Керамический конденсатор — это конденсатор с фиксированной емкостью , в котором керамический материал действует как диэлектрик . Он состоит из двух или более чередующихся слоев керамики и металлического слоя, действующего в качестве электродов . Состав керамического материала определяет электрические свойства и, следовательно, область применения. Керамические конденсаторы делятся на два класса применения:
Керамические конденсаторы, особенно многослойные керамические конденсаторы (MLCC), являются наиболее производимыми и используемыми конденсаторами в электронном оборудовании, их количество составляет около одного триллиона (10 12 ) штук в год. [1]
Керамические конденсаторы специальных форм и стилей используются в качестве конденсаторов для подавления радиочастотных и электромагнитных помех , в качестве проходных конденсаторов, а больших размеров — в качестве силовых конденсаторов для передатчиков .
С самого начала изучения электричества в качестве изоляторов использовались непроводящие материалы, такие как стекло, фарфор , бумага и слюда . Эти материалы несколько десятилетий спустя также хорошо подходили для дальнейшего использования в качестве диэлектрика для первых конденсаторов.
Даже в первые годы существования беспроводных передающих устройств Маркони в передатчиках использовались фарфоровые конденсаторы для работы при высоком напряжении и высокой частоте . На стороне приемника для резонансных цепей использовались слюдяные конденсаторы меньшего размера. Слюдяные диэлектрические конденсаторы были изобретены в 1909 году Уильямом Дюбилье. До Второй мировой войны слюда была наиболее распространенным диэлектриком для конденсаторов в Соединенных Штатах. [1]
Слюда — натуральный материал, доступный не в неограниченных количествах. Таким образом, в середине 1920-х годов дефицит слюды в Германии и опыт работы с фарфором — особым классом керамики — привели в Германии к созданию первых конденсаторов, использующих керамику в качестве диэлектрика, что положило начало новому семейству керамических конденсаторов. Параэлектрический диоксид титана ( рутил ) был использован в качестве первого керамического диэлектрика, поскольку он имел линейную температурную зависимость емкости для температурной компенсации резонансных цепей и мог заменить слюдяные конденсаторы. В 1926 году эти керамические конденсаторы производились в небольших количествах, а в 1940-х годах их количество увеличилось. Стиль этой ранней керамики представлял собой диск с металлизацией с обеих сторон, контактирующий с луженой проволокой. Этот стиль появился еще до появления транзисторов и широко использовался в ламповом оборудовании (например, в радиоприемниках) примерно с 1930 по 1950-е годы.
Но этот параэлектрический диэлектрик имел относительно низкую диэлектрическую проницаемость , поэтому можно было реализовать только небольшие значения емкости. Расширяющийся рынок радиоприемников в 1930-х и 1940-х годах создал спрос на более высокие значения емкости, но ниже электролитических конденсаторов для приложений ВЧ-развязки. Обнаруженный в 1921 году сегнетоэлектрический керамический материал титанат бария с диэлектрической проницаемостью в пределах 1000, что примерно в десять раз превышает диоксид титана или слюду, начал играть гораздо большую роль в электронных приложениях. [1] [2]
Более высокая диэлектрическая проницаемость привела к гораздо более высоким значениям емкости, но это было связано с относительно нестабильными электрическими параметрами. Следовательно, эти керамические конденсаторы могут заменить обычно используемые слюдяные конденсаторы только в тех приложениях, где стабильность менее важна. Меньшие размеры по сравнению со слюдяными конденсаторами, меньшие затраты на производство и независимость от наличия слюды ускорили их внедрение.
Быстрорастущая индустрия радиовещания после Второй мировой войны способствовала более глубокому пониманию кристаллографии , фазовых переходов, а также химической и механической оптимизации керамических материалов. Благодаря сложной смеси различных основных материалов электрические свойства керамических конденсаторов можно точно регулировать. Чтобы различать электрические свойства керамических конденсаторов, стандартизация определила несколько различных классов применения (Класс 1, Класс 2, Класс 3). Примечательно, что отдельное развитие во время войны и в последующее время на рынках США и Европы привело к разным определениям этих классов (EIA и IEC), и только недавно (с 2010 года) произошла всемирная гармонизация со стандартизацией IEC. состоялось.
Типичным типом керамических конденсаторов под диском (в то время называвшихся конденсаторами) в радиотехнике после войны с 1950-х по 1970-е годы представляла собой керамическая трубка, покрытая оловом или серебром как с внутренней, так и с внешней поверхности. Он включал относительно длинные клеммы, образующие вместе с резисторами и другими компонентами клубок разомкнутой проводки.
Легко поддающийся формованию керамический материал облегчил разработку специальных и больших типов керамических конденсаторов для высоковольтных, высокочастотных (РЧ) и силовых приложений.
С развитием полупроводниковой технологии в 1950-х годах были разработаны конденсаторы с барьерным слоем или конденсаторы IEC класса 3/EIA класса IV с использованием легированной сегнетоэлектрической керамики. Поскольку этот легированный материал не подходил для изготовления многослойных слоев, десятилетия спустя их заменили конденсаторы Y5V класса 2.
Керамические дисковые конденсаторы раннего типа могли производиться дешевле, чем обычные керамические трубчатые конденсаторы в 1950-х и 1970-х годах. Американская компания в разгар программы «Аполлон» , запущенной в 1961 году, стала пионером в укладке нескольких дисков для создания монолитного блока. Этот «многослойный керамический конденсатор» (MLCC) был компактным и имел конденсаторы высокой емкости. [3] Производство этих конденсаторов с использованием процессов ленточного литья и совместного обжига керамических электродов было большой производственной проблемой. MLCC расширили диапазон применений до тех, которые требуют больших значений емкости в меньших корпусах. Эти керамические чип-конденсаторы стали движущей силой перехода электронных устройств от технологии монтажа через отверстия к технологии поверхностного монтажа в 1980-х годах. Поляризованные электролитические конденсаторы можно заменить неполяризованными керамическими конденсаторами, что упростит монтаж.
В 1993 году корпорации TDK удалось заменить палладиевые несущие электроды гораздо более дешевыми никелевыми электродами, что значительно снизило производственные затраты и позволило массово производить MLCC. [4]
По состоянию на 2012 год ежегодно производится [обновлять]более 10 12 MLCC. [1] Наряду с керамическими чип-конденсаторами, керамические дисковые конденсаторы часто используются в качестве защитных конденсаторов в приложениях подавления электромагнитных помех . Помимо этого, также можно найти большие керамические силовые конденсаторы для передатчиков высокого напряжения или высокой частоты.
