5G 應(yīng)用，從手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施到互聯(lián)汽車(chē)和工業(yè)，都需要電容器技術(shù)的新進(jìn)步。

雖然 5G 手機(jī)市場(chǎng)對(duì)陶瓷電容器的需求量將增長(zhǎng)，但為利用 5G 功能而出現(xiàn)的各種嵌入式工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用將推動(dòng)特種組件類型的技術(shù)進(jìn)步。

盡管大流行對(duì)整體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)構(gòu)成威脅，但對(duì)無(wú)源元件的需求在 2020 年顯著增長(zhǎng)，并在 2021 年繼續(xù)增長(zhǎng)。部分增長(zhǎng)歸因于開(kāi)始生產(chǎn)的 5G 手機(jī)。隨著公共 5G 網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始推出，該行業(yè)現(xiàn)在需要優(yōu)先考慮將合適的設(shè)備交到用戶手中。新型號(hào)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(jī)使用 500 到 900 個(gè) MLCC，而 5G 手機(jī)則需要超過(guò) 1,000 個(gè)1。

基礎(chǔ)設(shè)施方面正在增加對(duì)這些類型零件的進(jìn)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(shù)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(lái)看，確保組件可靠性將是一項(xiàng)至關(guān)重要的要求。滿足數(shù)量需求的增長(zhǎng)可能比技術(shù)挑戰(zhàn)更復(fù)雜。

陶瓷電容器和替代品

需要不同樣式和類型的 MLCC 來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用。在手機(jī)中，極端的尺寸限制可能會(huì)增加對(duì)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(xué)物質(zhì)可用，例如通常選擇用于頻率控制應(yīng)用(如濾波器和振蕩器)的 NP0 1 類器件。

在溫度穩(wěn)定性是關(guān)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(yīng)用提供高達(dá) 470 nF 的電容值。

有時(shí)，可能會(huì)根據(jù)電路條件和設(shè)計(jì)限制考慮使用 KO-CAP 等技術(shù)。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(diǎn)是需要更少的單個(gè)KO-CAP來(lái)實(shí)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(shù)開(kāi)發(fā)

就電容器的技術(shù)發(fā)展而言，制造商需要準(zhǔn)備好提供具有適當(dāng)混合特性的產(chǎn)品，以便適時(shí)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(gè)潛在問(wèn)題，電容器的選擇會(huì)極大地影響所達(dá)到的結(jié)果。

5G 世界正在朝著更高的工作頻率邁進(jìn)。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(luò)中使用的頻率有所增加。當(dāng)前的射頻電容器技術(shù)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(yīng)用開(kāi)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(dú)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(shè)備的壓力。電容乘以電壓。雖然有一些熟悉的技術(shù)可以在相同或更小的外殼尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的電容，但小型化會(huì)帶來(lái)一些缺點(diǎn)，例如降低紋波電流處理能力和降低對(duì)靜電放電 (ESD) 的彈性。

5G 最令人興奮的特性包括大規(guī)模機(jī)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(shí)間關(guān)鍵型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應(yīng)用、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)人機(jī)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(luò)將在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法提供?？梢匝杆偻瞥鰧Ｓ?5G 網(wǎng)絡(luò)，以覆蓋個(gè)別工廠或工業(yè)園區(qū)。這些網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)顯著影響未來(lái)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(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)至少可以提高對(duì)堅(jiān)固 MLCC 技術(shù)的需求。一個(gè)例子是 Yageo 開(kāi)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(guò) 3 mm，而不會(huì)對(duì)電容器施加過(guò)大壓力。Kemet 解決了在FT-CAP器件和故障開(kāi)放 MLCC(如FO-CAP和故障安全浮動(dòng)電極FE-CAP系列)中采用靈活端接技術(shù)的板彎曲所帶來(lái)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(jī)會(huì)滿足這些新應(yīng)用的需求。同時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)組設(shè)計(jì)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(shè)備必須能夠在工廠車(chē)間或道路上經(jīng)受住考驗(yàn)。

汽車(chē)行業(yè)的需求促進(jìn)了極其穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)，例如 Kemet 的高振動(dòng)電解電容器引入了新的設(shè)計(jì)特征，例如增強(qiáng)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(chē)行業(yè)推動(dòng)的另一個(gè)關(guān)鍵發(fā)展。汽車(chē)、商業(yè)和工業(yè)級(jí)高溫陶瓷電容器可在 SMD 和 THT 技術(shù)中分別在高達(dá) 150°C 和 260°C 的溫度下工作，利用已知和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的介電技術(shù)，例如提供熱穩(wěn)定性的 C0G 和 X7R，電容隨時(shí)間衰減最小，壓電噪聲低，ESR和ESL低。

隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的推出以及將出現(xiàn)的服務(wù)范圍變得更加清晰，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和解決方案提供商可以利用令人興奮的機(jī)會(huì)。特別是，預(yù)計(jì)將連接到這些網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備種類繁多，將從提高組件性能和提供新技術(shù)創(chuàng)新到確保對(duì)供應(yīng)鏈的適當(dāng)管理等各個(gè)層面的組件制造商提出挑戰(zhàn)。