Multilayer Ceramic Capacitors (MLCC) tillverkas genom att stapla keramiska dielektriska ark med tryckta interna elektroder i ett förskjutet mönster, följt av en enda hög-temperatursambränningsprocess- för att bilda ett keramiskt chip. Metallskikt (externa elektroder) appliceras sedan på båda ändarna av chippet, vilket skapar en struktur som liknar ett monolitiskt block-därav namnet "monolitisk kondensator."
MLCC erbjuder ett brett kapacitansområde, utmärkta frekvensegenskaper, hög temperatur- och spänningsresistans, kompakt storlek, lång livslängd och låg kostnad. De används främst i oscillations-, kopplings-, filtrerings- och bypass-kretsar i elektroniska system. Idag har MLCC blivit de mest dominerande och mest använda passiva ytmonteringskomponenterna- i elektroniska enheter, och hittar breda tillämpningar i bilar, smartphones, datorer, hemelektronik, hushållsapparater och annan kommunikationsutrustning och produkter.
AI-servrar består av många grafikprocessorer som arbetar parallellt. När dessa chips slås på och av, fluktuerar momentana strömmar kraftigt, vilket orsakar spänningsinstabilitet. Dessutom har nyare grafikkort ständigt-ökande strömförbrukning. För att stabilisera spänningen, ge omedelbar laddningstillskott och filtrera bort strömbrus måste täta arrayer av MLCC:er placeras runt GPU:erna och varje strömförsörjningsmodul. Dessutom använder AI-servrar en energileveransarkitektur i flera-steg-nedåt. Den nuvarande vanliga GB200-serverplattformen använder ett spänningsomvandlingsschema på flera nivåer: nätspänningen omvandlas först av datacentrets AC-DC-likriktare till en 48 V DC-busspänning i racket, stegas sedan ned till 12 V via inbyggda strömmoduler och reduceras slutligen till den ultra-extra{13}}lågspänning som krävs av GPU-kärnan. regulatorkrets. Denna flernivåomvandling skapar komplexa strömförsörjningsförhållanden med betydande spännings- och strömfluktuationer. När nästa-generations Rubin-arkitektur gradvis antar 800 V hög-högspänningsracklösningar kan antalet spänningsomvandlingssteg öka ytterligare. Varje effektomvandlingspunkt kräver motsvarande kondensatorer, vilket direkt driver en ökning av MLCC-behovet.
MLCC-keramiska pulver är de centrala dielektriska råmaterialen för MLCC:er-särskilt de som används i AI-servrar. Deras fysikalisk-kemiska egenskaper avgör direkt om produkterna kan motstå de höga-temperaturerna, hög-högfrekventa förhållandena för datorhårdvara, och de fungerar som den grundläggande tekniska möjliggöraren för att uppnå miniatyrisering, hög kapacitans, låg ESR och bred-temperaturstabilitet i MLCC. Keramiska pulver delas in i baspulver och formulerade pulver. Baspulver använder nano-bariumtitanat med hög -renhet som huvuddelen av det keramiska dielektrikumet. Formulerade pulver innehåller dopämnen som sällsynta-jordartsmetaller (yttrium, holmium, dysprosium, etc.) för att säkerställa isolering, samt tillsatser som magnesium, mangan, vanadin, krom, molybden och volfram för att garantera temperaturstabilitet och tillförlitlighet. Dessa tillsatser måste fördelas jämnt med bariumtitanatpulvret för att kontrollera mikrostrukturen och de elektriska egenskaperna hos det dielektriska keramiska materialet under sintring.
MLCC som används i AI-servrar hålls till mycket strängare standarder än de för vanlig hemelektronik som smartphones och hushållsapparater. Detta lägger en dubbel drivkraft på keramiska pulver:
För det första driver finare partikelstorlekskrav keramiska pulver mot nanoskala, hög-renhetsuppgraderingar. Pulver måste göras finare, vilket driver tillverkarna mot nanoskala och hög-renhet. De dielektriska lagren i AI-server-MLCC:er är extremt tunna; för närvarande kontrolleras vanliga partikelstorlekar runt 100 nanometer, medan pulver för allmän konsumentelektronik oftast är över 200 nanometer. För att producera sådana ultra-fina pulver måste tillverkarna noggrant behärska nano-bariumtitanattillverkningsprocessen, exakt kontrollera partikelstorlekens enhetlighet och säkerställa god pulverspridning; annars tenderar fina partiklar att agglomerera, vilket skapar defekter inuti kondensatorn som direkt försämrar prestandan.
För det andra driver en multiplikativ ökning av antalet lager en kraftig ökning av konsumtionen av keramiskt pulver och dess kostnadsandel. För MLCC med hög-kapacitans som används i AI-applikationer förblir storleken på externa höljen oförändrad. För att packa mer kapacitans måste fler keramiska lager staplas. MLCC:er inom vanlig hemelektronik har vanligtvis 50 till 100 lager, medan versioner med hög-kapacitans för AI-servrar vanligtvis staplar 500 till 1 000 lager, med toppprodukter som når 1 300–1 600 lager. Varje lagers råmaterial är formulerat av bariumtitanatpulver. När skiktantalet ökar flera gånger, växer det keramiska pulvret som krävs per kondensator avsevärt. Som ett resultat av detta står keramiskt pulver nu för cirka 40 % av den totala kostnaden för sådana hög-kapacitanskondensatorer, vilket gör det till den största enskilda kostnadskomponenten för-råmaterial.