Новые разработки в области керамических материалов были сделаны с использованием антисегнетоэлектрической керамики. Этот материал имеет нелинейный фазовый переход антисегнетоэлектрик/сегнетоэлектрик, который позволяет увеличить запас энергии с более высоким объемным КПД. Их используют для хранения энергии (например, в детонаторах). [5]
Различные керамические материалы, используемые для изготовления керамических конденсаторов, параэлектрической или сегнетоэлектрической керамики, влияют на электрические характеристики конденсаторов. Использование смесей параэлектрических веществ на основе диоксида титана приводит к очень стабильному и линейному поведению величины емкости в заданном диапазоне температур и низким потерям на высоких частотах. Но эти смеси имеют относительно низкую диэлектрическую проницаемость , поэтому значения емкости этих конденсаторов относительно невелики.
Более высокие значения емкости керамических конденсаторов могут быть достигнуты путем использования смесей сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария, вместе со специальными оксидами. Эти диэлектрические материалы имеют гораздо более высокие диэлектрические проницаемости, но в то же время величина их емкости более или менее нелинейна в температурном диапазоне, а потери на высоких частотах значительно выше. Эти различные электрические характеристики керамических конденсаторов требуют группировки их по «классам применения». Определение классов приложений взято из стандартизации. По состоянию на 2013 год использовались два набора стандартов: один от Международной электротехнической комиссии (IEC), а другой от ныне несуществующего Альянса электронной промышленности (EIA).
Определения классов приложений, данные в двух стандартах, различны. В следующей таблице показаны различные определения классов применения керамических конденсаторов:
Производители, особенно в США, отдавали предпочтение стандартам Electronic Industries Alliance (EIA). Во многих частях стандарт IEC очень похож на стандарт EIA RS-198, определяющий четыре класса применения керамических конденсаторов. [6]
Различные номера классов в обоих стандартах являются причиной множества недоразумений при интерпретации описаний классов в таблицах данных многих производителей. [7] [8] EIA прекратило свою деятельность 11 февраля 2011 года, но бывшие сектора продолжают обслуживать международные организации по стандартизации.
В дальнейшем определения стандарта IEC будут предпочтительными, а в важных случаях – по сравнению с определениями стандарта EIA.
Керамические конденсаторы класса 1 представляют собой точные конденсаторы с температурной компенсацией. Они предлагают наиболее стабильное напряжение, температуру и, в некоторой степени, частоту. Они имеют самые низкие потери и поэтому особенно подходят для применений в резонансных цепях, где важна стабильность или где требуется точно определенный температурный коэффициент, например, для компенсации температурных эффектов в цепи. Основные материалы керамических конденсаторов класса 1 состоят из смеси тонкоизмельченных гранул параэлектрических материалов, таких как диоксид титана ( TiO
2), модифицированный добавками цинка, циркония, ниобия, магния, тантала, кобальта и стронция, которые необходимы для достижения желаемых линейных характеристик конденсатора. [9] [10]
Общее температурное поведение емкости конденсаторов класса 1 зависит от основного параэлектрического материала, например TiO .
2. Добавки химического состава используются для точного регулирования желаемой температурной характеристики. Керамические конденсаторы класса 1 имеют самый низкий объемный КПД среди керамических конденсаторов. Это результат относительно низкой диэлектрической проницаемости (от 6 до 200) параэлектрических материалов. Поэтому конденсаторы класса 1 имеют значения емкости в нижнем диапазоне.
Конденсаторы класса 1 имеют температурный коэффициент, который обычно линейно зависит от температуры. Эти конденсаторы имеют очень низкие электрические потери с коэффициентом рассеяния примерно 0,15%. Они не подвергаются значительным процессам старения, а значение емкости практически не зависит от приложенного напряжения. Эти характеристики позволяют применять фильтры с высокой добротностью в резонансных цепях и генераторах (например, в схемах фазовой автоподстройки частоты ).
Стандарт EIA RS-198 кодирует керамические конденсаторы класса 1 трехзначным кодом, обозначающим температурный коэффициент. Первая буква обозначает значащую цифру изменения емкости при изменении температуры (температурный коэффициент α) в ppm/K . Второй символ дает множитель температурного коэффициента. Третья буква указывает максимальный допуск в ppm/K. Все номиналы от 25 до 85 °C:
Помимо кода EIA, температурный коэффициент зависимости емкости керамических конденсаторов класса 1 обычно выражается в керамических названиях, таких как «NP0», «N220» и т. д. Эти названия включают температурный коэффициент (α). В стандарте IEC/EN 60384-8/21 температурный коэффициент и допуск заменены двузначным буквенным кодом (см. таблицу), к которому добавляется соответствующий код EIA.
Например, конденсатор «NP0» с кодом EIA «C0G» будет иметь дрейф 0 с допуском ±30 ppm/K, а конденсатор «N1500» с кодом «P3K» будет иметь дрейф -1500 ppm/K с максимальный допуск ±250 ppm/°C. Обратите внимание, что коды конденсаторов IEC и EIA являются кодами промышленных конденсаторов, а не кодами конденсаторов военного назначения.
К конденсаторам класса 1 относятся конденсаторы с разными температурными коэффициентами α. В частности, с технической точки зрения большой интерес представляют конденсаторы NP0/CG/C0G с α ±0•10 −6 /K и допуском α 30 ppm . Эти конденсаторы имеют изменение емкости dC/C ±0,54% в диапазоне температур от -55 до +125 °C. Это обеспечивает точную частотную характеристику в широком диапазоне температур (например, в резонансных цепях). Другие материалы с их особым температурным поведением используются для компенсации противодействия температуры параллельно соединенных компонентов, таких как катушки в генераторных цепях. Конденсаторы класса 1 имеют очень малые допуски номинальной емкости.
Керамические конденсаторы класса 2 имеют диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, имеют лучший объемный КПД, чем конденсаторы класса 1, но более низкую точность и стабильность. Керамический диэлектрик характеризуется нелинейным изменением емкости в диапазоне температур. Величина емкости также зависит от приложенного напряжения. Они подходят для шунтирования, связи и развязки или для схем частотной дискриминации, где низкие потери и высокая стабильность емкости менее важны. Обычно они обладают микрофоном.
