陶瓷電容器基礎知識

1、陶瓷電容器基礎知識陶瓷電容器基礎知識 陶瓷電容器概述陶瓷電容器概述 1900年意大利年意大利l.隆巴迪發(fā)明陶瓷介質(zhì)電容器。隆巴迪發(fā)明陶瓷介質(zhì)電容器。30年代末人們發(fā)現(xiàn)在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常年代末人們發(fā)現(xiàn)在陶瓷中添加鈦酸鹽可使介電常數(shù)成倍增長數(shù)成倍增長,因而制造出較便宜的瓷介質(zhì)電容器。因而制造出較便宜的瓷介質(zhì)電容器。 1940年前后人們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在的陶瓷電容器的主要年前后人們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在的陶瓷電容器的主要原材料原材料batio3(鈦酸鋇鈦酸鋇)具有絕緣性后，開始將陶具有絕緣性后，開始將陶瓷電容器使用于對既小型、精度要求又極高的軍瓷電容器使用于對既小型、精度要求又極高的軍事用電子設備當中。而陶瓷

2、疊片電容器于事用電子設備當中。而陶瓷疊片電容器于1960年年左右作為商品開始開發(fā)。到了左右作為商品開始開發(fā)。到了1970年，隨著混合年，隨著混合ic、計算機、以及便攜電子設備的進步也隨之迅、計算機、以及便攜電子設備的進步也隨之迅速的發(fā)展起來，成為電子設備中不可缺少的零部速的發(fā)展起來，成為電子設備中不可缺少的零部件?，F(xiàn)在的陶瓷介質(zhì)電容器的全部數(shù)量約占電容件?，F(xiàn)在的陶瓷介質(zhì)電容器的全部數(shù)量約占電容器市場的器市場的70%左右。左右。陶瓷電容器概述陶瓷電容器概述 陶瓷介質(zhì)電容器的絕緣體材料主要使用陶瓷，其基本構(gòu)造是將陶瓷和內(nèi)部電極交相重疊。陶瓷材料有幾個種類。自從考慮電子產(chǎn)品無害化特別是無鉛化后，高介

3、電系數(shù)的pb（鉛）退出陶瓷電容器領域，現(xiàn)在主要使用tio2(二氧化鈦)、 batio3, cazro3(鋯酸鈣)等。和其它的電容器相比具有體積小、容量大、耐熱性好、適合批量生產(chǎn)、價格低等優(yōu)點。陶瓷電容器概述陶瓷電容器概述 由于原材料豐富，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，而且電由于原材料豐富，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，而且電容量范圍較寬（一般有幾個容量范圍較寬（一般有幾個pf到上百到上百f），損耗），損耗較小，電容量溫度系數(shù)可根據(jù)要求在很大范圍內(nèi)較小，電容量溫度系數(shù)可根據(jù)要求在很大范圍內(nèi)調(diào)整。調(diào)整。 陶瓷電容器品種繁多，外形尺寸相差甚大從陶瓷電容器品種繁多，外形尺寸相差甚大從0402（約（約10.5mm）封裝的貼

4、片電容器到大型的功）封裝的貼片電容器到大型的功率陶瓷電容器。按使用的介質(zhì)材料特性可分為率陶瓷電容器。按使用的介質(zhì)材料特性可分為型、型、型和半導體陶瓷電容器；按無功功率大小型和半導體陶瓷電容器；按無功功率大小可分為低功率、高功率陶瓷電容器；按工作電壓可分為低功率、高功率陶瓷電容器；按工作電壓可分為低壓和高壓陶瓷電容器；按結(jié)構(gòu)形狀可分可分為低壓和高壓陶瓷電容器；按結(jié)構(gòu)形狀可分為圓片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、疊為圓片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、疊片、獨石、塊狀、支柱式、穿心式等。片、獨石、塊狀、支柱式、穿心式等。 陶瓷電容器的分類陶瓷電容器的分類 陶瓷電容器從介質(zhì)類型主要可以分為兩類，

