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陶瓷電容器的特點,有哪些種類?

日期: 2022-08-12
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  在我們的日常生活中,各種各樣的電子產品給我們的生活、工作、學習帶來了極大的便利。電子產品由許許多多細小的電子元器件構成,而電容器正是其中應用十分廣泛的電子元件之一。電容器種類眾多,在電路中發揮不同的作用,例如應用于電源電路,實現旁路、去耦、濾波和儲能的作用;應用于信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用。


  陶瓷電容器的特點,有哪些種類?


  而陶瓷電容器,顧名思義,就是一種介質材料為陶瓷的電容器,除此之外介質材料還有其他的無機介電材料(如玻璃、云母等),有機介電材料(如聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等)。一般陶瓷電容器和其他電容器相比,具有使用溫度較高、比容量大、耐潮濕性好、介質損耗較小、電容溫度系數可在大范圍內選擇等優點,因此在電子電路中受到廣泛的應用。 


  各類陶瓷電容器

  以下將分別介紹三種常見的陶瓷電容器。

  一、半導體陶瓷電容器

  半導體陶瓷電容分為表面型和晶界層型兩種類型,通常具有容量大,體積小,工作溫度范圍較廣泛,適用于濾波、旁路、耦合等電路中。

  半導體陶瓷電容器是一種微小型化電容器,即電容器在盡可能小的體積內獲得盡可能大的容量,這也是電容器發展的趨向之一。對于分離電容器組件來說,微小型化的基本途徑有兩個:①使介質材料的介電常數盡可能提高;②使介質層的厚度盡可能減薄。

  在陶瓷材料中,鐵電陶瓷的介電常數很高,通常用來制備陶瓷電容器,常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結構,如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體,也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結構。但是用鐵電陶瓷制造普通鐵電陶瓷電容器時,陶瓷介質很難做得很薄。首先是由于鐵電陶瓷的強度低,較薄時容易碎裂,難于進行實際生產操作,其次,陶瓷介質很薄時易于造成各種各樣的組織缺陷,生產工藝難度很大。

  陶瓷電容器的特點,有哪些種類?

  陶瓷電容器的特點,有哪些種類?


  半導體陶瓷電容器(1)表面型陶瓷電容器

  表面型半導體陶瓷電容器是指瓷片本體已半導化,然后使其表面重新氧化而形成很薄的介質層,之后再在瓷片兩面燒滲電極而形成電容器。

  通常用BaTiO3等半導體陶瓷的表面上形成的很薄的絕緣層作為介質層,而半導體陶瓷本身可視為電介質的串聯回路。表面層陶瓷電容器的絕緣性表面層厚度,根據不同的形成方式,波動于0.01~100μm之間。這樣既利用了鐵電陶瓷的很高的介電常數,又有效地減薄了介質層厚度,是制備微小型陶瓷電容器一個行之有效的方案。

  (2)晶界層陶瓷電容器

  晶界層型半導體陶瓷電容器是沿著半導體化的瓷體之晶粒邊界處形成絕緣層,再在瓷片兩面燒滲電極,因而形成多個串、并聯的電容器網。

  通常在晶粒發育比較充分的BaTiO3半導體陶瓷的表面上,涂覆適當的金屬氧化物(例如CuO或Cu2O、MnO2、Bi2O3、Tl2O3等),在適當溫度下,于氧化條件下進行熱處理,涂覆的氧化物將與BaTiO3形成低共溶液相,沿開口氣孔和晶界迅速擴散滲透到陶瓷內部,在晶界上形成一層薄薄的固溶體絕緣層。這種薄薄的固溶體絕緣層的電阻率很高(可達1012~1013Ω·cm),盡管陶瓷的晶粒內部仍為半導體,但是整個陶瓷體表現為顯介電常數很高的絕緣體介質。用這種瓷制備的電容器稱為晶界層陶瓷電容器(boundarglayer ceramic capacitor),簡稱BL電容器。

  二、高壓陶瓷電容器

  隨著電子工業的高速發展,迫切要求開發擊穿電壓高、損耗小、體積小、可靠性高的高壓陶瓷電容器。高壓陶瓷電容器的典型作用是可以消除高頻干擾,廣泛應用于負離子產品、激光、X光機、控測設備、高壓包、點火器、發生器、變壓器、電力設備、倍壓模塊、焊機、靜電噴涂及其他需要高壓高頻的機電設備。

  通常以以高介電常數的陶瓷擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質,涂敷金屬薄膜(通常為銀)經高溫燒結而形成電極,用鍍錫銅包鋼引線,外表涂以保護磁漆,或用環氧樹脂包封而成。其中鈦酸鋇基陶瓷材料具有介電系數高、交流耐壓特性較好的優點,但也有電容變化率隨介質溫度升高、絕緣電阻下降等缺點;鈦酸鍶晶體在常溫下為立方晶系鈣鈦礦結構,是順電體,不存在自發極化現象,在高電壓下鈦酸鍶基陶瓷材料的介電系數變化小,介質損耗及電容變化率小,這些優點使其作為高壓電容器介質是十分有利的。  


  高壓陶瓷電容器

  三、多層片式陶瓷電容器

  多層片式陶瓷電容器,也即我們通常說的MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors),是片式元件中應用最廣泛的一類,它是將內電極材料與陶瓷坯體以多層交替并聯疊合,并共燒成一個整體,又稱片式獨石電容器,具有小尺寸、高比容、高精度的特點,可貼裝于印制電路板、混合集成電路基片,有效地縮小電子信息終端產品的體積和重量,提高產品可靠性。

  

陶瓷電容器的特點,有哪些種類?


  MLCC的結構

  MLCC在電子線路中可以起到存儲電荷、阻斷直流、濾波,區分不同頻率及使電路調諧等作用。在高頻開關電源、計算機網絡電源和移動通信設備中,可部分取代有機薄膜電容器和電解電容器,并大大提敲高頻開關電源的濾波性能和抗干擾性能,順應了IT產業小型化、輕量化、高性能、多功能的發展方向。

  

陶瓷電容器的特點,有哪些種類?

  


  MLCC的制造流程

  MLCC的三大發展趨勢:

  (1)小型化

  對于便攜式攝錄機、手機等袖珍型電子產品,需要更加小型化的MLCC產品。另一方面,由于精密印刷電極和疊層工藝的進步,超小型MLCC產品也逐步面世和取得應用。

  (2)低成本化

  傳統MLCC由于采用昂貴的鈀電極或銀合金電極,其制造成本的70%被電極材料占去,包括高壓MLCC在內的新一代MLCC,采用了金屬材料鎳、銅作電極,大大降低了MLCC的成本,但是金屬內電極需要在較低的氧分壓下燒結以保證電極材料的導電性,而過低的氧分壓會帶來介質瓷料的半導化傾向,不利于元件的絕緣性和可靠性。

  (3)大容量、高頻化

  一方面,伴隨半導體器件低壓驅動和低功耗化,集成電路的工作電壓已由5V降低到3V和1.5V;另一方面,電源小型化需要小型、大容晶產品以替代體積大的鋁電解電容器。為了滿足這類低壓大容量MLCC的開發與應用,在材料方面,已開發出相對介電常數比BaTiO3高1~2倍的弛豫類高介電材料。

  而通信產業的快速發展對元器件的頻率要求越來越高,在高頻段的某些應用中可以替代薄膜電容器,目前我國高頻、超高頻MLCC產品與國外相比仍有一定的差距,其主要原因是缺乏基礎原料及其配方的研發力度。


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