Конденсаторы класса 2 изготовлены из сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария ( BaTiO
3) и подходящие добавки, такие как силикат алюминия , силикат магния и оксид алюминия . Эта керамика имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость (от 200 до 14 000), что позволяет создавать экстремальное электрическое поле и, следовательно, емкость в относительно небольших корпусах — конденсаторы класса 2 значительно меньше, чем сопоставимые конденсаторы класса 1. Однако диэлектрическая проницаемость нелинейна по отношению к напряженности поля, а это означает, что емкость значительно меняется по мере увеличения напряжения на клеммах. Конденсаторы класса 2 также имеют плохую температурную стабильность и со временем стареют. [9]
Из-за этих особенностей конденсаторы класса 2 обычно используются в приложениях, где требуется только минимальное значение емкости (в отличие от точного значения), например, буферизация/фильтрация входов и выходов источников питания, а также соединение электрических цепей. сигналы.
Конденсаторы класса 2 маркируются в соответствии с изменением емкости в температурном диапазоне. Наиболее широко используемая классификация основана на стандарте EIA RS-198 и использует трехзначный код. Первый символ, буква, обозначает самую низкую рабочую температуру ; второй символ, цифра, обозначает самую высокую температуру; а третий символ, еще одна буква, обозначает максимально допустимое изменение емкости во всем указанном диапазоне температур конденсатора:
Например, конденсатор Z5U будет работать при температуре от +10 °C до +85 °C с изменением емкости максимум от +22% до –56%. Конденсатор X7R будет работать при температуре от −55 °C до +125 °C с изменением емкости не более ±15%.
Ниже перечислены некоторые часто используемые материалы керамических конденсаторов класса 2:
В стандарте IEC/EN 60384-9/22 используется еще один двузначный код.
В большинстве случаев можно перевести код EIA в код IEC/EN. Возможны небольшие ошибки перевода, но обычно они терпимы.
Поскольку керамические конденсаторы класса 2 имеют более низкую точность и стабильность емкости, они требуют более высоких допусков.
Для диэлектриков военного типа диэлектрики класса 2 имеют температурную характеристику (TC), а не температурно-вольтовую характеристику (TVC). Как и X7R, военный тип BX не может изменять температуру более чем на 15 % и, кроме того, должен оставаться в пределах +15 %/-25 % при максимальном номинальном напряжении. Тип BR имеет предел TVC +15%/-40%.
Барьерный слой 3-го класса или полупроводниковые керамические конденсаторы имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, до 50 000, и, следовательно, более высокий объемный КПД, чем конденсаторы 2-го класса. Однако эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, в том числе меньшую точность и стабильность. Диэлектрик характеризуется очень высоким нелинейным изменением емкости в диапазоне температур. Величина емкости дополнительно зависит от приложенного напряжения. Кроме того, они имеют очень высокие потери и стареют с течением времени.
Керамические конденсаторы с барьерным слоем изготовлены из легированных сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария ( BaTiO
3). По мере совершенствования этой керамической технологии в середине 1980-х годов стали доступны конденсаторы с барьерным слоем емкостью до 100 мкФ, и в то время казалось, что они могут заменить электролитические конденсаторы меньшего размера .
Поскольку из этого материала невозможно создать многослойные конденсаторы, на рынке предлагаются только однослойные конденсаторы с выводами.[12] [13]
Благодаря достижениям в области многослойных керамических конденсаторов, обеспечивающим превосходные характеристики в меньшем корпусе, конденсаторы с барьерным слоем как технология теперь считаются устаревшими и больше не стандартизируются IEC.
Керамические конденсаторы состоят из смеси тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов, смешанных соответствующим образом с другими материалами для достижения желаемых характеристик. Из этих порошковых смесей при высоких температурах спекают керамику . Керамика образует диэлектрик и служит носителем для металлических электродов. Минимальная толщина диэлектрического слоя, которая сегодня (2013 г.) для конденсаторов низкого напряжения находится в диапазоне размеров 0,5 микрометра [3] , ограничена вниз размером зерна керамического порошка. Толщина диэлектрика для конденсаторов с более высоким напряжением определяется диэлектрической прочностью желаемого конденсатора.
Электроды конденсатора нанесены на керамический слой методом металлизации. В MLCC чередующиеся металлизированные керамические слои накладываются друг на друга. Выдающаяся металлизация электродов с обеих сторон корпуса соединена с контактной клеммой. Лаковое или керамическое покрытие защищает конденсатор от влаги и других воздействий окружающей среды.
Керамические конденсаторы бывают различных форм и стилей. Некоторые из наиболее распространенных:
MLCC можно рассматривать как состоящий из множества однослойных конденсаторов, собранных в один корпус. Исходным материалом для всех чипов MLCC является смесь мелкоизмельченных гранул параэлектрического или сегнетоэлектрического сырья, модифицированная точно определенными добавками. [14] [15] Состав смеси и размер частиц порошка (всего 10 нм) отражают опыт производителя.
Тонкую керамическую фольгу отливают из суспензии порошка с подходящим связующим. Рулоны фольги разрезаются на листы одинакового размера, на которые наносится трафаретная печать со слоем металлической пасты, которая станет электродами. В автоматизированном процессе эти листы укладываются в необходимое количество слоев и затвердевают под давлением. Помимо относительной диэлектрической проницаемости, размер и количество слоев определяют последующее значение емкости. Электроды уложены в чередующемся расположении, слегка смещенном относительно соседних слоев, так что каждый из них впоследствии может быть соединен со смещенной стороной: один слева, один справа. Слоеную стопку прессуют, а затем разрезают на отдельные компоненты. Высокая механическая точность необходима, например, для изготовления стопки из 500 и более слоев размером «0201» (0,5 мм × 0,3 мм).
После разрезания связующее выгорает из стопки. За этим следует спекание при температуре от 1200 до 1450 ° C с получением окончательной, в основном кристаллической, структуры. Этот процесс горения создает желаемые диэлектрические свойства. После обжига следует очистка, а затем металлизация обеих торцевых поверхностей. Благодаря металлизации концы и внутренние электроды соединяются параллельно, и конденсатор получает свои выводы. Наконец, каждый конденсатор проходит электрическое тестирование для обеспечения функциональности и адекватной производительности и упаковывается в катушку с лентой.
Формула емкости ( C ) конденсатора MLCC основана на формуле пластинчатого конденсатора с увеличенным количеством слоев:
где ε означает диэлектрическую проницаемость ; A — площадь поверхности электрода; n для количества слоев; и d для расстояния между электродами.
Более тонкий диэлектрик или большая площадь электрода увеличивают значение емкости , равно как и диэлектрический материал с более высокой диэлектрической проницаемостью.
