片狀疊層陶瓷電容器的嘯叫原理及解決方法

隨著近來的民用設備尺寸越來越小，越來越輕薄，電子設備內部的溫度變高，逐漸地開始使用疊層型電容器替代薄膜電容。特別是FPD當中，為了追求薄型化，電源電路板高度越來越低，元器件也開始進行低厚度化和表面貼裝化的研究設計。同時在中高壓領域，作為開關電源節省能耗的對策之一，使用疊層電容器能夠在待機時間降低電力消耗。但是，在電源初級中，待機狀態的基本頻率是在幾百至幾千赫茲，在一些較高級的靜音設計電視中，電容器會出現“嘯叫”的情況。

村田制作所為了解決此類嘯叫問題，通過對疊層陶瓷電容器的外部電極焊接金屬端子，來抑制電容器壓電效應引起的電路板振動。下面就介紹一下這系列產品。

圖1：金屬端子電容器

片狀疊層陶瓷電容器的嘯叫原理

由于陶瓷的強介電性引起的壓電效應，疊層電容在施加交流電之后會向疊層的方向發生伸縮。這是因為介電體一般的泊松比（橫向變形系數）為0.3，如圖2中所示，與疊層方向垂直的方向，即與電路板平行的方向也會發生伸縮，結果導致電路板表面產生振動并能夠聽到聲音。電容器以及電路板的振幅僅為1pm～1nm，但振動聲音已足夠大到我們可以聽見。單個電容器與空氣產生的聲阻抗有所差別，因此若僅是這樣的話應該幾乎是聽不到嘯叫的，然而焊接到電路板上之后，電路板成了聲阻抗變壓器，使振動頻率達到人耳可分辨頻段（20Hz～20kHz）時，就會聽到類似“嘰”的聲音。

圖2：施加電壓時的壓電效應引起電容變形

圖3：壓電效應導致電路板變形

為了解決電路板振動引起的電容器嘯叫，通過使用比一般普通電容的陶瓷材料更低介電率的材料，可以減少電容器的壓電效應，從而開發出抑制嘯叫的電容產品。另一種解決嘯叫的方法，是將電容器用端子板等從電路板上撐起，抑制振動傳遞到電路板。村田制作所為減低嘯叫，開發出在電容器的外部電極處焊接有金屬端子的金屬端子電容器。以下敘述其概要。

金屬端子降低嘯叫

典型的疊層陶瓷電容器的結構圖如圖4所示。

金屬端子通過接合材料（LF高溫焊接）與電容器的外部電極相結合，使金屬端子成為接合電路板的媒介。金屬端子的形狀采用能夠降低嘯叫效果的U字形。它只是與電容器上壓電效應比較小的WT面外側部分結合，從而減低電容器振動的傳遞。

圖4：金屬端子陶瓷電容器的結構圖

圖5中顯示了嘯叫強度的比較數據。村田制作所擁有聲壓強度測定系統，用于安穩地測定安裝有電容器的嘯叫強度，通過此系統可以對電容器的嘯叫進行定量測試。

針對單個電容器的嘯叫，金屬端子電容器能夠大幅度的降低嘯叫強度。另外，若與使用低介電率材料的陶瓷電容結合，能更進一步降低嘯叫強度。

圖5：聲壓強度比較

今后的展望

金屬端子電容器除了能夠解決嘯叫的問題之外，還能夠解決電容貼裝的一些課題。舉例來說，疊層陶瓷電容器由于電路板彎曲產生的作用力會造成斷裂，結果可能會導致短路情況的發生，而焊接金屬端子讓電容器從電路板上撐起，使電容器的耐電路板彎曲性大大的提高，確保了高可靠性。

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