5G对电容器选择和新器件开发的影响

5G 应用，从手机和基础设施到互联汽车和工业，都需要电容器技术的新进步。

虽然 5G 手机市场对陶瓷电容器的需求量将增长，但为利用 5G 功能而出现的各种嵌入式工业和汽车应用将推动特种组件类型的技术进步。

尽管大流行对整体经济增长构成威胁，但对无源元件的需求在 2020 年显着增长，并在 2021 年继续增长。部分增长归因于开始生产的 5G 手机。随着公共 5G 网络开始推出，该行业现在需要优先考虑将合适的设备交到用户手中。新型号需要更多组件，例如多层陶瓷电容器 (MLCC)，用于去耦电源轨和平衡天线连接等目的。典型的 4G+ 智能手机使用 500 到 900 个 MLCC，而 5G 手机则需要超过 1,000 个1。

基础设施方面正在增加对这些类型零件的进一步需求。5G 增加的空中接口频率和支持高数据速率的技术需要更多包含利用天线分集和波束成形的多输入/多输出 (MIMO) 基站的小型小区。从电容器制造商的角度来看，确保组件可靠性将是一项至关重要的要求。满足数量需求的增长可能比技术挑战更复杂。

陶瓷电容器和替代品

需要不同样式和类型的 MLCC 来实现手机和基础设施应用。在手机中，极端的尺寸限制可能会增加对极小尺寸 SMD 芯片电容器的需求，例如 Yageo 的CC 01005系列。MLCC 通常被视为通用器件，尽管有各种介电化学物质可用，例如通常选择用于频率控制应用(如滤波器和振荡器)的 NP0 1 类器件。

在温度稳定性是关键要求的情况下，也选择了 1 类电介质。X7R 和 X5R 等 2 类电介质提供最大的容积效率。CC 01005 系列中的 2 类器件为空间受限的去耦和耦合应用提供高达 470 nF 的电容值。

有时，可能会根据电路条件和设计限制考虑使用 KO-CAP 等技术。Kemet 的 KO-CAP 聚合物钽电容器系列可用于某些电路。如果所需的总电容小于约 680 nF 且额定电压小于 50 V，工程师可以使用它们。优点是需要更少的单个KO-CAP来实现相同的整体电容和额定电压，与 MLCC 相比，减少了所需的组件总数。

技术开发

就电容器的技术发展而言，制造商需要准备好提供具有适当混合特性的产品，以便适时满足系统性能需求。效率是射频和功率转换电路的一个潜在问题，电容器的选择会极大地影响所达到的结果。

5G 世界正在朝着更高的工作频率迈进。初始部署将集中在频率范围 1 (FR1)，虽然低于 6 GHz，但比之前网络中使用的频率有所增加。当前的射频电容器技术通常是带有贱金属电极系统的陶瓷电容器，具有高 Q 值，从而确保低损耗。Kemet 已经为射频和微波应用开发了具有 C0G 电介质的 Ultra HiQ-CBR 电容器，包括具有低等效串联电阻 (ESR) 的独特变体，可以轻松处理 5G 频率。

另一方面，制造商总是面临着提供具有更高容积效率(以 CV 表示)的新设备的压力。电容乘以电压。虽然有一些熟悉的技术可以在相同或更小的外壳尺寸内实现更大的电容，但小型化会带来一些缺点，例如降低纹波电流处理能力和降低对静电放电 (ESD) 的弹性。

5G 最令人兴奋的特性包括大规模机器类通信 (mMTC) 和超可靠低延迟通信 (URLLC)。这些功能支持新的 M2M 用例，例如时间关键型工业物联网 (IIoT) 应用、自动驾驶汽车和无人机以及资产跟踪。

尽管一些新的 M2M 用例将需要更全面的覆盖，但 5G 网络将在一段时间内无法提供。可以迅速推出专用 5G 网络，以覆盖个别工厂或工业园区。这些网络可能会显着影响未来电容器的发展，要求更高的耐用性和温度能力、更高的容积效率和稳定性以及更低的损耗。

下一代工业自动化和机器人技术至少可以提高对坚固 MLCC 技术的需求。一个例子是 Yageo 开发的软终端，以确保其 CS 系列 MLCC 可以允许电路板弯曲超过 3 mm，而不会对电容器施加过大压力。Kemet 解决了在FT-CAP器件和故障开放 MLCC(如FO-CAP和故障安全浮动电极FE-CAP系列)中采用灵活端接技术的板弯曲所带来的可靠性和安全性挑战。

特种组件

我们期待新的高性能和特殊组件有更多机会满足这些新应用的需求。同时，必须确保这些组件在恶劣环境条件下的稳健性和可靠性。虽然 GSMA 标准组设计了确保可靠数据交换到 5G 空中接口的功能，但下一代互联工业设备必须能够在工厂车间或道路上经受住考验。

汽车行业的需求促进了极其稳健的结构技术的出现，例如 Kemet 的高振动电解电容器引入了新的设计特征，例如增强箔/电解质绕组的轴向和径向固定的抗振凹槽外壳。

更高的额定温度是工业和汽车行业推动的另一个关键发展。汽车、商业和工业级高温陶瓷电容器可在 SMD 和 THT 技术中分别在高达 150°C 和 260°C 的温度下工作，利用已知和经过验证的介电技术，例如提供热稳定性的 C0G 和 X7R，电容随时间衰减最小，压电噪声低，ESR和ESL低。

随着 5G 网络的推出以及将出现的服务范围变得更加清晰，应用程序开发人员和解决方案提供商可以利用令人兴奋的机会。特别是，预计将连接到这些网络的设备种类繁多，将从提高组件性能和提供新技术创新到确保对供应链的适当管理等各个层面的组件制造商提出挑战。