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1、第二章第二章 电容器陶瓷电容器陶瓷 电容器陶瓷高频PPT课件 片状电容器片状电容器贴片式多层陶瓷电容器贴片式多层陶瓷电容器MLCC MLCC 电容器陶瓷高频PPT课件1.电容的基础知识p1）概念：）概念：p能存储电荷的容器。能存储电荷的容器。p电容器基本模型是一种中间被电容器基本模型是一种中间被电介质材料电介质材料隔开的隔开的的双层导体电极所构成的单片器件。这种介质必的双层导体电极所构成的单片器件。这种介质必须是纯绝缘材料。电容器常用的介质材料有空气、须是纯绝缘材料。电容器常用的介质材料有空气、天然介质、合成材料。电容器所用陶瓷介质是以天然介质、合成材料。电容器所用陶瓷介质是以钛酸盐为主要成份
2、。钛酸盐为主要成份。电容器陶瓷高频PPT课件p通交隔直通交隔直p在充电或放电的过程中，两极板上的电荷有积累过在充电或放电的过程中，两极板上的电荷有积累过程，或者说极板上的电压有建立过程，因此电容器程，或者说极板上的电压有建立过程，因此电容器上的电压不能突变。上的电压不能突变。2 2）电容器两个重要的特性）电容器两个重要的特性电容器陶瓷高频PPT课件2.电容器的分类p陶瓷介质类（陶瓷介质类（1 1、2 2、3 3类）类）p有机薄膜类（聚酯有机薄膜类（聚酯PETPET、聚丙烯、聚丙烯PPPP、聚苯乙烯、聚苯乙烯PSPS、聚碳酸酯聚碳酸酯PCPC、聚、聚2,62,6萘乙烯酯萘乙烯酯PENPEN、聚苯
3、硫醚、聚苯硫醚PPSPPS）p电解类：钽、铝电解液、有机半导体络合盐电解类：钽、铝电解液、有机半导体络合盐TCNQTCNQ、导电聚合物阴极聚吡咯（导电聚合物阴极聚吡咯（PPYPPY） 聚噻吩（聚噻吩（PTNPTN）p其他类（云母、云母纸、空气）其他类（云母、云母纸、空气）电容器陶瓷高频PPT课件p陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优良的高频特性、品种繁多、价格低廉、便于大批良的高频特性、品种繁多、价格低廉、便于大批量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业仪器仪表等领域。仪器仪表等领域。p陶瓷电容器是目前
4、飞速发展的电子技术的基础之陶瓷电容器是目前飞速发展的电子技术的基础之一一, ,今后今后, ,随着集成电路（随着集成电路（IC)IC)、大规模集成电路、大规模集成电路(LSI)(LSI)的发展的发展, ,可以预计可以预计, ,陶瓷电容器将会有更大的陶瓷电容器将会有更大的发展。发展。电容器陶瓷高频PPT课件1、对电容器瓷的一般要求：、对电容器瓷的一般要求：介介电电常常数数大大，以以制制造造小小体体积积、重重量量轻轻的的陶陶瓷瓷电电容容器器，电容器体积电容器体积整机体积、重量整机体积、重量介介质质损损耗耗小小，tg=（16）10-4，保保证证回回路路的的高高Q值值。高介电容器瓷工作在高频下时高介电容
5、器瓷工作在高频下时、tg。对对I类类瓷瓷，介介电电系系数数的的温温度度系系数数要要系系列列化化。对对II类类瓷瓷，则用则用随温度的变化率表示（非线性）。随温度的变化率表示（非线性）。I类瓷类瓷II类瓷类瓷2-1概述概述电容器陶瓷高频PPT课件 体积电阻率体积电阻率v高（高（v1012cm）为保证高温时能有效工作，要求为保证高温时能有效工作，要求v高高抗电强度抗电强度Ep要高要高a、小型化，使、小型化，使=V/db、陶瓷材料的分散性，即使、陶瓷材料的分散性，即使Ep，可能仍有击穿，可能仍有击穿2-1概述概述电容器陶瓷高频PPT课件2、电容器瓷分类：、电容器瓷分类：2-1概述概述类瓷：高类瓷：高，