5、即陶瓷電容器從介質(zhì)類型主要可以分為兩類，即類陶類陶瓷電容器和瓷電容器和類陶瓷電容器。類陶瓷電容器。 類陶瓷電容器（類陶瓷電容器（class ceramic capacitor），過），過去稱高頻陶瓷電容器（去稱高頻陶瓷電容器（high-freqency ceramic capacitor），是指用介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高、介電），是指用介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高、介電常數(shù)隨溫度呈線性變化的陶瓷介質(zhì)制造的電容器。它常數(shù)隨溫度呈線性變化的陶瓷介質(zhì)制造的電容器。它特別適用于諧振回路，以及其它要求損耗小和電容量特別適用于諧振回路，以及其它要求損耗小和電容量穩(wěn)定的電路，或用于溫度補償。穩(wěn)定的電路，或用于溫度補

6、償。 類陶瓷電容器（類陶瓷電容器（class ceramic capacitor）過）過去稱為為低頻陶瓷電容器（去稱為為低頻陶瓷電容器（low frequency cermic capacitor），指用鐵電陶瓷作介質(zhì)的電容器，因此也），指用鐵電陶瓷作介質(zhì)的電容器，因此也稱鐵電陶瓷電容器。這類電容器的比電容大，電容量稱鐵電陶瓷電容器。這類電容器的比電容大，電容量隨溫度呈非線性變化，損耗較大，常在電子設備中用隨溫度呈非線性變化，損耗較大，常在電子設備中用于旁路、耦合或用于其它對損耗和電容量穩(wěn)定性要求于旁路、耦合或用于其它對損耗和電容量穩(wěn)定性要求不高的電路中。不高的電路中。 類陶瓷電容器類陶瓷電容

7、器 按美國電工協(xié)會（按美國電工協(xié)會（eia）標準為）標準為c0g（是數(shù)字（是數(shù)字0，不是，不是字母字母o，有些文獻筆誤為，有些文獻筆誤為cog）或）或np0（是數(shù)字（是數(shù)字0，不，不是字母是字母o，有些文獻筆誤為，有些文獻筆誤為npo）以及我國標準的）以及我國標準的cc系列等型號的陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為系列等型號的陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為030ppm/），），這種介質(zhì)極其穩(wěn)定，溫度系數(shù)極低，而且不會出現(xiàn)老化這種介質(zhì)極其穩(wěn)定，溫度系數(shù)極低，而且不會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，損耗因數(shù)不受電壓、頻率、溫度和時間的影響，現(xiàn)象，損耗因數(shù)不受電壓、頻率、溫度和時間的影響，介電系數(shù)可以達到介電系數(shù)可以達到400，介電強度相對

8、高。這種介質(zhì)非，介電強度相對高。這種介質(zhì)非常適用于高頻（特別是工業(yè)高頻感應加熱的高頻功率振常適用于高頻（特別是工業(yè)高頻感應加熱的高頻功率振蕩、高頻無線發(fā)射等應用的高頻功率電容器）、超高頻蕩、高頻無線發(fā)射等應用的高頻功率電容器）、超高頻和對電容量、穩(wěn)定性有嚴格要求定時、振蕩電路的工作和對電容量、穩(wěn)定性有嚴格要求定時、振蕩電路的工作環(huán)境，這種介質(zhì)電容器唯一的缺點是電容量不能做得很環(huán)境，這種介質(zhì)電容器唯一的缺點是電容量不能做得很大（由于介電系數(shù)相對?。?，通常大（由于介電系數(shù)相對?。?，通常1206 表面貼裝表面貼裝c0g介質(zhì)電容器的電容量從介質(zhì)電容器的電容量從0.5pf0.01f。 類陶瓷電容器類陶瓷

9、電容器 類的穩(wěn)定級陶瓷介質(zhì)材料如美國電工協(xié)會類的穩(wěn)定級陶瓷介質(zhì)材料如美國電工協(xié)會（eia）標準的）標準的x7r、x5r以及我國標準的以及我國標準的ct系列等型號的陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為系列等型號的陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為15.0%），這種介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫度變），這種介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫度變化較大，不適用于定時、振蕩等對溫度系數(shù)化較大，不適用于定時、振蕩等對溫度系數(shù)要求高的場合，但由于其介電系數(shù)可以做得要求高的場合，但由于其介電系數(shù)可以做得很大（可以達到很大（可以達到1200），因而電容量可以做），因而電容量可以做得比較大，適用于對工作環(huán)境溫度要求較高得比較大，適用于對工作環(huán)境溫度要求較高（x7r：-