С постепенной миниатюризацией цифровой электроники в последние десятилетия размеры компонентов на периферии интегральных логических схем также были уменьшены. Усадка MLCC предполагает уменьшение толщины диэлектрика и увеличение количества слоев. Оба варианта требуют огромных усилий и связаны с большим опытом.
В 1995 году минимальная толщина диэлектрика составляла 4 мкм. К 2005 году некоторые производители начали производить чипы MLCC с толщиной слоя 1 мкм. По состоянию на 2010 год [обновлять]минимальная толщина составляет около 0,5 мкм. [1] Напряженность поля в диэлектрике увеличилась до 35 В/мкм. [16]
Уменьшение размеров этих конденсаторов достигается за счет уменьшения размера зерен порошка, что позволяет сделать керамические слои тоньше. Кроме того, производственный процесс стал более точно контролироваться, что позволяет укладывать все больше и больше слоев.
В период с 1995 по 2005 год емкость конденсатора Y5V MLCC типоразмера 1206 была увеличена с 4,7 мкФ до 100 мкФ. [17] Между тем (2013 г.) многие производители могут поставлять конденсаторы MLCC класса 2 с емкостью 100 мкФ в чипе типоразмера 0805. [18]
У MLCC нет потенциальных клиентов, и в результате они обычно меньше, чем их аналоги с потенциальными клиентами. Для их установки не требуется сквозной доступ к печатной плате, и они предназначены для использования машинами, а не людьми. В результате компоненты для поверхностного монтажа, такие как MLCC, обычно дешевле.
MLCC производятся стандартизированных форм и размеров для обеспечения сопоставимости обращения. Поскольку на ранней стадии стандартизации доминировали американские стандарты EIA, размеры чипов MLCC были стандартизированы EIA в дюймах. Прямоугольный чип размером 0,06 дюйма в длину и 0,03 дюйма в ширину имеет код «0603». Этот код является международным и широко используется. JEDEC (IEC/EN) разработал второй метрический код. Код EIA и метрический эквивалент обычных размеров многослойных керамических конденсаторов, а также размеры в мм показаны в следующей таблице. В таблице отсутствует мера высоты «Н». Обычно это не указывается, поскольку высота чипов MLCC зависит от количества слоев и, следовательно, от емкости. Однако обычно высота H не превышает ширину W.
Первоначально электроды MLCC изготавливались из благородных металлов, таких как серебро и палладий, которые могли выдерживать высокие температуры спекания от 1200 до 1400 °C без быстрого окисления. Эти конденсаторы с электродами из благородных металлов (NME) обладали очень хорошими электрическими свойствами.
Однако рост цен на благородные металлы в конце 1990-х годов значительно увеличил производственные затраты; это давление привело к разработке конденсаторов, в которых использовались более дешевые металлы, такие как медь и никель . [19] Эти конденсаторы с недрагоценными металлическими электродами (BME) обладали худшими электрическими характеристиками; демонстрируя большую усадку емкости при более высоких напряжениях и повышенный коэффициент потерь.
Недостатки BME были признаны приемлемыми для конденсаторов класса 2, которые в основном используются в нечувствительных к точности и недорогих устройствах, таких как источники питания. NME по-прежнему находит применение в конденсаторах класса 1, где соответствие спецификациям имеет решающее значение, а стоимость не имеет особого значения.
Емкость чипов MLCC зависит от диэлектрика, размера и необходимого напряжения (номинального напряжения). Значения емкости начинаются примерно с 1 пФ. Максимальное значение емкости определяется технологией производства. Для X7R это 47 мкФ, для Y5V: 100 мкФ.
На рисунке справа показана максимальная емкость многослойных керамических конденсаторов класса 1 и класса 2. В следующих двух таблицах, для керамики NP0/C0G и X7R, для каждого общего размера корпуса указаны максимально доступные значения емкости и номинальное напряжение ведущих производителей Murata, TDK, KEMET, AVX. (Состояние апрель 2017 г.)
В области своей резонансной частоты конденсатор обладает лучшими свойствами развязки шума и электромагнитных помех . Резонансная частота конденсатора определяется индуктивностью компонента . Индуктивные части конденсатора суммируются в эквивалентной последовательной индуктивности или ESL. (Обратите внимание, что L — электрический символ индуктивности.) Чем меньше индуктивность, тем выше резонансная частота.
Поскольку, особенно в цифровой обработке сигналов, частоты переключения продолжают расти, увеличивается потребность в высокочастотных развязывающих конденсаторах или фильтрующих конденсаторах. С помощью простого изменения конструкции можно уменьшить ESL чипа MLCC. Поэтому пакетированные электроды соединяются на продольной стороне соединительными выводами. Это уменьшает расстояние, на которое носители заряда протекают по электродам, что снижает индуктивность компонента. [20]
Например, X7R MLCC емкостью 0,1 мкФ в корпусе 0805 резонирует на частоте 16 МГц. Тот же конденсатор с выводами на длинных сторонах (т.е. 0508 ) имеет резонансную частоту 22 МГц.
Другая возможность — сформировать устройство в виде массива конденсаторов. Здесь несколько отдельных конденсаторов встроены в общий корпус. При их параллельном соединении результирующие значения ESL и ESR компонентов уменьшаются.
Стандартный многослойный керамический конденсатор имеет множество слоев противоположных электродов, расположенных внутри и соединенных двумя внешними выводами. Однако керамический конденсатор X2Y представляет собой устройство с 4 выводами. Он построен как стандартный двухконтактный MLCC из сложенных друг на друга керамических слоев с дополнительным третьим набором экранирующих электродов, встроенным в чип. Эти экранирующие электроды окружают каждый существующий электрод внутри пакета пластин конденсатора и имеют низкоомный контакт с двумя дополнительными боковыми выводами, расположенными напротив выводов конденсатора. Конструкция X2Y обеспечивает трехузловую емкостную схему, обеспечивающую одновременную фильтрацию между линиями и между линиями и землей. [21] [22] [23]
Керамические конденсаторы X2Y, способные заменить два или более обычных устройств, идеально подходят для высокочастотной фильтрации или подавления помех питающих напряжений в цифровых схемах и могут оказаться неоценимыми в удовлетворении строгих требований ЭМС в двигателях постоянного тока, автомобилях, аудиосистемах, датчиках и других устройствах. Приложения. [24] [25]
Расположение X2Y приводит к снижению установленной индуктивности. [26] Это особенно интересно для использования в высокоскоростных цифровых схемах с тактовой частотой несколько 100 МГц и выше. Там развязку отдельных напряжений питания на плате реализовать сложно из-за паразитных индуктивностей линий питания. Стандартное решение с обычными керамическими конденсаторами требует параллельного использования множества обычных микросхем MLCC с разными значениями емкости. Здесь конденсаторы X2Y способны заменить до пяти керамических конденсаторов одинакового размера на печатной плате. [27] Однако этот конкретный тип керамического конденсатора запатентован, поэтому эти компоненты все еще сравнительно дороги.
