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高容X7R MLCC是怎样“炼”成的?
编辑:东莞市厚声电子科技有限公司   时间:2018-09-08

我们都知道,电容器是用来“装”电的“容器”。

但或许你不知道,最开始时,这个“装”电的“容器”真的是个瓶子!

这个瓶子被称为——莱顿瓶。

它是1746年在莱顿城发明的,美国的本杰明.富兰克林琮用莱顿瓶“装”到风筝从“天”上引下来的“电”。

它是一个瓶外分别贴有锡箔的玻璃瓶,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球。

后来人们发现:

只要两个金属板中间隔一层绝缘体就可以做成电容器装电,并不需要做成瓶子那样的结构。

 

很明显,莱顿瓶就是一个以瓶子玻璃为电介质,锡箔为电极的电容器,全部电荷是由玻璃本身储存着的。

 

可以看出:

电介质介电常数越大,电容器容量越大;

正对电极面积越大,电容器容量越大;

电介质厚度越薄,电容器容量越大;

电介质及高介电常数材料的寻找

自然界中的云母片首先被利用起来

 

 

但云母介电常数太低了,约为 6 ~ 7 ,能做到的容量很低,几乎都是“pF”级别。

后来是二氧化钛TiO2被大规模用于电容器制造

二氧化钛的介电常数较高,约100左右,电容器的容量可以做到“nF”级别了。

强介电材料BaTiO3的发现和使用

1942年由美国、前苏联学者发现。

BaTi03具独特的ABO3型钙钛矿结构:

 

随着温度的变化,BaTIO3有一系列的相变过程,其单晶介电常数与温度引起的相变密切相关。

 

BaTIO3单晶介电常数大小与晶体轴方向有很大关系。

在室温时,它有很强的压电铁电性,并表现出较强各向异性。

当温度高于120℃时,BaTIO3晶体属于立方晶系,压电铁电性能消失。 120℃称为居里温度。

BaTIO3多晶体或陶瓷中,因晶胞主轴取向不同,其介电常数与温度的关系与单晶体的不同。

 

 

BaTIO3陶瓷介电常数很高,尤其是在120℃时,介电常数可高达10000

使用BaTIO3陶瓷介质材料制作电容器,可以做到“μF”级!

但纯BaTIO3陶瓷制作的电容器,其容量温度特性曲线变化很大,不能满足EIA  X7R特性要求。

 

X7R-55~+125℃温度范围内,容量变化率不超过±15%

 

BaTiO3的掺杂改性

人们研究发现,向BaTiO3中掺入某些元素,其温度曲线会被展平,展宽,温度稳定性更好。

通过控制掺杂的成份比例,可获得符合X7R特性要求的电介质材料。

 

电容器的制造开始进入BaTiO3时代,人们大量使用BaTiO3掺杂改性,制造圆片电容器。

 

 

到了80年代,美国人用多层片式结构设计制造电容器——MLCC,可以很小的体积获得很大的电容量。

 

BaTiO3的应用让X7R MLCC成为量最大的系列产品。

MLCC应用方面,各大MLCC厂家均对钛酸钡制备及掺杂改性做了大量的研究工作,形成各自独特的符合X7R特性要求的陶瓷介质材料。

 

所以,可以从容量温度曲线TCC曲线识别MLCC的生产厂家。

(TCC:Temperature Capacitance Characteristic)

TCC曲线与钛酸钡制备控制工艺、掺杂改性配方及烧成工艺均有关。

细小、均匀及结构完整的晶粒,不但具有高的介电常数、低的介电损耗、高的耐电压强度,而且介电温度特性能更宽平。

 

 

掺杂配方的影响

BaTiO3为基,通过微量掺杂,掺入稀土元素如Y、La等,碱土元素Ca、Mg等,过渡金属元素Ni、Cr等可得到介电特性不同的陶瓷介质材料。

 

高介电常数和高温度稳定性,两者犹如鱼与熊掌不可兼得。使用高介电常数介质材料设计制造MLCC,单位电容量成本更低。应根据实际环境温度要求,在不同特性的MLCC选择符合要求的品种。

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