近年來

，以智能手機為代表的小型移動設備中
，除了電話功能外，增加了數碼相機、遊戲、網頁瀏覽、音樂播放器等許多功能，預計今後將有可能配備更多的功能。另外
，今後還將普及LTE等高速數據通信功能
，增加動畫等大容量的數據交流。

特別是處理大容量數據的應用處理器IC電源，一個IC電源要使用幾十個片狀多層陶瓷電容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor、以下稱MLCC）。

通過上述的背景和智能手機技術的趨勢來看，IC電源中使用的MLCC必須具備如下幾點要求。

小型
、容量大

阻抗低

作為IC電源用的MLCC來說如果正確使用於小型大容量的低ESL電容器中的話
，可以減少MLCC的1/2的使用量，同時也大幅度減少了MLCC所占據的使用麵積。

使用低ESL電容器的目的

圖1所示的是IC/LSI的電源線與所使用的MLCC的連接方式。IC/LSI開關速度的高速化使IC/LSI本身很容易變成噪聲源
，為了解決這種高頻噪聲和抑製電源電壓波動，很多MLCC將被當做旁路電容來使用。

圖1中，從IC/LSI的HOT端子流出，經過MLCC，再回到IC/LSI的GND端子的電流回路的阻抗被稱為環路阻抗。IC/LSI的HOT-GND間發生的電源電壓波動，很大程度依存於這種環路阻抗。因此，抑製電源電壓的變動首先需要降低環路阻抗。此時， MLCC的阻抗就成為了環路阻抗的一部分了。

降低環路阻抗通常是並聯很多MLCC，總阻抗會因為並聯的效果而變小。這裏使用的MLCC的結構和等效電路如右下的圖1所示
，我所說的電容器是指因為安裝了等效串聯電阻（ESR）、等效串聯電感（ESL），當中的ESL大大增加了高頻率的環路阻抗。

本次介紹的低ESL電容器如後述一樣，是降低ESL製成的MLCC的一種。將這種低ESL電容器用旁路電容

，可降低環路阻抗。此外
，用低ESL電容器代替MLCC，減少並聯使用的數量

，從而可大幅減少元件數量和貼裝麵積。

圖1: IC/LSI電源線和MLCC的連接

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低ESL電容器的種類和優點

接下來解說下ESL電容器的構造和優點。低ESL電容器分為長寬逆轉電容器和3端子電容器2類。

長寬逆轉電容器的構造如圖2中間所示。與一般的MLCC的L縱向、W橫向相反，縱向方向有外部電極。一般來說，MLCC的ESL會根據電流流過的距離產生相應的增加、幅度變大會有縮小的傾向，因此長寬逆轉電容器的結構是電流流過的距離短、幅度大，從而實現了低ESL。

接下來是3端子電容器的構造如圖2最下方所示。3端子電容器的內部電極是由HOT過孔電極和GND過孔電極交替疊加的構造。因此，當電流流向旁路方向時，電流的流經距離短，幅度變大

，因此ESL變低。此外，3端子電容器電流流經4個方向
，因為這種並聯效果從而實現了更低的ESL。特別是電流流向GND方向、和圖的上下方向。因為這樣的電流和產生的互感實現了低ESL。

圖2: 低ESL電容器的種類和優勢

圖3所示的是一般的MLCC和低ESL電容器，長寬逆轉電容器和3端子電容器的阻抗頻率特性的比較。不論哪個型號的容量都為1µF，因此自諧振點以下的頻帶顯示出的特性基本相同，而自諧振點以上的頻帶則會根據ESL的不同，阻抗會有很大差異，長寬逆轉電容器ESL是一般性的MLCC的1/3，3端子電容器ESL是一般MLCC的1/10。但是值得注意的是

，這是單獨比較電容器的性能，實際上因為在電路板上麵安裝使用的關係，環路阻抗除了電容器的ESL以外
，還要增加電路板和過孔的電感的成分。

圖3: 不同種類的不同阻抗頻率特性
 

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減少元件數的方法

圖4是最新的小型大容量低ESL電容器和MLCC的阻抗頻率特性的比較事例。

長寬逆轉電容器（1.0 x 0.6mm尺寸、4.3µF）的高頻情況下的阻抗和2個MLCC(0.6 x 0.3mm、1µF)具備同等的阻抗，因此可以用2個MLCC代替1個長寬逆轉電容器。