6、较大的较大的tgtg，强介陶瓷或称铁电陶瓷，强介陶瓷或称铁电陶瓷类瓷：类瓷：低介（低介（0+0的瓷料获得的瓷料获得0的瓷料。的瓷料。2-2电容器瓷的介电特性电容器瓷的介电特性电容器陶瓷高频PPT课件l金金红红石石型型和和钙钙钛钛矿矿型型结结构构的的陶陶瓷瓷具具有有特特殊殊的的结结构构，离离子子位位移移极极化化后后，产产生生强强大大的的局局部部内内电电场场，并并进进一一步步产产生生强强烈烈的的离离子子位位移移极极化化和和电电子子位位移移极极化化，使使得得作作用用在在离子上的内电场得到显著加强，故离子上的内电场得到显著加强，故大。大。l钛钛酸酸锶锶铋铋也也是是利利用用SrTiOSrTiO3 3钙钙
7、钛钛矿矿型型结结构构的的内内电电场场，而而加加入入钛钛酸酸铋铋等等，使使之之产产生生锶锶离离子子空空位位，产产生生离离子子松松弛弛极化，从而使极化，从而使增大。增大。四、四、产生高介电系数的原因产生高介电系数的原因2-2电容器瓷的介电特性电容器瓷的介电特性电容器陶瓷高频PPT课件 l低低温温下下高高频频电电容容器器瓷瓷的的tg较较小小，但但在在一一定定的的频频率率下下，当当温温度度超超过过某某一一临临界界温温度度后后，由由离离子子松松弛弛极极化化和和电电子子电电导导所所引引起起的的大大量量能能量量损损耗耗，使使材材料料的的介介质质损损耗耗急急剧剧地地增增大。大。l另另外外：TiO2的的二二次次
8、再再结结晶晶，破破坏坏晶晶粒粒的的均均匀匀度度，使使材材料的机械性能和介电性能恶化；料的机械性能和介电性能恶化；Ti4+Ti3+tg五、五、含钛陶瓷的介质损耗含钛陶瓷的介质损耗2-2电容器瓷的介电特性电容器瓷的介电特性电容器陶瓷高频PPT课件一、一、热补偿电容器瓷热补偿电容器瓷二、二、热稳定电容器瓷热稳定电容器瓷三、三、温度系数系列化的电容器瓷温度系数系列化的电容器瓷2-3高频电容器瓷高频电容器瓷电容器陶瓷高频PPT课件一、温度补偿电容器陶瓷一、温度补偿电容器陶瓷高频温度补偿电容器陶瓷的介电常数在高频温度补偿电容器陶瓷的介电常数在650650以下，介电常数以下，介电常数的温度系数较小，而且可通
9、过组成的调整，使介电常数的温的温度系数较小，而且可通过组成的调整，使介电常数的温度系数灵活地变化。介电常数的温度系数常为负值，用来补度系数灵活地变化。介电常数的温度系数常为负值，用来补偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持稳定。偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持稳定。1.1.金红石瓷金红石瓷：80809090，：-750-750-85010-85010-6-6/2.2.钛酸钙陶瓷钛酸钙陶瓷：150150160160：-230010-230010-6-6/( -60/( -60120 ) 120 ) -(1500 -(15001600)101600)10-6-6/( +20/
10、( +2080 ) 80 ) 电容器陶瓷高频PPT课件p1.1.金红石瓷金红石瓷 金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其主晶相为金红石（主晶相为金红石（TiOTiO2 2）。）。介电系数较高：介电系数较高：约约808090, 90, 有较大的负值约有较大的负值约为（为（-750-750- 850- 850）1010-6-6/, /, 介质损耗很小。介质损耗很小。温度补偿电容器陶瓷温度补偿电容器陶瓷电容器陶瓷高频PPT课件（1 1）配方中各种组成的作用或要求）配方中各种组成的作用或要求 Ti02 金红石瓷的主晶相化学组成是金红石瓷的主晶相化学组成是Ti0Ti
11、02 2，其加入，其加入数量、形态、晶粒大小等均会影响瓷体的性能。数量、形态、晶粒大小等均会影响瓷体的性能。电容器陶瓷高频PPT课件 金红石金红石板钛矿板钛矿锐钛矿锐钛矿晶系晶系立方晶系立方晶系斜方晶系斜方晶系正方晶系正方晶系八面体共棱数八面体共棱数2 2条条3 3条条4 4条条比重比重4.254.254.114.113.873.87莫氏硬度莫氏硬度6 65 56 65 56 6介电系数介电系数11411478783131自然界中自然界中TiOTiO2 2有三种晶型（同质异型体），其性能特点如下：有三种晶型（同质异型体），其性能特点如下：电容器陶瓷高频PPT课件由由此此可可见见，金金红红石石结