Альтернативой конденсаторам X2Y может быть трехполюсный конденсатор. [28]
Керамика хрупкая, а чипы MLCC, припаянные к печатной плате поверхностным монтажом , часто подвержены растрескиванию из-за теплового расширения или механических напряжений, в большей степени, чем компоненты со сквозными выводами . Трещины могут возникнуть из-за линии сборки автоматизированных машин или из-за высокого тока в цепи.
Вибрация и ударные нагрузки на печатной плате передаются в более или менее неизмененном виде на MLCC и его паяные соединения; чрезмерная сила может привести к растрескиванию конденсатора. Избыток припоя в соединениях нежелателен, поскольку он может увеличить силы, которым подвергается конденсатор. [29] [30]
Способность чипов MLCC выдерживать механическое воздействие проверяется с помощью так называемого теста на изгиб подложки, при котором печатная плата с припаянным MLCC сгибается пробойником на 1–3 мм. Неисправность возникает в случае короткого замыкания MLCC или значительного изменения емкости.
Прочность на изгиб чипов MLCC различается в зависимости от керамического материала, размера чипа и физической конструкции конденсаторов. Без специальных мер керамические чипы MLCC класса 1 NP0/C0G достигают типичной прочности на изгиб 2 мм, в то время как более крупные типы керамических чипов X7R, Y5V класса 2 достигают прочности на изгиб только примерно 1 мм. Более мелкие сколы, такие как размер 0402, во всех типах керамики достигают более высоких значений прочности на изгиб.
Благодаря специальным конструктивным особенностям, особенно на электродах и выводах, можно повысить прочность на изгиб. Например, при контакте двух электродов противоположной полярности возникает внутреннее короткое замыкание, которое произойдет при разрыве керамики в районе выводов. Этого можно избежать, если уменьшить поверхности перекрытия электродов. Это достигается, например, с помощью «проектирования открытого режима» (OMD). Здесь обрыв в районе выводов лишь немного уменьшает значение емкости (AVX, KEMET).
![«Flex-Termination» — чипы MLCC, гибкий контактный слой предотвращает разрушение керамики.[31]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fc/MLCC-FlexTerm-Crack.svg/1280px-MLCC-FlexTerm-Crack.svg.png)
При аналогичной конструкции, называемой «Конструкция с плавающим электродом» (FED) или «Многослойные последовательные конденсаторы» (MLSC), снижение емкости происходит только в том случае, если части корпуса конденсатора ломаются. Эта конструкция работает с плавающими электродами без какого-либо проводящего соединения с концевой заделкой. Обрыв не приводит к короткому замыканию, а только к уменьшению емкости. Однако обе структуры приводят к более крупным конструкциям по сравнению со стандартной версией MLCC с тем же значением емкости.
Тот же объем по сравнению со стандартными MLCC достигается за счет введения гибкого промежуточного слоя из проводящего полимера между электродами и концевой заделкой, называемой «Гибкие клеммы» (FT-Cap) или «Мягкие клеммы». В этой конструкции жесткое металлическое паяное соединение может перемещаться по гибкому полимерному слою и, таким образом, поглощать изгибающие силы, не приводя к разрушению керамики. [32]
Подавляющие конденсаторы являются эффективным компонентом снижения помех, поскольку их электрический импеданс уменьшается с увеличением частоты, так что на более высоких частотах они проявляются как короткие замыкания на высокочастотные электрические помехи и переходные процессы между линиями или на землю. Таким образом, они предотвращают отправку и прием электромагнитных и радиочастотных помех, а также переходных процессов в сети (конденсаторы X). ) и соединения «фаза-земля» (Y-конденсаторы). Конденсаторы X эффективно поглощают симметричные, сбалансированные или дифференциальные помехи. Конденсаторы Y подключаются в обход линии между фазой линии и точкой нулевого потенциала для поглощения асимметричных, несбалансированных или синфазных помех. [33] [34] [35]
Конденсаторы подавления электромагнитных и радиочастотных помех сконструированы таким образом, чтобы любые оставшиеся помехи или электрические шумы не превышали пределов, установленных директивой по электромагнитной совместимости EN 50081. [36] Компоненты подавления подключаются непосредственно к сетевому напряжению в течение 10–20 лет и более и поэтому подвергаются потенциальному воздействию разрушительные перенапряжения и переходные процессы. По этой причине подавляющие конденсаторы должны соответствовать требованиям безопасности и негорючести международных стандартов безопасности, таких как
Конденсаторы радиочастотных помех, отвечающие всем указанным требованиям, имеют сертификационный знак различных национальных агентств по стандартизации безопасности. Для линий электропередачи особые требования предъявляются к негорючести покрытия и эпоксидной смолы, пропитывающей или покрывающей корпус конденсатора. Чтобы получить сертификаты безопасности, конденсаторы с номиналами X и Y подвергаются разрушающим испытаниям до отказа. Даже при воздействии сильных скачков перенапряжения эти конденсаторы с номинальной безопасностью должны выходить из строя безопасным образом, не подвергая опасности персонал или имущество.
По состоянию на 2012 год [обновлять]большинство керамических конденсаторов, используемых для подавления электромагнитных и радиочастотных помех, были выводными для монтажа на печатной плате через отверстие, [37] [38] метод поверхностного монтажа становится все более важным. По этой причине в последние годы множество микросхем MLCC для подавления электромагнитных и радиочастотных помех от разных производителей получили одобрения и соответствуют всем требованиям, предъявляемым действующими стандартами. [37] [39] [40] [41] [42]
Хотя материалы, используемые для изготовления керамических конденсаторов большой мощности, в основном очень похожи на те, которые используются для изготовления керамических конденсаторов меньшей мощности, керамические конденсаторы с номинальной мощностью или напряжением от высокой до очень высокой для применения в энергосистемах, передатчиках и электроустановках часто классифицируются отдельно по историческим причинам. Стандартизация керамических конденсаторов меньшей мощности ориентирована на электрические и механические параметры как компонентов для использования в электронном оборудовании. Стандартизация силовых конденсаторов, напротив, в значительной степени ориентирована на защиту персонала и оборудования, предусмотренную местным регулирующим органом.
