“以小见大”陶瓷电容的发展历程

　　虽然大家往往认为电阻、电容器、电感器等无源元件的存在不甚抢眼，但实际上它们却是最先进的电子设备中必不可少的元器件。特别是对最先进的半导体设备而言，多层陶瓷电容器极其重要。如果没有这种电容器，就无法指望半导体设备能正常运行。在电子行业中，曾经流传一种说法"电容器迟早会被纳入半导体设备"。但是实际上，在半导体设备发展的同时，多层陶瓷电容器的重要性也与日俱增。如果没有多层陶瓷电容器，也就无法指望使用最先进的微细加工技术制造的微处理器、DSP、微型计算机、FPGA等的半导体设备能正常运行。

　　陶瓷电容器小型化和大容量化

　　目前，多层陶瓷电容器的市场规模在铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等各式电容器中是最大的。稍早前的数据显示2008年日本国内出货量为6278亿个，日本国内出货金额达到3059日元(源自经济产业部的机械统计)。位居第2位的铝电解电容器日本国内出货量为182亿个，日本国内出货金额为1743日元。其差距相当巨大。2012年，多层陶瓷电容器增加到7655亿个，与此相对，铝电解电容器却减少到109亿个。其差距在不断扩大。

　　通过多重层叠电介质层和内部电极，实现了较大电容。虽然现在多层陶瓷电容器在电容器市场上占据榜首位置，然而在产品推出之初却很难被市场接受。构思出多层陶瓷电容器创意的是美国企业。在始于1961年的阿波罗计划的推进过程中，出于需要，大电容量的小型电容器应运而生。通过在薄电介质上形成电极，并进行多个叠加，实现了在小体积内充满大电容的电容器(图1)。

　　图1多层陶瓷电容器的结构

　　多层陶瓷电容器的历史即可一言以蔽之，就是"小型化和大容量化的历史"。一般电容器的电容C可以通过来表达。在此表达式中，ε是介电常数，S是电极面积、d电极间距离(电介质厚度)。即，在一定的体积中，要增加电容，就只能使用ε高的材料，或者是薄化电介质。

　　电介质材料在推出之初是采用的二氧化钛，但我们在较早的阶段引入了钛酸钡(BaTiO3)。之后也通过对该材料加以改良来不断提高相对介电常数，目前已经达到3000左右。相较于几十水平的二氧化钛相对介电常数，该数值也已经大其两位数。

　　电介质的厚度在推出之初为50μm，但之后薄型化逐渐发展，目前已经达到了0.5μm。也就是说，与产品推出之初相比，介电常数已经提高到100倍，厚度减少至1/100。如果厚度降低到1/100，那么层叠数可以增加至100倍。因此，如果是相同体积的电容器，相当于增加到100万倍。相反，如果考虑体积，则意味着相同的电容量可以实现1/100万的小型化。