常用電容器綜述

1、常用電容器綜述摘要電容器在電路中起到濾波、耦合、隔直流、儲能的作用，廣泛應用于各種家用電器、計算機、移動通信、汽車電子、智能電網、航空航天、軌道交通等領域，是電子設備中不可缺少的主要元件之一。本文主要對電容器進行綜述。重點從電容器的分類及應用、電容器的結構及制作方法，還有器件的檢測三方面進行了描述。關鍵詞：電容器 MLCC 電解電容器 電解電容 一、 電容器的分類及應用根據(jù)分析統(tǒng)計，電容器主要有以下幾種分類：按照電容器的容量是否可調分三大類：固定電容器、可變電容器和微調電容器。按介質的不同可以分為以下幾類：有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質電容器等。有機介質電容器

2、可以分為紙介電容器、塑料電容器和其他有機介質電容器；無機介質電容器可以分為氣體介質電容器、云母電容器、玻璃及玻璃釉電容器和瓷介電容器等；電解電容器可以分為鉭電解電容器、鋁電解電容器和鈮電解電容器等。按用途分類還可以分為：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器。高頻旁路電容器可以分為陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器；低頻旁路電容器可以分為紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器等；濾波電容器可以分為鋁電解電容器、紙介電容器、復合紙介電容器和液體鉭電容器等；調諧電容器可以分為陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器；低耦合電

3、容器可以分為紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體電容器；小型電容器可以分為金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器和云母電容器等。近年來，隨著電子信息技術的日新月異，數(shù)碼電子產品的更新?lián)Q代速度越來越快，以平板電視（LCD和PDP）、筆記本電腦、數(shù)碼相機等產品為主的消費類電子產品產銷量持續(xù)增長，帶動了電容器產業(yè)增長。電容器也逐漸朝著高性能、微型化、片式化、組合化和集成化的方向發(fā)展。在現(xiàn)代電容器中，陶瓷電容器、有機介質電容器和電解電容器扮演者至關重要的角色。1. 陶瓷電容器陶瓷電容器的產量占總的電容器產

4、量的50%以上，它是用高介電常數(shù)的電容器陶瓷（鈦酸鋇一氧化鈦）擠壓成圓管、圓片或圓盤作為介質，并用燒滲法將銀鍍在陶瓷上作為電極制成1。陶瓷電容器也有很多種分類，按介質材料可分為高介電常數(shù)電容器和低介電常數(shù)電容器； 按工作頻率可分為高頻瓷介電容器和低頻瓷介電容器，低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或對穩(wěn)定性和損耗要求不高的場合，這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因為它們易于被脈沖電壓擊穿；按工作電壓可分為高壓瓷介電容器和低壓瓷介電容器；按外形結構可分為圓片形、管形、穿心式、筒形以及疊片式等。按EIA (Electronic Industries Association)，陶

5、瓷電容器分為三類：類為溫度穩(wěn)定型；類為高介電常數(shù)型；類為半導型陶瓷電容器晶界層電容器。對于I類陶瓷電容器來說，它的介電常數(shù)一般小于100，電氣性能穩(wěn)定，基本上不隨溫度、電壓、時間的改變而變化，屬超穩(wěn)定、低損耗的電容器介質材料，常用于對穩(wěn)定性、可靠性要求較高的高頻、超高頻、甚高頻的場合，例如金紅石陶瓷。對于型陶瓷電容器，它的介電常數(shù)一般大于1000，電氣性能較穩(wěn)定，適用于隔直、耦合、旁路和濾波電路及對可靠性要求較高的中、低頻場合，例如鐵電介質陶瓷。而對于型電容器陶瓷來說，它具有很高的介電常數(shù)，廣泛應用于對容量穩(wěn)定性和損耗要求不高的場合，例如表面型半導體陶瓷和晶界型半導體陶瓷。在陶瓷電容器中，ML

6、CC（Multi-layer Ceramic Capacitors多層陶瓷片式電容器）重要性不容忽視。MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多層陶瓷電容器英文縮寫。是由印好電極（內電極）的陶瓷介質膜片以錯位的方式疊合起來，經過一次性高溫燒結形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個類似獨石的結構體，故也叫獨石電容器。此電容器是片式電容器中用量最大發(fā)展最快的電容器之一。MLCC的容量范圍大致為1pF100F，其溫度穩(wěn)定性高，可生產耐高壓MLCC產品。同時由于MLCC的電介質是無機陶瓷材料高溫燒制外電極均為金屬材料，經燒滲工藝與陶瓷體有極

