中心議題：

• 各種電容器的特性比較
• 片狀獨石陶瓷電容器的缺點介紹
• 需要注意溫度特性和直流電壓特性

解決方案：

• 施加直流1.25V電壓進行測定

片狀獨石陶瓷電容器已誕生近50年。其間，片狀獨石陶瓷電容器通過介電體層的薄型化以及新型介電體材料的開發，穩步實現小型化和大容量化。由此，片狀獨石陶瓷電容器逐漸從率先普及的鋁電解電容器、鉭電解電容器、薄膜電容器手中奪取市場，勢力范圍不斷擴大（圖1）。比如靜電容量范圍在10μ～100μF的產品中，2002年片狀獨石陶瓷電容器的所占比例幾乎為零，但隨著向小型化和大容量化方向發展，到2005年可向市場投放產品中，片狀獨石陶瓷電容器的所占比例就升至約1/3，到2007年更是提高到了約2/3（圖2）。
 

圖1：應用范圍不斷擴大的片狀獨石陶瓷電容器以額定電壓為縱軸，以靜電容量為橫軸

圖2：大容量產品的所占比例按照不同的靜電容量對電容器的總需求進行了統計，分別明確了片狀獨石陶瓷電容器、鋁電解電容器、鉭電解電容器各自所占比例。　

從圖中可以看出，片狀獨石陶瓷電容器在大容量產品中的比例在逐年提高。　　

本圖顯示了各種電容器的產品范圍。片狀獨石陶瓷電容器迅速向大容量化方向推進，其范圍逐漸擴大。而鋁電解電容器和鉭電解電容器也在努力向高耐壓化和大容量化方向發展，以追趕片狀獨石陶瓷電容器。　　

片狀獨石陶瓷電容器與鋁電解電容器和鉭電解電容器的市場邊界產品為，額定電壓10V左右時容量為100μF，數十V時則為數十μF。今后，這一界限無疑將進一步向著大靜電容量的方向移動。　　

ESR較低，對異常電壓耐受性強　　

對片狀獨石陶瓷電容器擴大勢力范圍起到推動作用的是小型化和大容量化。不過，在為電子設備選擇電容器時，要考慮的特性不僅僅是外形尺寸和靜電容量。片狀獨石陶瓷電容器絕不是萬能的。在擁有長處（優點）的同時，也同樣存在短處（缺點），因此需要對片狀獨石陶瓷電容器的各種特性加以注意。　　
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這里通過表1列出了片狀獨石陶瓷電容器、鋁電解電容、鉭電解電容器的相互比較結果。片狀獨石陶瓷電容器的優點有兩個。
 

表1 各種電容器的特性比較　　

 

一個是等效串聯阻抗（ESR：Equivalent Series ResiSTance）較小，因此頻率特性出色。ESR是指電容器內部電極等的阻抗。這一阻抗較大的話，除了判斷噪聲吸收特性優劣的依據、即阻抗的頻率特性會變差之外，阻抗導致的發熱也不容忽視。因此，在安裝于微處理器、DSP及MCU等半導體芯片的周圍，用于對噪聲進行吸收的去耦用途時，較低的ESR值是不可或缺的要素。　　

另一個是對異常電壓具有較強的耐受性。比如，以額定電壓為16V、靜電容量為10μF的產品進行直流擊穿電壓的比較時，鋁電解電容器只有30V，鉭電解電容器也不過30～60V。而片狀獨石陶瓷電容器極高，可以達到約200V。因此，即使電子設備因某種原因而出現了浪涌電壓或脈沖電壓時，如果配備的是片狀獨石陶瓷電容器的話，仍可將絕緣擊穿導致故障的可能性控制在較低水準上。　　

需要注意溫度特性和直流電壓特性　　

而另一方面，片狀獨石陶瓷電容器的缺點大致有兩個。　　

第一是溫度特性較差。具體體現為靜電容量著溫度而變化的幅度較大。鋁電解電容器的容量變化在-55～+125℃的溫度范圍內為±15％左右，而片狀獨石陶瓷電容器不同，有的種類（比如F特性的產品）在+30～-80％的范圍內便會大幅變化。因此，在將片狀獨石陶瓷電容器用于汽車車內等高溫環境下或滑雪場等寒冷環境下的電子設備時，需要在考慮了容量變化的基礎上來設計電子電路。　　