12、结构构最最稳稳定定、最最紧紧凑凑、介介电电系系数数最最大大、性性能能最最好好，锐锐钛钛矿矿最最差差。然然而而，工工业业用用TiO2主主要要是是锐锐钛钛矿矿和和微微量量的的金金红红石石，因因此此，必必须须在在12001300氧氧化化气气氛氛中中预预烧烧，使使TiO2全全部部转转变变为为金金红红石石结结构构，同同时时也也使使产产品品在在烧烧结结时时不不致致因因晶晶型型转变、体积收缩过大而变形或开裂。转变、体积收缩过大而变形或开裂。电容器陶瓷高频PPT课件 Ti0 Ti02 2的活性、晶粒大小及烧结温度与的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧预烧温度温度有关。经预烧过的有关。经预烧过的Ti0Ti02 2活
13、性降低，因此工厂一活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的般采用未预烧和预烧的Ti0Ti02 2以一定比例配合使用。以一定比例配合使用。电容器陶瓷高频PPT课件 高岭土、膨润土高岭土、膨润土 Ti0 Ti02 2没有可塑性，高岭土的加入可增加可塑没有可塑性，高岭土的加入可增加可塑性，降低烧结温度。当采用挤管或车坯等可塑法性，降低烧结温度。当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，需要部分膨润土代替成型时，可塑性要求更高，需要部分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于部分高岭土，但一般应少于4 4。电容器陶瓷高频PPT课件 碱土金属化合物碱土金属化合物 由于引入部分高岭土、膨润土，带入碱金属由
14、于引入部分高岭土、膨润土，带入碱金属离子，使电性能恶化，因此可利用压抑效应提高电离子，使电性能恶化，因此可利用压抑效应提高电性能。另外，也可起降低烧结温度的作用。一般性能。另外，也可起降低烧结温度的作用。一般CaFCaF2 2加入量加入量21010。微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求电容器陶瓷高频PPT课件微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求p2)2)在在-50-50+100+100谐振频率温度系数谐振频率温度系数f f该尽可能小，保证其该尽可能小，保证其在士在士30ppm/30ppm/以内，以确保高的频率稳定性。微波介质谐以内，以确保高的频率稳定性。微波介质
15、谐振器一般是以介质材料的某种谐振模式下的谐振频率为中振器一般是以介质材料的某种谐振模式下的谐振频率为中心工作频率，如果谐振频率温度系数过大，微波器件的中心工作频率，如果谐振频率温度系数过大，微波器件的中心频率将会产生较大的漂移，从而使器件无法稳定工作。心频率将会产生较大的漂移，从而使器件无法稳定工作。近于零的谐振频率温度系数是微波介质陶瓷材料研究者最近于零的谐振频率温度系数是微波介质陶瓷材料研究者最为关心的微波介电性能之一，对温度系数可调性的探索使为关心的微波介电性能之一，对温度系数可调性的探索使得许多新微波介电陶瓷得以开发。得许多新微波介电陶瓷得以开发。 电容器陶瓷高频PPT课件对介质谐振器