7、強的附著力。因而MLCC不易受環(huán)境條件的影響，長期使用較其它片式電容器更為可靠。除此之外，MLCC還有較好的可焊性和和較好的耐焊接能力。為適應超高頻電路的需要，MLCC還有專門用于微波段的MLCC，在100MHz1GHz下仍有較高的品質因數(shù)。2. 電解電容器電解電容器的一個電極是用固體或液體電解質構成，電解電容器介質材料為具有單向導電作用的金屬氧化物。另一極為陽極金屬。電解電容器的陰極即是固體或液體電解質。無極性（雙極性）電解電容器采用雙氧化膜結構，類似于兩只有極性電解電容器將兩個負極相連接后構成，其兩個電極分別為兩個金屬極板（均粘有氧化膜）相連，兩組氧化膜中間為電解質。有極性電解電容器通常在

8、電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波，退耦、信號耦合及時間常數(shù)設定、隔直流等作用。無極性電解電容器通常用于音響分頻器電路、電視機S校正電路及單相電動機的起動電路。電解電容器可以有以下幾種分類途徑，按電解質形式來分，有固體和液體電解質之分；按照介質材料性質或類別來分類，有鉭、鋁等電解電容器；按照陽極電極形式來分類可分為腐蝕箔電極、多孔性燒結塊狀電極；按照極性性質可以分為有極性和無極性電容器；按照性質、用途可以分為普通級和長壽級，一般用途和特殊要求，濾波電容和啟動電容。電解電容器還有隔直流、去耦、耦合、濾波、溫度補償、計時、調諧、整流和儲能的作用。在隔直流方面，電解電容器的作用是阻止直流通過而讓交

9、流通過；在去耦方面，其為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路；在耦合方面，其作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸?shù)较乱患夒娐?；在濾波方面，電解電容器對DIY而言很重要，顯卡上的電容基本都是這個作用；在溫度補償方面，電解電容器可以針對其它元件對溫度的適應性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩(wěn)定性；在計時功能上，電容器與電阻器配合使用，確定電路的時間常數(shù)；在調諧作用上，電解電容器對與頻率相關的電路進行系統(tǒng)調諧，比如手機、收音機、電視機；在整流作用上，它可以在預定的時間開或者關半閉導體開關元件；在儲能方面，它可以儲存電能，用于必須要的時候釋放，例如相機閃光燈，加熱設備等等。3. 有機

10、薄膜電容器有機薄膜電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）、聚苯亞甲萘薄膜（PEN）、聚偏二氟乙烯薄膜（PVPF）等作電介質材料制造的電容器，是性能優(yōu)、品種多、應用面廣的電子元件之一，經歷了有感式、無感式、金屬化，疊片式、表面安裝等發(fā)展歷程。薄膜電容器是以有機塑料薄膜做介質，以金屬箔或金屬化薄膜做電極，通過卷繞方式制成（疊片結構除外），其中以聚酯膜介質和聚丙烯膜介質應用最廣。目前國內有機薄膜電容器生產以聚酯薄膜電容器，聚丙烯薄膜電容器等為主，生產企業(yè)百多家，國有、集體、三資企業(yè)并存，三資企業(yè)發(fā)展迅速，生產仍以傳統(tǒng)直線型產品為主，小型，超小型次之，片

11、式產品尚處于研發(fā)階段。有機薄膜電容器可按介質材料分為聚酯膜和聚丙烯膜；按卷繞方式分為有感卷繞和無感卷繞；按電極型式分為有金屬箔式和金屬化薄膜。金屬化薄膜電容器的特點：金屬化薄膜電容即是在聚酯薄膜的表面蒸鍍一層金屬膜代替金屬箔做為電極，因為金屬化膜層的厚度遠小于金屬箔的厚度，因此卷繞后體積也比金屬箔式電容體積小很多。金屬化膜電容的最大優(yōu)點是“自愈”特性。所謂自愈特性就是假如薄膜介質由于在某點存在缺陷以及在過電壓作用下出現(xiàn)擊穿短路，而擊穿點的金屬化層可在電弧作用下瞬間熔化蒸發(fā)而形成一個很小的無金屬區(qū)，使電容的兩個極片重新相互絕緣而仍能繼續(xù)工作，因此極大提高了電容器工作的可靠性。金屬化薄膜電容器雖有

