Q:什么是片式電容,？片式電容是什么意思,？

片式電容具有容量大，體積小,，容易片式化等特點(diǎn),，是當(dāng)今移動(dòng)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)板卡以及家電遙控器中使用最多的元件之一,。為了滿足電子設(shè)備的整機(jī)向小型化,、大容量化、高可靠性和低成本方向發(fā)展的需要,，片式電容本身也在迅速地發(fā)展：種類不斷增加,，體積不斷縮小，性能不斷提高,，技術(shù)不斷進(jìn)步,，材料不斷更新，輕薄短小系列產(chǎn)品已趨向于標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,。其應(yīng)用正逐步由消費(fèi)類設(shè)備向投資類設(shè)備滲透和發(fā)展,。

此外，片式電容還在朝著多元化的方向發(fā)展：①為了適應(yīng)便攜式通信工具的需求,，片式電容器正向低電壓,、大容量、超小和超薄的方向發(fā)展,。②為了適應(yīng)某些電子整機(jī)(如軍用通信設(shè)備)的發(fā)展,，高耐壓、大電流,、大功率,、超高Q值、低ESR型的中高壓片式電容器也是目前的一個(gè)重要的發(fā)展方向,。③為了適應(yīng)線路高度集成化的要求,，多功能復(fù)合片式電容器正成為技術(shù)研究熱點(diǎn),。

1、片式疊層陶瓷介質(zhì)電容器

在片式電容器里用得最多的是片式疊層陶瓷介質(zhì)電容器,。

片式疊層陶瓷電容器(MLCC),，簡(jiǎn)稱片式疊層電容器(或進(jìn)一步簡(jiǎn)稱為片式電容器)，是由印好電極(內(nèi)電極)的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來,，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片,，再在芯片的兩端封上金屬層(外電極)，從而形成一個(gè)類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體,，故也叫獨(dú)石電容器,，如圖1所示。

圖1表明,，片式疊層陶瓷電容器是一個(gè)多層疊合的結(jié)構(gòu),，其實(shí)質(zhì)是由多個(gè)簡(jiǎn)單平行板電容器的并聯(lián)體。因此,，該電容器的電容量計(jì)算公式為 C=NKA／t

式中,，C為電容量；N為電極層數(shù),；K為介電常數(shù)(俗稱K值),；A為相對(duì)電極覆蓋面積；t為電極間距(介質(zhì)厚度),。

由此式可見,，為了實(shí)現(xiàn)片式疊層陶瓷電容器大容量和小體積的要求。只要增大N(增加層數(shù))便可增大電容量,。當(dāng)然采用高K值材料(降低穩(wěn)定性能),、增加A(增大體積)和減小t(降低電壓耐受能力)也是可以采取的辦法。

這里特別說一說介電常數(shù)K值,，它取決于電容器中填充介質(zhì)的陶瓷材料,。電容器使用的環(huán)境溫度、工作電壓和頻率,、以及工作的時(shí)間(長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性)等對(duì)不同的介質(zhì)會(huì)有不同的影響,。通常介電常數(shù)(K值)越大，穩(wěn)定性,、可靠性和耐用性能越差,。

常用的陶瓷介質(zhì)的主要成分是MgTiO3、CaTiO3,、SrTiO3和TiO2再加入適量的稀土類氧化物等配制而成,。其特點(diǎn)是介質(zhì)系數(shù)較大、介質(zhì)損耗低,、溫度系數(shù)小,、環(huán)境溫度適用范圍廣和高頻特性好，用在要求較高的場(chǎng)合(I類瓷介電容器)中,。

另一類是低頻高介材料稱為強(qiáng)介鐵電陶瓷,，常用作Ⅱ類瓷介電容器的介質(zhì)，一般以BaTiO3為主體的鐵電陶瓷,，其特點(diǎn)是介電系數(shù)特別高,，達(dá)到數(shù)千，甚至上萬,；但是介電系數(shù)隨溫度呈非線性變化,，介電常數(shù)隨施加的外電場(chǎng)也有非線性關(guān)系。

