یا X7R استفاده می‌کنند و با پایانه‌های تقویت شده ساخته شده‌اند تا مقاومت مکانیکی در برابر ترک خوردگی را بهبود بخشند.

IV. مورد استفاده 3: ظرفیت انبوه در سرورها و ایستگاه‌های پایه مخابراتی

MLCCها به طور گسترده در برد اصلی سرورها، ماژول‌های نوری و ایستگاه‌های پایه مخابراتی استفاده می‌شوند. در بسیاری از موارد، آنها به صورت موازی برای جایگزینی خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی سنتی استفاده می‌شوند و قابلیت اطمینان بهتر، اندازه کوچک‌تر و پاسخ فرکانسی بهبود یافته‌ای ارائه می‌دهند.

برخی از MLCCهای بزرگ، مانند آنها در بسته‌بندی‌های 1210 یا 1812، می‌توانند از 100μF فراتر روند و این امر آنها را برای استفاده در مدارهای منظم‌کننده سوئیچینگ با فرکانس بالا و مدارهای پایدارسازی ولتاژ بک‌پلین مناسب می‌کند.

V. مورد استفاده 4: رزونانس و تطبیق امپدانس در مدارهای RF

در ماژول‌های فرانت‌اند RF مانند LNAs، PAs و شبکه‌های تطبیق آنتن، MLCCهای دارای فاکتور Q بالا و پایداری دمایی عالی به عنوان اجزای ایده‌آل برای رزونانس و تطبیق امپدانس عمل می‌کنند.

MLCCهای با فرکانس بالا معمولاً از دی‌الکتریک NP0/C0G استفاده می‌کنند، که امکان فیلتر کردن یا تنظیم با اتلاف و نویز کم را فراهم می‌کند - که برای کاربردهای با پهنای باند بالا مانند 5G، WiFi 6 و دیگر کاربردها بسیار مناسب است.

VI. مورد استفاده 5: سیستم‌های کنترل توان و اینورتر صنعتی

در درایوهای صنعتی، ماژول‌های توان و سیستم‌های اینورتر، خازن‌های سرامیکی لایه‌ای چندگانه (MLCC) برای سنجش ولتاژ، کاهش گذراها و نویز الکترومغناطیسی (EMI) و جداسازی سیگنال‌های پهنای پالس (PWM) به کار می‌روند که نیازمند رتبه‌بندی ولتاژ بالاتر و دوام بلندمدت هستند.

خازن‌های MLCC با ولتاژ بالا (دارای رتبه‌بندی ≥1000 ولت) در چنین کاربردهایی ضروری هستند، به‌طوری‌که برخی از انواع آن ساختارهای لایه‌ای برای افزایش چگالی انرژی و تحمل ولتاژ بیشتر به کار می‌گیرند.

VII. روندهای آینده: کوچک‌سازی، ظرفیت بالا و ادغام درونی

• بسته‌های فوق کوچک 01005/008004 به استاندارد اصلی در طراحی‌های موبایل تبدیل شده‌اند
• چگالی ظرفیت به‌طور مداوم در حال افزایش است و از 1 میکروفاراد بر میلی‌متر مکعب فراتر رفته است
• خازن‌های MLCC درونی (در داخل بسته‌های IC یا لایه‌های داخلی برد مدار چاپی) وارد مرحله تجاری‌سازی شده‌اند
• تحقیقات پیشرفته در مورد دی‌الکتریک‌ها دامنه دمایی و آستانه ولتاژ را افزایش داده‌اند

MLCC | خازن‌های سرامیکی لایه‌ای چندگانه | جداسازی فرکانس بالا | کاهش EMI | خازن‌های RF