12、上述巨大的優(yōu)點，但與金屬箔式電容相比，也有如下兩項缺點：一是容量穩(wěn)定性不如箔式電容器，這是由于金屬化電容在長期工作條件易出現(xiàn)容量丟失以及自愈后均可導致容量減小，因此如在對容量穩(wěn)定度要求很高的振蕩電路使用，應選用金屬箔式電容更好。另一主要缺點為耐受大電流能力較差，這是由于金屬化膜層比金屬箔要薄很多，承載大電流能力較弱。二、 電容器的結構及制作方法1. MLCC陶瓷電容器結構與制備MLCC的絕緣介質是陶瓷膜片；金屬極板常用金屬（白金、鈀或銀）的漿料印刷在膜片上，經疊片(采用交替層疊的形式)、燒結成一個整體，根據(jù)容量的需要，少則二層，多則數(shù)十層,甚至上百層。他的端頭為三層結構。介質材料由不同組分配制

13、的陶瓷材料組成。由于陶瓷介質與內電極同時燒成，形成一個整體，故MLCC又簡稱為獨石電容器。如圖1所示圖1 MLCC結構 MLCC所用材料目前大量生產中溫（1100）或低溫（1000）燒成的陶瓷材料采用的內電極為30Pd70Ag，后者則采用(515)Pd及(8595)Ag或純Ag電極材料。近年來國外有的廠家已研制出以賤金屬內電極材料，常用的有鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅（Cu)等。以此類電極材料研制的MLCC必須在還原氣氛中燒成。除此在瓷料制備工藝上也進行了大量的工作。MLCC制造工序有流延法、印刷法和噴涂法。工藝流程圖2如下：圖2 MLCC工藝流程2.電解電容器結構與制備電解電容器的介質：通過電

14、化學方法在閥金屬表面生成的氧化膜薄層，厚度為0.011.5m；該氧化膜介質具有單向導電性，反向連接時，由于電導率大大增加使流過電容器的電流過大而損壞元件，所以電解電容器具有極性；電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁/鉭五氧化物）作為電介質，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。結構如圖3所示。鋁電解電容器的負電極由浸過電解質液（液態(tài)電解質）的薄紙/薄膜或電解質聚合物構成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質作為負電極（注意和電介質區(qū)分），電解電容器因而得名。圖3 電解電容器結構鋁電解電容器的結構已經多樣化，除了上述液體鋁電

15、解電容器外還有固體鋁電解電容器。其結構形式主要有兩種，一種是箔式卷繞形的，另一種是鋁粉燒結多孔塊狀的，所用的固體電解質主要是MnO2。鋁電解電容器的結構已經多樣化，如雙陽極結構、對陰極結構、書本式結構、三角式結構、片式結構。其中片式鋁電解電容器的出現(xiàn)是鋁電解電容器的又進步。因為如果沒有高比容的鋁箔、耐高溫的電解液、優(yōu)異的密封結構和精細的加工技術，是很難制出合乎要求的片式鋁電解電容器的，目的，其片式化率還處于比較低的水平。另一種電解電容器是鉭電解電容器，其結構有兩種形式：箔式鉭電解電容器和鉭粉燒結式電解電容器。 箔式鉭電解電容器內部采用卷繞芯子，負極為液體電解質，介質為氧化鉭。 鉭粉燒結式電解電

16、容器陽極為高純度的鉭金屬粉末，與粘合劑混合后，加壓成型、經燒結形成多性的燒結體；絕緣介質為陽極表面生成的氧化鉭；陰極為絕緣介質表面被覆二氧化錳層。片式鉭電解電容器采用高純度的鉭粉末與黏合劑混合，埋入鉭引腳后，在18002000的真空爐中燒結成多孔性的燒結體作為陽極；用硝酸錳熱解反應，在燒結體表面形成固體電解質的二氧化錳作為陰極，經石墨層、導電涂料層涂敷后，進行陰、陽極引出線的連接，然后用模塑封裝成型。圓柱形鉭電容器由陽極、固體半導體陰極組成，采用環(huán)氧樹脂封裝。將作為陽極引腳的鉭金屬線放入鉭金屬粉末中，加壓成型，然后在16502000的高溫真空爐中燒結成陽極芯片，將芯片放入磷酸等賦能電解液中進行

