Capacitors are essential passive components for designing any electrical circuit. But there are so many options to choose from with a wide range of specifications that it can be overwhelming to determine what capacitor may be the best fit for your application. One early decision that circuit designers must make is to determine if a single-layer capacitor (SLC) or multi-layer ceramic capacitor (MLCC) is the right fit for their application needs.

At a high-level, these capacitor types seem similar as both SLCs and MLCCs can be used for charging and storing, filtering, or bypass functions in a circuit. To determine which one is the best fit for your application, let’s first look at the basic structure of each capacitor type. SLCs are the most basic capacitor type available since these capacitors consist of a single layer of dielectric material, or insulating layer, sandwiched between a positive and a negative electrode.

MLCC ใช้หลักการพื้นฐานของการออกแบบตัวเก็บประจุนี้เพื่อสร้างเลเยอร์หลายชั้นในตัวเก็บประจุเดียวกัน ส่งผลให้ตัวเก็บประจุตัวเดียวมีระดับความจุที่เทียบเท่ากับการใช้ SLC หลายตัวเชื่อมต่อแบบขนาน การออกแบบหลายชั้นนี้มีความหนา (สูง) กว่า SLC เล็กน้อย แต่ลดรอยเท้าโดยรวมที่จำเป็นสำหรับตัวเก็บประจุเพื่อให้ได้ความจุที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นข้อกังวลที่สำคัญสำหรับแอปพลิเคชั่น RF และไมโครเวฟจำนวนมากในปัจจุบัน เนื่องจากขนาด น้ำหนัก และพลังงาน (SWaP) กำลังขับเคลื่อน การตัดสินใจออกแบบมากมาย รูปที่ 1 แสดงการสร้าง SLC กับ MLCC

รูปที่ 1 ภาพประกอบด้านซ้ายแสดงวิธีการสร้าง SLC ในขณะที่ภาพประกอบด้านขวาแสดงเลเยอร์ต่างๆ ของ MLCC

เมื่อ SLC อาจเหมาะสมที่สุด

SLC ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับใช้ในไมโครเวฟและการใช้งาน RF ทั้งนี้เนื่องจากความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเอง (SRF) ซึ่งเป็นจุดที่ตัวเก็บประจุจะแสดงจำนวนอิมพีแดนซ์น้อยที่สุดของ SLC นั้นสูงที่สุดในบรรดาตัวเก็บประจุคงที่แบบแยกส่วน ตัวเก็บประจุที่มี SRF สูงจะมีความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ต่ำ ซึ่งเป็นค่าความต้านทานภายในของตัวเก็บประจุที่ปรากฏเป็นอนุกรมกับความจุของอุปกรณ์

นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว ESR จะเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการใช้ตัวเก็บประจุที่มี ESR ต่ำจึงเป็นสิ่งจำเป็น นอกจากนี้ เนื่องจาก SLC ก่อตัวขึ้นแบบเสาหิน จำนวนชิ้นส่วนกลไกใน SLC จึงมีจำกัด ซึ่งทำให้ค่า ESR ต่ำลงด้วย

ข้อเสียเปรียบอย่างหนึ่งของ SLC คือเนื่องจากเป็นเพียงวัสดุชั้นเดียว ความจุจึงขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริกที่ใช้อย่างมาก ซึ่งจะจำกัดความจุที่สามารถทำได้ ดังนั้น SLC จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่สูงและความจุต่ำ เราเป็นผู้นำในการจัดหาตลาดตัวกรอง LC ด้วยตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนานแบบกำหนดเอง

เมื่อ MLCC อาจเหมาะสมที่สุด

โดยทั่วไปแล้ว MLCC สามารถใช้งานได้หลากหลาย เนื่องจากตัวเก็บประจุเหล่านี้มีช่วงความจุที่สูงกว่าของ SLC มาก สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจาก MLCC ถูกสร้างขึ้นด้วยอิเล็กทริกและตัวนำหลายชั้น นอกเหนือจากการให้ความจุที่สูงขึ้นแล้ว การออกแบบนี้ยังหมายถึง MLCC สามารถใช้กับงานที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่ามาก มากถึง 12 kV สำหรับการออกแบบบางอย่างของเรา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการใช้อิเล็กโทรดและไดอิเล็กตริกหลายชั้น ดังนั้น ESR ของ MLCC จึงมักจะสูงกว่าของ SLC มาก ด้วยเหตุนี้ MLCC แม้จะสร้างด้วยไดอิเล็กตริกคลาส 1 ที่มี Q (การสูญเสียต่ำมาก) สูง ก็สามารถจัดการความถี่ได้สูงสุด 30 GHz เท่านั้น เนื่องจากมีค่า ESR สูงเมื่อเทียบกับ SLC ในขณะที่ SLC สามารถจัดการความถี่ได้สูงถึง 100 GHz

เมื่อพูดถึงการใช้งาน RF และไมโครเวฟ MLCC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการระดับความจุที่สูงขึ้นและแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาการใช้งานที่นอกเหนือไปจากอุตสาหกรรม RF และไมโครเวฟ MLCC โดยเฉพาะที่ใช้ประโยชน์จากนวัตกรรม MLCC ที่หลากหลายของเรา สามารถนำไปใช้กับแอพพลิเคชั่นที่มีความต้องการมากที่สุดในโลก เช่น การปลูกถ่ายทางการแพทย์ ยานพาหนะไฟฟ้า และความน่าเชื่อถือสูง อุปกรณ์ระเบิด

ดังที่แสดงในโพสต์นี้ กรณีการใช้งานสำหรับ SLC และ MLCC ไม่สามารถใช้แทนกันได้ เนื่องจากตัวเก็บประจุแต่ละประเภทจัดการกับตัวแปรต่างๆ เช่น แรงดัน ความถี่ และความจุที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป SLC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่สูง RF แรงดันต่ำ และไมโครเวฟ ในขณะที่ MLCC สามารถใช้กับการใช้งานความจุสูง แรงดันสูงทุกประเภทภายในช่วงความถี่ที่จำกัดมากขึ้น

ที่มา: Knowles