10、55+125）的耦合、旁路和濾波）的耦合、旁路和濾波。通常。通常1206的的smd封裝的電容量可以達到封裝的電容量可以達到10f或在再高一些；或在再高一些；類陶瓷電容器類陶瓷電容器 ii類的可用級陶瓷介質(zhì)材料如美國電工協(xié)會（類的可用級陶瓷介質(zhì)材料如美國電工協(xié)會（eia）標準的標準的z5u、y5v以及我國標準的以及我國標準的ct系列的低檔產(chǎn)系列的低檔產(chǎn)品型號等陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為品型號等陶瓷介質(zhì)（溫度系數(shù)為z5u的的+22%，-56%和和y5v的的+22%，-82%），這種介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫），這種介質(zhì)的介電系數(shù)隨溫度變化較大，不適用于定時、振蕩等對溫度系數(shù)要度變化較大，不適用于定時、振蕩等對溫

11、度系數(shù)要求高的場合，但由于其介電系數(shù)可以做得很大（可求高的場合，但由于其介電系數(shù)可以做得很大（可以達到以達到100012000），因而電容量可以做得比更大），因而電容量可以做得比更大，適用于一般工作環(huán)境溫度要求（，適用于一般工作環(huán)境溫度要求（-25+85）的耦）的耦合、旁路和濾波。通常合、旁路和濾波。通常1206表面貼裝表面貼裝z5u、y5v介介質(zhì)電容器量甚至可以達到質(zhì)電容器量甚至可以達到100f，在某種意義上是，在某種意義上是取代鉭電解電容器的有力競爭對手。取代鉭電解電容器的有力競爭對手。陶瓷電容器的溫度特性 應用陶瓷電容器首先要注意的就是其溫度特性； 不同材料的陶瓷介質(zhì)，其溫度特性有極大的

12、差異。第一類陶瓷介質(zhì)電容器的溫度性質(zhì)第一類陶瓷介質(zhì)電容器的溫度性質(zhì) 根據(jù)美國標準根據(jù)美國標準eia-198-d，在用字母或數(shù)字表示陶瓷電容器的溫，在用字母或數(shù)字表示陶瓷電容器的溫度性質(zhì)有三部分：第一部分為（例如字母度性質(zhì)有三部分：第一部分為（例如字母c）溫度系數(shù)）溫度系數(shù)的有效的有效數(shù)字；第二位部分有效數(shù)字的倍乘（如數(shù)字；第二位部分有效數(shù)字的倍乘（如0即為即為100）；第三部分）；第三部分為隨溫度變化的容差（以為隨溫度變化的容差（以ppm/表示）。這三部分的字母與數(shù)表示）。這三部分的字母與數(shù)字所表達的意義如表。字所表達的意義如表。溫度系數(shù)溫度系數(shù)的有效數(shù)字的有效數(shù)字倍乘倍乘隨溫度變化的容差隨溫

13、度變化的容差（ppm/）c=0.0s=3.30=-15=+1g=30l=500m=1.0t=4.71=-106=+10h=60m=1000p=1.6u=7.52=-1007=+100j=120n=2500r=2.23=-10008=+1000k=250g=30第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性解讀第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性解讀 例如，例如，c0g（有時也稱為（有時也稱為np0）表示為：第一位）表示為：第一位字母字母c為溫度系數(shù)的有效數(shù)字為為溫度系數(shù)的有效數(shù)字為0，第二位數(shù)字，第二位數(shù)字0為有效溫度系數(shù)的倍乘為為有效溫度系數(shù)的倍乘為100=1，第三位字母，第三位字母g為隨溫度變化的容差為為隨溫度變化

14、的容差為30ppm/，即，即030ppm/；c0h分別表示為：第一位字母分別表示為：第一位字母c為溫度系數(shù)的有效數(shù)字為為溫度系數(shù)的有效數(shù)字為0，第二位數(shù)字，第二位數(shù)字0為有效為有效溫度系數(shù)的倍乘為溫度系數(shù)的倍乘為100=1，第三位字母，第三位字母h為隨溫度為隨溫度變化的容差為變化的容差為60ppm/，即，即060ppm/；s2h則分別表示為：第一位字母則分別表示為：第一位字母s為溫度系數(shù)的為溫度系數(shù)的有效數(shù)字為有效數(shù)字為3.3，第二位數(shù)字，第二位數(shù)字2為有效溫度系數(shù)的為有效溫度系數(shù)的倍乘為倍乘為102=100，第三位字母，第三位字母h為隨溫度變化的為隨溫度變化的容差為容差為60ppm/，即，即