Поскольку современное электронное оборудование получило возможность работать с уровнями мощности, которые ранее были исключительной областью «электрических» компонентов, различие между «электронными» и «электрическими» номинальными мощностями стало менее отчетливым. В прошлом граница между этими двумя семействами находилась примерно на уровне реактивной мощности 200 Вольт-Ампер, но современная силовая электроника может обрабатывать возрастающие объемы мощности.
Силовые керамические конденсаторы в основном рассчитаны на ток намного выше 200 вольт-ампер. Большая пластичность керамического сырья и высокая диэлектрическая прочность керамики позволяют найти решения для многих применений и являются причинами огромного разнообразия стилей внутри семейства силовых керамических конденсаторов. Эти силовые конденсаторы присутствуют на рынке уже несколько десятилетий. Они производятся в соответствии с требованиями как силовые керамические конденсаторы класса 1 с высокой стабильностью и низкими потерями или силовые керамические конденсаторы класса 2 с высоким объемным КПД.
Силовые керамические конденсаторы класса 1 используются в резонансных цепях на передающих станциях . Силовые керамические конденсаторы класса 2 используются в автоматических выключателях , в линиях распределения электроэнергии , в источниках питания высокого напряжения в лазерных установках, в индукционных печах и в схемах удвоения напряжения . Силовые керамические конденсаторы могут поставляться с высокими номинальными напряжениями в диапазоне от 2 кВ до 100 кВ. [43]
Размеры этих силовых керамических конденсаторов могут быть очень большими. В приложениях большой мощности потери этих конденсаторов могут выделять много тепла. По этой причине некоторые специальные типы силовых керамических конденсаторов имеют трубки для водяного охлаждения.
Все электрические характеристики керамических конденсаторов могут быть определены и заданы с помощью последовательной эквивалентной схемы, состоящей из идеализированной емкости и дополнительных электрических компонентов, которые моделируют все потери и индуктивные параметры конденсатора. В этой последовательно-эквивалентной схеме электрические характеристики конденсаторов определяются выражением
Использование последовательной эквивалентной схемы вместо параллельной эквивалентной схемы определено в IEC/EN 60384-1.
«Номинальная емкость» C R или «номинальная емкость» C N — это значение, на которое рассчитан конденсатор. Фактическая емкость зависит от частоты измерения и температуры окружающей среды. Стандартизированные условия для конденсаторов — это метод измерения переменного тока низкого напряжения при температуре 20 °С с частотами
Конденсаторы доступны в различных геометрически возрастающих предпочтительных номиналах , как указано в стандартах серии E , указанных в IEC/EN 60063 . По количеству значений за декаду они назывались сериями Е3, Е6, Е12, Е24 и т. д. Единицы, используемые для указания номиналов конденсаторов, включают в себя пикофарад (пФ), нанофарад (нФ), микрофарад (мкФ) и фарад (Ф).
Процент допустимого отклонения емкости от номинального значения называется допуском емкости . Фактическое значение емкости должно находиться в пределах допуска, иначе конденсатор не соответствует техническим характеристикам. Для сокращенной маркировки в ограниченном пространстве в стандарте IEC/EN 60062 указан буквенный код для каждого допуска .
Требуемый допуск емкости определяется конкретным применением. Узкие допуски от E24 до E96 будут использоваться для высококачественных конденсаторов класса 1 в таких схемах, как прецизионные генераторы и таймеры. Для таких применений, как некритическая фильтрация или схемы связи, для конденсаторов класса 2 достаточно серий допусков от E12 до E3.
Емкость керамических конденсаторов меняется в зависимости от температуры. Различные диэлектрики многих типов конденсаторов демонстрируют большие различия в температурной зависимости. Температурный коэффициент выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия для керамических конденсаторов класса 1 или в процентах (%) во всем температурном диапазоне для конденсаторов класса 2.
Большинство типов дискретных конденсаторов имеют большие или меньшие изменения емкости с увеличением частоты. Диэлектрическая прочность керамики и пластиковой пленки класса 2 уменьшается с увеличением частоты. Поэтому значение их емкости уменьшается с увеличением частоты. Это явление связано с диэлектрической релаксацией , при которой постоянная времени электрических диполей является причиной частотной зависимости диэлектрической проницаемости . График справа показывает типичное поведение частоты для конденсаторов класса 2 и класса 1.
Емкость керамических конденсаторов также может меняться в зависимости от приложенного напряжения. Этот эффект более распространен в керамических конденсаторах класса 2. Сегнетоэлектрический материал зависит от приложенного напряжения. [44] [45] Чем выше приложенное напряжение, тем ниже диэлектрическая проницаемость. Емкость, измеренная или приложенная при более высоком напряжении, может упасть до значений -80% от значения, измеренного при стандартном измерительном напряжении 0,5 или 1,0 В. Такое поведение является небольшим источником нелинейности в фильтрах с низкими искажениями и других аналоговых приложениях. В аудиоприложениях это может быть причиной гармонических искажений .
Зависимость емкости от напряжения на двух диаграммах выше показывает кривые от керамических конденсаторов с металлизацией NME. Для конденсаторов с металлизацией БМЭ зависимость емкости от напряжения существенно возрастает. [46] [47] [48] [49]
Для большинства конденсаторов физически обусловленная электрическая прочность или напряжение пробоя обычно может быть указана для каждого диэлектрического материала и толщины. Это невозможно с керамическими конденсаторами. Напряжение пробоя керамического диэлектрического слоя может изменяться в зависимости от материала электрода и условий спекания керамики до 10 раз. Для сохранения разброса электрических свойств для современных технологий необходима высокая степень точности и контроля параметров процесса. очень тонкие керамические слои в заданных пределах.
Устойчивость керамических конденсаторов к напряжению определяется как номинальное напряжение (UR). Это максимальное напряжение постоянного тока, которое может непрерывно прикладываться к конденсатору вплоть до верхнего температурного предела. Это гарантированное сопротивление напряжению проверено в соответствии с напряжениями, указанными в соседней таблице.
Кроме того, в ходе периодических испытаний на долговечность (испытания на долговечность) керамические конденсаторы проверяются на устойчивость к напряжению повышенным испытательным напряжением (от 120 до 150 % от U R ), чтобы гарантировать безопасную конструкцию.
Зависимое от частоты сопротивление конденсатора переменному току называется импедансом и представляет собой сложное отношение напряжения к току в цепи переменного тока. Импеданс расширяет концепцию закона Ома на цепи переменного тока и обладает как величиной, так и фазой на определенной частоте, в отличие от сопротивления, которое имеет только величину.
