LED照明用關鍵零組件–耐電壓型積層陶瓷電容器

 

刊登日期:2016/9/5
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依據 Digitimes Research 的分析指出,2016年全球 LED照明市場可達 346.4億美元。其中,東南亞地區皆屬高電價區域,促使相關 LED照明需求日漸成長。根據LEDinside統計,2015年東南亞地區 LED照明市場約 15億美元,預計 2016年可成長至19億美元。然而,LED照明面臨幾個缺點:①高光度下效率較低;②溫度會影響整體LED發光效率;③ LED之演色性較差;④繼電器所造成之閃頻、壽命或能源損耗等,尚需技術發展克服。當中,在LED燈具高可靠度與去除訊號雜訊閃頻問題上之解決,使得積層陶瓷電容器在整體 LED照明上扮演相當重要之關鍵零組件角色。


圖二、不同種類之電容器優缺點比

陶瓷電容器簡介
積層陶瓷電容器之結構(圖三)為採取一層介電層,一層平面金屬電極堆疊後共燒後而成。主結構上分成介電層、內部電極及外部端電極三大部分。介電層之主要技術採用陶瓷材料積層化製程技術製作,製程上先將陶瓷粉體製作成漿體材料,其配方主要導入陶瓷粉體分散劑、黏結劑及塑化劑與其他添加物等,利用攪拌或高速混合方式進行混合後形成高分散性陶瓷粉體漿料,之後利用 Tape Casting 技術或者 Slot Die Coating 方式,將陶瓷漿料刮製烘乾於塑膠載板後,初步烘乾形成所謂的陶瓷生胚(Green Sheet),其後於陶瓷生胚上利用網版印刷技術印製金屬電極。

而現行技術多採用卑金屬製程,即採用鎳金屬作為內電極,之後將印有內部電極之陶瓷生胚進行堆疊,堆疊後先利用單軸油壓進行預壓製程,再利用熱水均壓方式,將堆疊之生胚壓緻密,之後利用機械切割成元件狀後,進行燒結製程,因內電極為鎳金屬,為避免金屬氧化,燒結製程多採用還原或保護氣氛燒結。燒結後之陶瓷單石結構進行導角、端銀等製程,端銀燒結後再利用滾鍍製程,於端電極表面鍍上錫金屬層以利元件焊接特性,最後形成可 SMD之積層陶瓷電容器。



圖三、積層陶瓷電容器之結構

陶瓷電容器對於LED照明的應用需求
針對 LED照明應用,MLCC扮演非常重要的關鍵零組件地位。在 LED照明應用領域上,驅動電源為整個燈具的主要心臟,主因LED元件採取直流電(DC)電壓驅動方式,而現行家用電多為交流(AC)電壓,故在應用上需於燈具或燈泡內裝置 AC轉 DC轉換電路之驅動器來點亮 LED。而 AC轉 DC之轉換器,不論是隔離型或非隔離型皆屬於較大電流輸出方式,在分流設計上可提供較多且較大電流於 LED元件上,以達到高瓦數 LED之驅動。目前在 LED照明上,由於需求成本大幅下降,兼具可靠度與長時間使用節能等規格要求,AC-driven Type(阻容降壓)的電源轉換驅動器廣泛的被使用,其電路結構如圖六所示。

耐壓型陶瓷電容材料的新演進
上述提到高介電常數之鈦酸鋇具有鐵電效應,致使電容量於高電壓條件下驟降,另一方面也造成介電層之絕緣電阻特性不足;另外……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者: 盧俊安、蔡苑鈴 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」357期,更多資料請見下方附檔。


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