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村田應(yīng)對(duì)“嘯叫”的小型獨(dú)石陶瓷電容器

發(fā)布時(shí)間:2012-09-27 責(zé)任編輯:abbywang

【導(dǎo)讀】隨著電子產(chǎn)品的寂靜化,筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、超薄電視機(jī)等等,在各種各樣的應(yīng)用電源電路中,原先并未引人注目的由電容器振動(dòng)引起的“嘯叫”現(xiàn)已成為重要的設(shè)計(jì)課題之一。村田制作針對(duì)解決這一嘯叫問題,向大家介紹面向移動(dòng)設(shè)備和聲像機(jī)器的,帶金屬端子、并已商品化的小型電容器。


獨(dú)石陶瓷電容器產(chǎn)生嘯叫的原理

由于強(qiáng)電介質(zhì)陶瓷的電致伸縮效應(yīng)(又稱壓電效應(yīng)),當(dāng)施加交流電壓時(shí),獨(dú)石電容器就會(huì)向堆疊方向發(fā)生伸縮。這是根據(jù)電介質(zhì)一般的泊松比為0.3的特性、如圖2所示與堆疊方向垂直的方向,即與電路板平行的方向也會(huì)產(chǎn)生伸縮,結(jié)果等效電路板表面產(chǎn)生振動(dòng)并能夠聽到聲音。因?yàn)閱蝹€(gè)電容器和空氣的聲阻抗有所差別,只是這樣的話根本聽不見任何聲音,但電容器被安裝在電路板的話,電路板作為阻抗變壓器發(fā)生振動(dòng),振動(dòng)頻率在人的可聽頻率范圍(20Hz~20kHz)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生“吱”的聲音。雖然貼片和電路板的振幅僅是1pm~1nm的程度,但振動(dòng)聲音已足夠大到人耳很容易分辨的出。

 

小型獨(dú)石陶瓷電容器

 

貼片變形

電路板變形


作為針對(duì)電路板振動(dòng)引起的電容器嘯叫對(duì)策,使用了相對(duì)低介電常數(shù)的材料,使電容器的變形量減小、抑制嘯叫的產(chǎn)品都商品化了。另一種嘯叫的對(duì)策方法是通過使用端子板等,安裝電容器時(shí),使其架空于電路板上,來(lái)抑制振動(dòng)傳達(dá)到電路板上的方法。村田制作所的減少嘯叫的方法是在電容器外部電極上安裝金屬端子,并開發(fā)了帶金屬端子的電容器產(chǎn)品。產(chǎn)品概要如下所示。
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金屬端子減少嘯叫

代表性的帶金屬端子獨(dú)石陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。結(jié)構(gòu)原理是通過接合材料(無(wú)鉛高溫焊接)在貼片的外部電極上附上金屬端子、將金屬端子作為媒介與電路板接合。利用此金屬端子的彈性作用來(lái)抑制振動(dòng)傳達(dá)到電路板上。(圖5)

電容結(jié)構(gòu)圖

仿真位移量


圖6為嘯叫比較數(shù)據(jù)的典型示例圖。在村田制作所擁有可進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)定系統(tǒng),能夠使安裝了電容器的電路板上的嘯叫聲壓水平穩(wěn)定,可以利用此系統(tǒng)來(lái)定量的測(cè)定電容器的嘯叫。

相對(duì)于單個(gè)貼片電容的嘯叫聲壓級(jí),接合了金屬端子的電容器能大幅減少嘯叫。此外,如果和使用了低介電常數(shù)材料陶瓷的電容器進(jìn)行組合,能更大程度的降低嘯叫。

噪聲頻譜

產(chǎn)品一覽

帶金屬端子的嘯叫對(duì)策用陶瓷電容器列表如下所示。
產(chǎn)品一覽

今后的展望

金屬端子陶瓷電容器除了能解決嘯叫問題以外,也可能解決電容器貼片上的問題。比如,獨(dú)石陶瓷電容器由于電路板的彎曲應(yīng)力使陶瓷出現(xiàn)裂縫,結(jié)果可能導(dǎo)致發(fā)生短路故障時(shí),由于加上金屬端子可以讓貼片電容架空于電路板上,耐電路板彎曲性得到了很大改善,從而確保了高可靠性。
 

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