全球电容器技术发展现况及未来趋势 陶瓷电容

全球電容器技術發展現況及未來趨勢

(三)陶瓷電容器

在積層陶瓷電容器方面，未來全球廠商發展重心則是放在產品的高容量化、高壓化、卑金屬化、小型化及多功能化方向進行。如圖一所示。在產品的容量方面，將會透過開發出高介電常數之陶瓷材料，並透過疊層技術的提昇，增加相關產品的電容量，以目前全球市場而言陶瓷電容器所能擁有的最大電容量一直比鋁電解電容器、鉭電解電容器或是塑膠薄膜電容器來得低，自1998年太陽誘電推出100μF的積層陶瓷電容器後，使得陶瓷電容器在大容量方面的應用又向前推進一步，該項產品使用鎳作為電極材料，產品尺寸為5750(5.7 mm x 5.0 mm x 2.5 mm)，故預計未來積層陶瓷電容器將以100μF作為一基準再繼續往上提昇其電容量。

圖一積層陶瓷電容器技術發展趨勢

在卑金屬化方面，為因應全球鈀價持續上揚所造成廠商在原料成本上的負荷，目前一些國際性電容器大廠已加速進行相關製程的轉換，在這部分，國外市調機構Paumanok 也針對1998年到2000年全球積層陶瓷電容器市場上貴金屬產品與卑金屬產品之比例消長提出了一些看法，如圖二 所示，顯見在1999年全球積層陶瓷電容器仍以貴金屬產品居多，不過，自2000年底，卑金屬產品佔所有積層陶瓷電容器的比例將首度超越貴金屬產品所佔之比例，估計貴金屬產品比例為47%，卑金屬產品比例為53%。

圖二 1999年至2000年貴金屬與卑金屬積層陶瓷電容器全球

市佔率之消長概況

0%

10%20%30%40%50%60%70%

80%90%100%1998年

1999年

2000年

單位：百分

比

而在小型化方面，雖然現階段已有0201的產品問世，但由於在客戶面黏著設備無法同步進行跨世代產品的轉換動作，使得0201的產品未來發展有待觀察，而在產品的複合化方面，高整合性產品將逐漸問世，圖二 為Nikkei 於1999年所提出陶瓷電容器未來產品技術發展Roadmap 。由於晶片速度提昇，工作電壓降低及EMC 要求越來越迫切，使得被動元件在電子電路上的應用越來越多，許多工程師在做電路設計時，必須考量提高被動元件的集積化程度，以節省電路空間，不過，現階段高度整合性元件產品價格仍較貴，故在全球市場上仍以較為簡易的網路(Network)或是排容(Array)等產品市場接受度較高。

圖二 陶瓷電容器未來產品技術發展趨勢

至於在單層陶瓷電容器方面，由於相關產品已屬成熟性產品，目前在

1970年前期之前

1970後期至1990年

2000年之後

高

低

中

傳統被動元件 晶片型被動元件

整合性被動元件

表面黏著密度

小型家電

行動電話

被動元件技術演進 之相關支援技術 材料開發 積層陶瓷印刷技術 使用高精度的模擬技術 提昇線寬的加工精度

技術發展的討論上，多半是就現有的規格制定上作調整，特別是在未來對電器使用的安全性要求將逐漸增加的情況下，符合安規的電容器產品需求也將隨之增強，故相關粉體的研發，便成為該類產品未來技術發展的一項趨勢。

事實上，無論是單層陶瓷電容器或是積層陶瓷電容器，粉體的研發與製備是相當重要的。

陶瓷電容器所使用的粉體可分為三等級即Class I、Class II及Class III，其中Class III類別的陶瓷粉體為還原性鈦酸鋇或鈦酸鍶材料，其擁有相當高的容積效率(V olumetric Efficiency)、高的逸散因子(Dissipation Factor)以及適用於低的工作電壓(Working V oltage) ，主要為圓板陶瓷電容器之關鍵原材料。

至於積層陶瓷電容器則是以Class I及Class II陶瓷粉體為主要的原材料，由於各類陶瓷粉體特性不一，自然在產品的成本上也會有所不同，見表一，以1998年各類積層陶瓷電容器的平均成本而言，NPO/COG陶瓷電容器的平均成本相較其他陶瓷電容器貴，目前NPO/COG陶瓷電容器多用於通訊產品上，特別是在1999年第二季全球行動通訊產品發燒，使得用於行動電話上之積層陶瓷電容器需求大增，故相信在這一系列的產品市場前景可期，而X7R陶瓷電容器主要用於電腦產品上，其平均成本則僅次於NPO/COG系列產品，至於較廉價的Y5V陶瓷電容器，其下游主要應用產品為消費性電子產品。

表一各類積層陶瓷電容器之特性比較

基本上Class II的陶瓷粉體擁有較高的介電常數，不過其損失則較Class I要來得高，而且其溫度特性為非線性，主要的細分類包括X7R、Z5U、Y5V等粉體配方。

X7R陶瓷電容器介電常數值中等，其電容量與溫度、電壓及頻率間的關係為非線性。X7R陶瓷粉體的介電特性較為穩定，在-55℃至125℃的溫度範圍內，其電容量的變化百分比為+15%。另外，X7R陶瓷電容器的電容量也會隨使用電流類別不同而有所變化，當施以直流電時其電容量會減低，但若施以交流電時電容量會增加。

積層陶瓷電容器中以X7R系列產品製造較為困難，這是因為在產品製造過程中，一些加在鈦酸鋇裏頭的溶劑會溶解至電極中。卑金屬X7R積層陶瓷電容器是替代晶片型鉭電解電容器的最佳選擇，雖然在溫度特性及其他電性方面不若晶片型鉭電解電容器來得好，但由於差距不大，故在某些較不重要的應用領域上，有逐漸取代鉭電解電容器的潛力。

至於Z5U陶瓷電容器則屬於高介電常數產品，而其電容量相對於溫度、電壓及頻率的關係也是屬於非線性，在穩定性及性能方面稍為較X7R 陶瓷電容器差，全球Z5U陶瓷電容器主要集中在北美地區生產。Z5U陶瓷

電容器在10℃至85℃之間的電容量變化百分比為+22%至-56%。Z5U陶瓷電容器常用於旁通(Bypass)、反耦合(Decoupling)及濾波(Filtering)用，而且電容量也較NPO及X7R來得高。

在Y5V陶瓷電容器方面，其性能上與Z5U相當接近，不過在溫度係數及逸散因子(Dissipation Factor)方面則較Z5U為高。以美國而言，Y5V在其國內消費比例相當低，僅4%。以現階段的技術發展情況而言，未來卑金屬Y5V積層陶瓷電容器產品將是卑金屬積層陶瓷電容器系列產品中生產量最多的產品，這是因為Y5V積層陶瓷電容器相較於其他類別的產品擁有最高的電容量，Y5V產品的可疊層數最高，也因此其所消耗的電極材料也較多，故一般公司若要以卑金屬替代鈀作為電極時，首先考量的一定是產品中消耗電極材料較多的產品，所以，根據日商Kyocera的看法，全日本生產Y5V產品的廠商將在2003年全數汰換成為卑金屬產品。

除了在粉體的選擇上會影響所生產出來的產品規格，不同的粉體製備方式上也會影響到粉體品質，表即為目前全球陶瓷電容器市場上常見的陶瓷粉體製備方式。

表二陶瓷粉體製備方式之比較

註：1最高2高3低4最低

目前在強介電陶瓷粉體的製備上，最主要包括固相法、沉澱法、溶膠凝膠法及水熱法等，其中在分散均勻性方面，由於水熱法在分散混合程序