全面解析陶瓷电容的基础特性与应用

出处:网络整理 发布于:2026-05-11 13:56:28

  在电子设备的世界里,陶瓷电容是一种极为常见且重要的元器件。下面我们将全面深入地了解陶瓷电容的相关基础知识。
  陶瓷电容的结构和主要加工环节
  从结构上看,以瓷片电容为例,其内电极导体一般为 Ag 或 AgPd,陶瓷介质通常是 BaTiO? ,多层陶瓷结构通过高温烧结而成。器件端头镀层(外电极)一般先烧结 Ag/AgPd,接着制备一层 Ni 阻挡层,其作用是阻挡内部 Ag/AgPd 材料,防止其和外部 Sn 发生反应,在 Ni 层上制备 Sn 或 SnPb 层用以焊接。近年来,也出现了端头使用 Cu 的 MLCC 产品。
  陶瓷电容的主要加工环节如下:
  备料成型:原料经过煅烧、粉碎与混和后,需达到一定的颗粒细度,原则上颗粒越细越好。然后根据电容器结构形状,进行陶瓷介质坯件成型。
  烧成:对瓷坯进行高温处理,使其成为具有高机械强度、优良电气性能的瓷体。烧成温度一般在 1300℃以上。若高温保持时间过短,固相反应不完全彻底,会影响整个坯体结构,造成电性能恶化,即所谓 “生烧”;若高温保持时间过长,会使坯体起泡变形以及晶粒变大,同样恶化电性能,造成 “过烧”。
  后续加工:包括电极制造,引线焊接,涂覆,包封等步骤。
  陶瓷电容器的由来
  1900 年,意大利的 L. 隆巴迪发明了陶瓷介质电容器。到 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,从而制造出较便宜的瓷介质电容器。1940 年前后,人们发现了现在陶瓷电容器的主要原材料 BaTiO?(钛酸钡)具有绝缘性,随后开始将陶瓷电容器应用于对既小型、精度要求又极高的军事用电子设备当中。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,陶瓷电容器迅速发展起来,成为电子设备中不可缺少的零部件。如今,陶瓷介质电容器的全部数量约占电容器市场的 70% 左右。
  陶瓷介质电容器的绝缘体材料主要使用陶瓷,其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠。陶瓷材料有多种类型。自从考虑电子产品无害化特别是无铅化后,高介电系数的 PB(铅)退出陶瓷电容器领域,现在主要使用 TiO?(二氧化钛)、 BaTiO?、CaZrO?(锆酸钙)等。与其它的电容器相比,陶瓷电容具有体积小、容量大、耐热性好、适合批量生产、价格低等优点。由于原材料丰富,结构简单,价格低廉,而且电容量范围较宽(一般有几个 PF 到上百 μF),损耗较小,电容量温度系数可根据要求在很大范围内调整。
  陶瓷电容器品种繁多,外形尺寸相差甚大,从 0402(约 1×0.5mm)封装的贴片电容器到大型的功率陶瓷电容器都有。按使用的介质材料特性可分为 Ⅰ 型、Ⅱ 型和半导体陶瓷电容器;按无功功率大小可分为低功率、高功率陶瓷电容器;按工作电压可分为低压和高压陶瓷电容器;按结构形状可分为圆片形、管型、鼓形、瓶形、筒形、板形、叠片、独石、块状、支柱式、穿心式等。
  陶瓷电容器的分类
  陶瓷电容器从介质类型主要可以分为两类,即 Ⅰ 类陶瓷电容器和 Ⅱ 类陶瓷电容器。
  Ⅰ 类陶瓷电容器:过去称高频陶瓷电容器,是指用介质损耗小、绝缘电阻高、介电常数随温度呈线性变化的陶瓷介质制造的电容器。它特别适用于谐振回路,以及其它要求损耗小和电容量稳定的电路,或用于温度补偿。按美国电工协会(EIA)标准为 C0G(是数字 0,不是字母 O,有些文献笔误为 COG)或 NP0(是数字 0,不是字母 O,有些文献笔误为 NPO)以及我国标准的 CC 系列等型号的陶瓷介质(温度系数为 0±30PPM/℃),这种介质极其稳定,温度系数极低,而且不会出现老化现象,损耗因数不受电压、频率、温度和时间的影响,介电系数可以达到 400,介电强度相对高。这种介质非常适用于高频(特别是工业高频感应加热的高频功率振荡、高频无线发射等应用的高频功率电容器)、超高频和对电容量、稳定性有严格要求定时、振荡电路的工作环境,不过其的缺点是电容量不能做得很大(由于介电系数相对小),通常 1206 表面贴装 C0G 介质电容器的电容量从 0.5PF~0.01μF。
  Ⅱ 类陶瓷电容器:过去称为低频陶瓷电容器,指用铁电陶瓷作介质的电容器,因此也称铁电陶瓷电容器。这类电容器的比电容大,电容量随温度呈非线性变化,损耗较大,常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中。Ⅱ 类又可分为稳定级和可用级。稳定级陶瓷介质材料如美国电工协会(EIA)标准的 X7R、X5R 以及我国标准的 CT 系列等型号的陶瓷介质(温度系数为 ±15.0%),这种介质的介电系数随温度变化较大,不适用于定时、振荡等对温度系数要求高的场合,但由于其介电系数可以做得很大(可以达到 1200),因而电容量可以做得比较大,适用于对工作环境温度要求较高(X7R: -55~ +125℃)的耦合、旁路和滤波。通常 1206 的 SMD 封装的电容量可以达到 10μF 或再高一些;可用级陶瓷介质材料如美国电工协会(EIA)标准的 Z5U、Y5V 以及我国标准的 CT 系列的低档产品型号等陶瓷介质(温度系数为 Z5U 的 +22%, -56% 和 Y5V 的 +22%, -82%),这种介质的介电系数随温度变化较大,不适用于定时、振荡等对温度系数要求高的场合,但由于其介电系数可以做得很大(可以达到 1000~12000),因而电容量可以做得更大,适用于一般工作环境温度要求( -25~ +85℃)的耦合、旁路和滤波。通常 1206 表面贴装 Z5U、Y5V 介质电容器量甚至可以达到 100μF,在某种意义上是取代钽电解电容器的有力竞争对手。
关键词:陶瓷电容

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