《常用电容器综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用电容器综述（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常用电容器综述摘要电容器在电路中起到滤波、耦合、隔直流、储能的作用，广泛应用于各种家用电器、计算机、移动通信、汽车电子、智能电网、航空航天、轨道交通等领域，是电子设备中不可缺少的主要元件之一。本文主要对电容器进行综述。重点从电容器的分类及应用、电容器的结构及制作方法，还有器件的检测三方面进行了描述。关键词：电容器 MLCC 电解电容器 电解电容 一、 电容器的分类及应用根据分析统计，电容器主要有以下几种分类：按照电容器的容量是否可调分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。按介质的不同可以分为以下几类：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器、电热电容器和空气介质电容器等。有机介质电容器
2、可以分为纸介电容器、塑料电容器和其他有机介质电容器；无机介质电容器可以分为气体介质电容器、云母电容器、玻璃及玻璃釉电容器和瓷介电容器等；电解电容器可以分为钽电解电容器、铝电解电容器和铌电解电容器等。按用途分类还可以分为：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。高频旁路电容器可以分为陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器；低频旁路电容器可以分为纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器等；滤波电容器可以分为铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器和液体钽电容器等；调谐电容器可以分为陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器；低耦合电
3、容器可以分为纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体电容器；小型电容器可以分为金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器和云母电容器等。近年来，随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快，以平板电视（LCD 和 PDP） 、笔记本电脑、数码相机等产品为主的消费类电子产品产销量持续增长，带动了电容器产业增长。电容器也逐渐朝着高性能、微型化、片式化、组合化和集成化的方向发展。在现代电容器中，陶瓷电容器、有机介质电容器和电解电容器扮演者至关重要的角色。1. 陶瓷电容器陶瓷电容器的产量占总的电
4、容器产量的 50%以上，它是用高介电常数的电容器陶瓷（钛酸钡一氧化钛）挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成1。陶瓷电容器也有很多种分类，按介质材料可分为高介电常数电容器和低介电常数电容器； 按工作频率可分为高频瓷介电容器和低频瓷介电容器，低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合，这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿；按工作电压可分为高压瓷介电容器和低压瓷介电容器；按外形结构可分为圆片形、管形、穿心式、筒形以及叠片式等。按 EIA (Electronic Industries Associati
5、on)，陶瓷电容器分为三类： 类为温度稳定型；类为高介电常数型；类为半导型陶瓷电容器晶界层电容器。对于 I 类陶瓷电容器来说，它的介电常数一般小于 100，电气性能稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变而变化，属超稳定、低损耗的电容器介质材料，常用于对稳定性、可靠性要求较高的高频、超高频、甚高频的场合，例如金红石陶瓷。对于型陶瓷电容器，它的介电常数一般大于 1000，电气性能较稳定，适用于隔直、耦合、旁路和滤波电路及对可靠性要求较高的中、低频场合，例如铁电介质陶瓷。而对于型电容器陶瓷来说，它具有很高的介电常数，广泛应用于对容量稳定性和损耗要求不高的场合，例如表面型半导体陶瓷和晶界型半导体陶瓷。