目前最常用的多層陶瓷電容器介質(zhì)有三個(gè)類型：COG或NPO是超穩(wěn)定材料,，K值為10～100,；X7R是較穩(wěn)定的材料，K值為2 000～4 000,；Y5V或Z5U為一般用途的材料,，K值為5 000～25 000。在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)里則分為I類陶瓷(C C 4和CC41)及Ⅱ類陶瓷(CT4和CT41)兩種,。上述材料中,，COG和NPO為超穩(wěn)定材料，在-55℃～+125℃范圍內(nèi)電容器的容量變化不超過± 30ppm／℃,。

其余材料是按其工作溫度的范圍和電容量的變化率來命名的,。詳見表1。

 

幾種常用的片式電容器的介質(zhì)材料中：

X7R代表使用溫度范圍為-50℃至+125℃,；在此范圍內(nèi)的電容量變化可達(dá)到±15％,。

Z5U代表使用溫度范圍為+10℃至+85℃；在此范圍內(nèi)的電容量變化從-56%至+22%,。

Y5V代表使用溫度范圍為-30℃至+85℃,；在此范圍內(nèi)的電容量變化從-82%至+22%。

這些關(guān)系表明,，在實(shí)際使用時(shí),，對(duì)片式電容器選擇不能一味只考慮體積和價(jià)格，如果有使用的環(huán)境溫度問題,，還應(yīng)當(dāng)注意電容器的介質(zhì)帶來的電容量變化問題,。圖2畫出了不同材質(zhì)電容器電容量以及介質(zhì)損耗隨溫度變化的曲線。

下面是不同材質(zhì)電容器的性能和應(yīng)用事項(xiàng)：

①NPO電容器

NPO電容器是電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定的電容器,。它的填充介質(zhì)是由銣,、釤和一些其它稀有氧化物組成的。在溫度從-55℃到+125℃時(shí)容量變化為0±30ppm／℃,，電容量隨頻率及相對(duì)使用壽命的變化都非常小,。

隨封裝形式不同,，其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的NPO電容器要比小封裝尺寸的頻率特性好,。

NPO電容器適合用于振蕩器,、諧振器的槽路電容，以及高頻電路中的耦合電容,。

②X7R電容器

X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型的陶瓷電容器,。當(dāng)溫度在-55℃到+125℃時(shí)其容量變化為15％，需要注意的是此時(shí)電容器容量變化是非線性的,。

X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下是不同的,，它也隨時(shí)間的變化而變化，但是要比Z5U和Y5V電容器好得多,。

X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用,，而且當(dāng)電壓變化時(shí)其容量變化是可以接受的條件下。它的主要特點(diǎn)是在相同的體積下電容量可以做的比較大,。

③Z5U電容器

Z5U電容器稱為“通用”陶瓷片式電容器,。它最主要優(yōu)點(diǎn)的是小尺寸和低成本。對(duì)于已經(jīng)講過的三種片式電容來說,，在同樣的體積下,，Z5U電容器具有最大的電容量。但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大,，另外介質(zhì)損耗可以達(dá)到3％,。

盡管它的容量不穩(wěn)定，但是這種電容器所特有的體積小,、等效串聯(lián)電感(ESL)和等效串聯(lián)電阻(ESR)低,、以及良好的頻率響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使得這種電容器還是獲得了廣泛的應(yīng)用,，尤其是在退耦電路的應(yīng)用中,。

④Y5V電容器

Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器，在-30℃到+85℃范圍內(nèi)其容量變化可以達(dá)到+22％至-82％,，另外介質(zhì)損耗可以達(dá)到5％,。但是Y5V的高介電常數(shù)允許在較小的物理尺寸下制造出高達(dá)4．7μF的電容器。

下面是用以說明片式電容器性能的主要技術(shù)指標(biāo)：

①容量與誤差：實(shí)際電容量和標(biāo)稱電容量允許的最大偏差范圍,。

常用的電容器其精度等級(jí)和電阻器的表示方法相同,。用字母表示：D級(jí)：±0．5％；F級(jí)：±1％,；G級(jí)：±2％,；J級(jí)：±5％；K級(jí)：±10％；M級(jí)：±20％,。

②額定工作電壓：電容器在電路中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定,、可靠工作，所承受的最大直流電壓,，又稱耐壓,。對(duì)于結(jié)構(gòu)、介質(zhì),、容量相同的器件，耐壓越高,，體積越大,。

③溫度系數(shù)：在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1℃,，電容量的相對(duì)變化值,。溫度系數(shù)越小越好。

