積層セラミック コンデンサ (MLCC) は、内部電極が印刷されたセラミック誘電体シートを千鳥状に積層し、その後 1 回の高温同時焼成プロセスでセラミック チップを形成することによって製造されます。{0}{1}次に、金属層 (外部電極) がチップの両端に適用され、モノリシック ブロックに似た構造が形成されます。-そのため、「モノリシック コンデンサ」と呼ばれています。
MLCC は、広い静電容量範囲、優れた周波数特性、高温および耐電圧性、コンパクトなサイズ、長い耐用年数、および低コストを備えています。これらは主に、電子システムの発振、結合、フィルタリング、およびバイパス回路で使用されます。現在、MLCC は電子機器で最も有力かつ最も広く使用されている受動表面実装コンポーネントとなっており、自動車、スマートフォン、コンピュータ、家庭用電化製品、家電製品、その他の通信機器や製品に幅広い用途が見出されています。{2}
AI サーバーは、並行して動作する多数のグラフィック プロセッサで構成されています。これらのチップがオン/オフに切り替わると、瞬間電流が急激に変動し、電圧が不安定になります。さらに、新しいグラフィック カードでは消費電力が増加の一途をたどっています。-電圧を安定させ、瞬間的な充電補足を提供し、電流ノイズを除去するには、MLCC の高密度アレイを GPU と各電源モジュールの周囲に配置する必要があります。さらに、AI サーバーは多段階ステップダウン電力供給アーキテクチャを採用しています。--現在主流の GB200 サーバー プラットフォームでは、マルチレベルの電圧変換スキームが使用されています。主電源は、まずデータセンターの AC- 整流器によってラック内の 48 V DC バス電圧に変換され、次にオンボード電源モジュールによって 12 V に降圧され、最後にコア電圧レギュレータ回路を通じて GPU コアに必要な超低電圧 0.8 V の動作電圧に低下します。-このマルチレベル変換により、電圧と電流が大幅に変動する複雑な電源状態が生じます。次世代の Rubin アーキテクチャでは 800 V の高電圧ラック ソリューションが徐々に採用されており、電圧変換段の数はさらに増加する可能性があります。-各電力変換ポイントには対応するコンデンサが必要であり、MLCC 需要の急増を直接引き起こします。
MLCC セラミック パウダーは、MLCC、特に AI サーバーで使用される MLCC の中核となる誘電体原料です。{0}}物理化学的特性は、製品がコンピューティング ハードウェアの高温、高周波の過酷な条件に耐えられるかどうかを直接決定します。また、MLCC の小型化、高静電容量、低 ESR、幅広い温度安定性を実現するための基本的な技術的要素として機能します。-セラミックパウダーは、ベースパウダーと配合パウダーに分けられます。ベースパウダーは、セラミック誘電体の本体として高純度の-ナノ-チタン酸バリウムを使用します。配合粉末には、絶縁性を確保するために希土類元素（イットリウム、ホルミウム、ジスプロシウムなど）などのドーパントが組み込まれているほか、温度安定性と信頼性を保証するためにマグネシウム、マンガン、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステンなどの添加剤が組み込まれています。焼結中の誘電セラミック材料の微細構造と電気的特性を制御するには、これらの添加剤をチタン酸バリウム粉末に均一に分散させる必要があります。
AIサーバーに使用されるMLCCは、スマートフォンや家電などの一般家電に比べて厳しい基準が設けられています。これにより、セラミック粉末に次の 2 つの駆動力が加わります。
まず、より微細な粒子サイズの要件により、セラミック粉末はナノスケールの高純度アップグレードに向けて推進されます。-粉末はより細かくする必要があり、メーカーはナノスケールおよび高純度の方向に向かうことになります。- AI-サーバーMLCCの誘電体層は非常に薄いです。現在、主流の粒径は 100 ナノメートル前後に制御されていますが、一般家庭用電化製品用の粉末は 200 ナノメートルを超えるものがほとんどです。このような超微細粉末を製造するには、メーカーはナノ-チタン酸バリウムの製造プロセスを徹底的に習得し、粒子サイズの均一性を正確に制御し、粉末の良好な分散を確保する必要があります。そうしないと、微粒子が凝集する傾向があり、コンデンサ内部に欠陥が生じ、性能が直接損なわれます。
第二に、層数の乗算的な増加により、セラミック粉末の消費量とそのコストシェアが急激に増加します。 AI アプリケーションで使用される高容量 MLCC の場合、外部ケースのサイズは変わりません。-より多くの静電容量を詰め込むには、より多くのセラミック層を積層する必要があります。一般的な家庭用電化製品の MLCC は通常 50 ～ 100 層ありますが、AI サーバー用の高容量バージョンは通常 500 ～ 1,000 層積層され、最上位の製品では 1,300 ～ 1,600 層に達します。-各層の原料はチタン酸バリウム粉末から配合されています。層数が数倍に増えると、コンデンサごとに必要なセラミック粉末の量も大幅に増加します。その結果、セラミック粉末は現在、このような高容量コンデンサの総コストの約 40% を占めており、単一の原材料費の中で最大の要素となっています。-