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片式電容具有容量大，體積小，容易片式化等特點(diǎn)，是當(dāng)今移動通信設(shè)備、計算機(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)，簡稱片式疊層電容器(或進(jìn)一步簡稱為片式電容器)，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多層疊合的結(jié)構(gòu)，其實(shí)質(zhì)是由多個簡單平行板電容器的并聯(lián)體。因此，該電容器的電容量計算公式為
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、以及工作的時間(長期工作的穩(wěn)定性)等對不同的介質(zhì)會有不同的影響。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，對片式電容器選擇不能一味只考慮體積和價格，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。