17、陽極氧化，形成介質膜，通過鉭金屬線與非磁性陽極端子連接后作為陽極。然后浸入硝酸錳等溶液中，在200400的氣浴爐中進行熱分解，形成二氧化錳固體電解質膜并作為陰極，成膜后，在二氧化錳層上沉積層石墨，再涂銀漿，均環(huán)氧樹脂封裝，最后打上標志。3.有機薄膜電容器結構與制備有機薄膜電容器的制造有兩種結構。一種結構是用兩層7m厚的鋁箔作極板，再用兩層有機薄膜為介質，采用卷繞工藝制成四層結構的電容器，如下圖4所示。這種結構電容器的有機薄膜和鋁箔可分離，稱為箔式電容器。圖4 箔式電容器結構另一種結構是以有機薄膜為介質，直接在它的單面制一層20nm厚的金屬膜作為極板。有機薄膜的主要成分是共價鍵的炭氫化合物，所以

18、介電常數(shù)很小，即使采用復合材料的方法也在20以下。為提高電容器的比容，主要采用降低薄膜的最小厚度的方法。端頭內層銅鋅合金，外層錫鉛合金。如下圖5所示。圖5 薄膜電容器結構制取金屬膜的方法有多種：可用物理或化學的方法取得金屬液，然后均勻地噴在有機薄膜上成為金屬膜極板；可采用鍍金工藝，在有機薄膜單面均勻地鍍一層金屬膜，同樣可制得極板；可用蒸發(fā)工藝將金屬蒸鍍到有機薄膜單面形成極板。三、 電容器性能檢測1. MLCC多層陶瓷電容器性能檢測電性能測試分選是通過專門的電性能測試分選設備對MLCC的容量、損耗角正切、絕緣電阻、耐電壓等電性能作出判斷。利用四參數(shù)測試機，可同時檢測容量、損耗角正切、絕緣電阻、耐

19、電壓四個參數(shù)，適用于測試各種不同尺寸、不同種類的MLCC產品。另一種測試設備為六軌電容測試機，具備四參數(shù)測試機優(yōu)點的同時還具有檢測更精確、效率更高等有點，并且可以對各項電性能進行處理分析。測試MLCC時應控制溫度，要求在2326之間，過高的溫度會導致電容容值的不穩(wěn)定，會影響測試后電容的性能。還要控制濕度，要求在65%以下，濕度若太高會導致測試機開路漏電流過高，影響測量的準確度。測試針的清潔控制，測試針在使用一段時間后會在尖端處產生磨損或污垢，這種磨損或污垢的狀況會導致電容測量誤差，影響準確度（必須經常清潔測試針，以確保測量的準確度）。電容在測試時都需要對其漏電流進行設置，漏電流的設置要根據(jù)電容

20、的性能進行設置。設置過小會影響電容測試的入料率，過大會影響電容測試的準確度，會把不合格的電容誤判為合格的電容。2. 電解電容器性能檢測正、負極性的判別：有極性鋁電解電容器外殼上的塑料封套上，通常都標有+(正極)或-負極。未剪腳的電解電容器，長引腳為正極，短引腳為負極。對于標志不清的電解電容器，可以根據(jù)電解電容器反向漏電流比正向漏電流大這一特性，通過用萬用表的RX10K檔測量電容器兩端的正、反向電阻值來判別。當表針穩(wěn)定時，比較兩次所測電阻值讀數(shù)的大小。在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接的是電容器的正極，紅表筆接的是電容器的負極。電容量和漏電電阻的測量：電容器最好使用電感電容表或具有電容測量功能的

21、數(shù)字萬用表測量。若無此類儀表，也可用指針式萬用表來估測其電容量。用萬用表測量電解電容器時，應根據(jù)被測電容器的電容量選擇適當?shù)牧砍?。通常?uF與2.2uF的電解電容器用RX10K檔，4.7-22uF的電解電容器用RX1K檔，47-220uF的電解電容器用RX100檔，470-4700uF的電解電容器用RX10檔，大于4700uF的電解電容器用RX1檔。利用萬用表內部電池給電容器進行正、反向充電，通過觀察萬用表指針向右擺動幅度的大小，即可估測出電容器的容量。 將萬用表置于適當?shù)牧砍?。將其兩表筆短接后調零。黑表筆接電解電容器的正極，紅表筆接其負極時，電容器開始充電，所以萬用表指針緩慢向右擺動，擺動至某一角度后（充電結束后）又會慢慢向左返回（表針通常不能返回8的位置）