④絕緣電阻：用來表明漏電大小的,。一般小

容量的電容,，絕緣電阻很大，在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆,。電解電容的絕緣電阻一般較小,。相對(duì)而言，絕緣電阻越大越好,，漏電也小,。

⑤損耗：在電場(chǎng)的作用下，電容器在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量,。這些損耗主要來自介質(zhì)損耗和金屬損耗,。通常用損耗角正切值來表示。

⑥頻率特性：電容器的電參數(shù)隨電場(chǎng)頻率而變化的性質(zhì),。在高頻條件下工作的電容器,，由于介電常數(shù)在高頻時(shí)比低頻時(shí)小，電容量也相應(yīng)減小,。損耗也隨頻率的升高而增加,。另外，在高頻工作時(shí),，電容器的分布參數(shù),，如極片電阻、引線和極片間的電阻,、極片的自身電感,、引線電感等，都會(huì)影響電容器的性能。所有這些,，使得電容器的使用頻率受到限制,。

在實(shí)際使用中，除了要注意環(huán)境溫度變化對(duì)電容器電容量變化的影響外,，還要注意工作電壓和儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)電容器電容量變化的影響,。

①電容器的使用電壓對(duì)電容器的電容量有影響，穩(wěn)定性低的介質(zhì),，在施加額定工作電壓后容量會(huì)大幅度下降(見圖3),，以至達(dá)不到使用效果，這一點(diǎn)在選擇電容器時(shí)必須給以充分注意(不能一味追求大容量和小體積,，必須在容量和使用電壓上留有充分余地),。

②儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)電容器的容量也有影響，對(duì)超穩(wěn)定的電容器,，如COG和X7R,，隨時(shí)間增長(zhǎng)電容器容量的變化不大?？墒荶5U／Y5V這類電容,，隨時(shí)間增長(zhǎng)，存放1 000小時(shí)的電容量變化可以高達(dá)5％～10％,，或更大,。但是這類電容器容量的老化是可逆的。每次將電容溫度升到125℃,，老化過程便重新開始,。所以當(dāng)這類電容器的存放時(shí)間超過1000小時(shí)后所發(fā)生的容量偏低現(xiàn)象不屬于產(chǎn)品的質(zhì)量問題，其特性是符合國(guó)際規(guī)范的,。對(duì)于容量偏低的電容器的通用解決辦法是,，即將電容器放在150℃左右的環(huán)境下預(yù)熱1小時(shí)。其電容量就恢復(fù)正常值,。

2,、片式電容器在設(shè)備電磁干擾抑制中的應(yīng)用

片式電容器在一般電子電路中的主要應(yīng)用有：濾波、耦合,、去耦,、旁路、諧振,、時(shí)間常數(shù)(定時(shí))和反饋等等,。其中：

①濾波：并聯(lián)在電源電路的正負(fù)極之間，把電路中無用的交流去掉(或?qū)⒄骱蟮膯蜗蛎}動(dòng)電壓中的交流分量濾掉,，使單向脈動(dòng)變成平滑的直流),。

②去耦：并接于電路電源接線的正負(fù)極之間,，可防止各部分電路通過電源內(nèi)阻引起的相互干擾(嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩)。

③旁路：并接在電阻兩端或由某點(diǎn)直接跨接至共用電位點(diǎn),，為交直流信號(hào)中的交流或脈動(dòng)信號(hào)設(shè)置一條通路,，避免交流成分在通過電阻時(shí)產(chǎn)生壓降。

片式電容器在設(shè)備中的電磁干擾抑制,，實(shí)際上只是片式電容器在電路中應(yīng)用的一個(gè)方面,，只不過為了突出《片式電磁兼容對(duì)策器件》中的“對(duì)策”作用，才把它專門列成一節(jié),。

上面講到的電源線路濾波和去耦也是設(shè)備電磁干擾抑制應(yīng)用的一部分,。此外還有信號(hào)線的共模濾波，信號(hào)線和電源線的輻射抑制等,。

為了使片式電容干擾抑制的效果更加顯現(xiàn),，有時(shí)往往還要與片式磁珠和片式電感器結(jié)合起來一起使用。現(xiàn)時(shí)還有一種將電容和電感綜合在一個(gè)元件里的片式疊層復(fù)合器件可以供應(yīng),，使得使用更加方便，使用效果也更好,。

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