15、33060ppm/第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性 第一類陶瓷電容器的電容量幾乎不隨溫度變化，下面以c0g介質(zhì)為例。c0g介質(zhì)的變化量僅030ppm/，實際上c0g的電容量隨溫度變化小于030ppm/，大約為030ppm/的一半 第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性第一類陶瓷介質(zhì)電容器溫度特性第二類陶瓷介質(zhì)電容器的溫度性質(zhì)第二類陶瓷介質(zhì)電容器的溫度性質(zhì) 根據(jù)美國標準根據(jù)美國標準eia-198-d，在用字母或數(shù)字表示陶瓷電，在用字母或數(shù)字表示陶瓷電容器的溫度性質(zhì)有三部分：第一部分為（例如字母容器的溫度性質(zhì)有三部分：第一部分為

16、（例如字母x）最低工作溫度；第二位部分有效數(shù)字為最高工作溫度；最低工作溫度；第二位部分有效數(shù)字為最高工作溫度；第三部分為隨溫度變化的容差（以第三部分為隨溫度變化的容差（以ppm/表示）。這表示）。這三部分的字母與數(shù)字所表達的意義如表三部分的字母與數(shù)字所表達的意義如表 。最低溫度最低溫度最高溫度最高溫度隨溫度變化的容值偏差（隨溫度變化的容值偏差（%）z=+104=+657=+125a=1.0d=3.3p=10t=+22/-33y=-305=+858=+150b=1.5e=4.7r=15u=+22/56x=-556=105+c=2.2f=7.5s=22v=+22/-82常用第二類陶瓷介質(zhì)電容器解讀

17、第二類陶瓷介質(zhì)電容器解讀 常見的常見的類陶瓷電容器有：類陶瓷電容器有： x7r、 x5r 、 y5v、z5u 其中：其中：x7r表示為：第一位表示為：第一位x為最低工作溫度為最低工作溫度-55，第，第二位的數(shù)字二位的數(shù)字7位最高工作溫度位最高工作溫度+125，第三位字母，第三位字母r為為隨溫度變化的容值偏差隨溫度變化的容值偏差15%； x5r表示為：第一位表示為：第一位x為最低工作溫度為最低工作溫度-55，第二位的，第二位的數(shù)字數(shù)字5位最高工作溫度位最高工作溫度+85，第三位字母，第三位字母r為隨溫度變?yōu)殡S溫度變化的容值偏差化的容值偏差15%； y5v表示為：第一位表示為：第一位y為最低工作溫

18、度為最低工作溫度-30，第二位的，第二位的數(shù)字數(shù)字5位最高工作溫度位最高工作溫度+85，第三位字母，第三位字母v為隨溫度變?yōu)殡S溫度變化的容值偏差化的容值偏差+22%，-82%15%。 z5u表示為：第一位表示為：第一位z為最低工作溫度為最低工作溫度+10，第二位，第二位的數(shù)字的數(shù)字5位最高工作溫度位最高工作溫度+85，第三位字母，第三位字母u為隨溫度為隨溫度變化的容值偏差變化的容值偏差+22%，-56%，陶瓷電容器的阻抗頻率特性 第一類介質(zhì)的陶瓷電容器的esr隨頻率而上升，如圖 陶瓷電容器的esr頻率特性第一類介質(zhì)的陶瓷電容器阻抗頻率特性第二類陶瓷電容器的阻抗頻率特性陶瓷電容器的損耗因數(shù)與頻率

19、的關系陶瓷電容器的阻抗頻率特性陶瓷電容器的絕緣電阻與溫度的關系損耗因數(shù)與溫度的關系電容量與直流偏置電壓的關系電容量與直流偏置電壓的關系 第一類介質(zhì)電容器的電容量與直流偏置電第一類介質(zhì)電容器的電容量與直流偏置電壓無關。壓無關。第二類介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電第二類介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電壓變化，如圖壓變化，如圖 。電容量與直流偏置電壓的關系電容量與直流偏置電壓的關系電容量與直流偏置電壓的關系電容量與直流偏置電壓的關系 y5v介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電壓介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電壓變化非常大，從無偏置時的變化非常大，從無偏置時的100%電容量下電容量下降到額定電壓下的直流偏置電壓