6、在陶瓷电容器中，MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors 多层陶瓷片式电容器）重要性不容忽视。MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极） ，从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。此电容器是片式电容器中用量最大发展最快的电容器之一。MLCC 的容量范围大致为 1pF100F，其温度稳定性高，可生产耐高压 MLCC 产品。同时由于 MLCC 的电介质是无机陶瓷材料高温烧制外电极
7、均为金属材料，经烧渗工艺与陶瓷体有极强的附着力。因而 MLCC 不易受环境条件的影响，长期使用较其它片式电容器更为可靠。除此之外，MLCC 还有较好的可焊性和和较好的耐焊接能力。为适应超高频电路的需要，MLCC 还有专门用于微波段的 MLCC，在 100MHz1GHz 下仍有较高的品质因数。2. 电解电容器电解电容器的一个电极是用固体或液体电解质构成，电解电容器介质材料为具有单向导电作用的金属氧化物。另一极为阳极金属。电解电容器的阴极即是固体或液体电解质。无极性（双极性）电解电容器采用双氧化膜结构，类似于两只有极性电解电容器将两个负极相连接后构成，其两个电极分别为两个金属极板（均粘有氧化膜）相
8、连，两组氧化膜中间为电解质。有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波，退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。无极性电解电容器通常用于音响分频器电路、电视机 S校正电路及单相电动机的起动电路。电解电容器可以有以下几种分类途径，按电解质形式来分，有固体和液体电解质之分；按照介质材料性质或类别来分类，有钽、铝等电解电容器；按照阳极电极形式来分类可分为腐蚀箔电极、多孔性烧结块状电极；按照极性性质可以分为有极性和无极性电容器；按照性质、用途可以分为普通级和长寿级，一般用途和特殊要求，滤波电容和启动电容。电解电容器还有隔直流、去耦、耦合、滤波、温度补偿、计时、调谐、整流和储能的作用
9、。在隔直流方面，电解电容器的作用是阻止直流通过而让交流通过；在去耦方面，其为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路；在耦合方面，其作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路；在滤波方面，电解电容器对 DIY 而言很重要，显卡上的电容基本都是这个作用；在温度补偿方面，电解电容器可以针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性；在计时功能上，电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数；在调谐作用上，电解电容器对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机；在整流作用上，它可以在预定的时间开或者关半闭导体开关元件；在储能方面，它可以储存电能，用于必
10、须要的时候释放，例如相机闪光灯，加热设备等等。3. 有机薄膜电容器有机薄膜电容器是用聚丙烯薄膜、聚酯薄膜（PET） 、聚苯疏醚薄膜（PPS） 、聚碳酸酯薄膜（PC） 、聚苯亚甲萘薄膜（PEN） 、聚偏二氟乙烯薄膜（PVPF）等作电介质材料制造的电容器，是性能优、品种多、应用面广的电子元件之一，经历了有感式、无感式、金属化，叠片式、表面安装等发展历程。薄膜电容器是以有机塑料薄膜做介质，以金属箔或金属化薄膜做电极，通过卷绕方式制成（叠片结构除外） ，其中以聚酯膜介质和聚丙烯膜介质应用最广。目前国内有机薄膜电容器生产以聚酯薄膜电容器，聚丙烯薄膜电容器等为主，生产企业百多家，国有、集体、三资企业并存，