3端子電容器(1.0 x 0.5mm尺寸、4.3µF)的高頻情況下的阻抗同等於4個MLCC的阻抗
，因此可以用4個MLCC代替1個3端子電容器。

圖4: 減少元件數的方法

圖5中
，根據3端子電容器的使用，來說明減少MLCC的原理。這裏為了方便起見
，隻考慮過孔、走線以及電容器的簡單結構。

旁路電容中使用MLCC的事例。此時的環路阻抗會根據過孔和走線以及MLCC的電感成分達到阻抗的總值。

為用1個MLCC來替換一個3端子電容器。3端子電容器比MLCC的ESL低，所以環路阻抗的總值也會減少。因此
，可以抑製因環路阻抗導致的電壓的變動。

另外，再說明下3端子電容器的另一個使用方法。如用旁路電容來代替3端子電容器時，如果和MLCC具有同樣的環路阻抗（電壓波動水平相同）就行的話，不僅僅電容器阻抗的區別，還能設計成長的走線。（圖5（3））。利用這種走線的長度，可以將幾個電源端子集合成一個3端子電容器組合。於是就變成像圖6一樣

，3端duan子zi電dian容rong器qi將jiang許xu多duo的de旁pang路lu電dian容rong器qi集ji合he起qi來lai，從cong而er減jian少shao了le元yuan件jian數shu量liang。此ci時shi走zou線xian的de長chang度du使shi得de走zou線xian部bu分fen的de阻zu抗kang增zeng加jia，電dian容rong器qi的de阻zu抗kang減jian少shao，但dan是shi總zong阻zu抗kang卻que不bu會hui改gai變bian。

但(dan)是(shi)當(dang)走(zou)線(xian)細(xi)而(er)長(chang)時(shi)
，走(zou)線(xian)的(de)電(dian)感(gan)為(wei)加(jia)大(da)電(dian)容(rong)器(qi)阻(zu)抗(kang)的(de)差(cha)距(ju)，而(er)降(jiang)低(di)了(le)效(xiao)果(guo)。因(yin)此(ci)
，為(wei)了(le)減(jian)少(shao)走(zou)線(xian)的(de)電(dian)感(gan)成(cheng)分(fen)
，走(zou)線(xian)的(de)寬(kuan)度(du)應(ying)變(bian)大(da)，旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)實(shi)際(ji)安(an)裝(zhuang)的(de)麵(mian)積(ji)，推(tui)薦(jian)連(lian)接(jie)電(dian)源(yuan)強(qiang)化(hua)並(bing)聯(lian)效(xiao)果(guo)。

圖5: 環路阻抗的比較


圖6: 通過使用3端子電容器來減少MLCC個數的示意圖
 

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阻抗的測定結果

現在
，據記載一些麵向智能手機的IC應用的參考設計中，有超過100個的0201尺寸、1µF的MLCC來作為電源用的旁路電容。

其中
，推薦一些核心電源線中並聯使用了10個以上的旁路電容、其他很多的電源線中也並聯使用了2到3個電容器。

將這些電容器從MLCC更換成低ESL電容器

，在減少個數的同時，環路阻抗的測試結果如圖7所示。因為使用了低ESL電容器的關係，既維持了相同的環路阻抗又將MLCC的個數從原來的100個減少到32個。也就是說
，總共減少了68個MLCC。此外，更換成低ESL電容器還能使IC應用和它周圍的電容器所占據的麵積減少35mm2 。

圖7: 減少個數和減少貼裝麵積

結語

正確使用最新的小型大容量的低ESL電容器的話，IC電源用的MLCC的數量能夠減少1/2，還能大幅度減少MLCC所占據的貼裝麵積。今後小型大容量的低ESL電容器將被商品化，為削減元件數和減少貼裝麵積做出貢獻。