桐乡谧守实业有限公司

片式電容具有容量大，體積小，容易片式化等特點，是當今移動通信設備、計算機板卡以及家電遙控器中使用最多的元件之一。為了滿足電子設備的整機向小型化、大容量化、高可靠性和低成本方向發展的需要，片式電容本身也在迅速地發展：種類不斷增加，體積不斷縮小，性能不斷提高，技術不斷進步，材料不斷更新，輕薄短小系列產品已趨向于標準化和通用化。其應用正逐步由消費類設備向投資類設備滲透和發展。

此外，片式電容還在朝著多元化的方向發展：①為了適應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展。②為了適應某些電子整機(如軍用通信設備)的發展，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展方向。③為了適應線路高度集成化的要求，多功能復合片式電容器正成為技術研究熱點。

1 片式疊層陶瓷介質電容器

在片式電容器里用得最多的是片式疊層陶瓷介質電容器。

片式疊層陶瓷電容器(MLCC)，簡稱片式疊層電容器(或進一步簡稱為片式電容器)，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，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構，其實質是由多個簡單平行板電容器的并聯體。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；K為介電常數(俗稱K值)；A為相對電極覆蓋面積；t為電極間距(介質厚度)。

由此式可見，為了實現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)便可增大電容量。當然采用高K值材料(降低穩定性能)、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K值，它取決于電容器中填充介質的陶瓷材料。電容器使用的環境溫度、工作電壓和頻率、以及工作的時間(長期工作的穩定性)等對不同的介質會有不同的影響。通常介電常數(K值)越大，穩定性、可靠性和耐用性能越差。

常用的陶瓷介質的主要成分是MgTiO3、CaTiO3、SrTiO3和TiO2再加入適量的稀土類氧化物等配制而成。其特點是介質系數較大、介質損耗低、溫度系數小、環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介鐵電陶瓷，常用作Ⅱ類瓷介電容器的介質，一般以BaTiO3為主體的鐵電陶瓷，其特點是介電系數特別高，達到數千，甚至上萬；但是介電系數隨溫度呈非線性變化，介電常數隨施加的外電場也有非線性關系。

目前最常用的多層陶瓷電容器介質有三個類型：COG或NPO是超穩定材料，K值為10～100；X7R是較穩定的材料，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。在我國的標準里則分為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為超穩定材料，在-55℃～+125℃范圍內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材料中：

X7R代表使用溫度范圍為-50℃至+125℃；在此范圍內的電容量變化可達到±15％。

Z5U代表使用溫度范圍為+10℃至+85℃；在此范圍內的電容量變化從-56%至+22%。

Y5V代表使用溫度范圍為-30℃至+85℃；在此范圍內的電容量變化從-82%至+22%。

這些關系表明，在實際使用時，對片式電容器選擇不能一味只考慮體積和價格，如果有使用的環境溫度問題，還應當注意電容器的介質帶來的電容量變化問題。圖2畫出了不同材質電容器電容量以及介質損耗隨溫度變化的曲線。