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5G訊號傳輸超越4G,如何確保5G訊號元件材料品質優劣?減少在傳輸過程中不被干擾?

為了滿足5G高速通訊的要求,身為三大基礎電子元件之一的積層陶瓷電容(MLCC)走向走向高頻、低功耗、大容量,與體積小特性;MLCC應用在設計電源模組;如電源線消除噪音與抑制電壓波動時,MLCC電容器的頻率(F)特性、阻抗(Z)與串聯等效電阻(ESR)都是工程師設計迴路時必須評估的重要參數。因為頻率越高會因電極損耗所產生的電阻(ESR),以及導線上的寄生電感(ESL)變大而影響電容器的性能。而共振點附近,阻抗(Z)值會受到串聯等效電阻(ESR)與寄生電感(ESL)影響,阻抗(Z)值為最小值當下的頻率為自振頻率,若大於自振頻率,則元件特性會從電容性轉為電感性。

工程師在元件設計上,從介質材料著手,需評估介質損耗與電極損耗。MLCC元件應用於低頻時,在低頻的損耗主要由介質損耗而產生,選用材料時可評估低損耗的C0G 材質。MLCC應用於高頻下,其損耗主要由電極損耗產生,為了優化高頻穩定性,在選擇電極材料時應考慮低電阻率、介電性能穩定佳。


5G
基站的電路板元件密度要求更高,元件的尺寸要求更小,為了實現更高的效率和降低EMI,在電源濾波與溫度管理中,工作溫度上看150˚C的環境下,濾波器到雜訊抑制,也處處都需要這些RLC(電阻/電感/電容)等元件。

積層陶瓷電容器(MLCC) 直流偏置電壓

積層陶瓷電容(MLCC)是由平行的陶瓷材料與電極材料層疊而成,剖析內部呈現每一陶瓷層皆被上下兩個平行的電極夾住,形成一個平行電容,也因為MLCC體積可晶片化、耐高壓與耐熱性好,用於高頻工作損失較低,因此在開關電源濾波電路的應用中逐漸取代鉭電容與鋁電容。

對於陶瓷電容器中又分類為高誘電率的電容器如X5R/X7R,這種高誘電率的電容器施加直流偏置電壓越大,靜態電容量越,同時直流偏置電壓也降低了介電常數,因此工程師需要考量材料上降低介電常數對電壓的依賴,依此優化直流偏置電壓的性能。

→ 在頻率 100Hz 下串聯電容值為 9.70uF,利用 6632 阻抗分析儀施加 DC Bias 電壓 ±12V,其電容值從 9.7uF 下降至 1.46uF。

什麼是介電常數?

在應用在材料上,介電常數描述的就是材料與電場之間的相互效應,許多只要談到介質材料最常聽到的就是誘電率,誘電率是指介質在外加電場之下,會產生感應電荷,此時電荷會削弱電場,而對於介質的電場減小與原來外加電場(真空中)的比值,我們稱為相對介電常數 (relative permittivity )也稱為誘電率。而所謂介電常數是指相對介電常數與真空下絕對介電常數之乘積。

5G高分子材料性能好壞 關鍵就在介電常數

在選擇電極材料時應考慮低電阻率、介電性能穩定佳。

一般測量介電常數的儀器會使用LCR METER,利用平衡電橋法的阻抗量測架構,先測出電容值與損耗因數,再透過人工運算公式才能得到複數相對介電常數εr,這樣繁瑣的實驗程序導致材料分析效率不佳。

MICROTEST 6632阻抗分析儀內建介電常數量測功能,採用平行板法搭載介電專用的測量治具進行測量,所謂的平行板法量測原理就是通過兩個電極之間插入被測物(材料/薄膜)組成一個電容器,測量其電容值導算出介電常數與損耗角正切。6632提供寬頻域10Hz~30MHz量程,儀器已內建相關的公式,使用工程師可直接選擇εr'、εr""等參數,搭配FX-0000C7介電常數測試治具,電極直徑有38mm和5mm兩種。一鍵測量出介電常數,快速精確的完成材料分析與驗證。

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