不過，要注意的是，溫度特性較差的缺點只存在于介電體材料使用鈦酸鋇（BaTiO3）的高介電常數型（2類，CLASS-II）片狀獨石陶瓷電容器中。使用氧化鈦（TiO2）的1類（CLASS-I）片狀獨石陶瓷電容器，在-55～+125℃范圍內的容量溫度系數最大只有±60ppm/℃。但目前氧化鈦存在介電常數較小的問題，因此未能實現大容量產品。　　

第二是存在直流電壓特性（DC偏壓特性）。直流電壓特性是指在向片狀獨石陶瓷電容器施加直流電壓后實際靜電容量會減少的現象（圖3）。比如，在向額定電壓為6.3V、靜電容量為100μF的片狀獨石陶瓷電容器實施加直流4V電壓時，如果是B特性產品的話，靜電容量就會減少約20％，F特性產品甚至會減少約80％。而鋁電解電容器和鉭電解電容器則不會出現這種現象。

圖3：直流電壓特性片狀獨石陶瓷電容器具有施加直流電壓后實際靜電容量減少的特性。這也被稱為DC偏壓特性　　

因此，在選擇片狀獨石陶瓷電容器時，需要事先測定信號的直流電壓成分，掌握實際靜電容量的減少程度（參閱“考慮DC偏壓因素的標記方法，JEITA實施標準化”）。不過，“利用最尖端微細加工技術制造的半導體芯片，其電源電壓已經降低到了非常低的程度。最近，在1.0V左右的電壓下工作的芯片也不罕見。因此，直流電壓特性的問題還不顯著”（村田制作所 元器件事業本部 本部長 山內公則）。　　

另外，出現直流電壓特性問題的也僅限于2類產品。原因是鈦酸鋇為強介電體的緣故。因此，使用本身為順電體的氧化鈦的1類產品不會發生直流電壓特性問題。　　

考慮DC偏壓因素的標記方法，JEITA實施標準化　　

片狀獨石陶瓷電容器的靜電容量容易隨著被施加的直流電壓而變化。即所謂的DC偏壓特性。因此，在實際用于電子電路時，得到的容量與規格說明書上的數值不一樣的事情也時有發生。電子設備的設計人員如果不掌握DC偏壓特性的話，最壞的情況是設計出來的電子設備甚至可能會無法正常工作。　　

為此，日本電子信息技術產業協會（JEITA）于2007年制定了“JEITA RCX-2326”標準規格，要求在性能指性中標識在施加直流電壓的狀態下測定的容量值。該標準規格規定的片狀獨石陶瓷電容器對象是使用鈦酸鋇介電體材料的2類產品。而且限定的是額定電壓為2.5V的產品。也就是說，該標準規格是以微處理器、DSP及MCU等的供電線路所使用的去耦用途為對象的。　　
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施加直流1.25V電壓進行測定　　

比較新標準規格與原標準規格“JIS C 5101-22”，不同之處匯總如下（表A）。
 

表A　針對直流電壓特性的現有規格與新規格的比較

　　

在靜電容量的測定上，新規格改為在施加1.25V直流電壓和0.1Vrms交流電壓的狀態下對容量進行測定。而原來的“JIS C 5101-22”規格并不要求施加直流電壓，只是要求在施加0.5～1Vrms交流電壓的狀態下對容量進行測定。　　

另外，有關靜電容量的容許偏差和溫度特性的測定也改為在施加1.25V直流電壓的狀態下進行測定。而原規格則不要求施加直流電壓。　　

這一新規格的制定，無疑可使電子設備的設計人員更為輕松地選用對自己來說最佳的片狀獨石陶瓷電容器。目前，村田制作所已向市場投放了符合新規格要求的產品。