11、三资企业发展迅速，生产仍以传统直线型产品为主，小型，超小型次之，片式产品尚处于研发阶段。有机薄膜电容器可按介质材料分为聚酯膜和聚丙烯膜；按卷绕方式分为有感卷绕和无感卷绕；按电极型式分为有金属箔式和金属化薄膜。金属化薄膜电容器的特点：金属化薄膜电容即是在聚酯薄膜的表面蒸镀一层金属膜代替金属箔做为电极，因为金属化膜层的厚度远小于金属箔的厚度，因此卷绕后体积也比金属箔式电容体积小很多。金属化膜电容的最大优点是“自愈”特性。所谓自愈特性就是假如薄膜介质由于在某点存在缺陷以及在过电压作用下出现击穿短路，而击穿点的金属化层可在电弧作用下瞬间熔化蒸发而形成一个很小的无金属区，使电容的两个极片重新相互绝缘而仍
12、能继续工作，因此极大提高了电容器工作的可靠性。金属化薄膜电容器虽有上述巨大的优点，但与金属箔式电容相比，也有如下两项缺点：一是容量稳定性不如箔式电容器，这是由于金属化电容在长期工作条件易出现容量丢失以及自愈后均可导致容量减小，因此如在对容量稳定度要求很高的振荡电路使用，应选用金属箔式电容更好。另一主要缺点为耐受大电流能力较差，这是由于金属化膜层比金属箔要薄很多，承载大电流能力较弱。二、 电容器的结构及制作方法1. MLCC 陶瓷电容器结构与制备MLCC 的绝缘介质是陶瓷膜片；金属极板常用金属（白金、钯或银）的浆料印刷在膜片上，经叠片(采用交替层叠的形式)、烧结成一个整体，根据容量的需要，少则二
13、层，多则数十层,甚至上百层。他的端头为三层结构。介质材料由不同组分配制的陶瓷材料组成。由于陶瓷介质与内电极同时烧成，形成一个整体，故 MLCC 又简称为独石电容器。如图 1 所示图 1 MLCC 结构MLCC 所用材料目前大量生产中温（1100）或低温（1000）烧成的陶瓷材料采用的内电极为 30Pd70Ag，后者则采用(515)Pd 及(8595)Ag或纯 Ag 电极材料。近年来国外有的厂家已研制出以贱金属内电极材料，常用的有镍(Ni)、铁(Fe)、铜（Cu)等。以此类电极材料研制的 MLCC 必须在还原气氛中烧成。除此在瓷料制备工艺上也进行了大量的工作。MLCC 制造工序有流延法、印刷法和
14、喷涂法。工艺流程图 2 如下：图 2 MLCC 工艺流程2.电解电容器结构与制备电解电容器的介质：通过电化学方法在阀金属表面生成的氧化膜薄层，厚度为 0.011.5m；该氧化膜介质具有单向导电性，反向连接时，由于电导率大大增加使流过电容器的电流过大而损坏元件，所以电解电容器具有极性；电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。结构如图 3 所示。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电
15、极（注意和电介质区分） ，电解电容器因而得名。图 3 电解电容器结构铝电解电容器的结构已经多样化，除了上述液体铝电解电容器外还有固体铝电解电容器。其结构形式主要有两种，一种是箔式卷绕形的，另一种是铝粉烧结多孔块状的，所用的固体电解质主要是 MnO2。铝电解电容器的结构已经多样化，如双阳极结构、对阴极结构、书本式结构、三角式结构、片式结构。其中片式铝电解电容器的出现是铝电解电容器的又进步。因为如果没有高比容的铝箔、耐高温的电解液、优异的密封结构和精细的加工技术，是很难制出合乎要求的片式铝电解电容器的，目的，其片式化率还处于比较低的水平。另一种电解电容器是钽电解电容器，其结构有两种形式：箔式钽电解
16、电容器和钽粉烧结式电解电容器。 箔式钽电解电容器内部采用卷绕芯子，负极为液体电解质，介质为氧化钽。钽粉烧结式电解电容器阳极为高纯度的钽金属粉末，与粘合剂混合后，加压成型、经烧结形成多性的烧结体；绝缘介质为阳极表面生成的氧化钽；阴极为绝缘介质表面被覆二氧化锰层。片式钽电解电容器采用高纯度的钽粉末与黏合剂混合，埋入钽引脚后，在18002000的真空炉中烧结成多孔性的烧结体作为阳极；用硝酸锰热解反应，在烧结体表面形成固体电解质的二氧化锰作为阴极，经石墨层、导电涂料层涂敷后，进行阴、阳极引出线的连接，然后用模塑封装成型。圆柱形钽电容器由阳极、固体半导体阴极组成，采用环氧树脂封装。将作为阳极引脚的钽金属线放入钽金属粉末中，加压成型，然后在 16502000的高温真空炉中烧结成阳极芯片，将芯片放入磷酸等赋能电解液中进行阳极氧化，形成介质膜，通过钽金属线与非磁性阳极端子连接后作为阳极。然后浸入硝酸锰等溶液中，在 200400的气浴炉中进行热分解，形成二氧化锰固体电解质膜并作为阴极，成膜后，在二氧化锰