20、時得不到降到額定電壓下的直流偏置電壓時得不到額定電容量的額定電容量的25%，也就是說，也就是說10f的電容的電容量在額定電壓時僅為不到量在額定電壓時僅為不到2.5f！在高溫時！在高溫時由于電容量已經(jīng)下降到很低，所以這時的由于電容量已經(jīng)下降到很低，所以這時的電容量隨直流偏置電壓的變化不大。電容量隨直流偏置電壓的變化不大。 x7r介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電壓介質(zhì)電容器的電容量隨直流偏置電壓變化雖比較大，但是比變化雖比較大，但是比y5v好得多。好得多。 陶瓷電容器所允許加載的交流電壓陶瓷電容器所允許加載的交流電壓與電流同頻率的關系與電流同頻率的關系 主要受電容器的主要受電容器的esr影響；影響；

21、 相對而言，相對而言，c0g的的esr比較低，故可以承比較低，故可以承受比較大的電流，相應的所允許施加的交受比較大的電流，相應的所允許施加的交流電壓相對比較大；流電壓相對比較大； x7r、x5r、y5v、z5u則則esr相對比較大相對比較大，可承受比，可承受比c0g要小，與此同時，由于電要小，與此同時，由于電容量遠大于容量遠大于c0g，故所施加的電壓將遠小，故所施加的電壓將遠小于于c0g。第一類介質(zhì)電容器的允許電壓、電流與頻率的關系第一類介質(zhì)電容器的允許電壓、電第一類介質(zhì)電容器的允許電壓、電流與頻率的解讀流與頻率的解讀 當加載頻率相對較低時，即使加載交流電壓為額當加載頻率相對較低時，即使加載交

22、流電壓為額定交流電壓時，流過電容器的電流低于額定電流定交流電壓時，流過電容器的電流低于額定電流時，電容器允許加載額定交流電壓時，電容器允許加載額定交流電壓 ，即左圖的平，即左圖的平直部分；直部分； 當加載頻率升高到即使加載電壓沒有達到交流額當加載頻率升高到即使加載電壓沒有達到交流額定電壓時的電容器中流過的交流電流已達到額定定電壓時的電容器中流過的交流電流已達到額定電流值，這是需要降低電容器的加載交流電壓，電流值，這是需要降低電容器的加載交流電壓，以保證流過電容器的電流不超過額定電流值，即以保證流過電容器的電流不超過額定電流值，即左圖的曲線開始下降部分左圖的曲線開始下降部分 ； 而加載頻率繼續(xù)上

23、升，電容器的損耗因數(shù)而導致而加載頻率繼續(xù)上升，電容器的損耗因數(shù)而導致的發(fā)熱則成為電容器的加載電壓的主要限制因素的發(fā)熱則成為電容器的加載電壓的主要限制因素，這是加載電壓將隨頻率的上升而急劇下降，這是加載電壓將隨頻率的上升而急劇下降 ，即即中左圖的曲線急劇下降部分中左圖的曲線急劇下降部分 第一類介質(zhì)電容器的允許電壓、電第一類介質(zhì)電容器的允許電壓、電流與頻率的解讀流與頻率的解讀 與加載交流電壓正相反，電容器加載的交流電流與加載交流電壓正相反，電容器加載的交流電流在頻率較低時即使電流沒有達到額定電流，但電在頻率較低時即使電流沒有達到額定電流，但電容器上的交流電壓已達到其額定值，這是加載的容器上的交流電壓已達到其額定值，這是加載的交流電流受電容器的額定電壓限制，特行為加載交流電流受電容器的額定電壓限制，特行為加載交流電流隨頻率的增加而上升，如圖右圖中的電交流電流隨頻率的增加而上升，如圖右圖中的電流隨頻率增加而上升的那部分曲線。流隨頻率增加而上升的那部分曲線。 當加載頻率上升到即使電容器上的交流電壓沒達當加載頻率上升到即使電