16、而言，其频率温度系数对介质谐振器而言，其频率温度系数f与介质的与介质的和和热膨胀系数热膨胀系数的关系为的关系为:作为理想的介质谐振器作为理想的介质谐振器f=0，而，而一般为一般为+(510)10-6/，因此，因此，介质材料的介质材料的应选择在应选择在-(1020)10-6/范围内最为适合范围内最为适合。电容器陶瓷高频PPT课件微波介质陶瓷的基本性能要求微波介质陶瓷的基本性能要求p3)3)在微波频段，介质损耗要小。在微波频段下，介电损耗在微波频段，介质损耗要小。在微波频段下，介电损耗要小，即介质的品质因子要高。要小，即介质的品质因子要高。使用低损耗的介质材料可以改善谐振器件的品质因子使用低损耗的
17、介质材料可以改善谐振器件的品质因子, ,对稳频用的谐振器来说对稳频用的谐振器来说, ,高高Q Q可以提高谐振频率控制精度可以提高谐振频率控制精度, ,抑制回路中的电子噪声。对滤波器来说抑制回路中的电子噪声。对滤波器来说, ,高高Q Q可以提高同带边缘可以提高同带边缘信号频率相应陡度信号频率相应陡度, ,提高频率的利用率。提高频率的利用率。在工作频率下在工作频率下,Q1000,Q1000即可满足基本的应用要求。即可满足基本的应用要求。此外此外, ,对于在某种具体条件下工作的微波介质陶瓷对于在某种具体条件下工作的微波介质陶瓷, ,除了满除了满足以上介电性能要求外足以上介电性能要求外, ,也要考虑到
18、材料的传热系数、绝缘也要考虑到材料的传热系数、绝缘电阻、相对密度和可加工性等因素。同时，材料还应该具电阻、相对密度和可加工性等因素。同时，材料还应该具有良好的物理、化学稳定性、热膨胀系数小、机械强度大有良好的物理、化学稳定性、热膨胀系数小、机械强度大等性能且材料表面、内部缺陷应尽可能少。等性能且材料表面、内部缺陷应尽可能少。电容器陶瓷高频PPT课件p（1 1）低）低和高和高Q Q值的值的MWDCMWDC。低。低和高和高Q Q值的微波介质陶瓷主值的微波介质陶瓷主要是要是BaO-MgO-TaBaO-MgO-Ta2 2O O5 5、BaO-ZnO-TaBaO-ZnO-Ta2 2O O5 5或或BaO
19、-MgO-NbBaO-MgO-Nb2 2O O5 5、BaO-BaO-ZnO-NbZnO-Nb2 2O O5 5系统或它们之间的复合系统系统或它们之间的复合系统MWDCMWDC材料。其材料。其=25=253030，Q=(1Q=(13)103)104 4( (在在f10GHzf10GHz下下) )，f f00。主要用于。主要用于f8GHzf8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。p具有具有A(BB)OA(BB)O3 3型结构的复合钙钛矿材料。因为具有低介型结构的复合钙钛矿材料。因为具有低介电损耗电损耗tantan和高介电常数而被广泛用作微波介质
20、谐振器。和高介电常数而被广泛用作微波介质谐振器。Ba(ZnBa(Zn1/31/3TaTa2/32/3)O)O3 3(BZT)(BZT)就是这类材料的典型代表，它的介电就是这类材料的典型代表，它的介电常数常数2929，在，在10GHz10GHz下品质因素下品质因素Q9000Q9000，谐振频率温度，谐振频率温度系数系数f f110110-6-6/。根据研究，在微波频率下，品质。根据研究，在微波频率下，品质因素因素Q Q随着钙钛矿晶胞的随着钙钛矿晶胞的B B位位ZnZn2+2+、TaTa5+5+的增加而增大。的增加而增大。 微波介质陶瓷的分类及研究现状微波介质陶瓷的分类及研究现状电容器陶瓷高频PP
21、T课件p（2 2）中等）中等和和Q Q值的值的MWDCMWDC。主要是以。主要是以BaTiBaTi4 4O O9 9、BaBa2 2TiTi9 9O O2020和和(Zr,Sn)TiO(Zr,Sn)TiO4 4等为基的微波介质材料，其中的等为基的微波介质材料，其中的4040，Q=Q=(6(69)109)103 3( (在在f=3f=34GHz4GHz下下) )，f f510510-6-6/。主要用。主要用于于4 48GHz8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。介质谐振器件。p国外报道的研究结果表明：在国外报道的研究结果表明：在4.
