片状叠层陶瓷电容器的啸叫原理及解决方法

随着近来的民用设备尺寸越来越小，越来越轻薄，电子设备内部的温度变高，逐渐地开始使用叠层型电容器替代薄膜电容。特别是FPD当中，为了追求薄型化，电源电路板高度越来越低，元器件也开始进行低厚度化和表面贴装化的研究设计。同时在中高压领域，作为开关电源节省能耗的对策之一，使用叠层电容器能够在待机时间降低电力消耗。但是，在电源初级中，待机状态的基本频率是在几百至几千赫兹，在一些较高级的静音设计电视中，电容器会出现“啸叫”的情况。

村田制作所为了解决此类啸叫问题，通过对叠层陶瓷电容器的外部电极焊接金属端子，来抑制电容器压电效应引起的电路板振动。下面就介绍一下这系列产品。

图1：金属端子电容器

片状叠层陶瓷电容器的啸叫原理

由于陶瓷的强介电性引起的压电效应，叠层电容在施加交流电之后会向叠层的方向发生伸缩。这是因为介电体一般的泊松比（横向变形系数）为0.3，如图2中所示，与叠层方向垂直的方向，即与电路板平行的方向也会发生伸缩，结果导致电路板表面产生振动并能够听到声音。电容器以及电路板的振幅仅为1pm～1nm，但振动声音已足够大到我们可以听见。单个电容器与空气产生的声阻抗有所差别，因此若仅是这样的话应该几乎是听不到啸叫的，然而焊接到电路板上之后，电路板成了声阻抗变压器，使振动频率达到人耳可分辨频段（20Hz～20kHz）时，就会听到类似“叽”的声音。

图2：施加电压时的压电效应引起电容变形

图3：压电效应导致电路板变形

为了解决电路板振动引起的电容器啸叫，通过使用比一般普通电容的陶瓷材料更低介电率的材料，可以减少电容器的压电效应，从而开发出抑制啸叫的电容产品。另一种解决啸叫的方法，是将电容器用端子板等从电路板上撑起，抑制振动传递到电路板。村田制作所为减低啸叫，开发出在电容器的外部电极处焊接有金属端子的金属端子电容器。以下叙述其概要。

金属端子降低啸叫

典型的叠层陶瓷电容器的结构图如图4所示。

金属端子通过接合材料（LF高温焊接）与电容器的外部电极相结合，使金属端子成为接合电路板的媒介。金属端子的形状采用能够降低啸叫效果的U字形。它只是与电容器上压电效应比较小的WT面外侧部分结合，从而减低电容器振动的传递。

图4：金属端子陶瓷电容器的结构图

图5中显示了啸叫强度的比较数据。村田制作所拥有声压强度测定系统，用于安稳地测定安装有电容器的啸叫强度，通过此系统可以对电容器的啸叫进行定量测试。

针对单个电容器的啸叫，金属端子电容器能够大幅度的降低啸叫强度。另外，若与使用低介电率材料的陶瓷电容结合，能更进一步降低啸叫强度。

图5：声压强度比较

今后的展望

金属端子电容器除了能够解决啸叫的问题之外，还能够解决电容贴装的一些课题。举例来说，叠层陶瓷电容器由于电路板弯曲产生的作用力会造成断裂，结果可能会导致短路情况的发生，而焊接金属端子让电容器从电路板上撑起，使电容器的耐电路板弯曲性大大的提高，确保了高可靠性。

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