Импеданс — это мера способности конденсатора пропускать переменный ток. В этом смысле импеданс можно использовать как закон Ома.
для расчета пикового или эффективного значения тока или напряжения.
Как показано в последовательно-эквивалентной схеме конденсатора, реальный компонент включает в себя идеальный конденсатор , индуктивность и резистор .
Чтобы рассчитать импеданс, необходимо геометрически сложить сопротивление, а затем оба реактивных сопротивления.
где емкостное реактивное сопротивление ( Емкость ) равно
а индуктивное реактивное сопротивление ( Индуктивность ) равно
В частном случае резонанса , когда оба реактивных сопротивления имеют одинаковое значение ( ), тогда импеданс будет определяться только .
В технических характеристиках керамических конденсаторов указана только величина импеданса . Типичная кривая импеданса показывает, что с увеличением частоты импеданс уменьшается вплоть до минимума. Чем ниже импеданс, тем легче переменный ток может проходить через конденсатор. В минимальной точке кривой, точке резонанса, где X C имеет то же значение, что и X L , конденсатор демонстрирует наименьшее значение импеданса. Здесь только омическое ESR определяет импеданс. При частотах выше резонанса импеданс снова увеличивается из-за ЭСЛ.
Суммарные потери в керамических конденсаторах представляют собой омические потери переменного тока . Потери постоянного тока определяются как « ток утечки » или «сопротивление изоляции» и пренебрежимо малы для спецификации переменного тока. Эти потери переменного тока нелинейны и могут зависеть от частоты, температуры, возраста, а для некоторых особых типов – от влажности. Потери возникают из-за двух физических условий:
Наибольшую долю этих потерь в конденсаторах большей емкости обычно составляют частотно-зависимые омические диэлектрические потери. Что касается стандарта IEC 60384-1, омические потери конденсаторов измеряются на той же частоте, которая используется для измерения емкости. Это:
Результаты суммарных резистивных потерь конденсатора могут быть указаны либо как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), либо как коэффициент рассеяния (DF, tan δ), либо как добротность (Q), в зависимости от требований применения.
Конденсаторы класса 2 обычно имеют коэффициент рассеяния tan δ. Коэффициент рассеяния определяется как тангенс реактивного сопротивления и ESR и может быть показан как угол δ между мнимой осью и осью импеданса на приведенной выше векторной диаграмме, см. параграф «Импеданс».
Если индуктивность мала, коэффициент рассеяния можно аппроксимировать следующим образом:
Конденсаторы класса 1 с очень низкими потерями имеют коэффициент рассеяния и часто добротность ( Q). Фактор качества определяется как обратная величина коэффициента рассеяния.
Коэффициент добротности представляет собой влияние электрического сопротивления и характеризует полосу пропускания резонатора относительно его центральной или резонансной частоты . Высокое значение добротности является показателем качества резонанса резонансных контуров.
В соответствии со стандартом IEC 60384-8/-21/-9/-22 керамические конденсаторы не могут превышать следующие коэффициенты рассеяния:
Омические потери керамических конденсаторов зависят от частоты, температуры и напряжения. Кроме того, измерения конденсаторов класса 2 изменяются из-за старения. Различные керамические материалы имеют разные потери в диапазоне температур и рабочей частоты. Изменения в конденсаторах класса 1 находятся в однозначном диапазоне, тогда как у конденсаторов класса 2 изменения гораздо выше.
Электрический резонанс возникает в керамическом конденсаторе на определенной резонансной частоте , где мнимые части импеданса и проводимости конденсатора компенсируют друг друга. Эта частота, при которой X C равна X L , называется собственной резонансной частотой и может быть рассчитана по формуле:
где ω = 2π f , где f — резонансная частота в герцах , L — индуктивность в генри , а C — емкость в фарадах .
Чем меньше емкость C и индуктивность L, тем выше резонансная частота. Собственная резонансная частота — это самая низкая частота, на которой сопротивление проходит через минимум. Для любого приложения переменного тока собственная резонансная частота — это самая высокая частота, при которой конденсатор может использоваться в качестве емкостного компонента. На частотах выше резонанса импеданс снова увеличивается за счет ЭСЛ: конденсатор становится дросселем с индуктивностью, равной ЭСЛ конденсатора, и сопротивлением, равным ESR на данной частоте.
ESL в промышленных конденсаторах в основном вызван выводами и внутренними соединениями, используемыми для соединения пластин с внешним миром. Конденсаторы большего размера имеют тенденцию к более высокому ESL, чем маленькие, поскольку расстояния до пластины больше, и каждый миллиметр увеличивает индуктивность.
Керамические конденсаторы, которые доступны в диапазоне очень малых значений емкости (пФ и выше), уже выходят за рамки своих меньших значений емкости, подходящих для более высоких частот до нескольких 100 МГц (см. формулу выше). Из-за отсутствия выводов и близости к электродам микросхемы MLCC имеют значительно меньшую паразитную индуктивность, чем типы с выводами fe, что делает их пригодными для более высокочастотных применений. Дальнейшее снижение паразитной индуктивности достигается за счет контакта электродов с продольной стороны чипа, а не с боковой.
Примерные частоты собственного резонанса для одного набора NP0/C0G и одного набора керамических конденсаторов X7R составляют: [50]
Обратите внимание, что X7R имеют лучшую частотную характеристику, чем C0G. Однако это имеет смысл, поскольку конденсаторы класса 2 намного меньше, чем конденсаторы класса 1, поэтому они должны иметь меньшую паразитную индуктивность.
В сегнетоэлектрических керамических конденсаторах 2-го класса емкость со временем уменьшается. Такое поведение называется «старением». Старение происходит в сегнетоэлектрических диэлектриках, где области поляризации в диэлектрике способствуют полной поляризации. Деградация поляризованных доменов в диэлектрике со временем уменьшает диэлектрическую проницаемость, поэтому емкость керамических конденсаторов класса 2 уменьшается по мере старения компонента. [51] [52]
Старение подчиняется логарифмическому закону. Этот закон определяет уменьшение емкости в процентах за десятилетие времени после времени восстановления пайки при определенной температуре, например, в период от 1 до 10 часов при 20 °С. Поскольку закон является логарифмическим, процентная потеря емкости будет дважды между 1 ч и 100 ч и 3 раза между 1 ч и 1000 ч и так далее. Таким образом, старение происходит быстрее всего в начале, а значение емкости эффективно стабилизируется с течением времени.
