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铝电解电容 > 新闻资讯 > 行业新闻 > 一文看懂陶瓷电容器的前世今生和未来发展

  1900年意大利人L.隆巴迪发明了陶瓷介质电容器。30年代末人们发现在陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长,因而制造出较便宜的瓷介质电容器。

  1940年前后人们发现了现在的陶瓷电容器的主要原材料BaTiO3(钛酸钡)具有绝缘性后,开始将陶瓷电容器应用于既小型、精度要求又极高的军事用电子设备当中。

  而陶瓷叠片电容器于1960年左右作为商品开始开发,到了1970年,随着混合IC、计算机、以及便携电子设备的进步也随之迅速的发展起来,成为电子设备中不可缺少的零部件。现在的陶瓷介质电容器的全部数量约占电容器市场的70%左右。

陶瓷电容器的特点


1、由于陶瓷电容的介质材料为陶瓷介质,所以耐热性能好,不易老化。

2、陶瓷电容能耐酸碱及盐类的腐蚀,抗腐蚀性好。

3、低压陶瓷电容的介电常数大,体积小,容量大。

4、陶瓷电容绝缘性能好,耐高压。

5、陶瓷电容基本不随温度,电压,时间等变化而变化。 

陶瓷电容器的分类

1、半导体陶瓷电容器

  电容器的微小型化即电容器在尽可能小的体积内获得尽可能大的容量,这是电容器发展的趋向之一。对于分离电容器组件来说,微小型化的基本途径有两个:①使介质材料的介电常数尽可能提高;②使介质层的厚度尽可能减薄。在陶瓷材料中,铁电陶瓷的介电常数很高,但是用铁电陶瓷制造普通铁电陶瓷电容器时,陶瓷介质很难做得很薄。首先是由于铁电陶瓷的强度低,较薄时容易碎裂,难于进行实际生产操作,其次,陶瓷介质很薄时易于造成各种各样的组织缺陷,生产工艺难度很大。

(1)表面层陶瓷电容器    是用BaTiO3等半导体陶瓷的表面上形成的很薄的绝缘层作为介质层,而半导体陶瓷本身可视为电介质的串联回路。表面层陶瓷电容器的绝缘性表面层厚度,根据形成方式和条件不同,波动于0.01~100μm之间。这样既利用了铁电陶瓷的很高的介电常数,又有效地减薄了介质层厚度,是制备微小型陶瓷电容器一个行之有效的方案。

(2)晶界层陶瓷电容器    晶粒发育比较充分的BaTiO3半导体陶瓷的表面上,涂覆适当的金属氧化物(例如CuO或Cu2O、MnO2、Bi2O3、Tl2O3等),在适当温度下,于氧化条件下进行热处理,涂覆的氧化物将与BaTiO3形成低共溶液相,沿开口气孔和晶界迅速扩散渗透到陶瓷内部,在晶界上形成一层薄薄的固溶体绝缘层。这种薄薄的固溶体绝缘层的电阻率很高(可达1012~1013Ω·cm),尽管陶瓷的晶粒内部仍为半导体,但是整个陶瓷体表现为显介电常数高达2×104到8×104的绝缘体介质。用这种瓷制备的电容器称为晶界层陶瓷电容器(boundarg layer ceramic capacitor),简称BL电容器。

2、高压陶瓷电容器

  高压陶瓷电容器的瓷料主要有钛酸钡基和钛酸锶基两大类。钛酸钡基陶瓷材料具有介电系数高、交流耐压特性较好的优点,但也有电容变化率随介质温度升高、绝缘电阻下降等缺点。钛酸锶晶体的居里温度为-250℃,在常温下为立方晶系钙钛矿结构,是顺电体,不存在自发极化现象,在高电压下钛酸锶基陶瓷材料的介电系数变化小,tgδ及电容变化率小,这些优点使其作为高压电容器介质是十分有利的。

3、多层陶瓷电容器

  多层陶瓷电容器(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC)是片式元件中应用最广泛的一类,它是将内电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合,并共烧成一个整体,又称片式独石电容器,具有小尺寸、高比容、高精度的特点,可贴装于印制电路板(PCB)、混合集成电路(HIC)基片,有效地缩小电子信息终端产品(尤其是便携式产品)的体积和重量,提高产品可靠性,顺应了IT产业小型化、轻量化、高性能、多功能的发展方向。

 

陶瓷电容器的作用


1、旁路(去耦)

  这是为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗的通路。在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容器所处的位置不同,称呼就不一样。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除;而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

2、耦合

  用在耦合电路中的陶瓷电容称为耦合电容,在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路,起隔直流通交流作用,它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。

3、滤波

  用在滤波电路中的陶瓷电容器称为滤波电容,滤波电容是会将一定频段内的信号从总信号中去除的,所以在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的陶瓷电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

4、谐振

  用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容,LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。

5、调谐

  是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。

6、储能

  储能就是储存电能,用于必要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。(现如今很多电容的储能水平已经可以接近锂电池的水准,一个电容储存的电能就可以供一个手机使用一天的时间)

7、温度补偿

  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。

 

陶瓷电容器的应用


1、军工

  军用MLCC作为基础电子元件,在航空、航天、军用移动通讯设备、袖珍式军用计算机、武器弹头控制和军事信号监控、雷达、炮弹引信、舰艇、武器系统等军用电子设备上的应用越来越广泛。随着我国国防装备数字化、信息化建设进程加快以及军工市场强烈的国产化需求,军用高可靠MLCC市场前景非常广阔。2009年中国军用MLCC产品市场规模为7.5亿元,而到了2013年则已经成长为 14.4亿元,增长了接近一倍,预计未来依然能够保持稳定而较高的增速,2019 年有望接近30亿元。

2、工业

  工业类电容器市场主要包括系统通讯设备、工业控制设备、医疗电子设备、汽车电子、精密仪器仪表、石油勘探设备等。工业设备朝机电一体化、智能化的趋势发展,应用电子控制、数据分析、界面显示的信息化比例不断提高, 将为工业用高可靠 MLCC 产品提供较为广阔的市场前景。

3、消费类

  消费类市场包括一般消费类产品和高端消费类产品,前者包括笔记本电脑、电视机、电话机、普通手机、普通数码相机等电子产品;后者包括专业录音设备、专业录像设备,高档智能手机等高档电子产品。相对于军用、工业类 MLCC 产品需求而言,消费类产品市场需求最大。

  从全球范围来看,日系厂商占有较明显的领先优势。在全球前十大MLCC 厂商中,日系厂商全球市场销量占有率达到 40%以上,主要原因在于日系厂商在尖端高容量产品及陶瓷粉末技术上领先其他国家和地区厂商。与国外知名厂商相比,国内的陶瓷电容器生产厂家多为中小型企业,产品大多处于中低档水平。

 
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