5G 應用，從手機和基礎設施到互聯(lián)汽車和工業(yè)，都需要電容器技術的新進步。

雖然 5G 手機市場對陶瓷電容器的需求量將增長，但為利用 5G 功能而出現(xiàn)的各種嵌入式工業(yè)和汽車應用將推動特種組件類型的技術進步。

盡管大流行對整體經(jīng)濟增長構(gòu)成威脅，但對無源元件的需求在 2020 年顯著增長，并在 2021 年繼續(xù)增長。部分增長歸因于開始生產(chǎn)的 5G 手機。隨著公共 5G 網(wǎng)絡開始推出，該行業(yè)現(xiàn)在需要優(yōu)先考慮將合適的設備交到用戶手中。新型號需要更多組件，例如多層陶瓷電容器 (MLCC)，用于去耦電源軌和平衡天線連接等目的。典型的 4G+ 智能手機使用 500 到 900 個 MLCC，而 5G 手機則需要超過 1,000 個1。

基礎設施方面正在增加對這些類型零件的進一步需求。5G 增加的空中接口頻率和支持高數(shù)據(jù)速率的技術需要更多包含利用天線分集和波束成形的多輸入/多輸出 (MIMO) 基站的小型小區(qū)。從電容器制造商的角度來看，確保組件可靠性將是一項至關重要的要求。滿足數(shù)量需求的增長可能比技術挑戰(zhàn)更復雜。

陶瓷電容器和替代品

需要不同樣式和類型的 MLCC 來實現(xiàn)手機和基礎設施應用。在手機中，極端的尺寸限制可能會增加對極小尺寸 SMD 芯片電容器的需求，例如 Yageo 的CC 01005系列。MLCC 通常被視為通用器件，盡管有各種介電化學物質(zhì)可用，例如通常選擇用于頻率控制應用(如濾波器和振蕩器)的 NP0 1 類器件。

在溫度穩(wěn)定性是關鍵要求的情況下，也選擇了 1 類電介質(zhì)。X7R 和 X5R 等 2 類電介質(zhì)提供最大的容積效率。CC 01005 系列中的 2 類器件為空間受限的去耦和耦合應用提供高達 470 nF 的電容值。

有時，可能會根據(jù)電路條件和設計限制考慮使用 KO-CAP 等技術。Kemet 的 KO-CAP 聚合物鉭電容器系列可用于某些電路。如果所需的總電容小于約 680 nF 且額定電壓小于 50 V，工程師可以使用它們。優(yōu)點是需要更少的單個KO-CAP來實現(xiàn)相同的整體電容和額定電壓，與 MLCC 相比，減少了所需的組件總數(shù)。

技術開發(fā)

就電容器的技術發(fā)展而言，制造商需要準備好提供具有適當混合特性的產(chǎn)品，以便適時滿足系統(tǒng)性能需求。效率是射頻和功率轉(zhuǎn)換電路的一個潛在問題，電容器的選擇會極大地影響所達到的結(jié)果。

5G 世界正在朝著更高的工作頻率邁進。初始部署將集中在頻率范圍 1 (FR1)，雖然低于 6 GHz，但比之前網(wǎng)絡中使用的頻率有所增加。當前的射頻電容器技術通常是帶有賤金屬電極系統(tǒng)的陶瓷電容器，具有高 Q 值，從而確保低損耗。Kemet 已經(jīng)為射頻和微波應用開發(fā)了具有 C0G 電介質(zhì)的 Ultra HiQ-CBR 電容器，包括具有低等效串聯(lián)電阻 (ESR) 的獨特變體，可以輕松處理 5G 頻率。

另一方面，制造商總是面臨著提供具有更高容積效率(以 CV 表示)的新設備的壓力。電容乘以電壓。雖然有一些熟悉的技術可以在相同或更小的外殼尺寸內(nèi)實現(xiàn)更大的電容，但小型化會帶來一些缺點，例如降低紋波電流處理能力和降低對靜電放電 (ESD) 的彈性。

5G 最令人興奮的特性包括大規(guī)模機器類通信 (mMTC) 和超可靠低延遲通信 (URLLC)。這些功能支持新的 M2M 用例，例如時間關鍵型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應用、自動駕駛汽車和無人機以及資產(chǎn)跟蹤。

盡管一些新的 M2M 用例將需要更全面的覆蓋，但 5G 網(wǎng)絡將在一段時間內(nèi)無法提供。可以迅速推出專用 5G 網(wǎng)絡，以覆蓋個別工廠或工業(yè)園區(qū)。這些網(wǎng)絡可能會顯著影響未來電容器的發(fā)展，要求更高的耐用性和溫度能力、更高的容積效率和穩(wěn)定性以及更低的損耗。

下一代工業(yè)自動化和機器人技術至少可以提高對堅固 MLCC 技術的需求。一個例子是 Yageo 開發(fā)的軟終端，以確保其 CS 系列 MLCC 可以允許電路板彎曲超過 3 mm，而不會對電容器施加過大壓力。Kemet 解決了在FT-CAP器件和故障開放 MLCC(如FO-CAP和故障安全浮動電極FE-CAP系列)中采用靈活端接技術的板彎曲所帶來的可靠性和安全性挑戰(zhàn)。

特種組件

我們期待新的高性能和特殊組件有更多機會滿足這些新應用的需求。同時，必須確保這些組件在惡劣環(huán)境條件下的穩(wěn)健性和可靠性。雖然 GSMA 標準組設計了確?？煽繑?shù)據(jù)交換到 5G 空中接口的功能，但下一代互聯(lián)工業(yè)設備必須能夠在工廠車間或道路上經(jīng)受住考驗。

汽車行業(yè)的需求促進了極其穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)技術的出現(xiàn)，例如 Kemet 的高振動電解電容器引入了新的設計特征，例如增強箔/電解質(zhì)繞組的軸向和徑向固定的抗振凹槽外殼。

更高的額定溫度是工業(yè)和汽車行業(yè)推動的另一個關鍵發(fā)展。汽車、商業(yè)和工業(yè)級高溫陶瓷電容器可在 SMD 和 THT 技術中分別在高達 150°C 和 260°C 的溫度下工作，利用已知和經(jīng)過驗證的介電技術，例如提供熱穩(wěn)定性的 C0G 和 X7R，電容隨時間衰減最小，壓電噪聲低，ESR和ESL低。

隨著 5G 網(wǎng)絡的推出以及將出現(xiàn)的服務范圍變得更加清晰，應用程序開發(fā)人員和解決方案提供商可以利用令人興奮的機會。特別是，預計將連接到這些網(wǎng)絡的設備種類繁多，將從提高組件性能和提供新技術創(chuàng)新到確保對供應鏈的適當管理等各個層面的組件制造商提出挑戰(zhàn)。