22、5 GHz4.5 GHz下，下，对于对于BaTiBaTi4 4O O9 9，=38=38，Q1310Q13103 3，f f=1.410=1.410-5-5/；对于对于BaBa2 2TiTi9 9O O2020，=39=39，Q1.210Q1.2103 3，f f=410=410-6-6/。p单相单相BaBa2 2TiTi9 9O O2020陶瓷具有很高的介电常数，很低的介电常数，陶瓷具有很高的介电常数，很低的介电常数，温度系数和微波介质损耗，特别适于制作微波介质谐振器温度系数和微波介质损耗，特别适于制作微波介质谐振器和卫星用滤波器等高介高频元器件。和卫星用滤波器等高介高频元器件。微波介质陶瓷
23、的分类及研究现状微波介质陶瓷的分类及研究现状电容器陶瓷高频PPT课件p（3 3）高）高而而Q Q值较低的值较低的MWDCMWDC。目前重点研究的用于。目前重点研究的用于0.80.84GHz4GHz频率范围内高频率范围内高介电常数微波介质陶瓷，主要有以下几种体系：介电常数微波介质陶瓷，主要有以下几种体系：钨青铜结构钨青铜结构BaO-LnBaO-Ln2 2O O3 3-TiO-TiO2 2系列。系列。19781978年年KolarKolar等人报道了等人报道了BaO-NdBaO-Nd2 2O O3 3-TiO-TiO2 2三三元系中富元系中富TiOTiO2 2区具有的微波介电性质后，由于此系统的介
24、电常数高，介质区具有的微波介电性质后，由于此系统的介电常数高，介质损耗低，具有优良的高频特性，因此吸引了许多研究者。许多学者将此类损耗低，具有优良的高频特性，因此吸引了许多研究者。许多学者将此类三元化合物固溶体的分子式写为三元化合物固溶体的分子式写为BaBa6-x6-xLnLn8+2x/38+2x/3TiTi1818O O5454( (简称简称BLTBLT体系体系) )； 复合钙钛矿复合钙钛矿CaO-LiCaO-Li2 2O-LnO-Ln2 2O O3 3-TiO-TiO2 2系列。该系列实际上是系列。该系列实际上是(Li(Li1/21/2LnLn1/21/2)TiO)TiO3 3和和CaTi
25、OCaTiO3 3复合而成的。复合而成的。CaTiOCaTiO3 3材料在微波频率下具有高材料在微波频率下具有高、低、低Q Q值、较大的正值、较大的正f f；而；而(Li(Li1/21/2LnLn1/21/2)TiO)TiO3 3则具有高则具有高和较大的负和较大的负f f。因而二者的复合有望制。因而二者的复合有望制备得到高备得到高和零和零f f的微波介质材料。的微波介质材料。 铅基钙钛矿系列。铅铅基钙钛矿系列。铅 基基 钙钙 钛钛 矿矿 系系 列列 主主 要要 是是 指指(Pb(Pb1-x1-xCaCax x)ZrO)ZrO3 3、(Pb(Pb1-x1-xCaCax x)(Mg)(Mg1/31
26、/3NbNb2/32/3)O)O3 3、(Pb(Pb1-x1-xCaCax x)(Fe)(Fe1/21/2NbNb1/21/2)O)O3 3、(Pb(Pb1-x1-xCaCax x)HfO)HfO3 3等系材料。等系材料。微波介质陶瓷的分类及研究现状微波介质陶瓷的分类及研究现状电容器陶瓷高频PPT课件微波介质陶瓷材料前景微波介质陶瓷材料前景p目前成为研发热点之一的目前成为研发热点之一的微波介质基片微波介质基片多层共烧多层共烧多层共烧多层共烧 结构结构，需，需要新型要新型低温烧结低温烧结低温烧结低温烧结 微波介质陶瓷系列，其中微波介质陶瓷系列，其中BiNbOBiNbO4 4-CuO-CuO系系B
27、iBi2 2O O3 3-CaO-Nb-CaO-Nb2 2O O5 5系系BiBi2 2O O3 3-CaO-ZnO-Nb-CaO-ZnO-Nb2 2O O5 5系系BaO-TiOBaO-TiO2 2-Nd-Nd2 2O O3 3- -BiBi2 2O O3 3系等，都获得了良好的预期结果。系等，都获得了良好的预期结果。p随着信息技术的加速发展，高品位广播用高频信息量迅速随着信息技术的加速发展，高品位广播用高频信息量迅速增大增大5 5倍以上，因而微波频段的利用将会迅速增加；此外，倍以上，因而微波频段的利用将会迅速增加；此外，汽车用无绳电话，便携式移动通信设备，微波接力机及全汽车用无绳电话，便携
28、式移动通信设备，微波接力机及全球卫星通信系统的集成化和组件化，使微波陶瓷的发展面球卫星通信系统的集成化和组件化，使微波陶瓷的发展面临严峻考验。临严峻考验。电容器陶瓷高频PPT课件几种微波介质瓷的性能几种微波介质瓷的性能陶瓷名称陶瓷名称Q Qf f/-1-1测定频率测定频率/GHz/GHzBa2Ti9O2039.839.880008000+2.0+2.04 4Ba(Mg1/3Ta2/3)O3+1%Mn3131500050000 01111Ba(Zn1/3Ta2/3)O3+1%Mn303014500145000.60.611.411.4Ba(Mg1/3Ta2/3)O3252516800168004.44.410.510.5(Zn,Sn)TiO3383813000130000 03 3(Mg,Ca)TiO2-La2O32121800080000 07 7电容器陶瓷高频PPT课件