Скорость старения конденсаторов 2 класса в основном зависит от используемых материалов. Эмпирическое правило гласит: чем выше температурная зависимость керамики, тем выше процент старения. Типичное старение керамических конденсаторов X7R составляет около 2,5% за десятилетие [53]. Скорость старения керамических конденсаторов Z5U значительно выше и может достигать 7% за десятилетие.
Процесс старения конденсаторов класса 2 можно обратить вспять, нагрев компонент выше точки Кюри . [2]
Конденсаторы класса 1 не подвержены сегнетоэлектрическому старению, как конденсаторы класса 2. Но воздействия окружающей среды, такие как более высокая температура, высокая влажность и механическое напряжение, могут в течение длительного периода времени привести к небольшому необратимому снижению емкости, которое иногда также называют старением. Изменение емкости для П 100 и Н 470 класса 1 составляет менее 1 %, для конденсаторов с керамикой от Н 750 до Н 1500 — ≤ 2 %.
Сопротивление диэлектрика никогда не бывает бесконечным, что приводит к некоторому уровню постоянного «тока утечки» , который способствует саморазряду. У керамических конденсаторов это сопротивление, включенное параллельно конденсатору в последовательно-замещенную схему конденсаторов, называется «сопротивлением изоляции R вх ». Сопротивление изоляции не следует путать с внешней изоляцией по отношению к окружающей среде.
Скорость саморазряда с уменьшением напряжения конденсатора подчиняется формуле
С сохраненным постоянным напряжением и константой саморазряда
Это значит, что после того, как напряжение конденсатора упало до 37% от первоначального значения.
Сопротивление изоляции, выраженное в единицах МОм (10 6 Ом), а также константа саморазряда в секундах являются важным параметром качества диэлектрической изоляции. Эти значения времени важны, например, когда конденсатор используется в качестве компонента синхронизации для реле или для хранения значения напряжения, как в схемах выборки и хранения или операционных усилителях .
В соответствии с действующими стандартами керамические конденсаторы класса 1 имеют R ins ≥ 10 000 МОм для конденсаторов с C R ≤ 10 нФ или τ s ≥ 100 с для конденсаторов с C R > 10 нФ. Керамические конденсаторы класса 2 имеют R ins ≥ 4000 МОм для конденсаторов с C R ≤ 25 нФ или τ s ≥ 100 с для конденсаторов с C R > 25 нФ.
Сопротивление изоляции и, следовательно, скорость саморазряда зависят от температуры и уменьшаются с увеличением температуры примерно на 1 МОм на 60 °C.
Диэлектрическая абсорбция — это название эффекта, при котором конденсатор, заряжавшийся в течение длительного времени, разряжается лишь частично. Хотя идеальный конденсатор после разряда остается под напряжением 0 В, реальные конденсаторы развивают небольшое напряжение, возникающее в результате замедленной дипольной разрядки, явления, которое также называется диэлектрической релаксацией , «пропитыванием» или «действием батареи».
Во многих приложениях конденсаторов диэлектрическая абсорбция не является проблемой, но в некоторых приложениях, таких как интеграторы с большой постоянной времени , схемы выборки и хранения , аналого-цифровые преобразователи с переключаемыми конденсаторами и фильтры с очень низкими искажениями , это проблема. важно, чтобы конденсатор не восстанавливал остаточный заряд после полной разрядки, поэтому рекомендуются конденсаторы с низким поглощением. Напряжение на клеммах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, в некоторых случаях может вызвать проблемы в работе электронной схемы или представлять угрозу безопасности для персонала. Чтобы предотвратить удары током, большинство очень больших конденсаторов, например силовых, поставляются с закорачивающими проводами, которые удаляются перед использованием. [54]
Все керамические конденсаторы класса 2, в которых используется сегнетоэлектрическая керамика, обладают пьезоэлектричеством и обладают пьезоэлектрическим эффектом, называемым микрофоникой , микрофонией или визгом в аудиоприложениях. [55] Микрофония описывает явление, при котором электронные компоненты преобразуют механические вибрации в электрический сигнал, который во многих случаях является нежелательным шумом . [56] Чтобы избежать этого эффекта, в чувствительных электронных предусилителях обычно используются керамические и пленочные конденсаторы класса 1. [56]
При обратном микрофонном эффекте переменное электрическое поле между пластинами конденсатора оказывает физическую силу, перемещая их как динамик. [56] Сильноточные импульсные нагрузки или высокие пульсации тока могут создавать слышимый акустический звук, исходящий от конденсатора, но разряжают конденсатор и создают нагрузку на диэлектрик. [57] [58] [59]
Электрические параметры керамических конденсаторов могут изменяться из-за напряжения при пайке. Нагрев ванны припоя, особенно при использовании материалов поверхностного монтажа, может вызвать изменение контактного сопротивления между клеммами и электродами. Для сегнетоэлектрических керамических конденсаторов класса 2 температура пайки выше точки Кюри . Поляризованные домены в диэлектрике возвращаются, и процесс старения керамических конденсаторов класса 2 начинается снова. [2]
Следовательно, после пайки необходимо время восстановления около 24 часов. После восстановления некоторые электрические параметры, такие как значение емкости, ESR, токи утечки, изменяются необратимо. Изменения находятся в нижнем процентном диапазоне в зависимости от типа конденсатора.
Стандартизация всех электрических, электронных компонентов и связанных с ними технологий осуществляется в соответствии с правилами Международной электротехнической комиссии (МЭК), [60] некоммерческой неправительственной международной организации по стандартизации . [61] [62]
Определение характеристик и порядок проведения методов испытаний конденсаторов, применяемых в электронной аппаратуре, изложены в типовой спецификации:
Испытания и требования, которым должны соответствовать керамические конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартизированных типов, изложены в следующих разделах технических характеристик:
Многослойные керамические конденсаторы все чаще используются для замены танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов малой емкости в таких приложениях, как байпасные или высокочастотные импульсные источники питания , поскольку их стоимость, надежность и размер становятся конкурентоспособными. Во многих приложениях их низкое ESR позволяет использовать более низкое номинальное значение емкости. [63] [64] [65] [66] [67]
Особенности и недостатки керамических конденсаторов см. в основной статье Типы конденсаторов # Сравнение типов.
Если позволяет место, на керамических конденсаторах, как и на большинстве других электронных компонентов, наносится маркировка, указывающая производителя, тип, их электрические и тепловые характеристики и дату изготовления. В идеальном случае, если они достаточно большие, на конденсаторе будет маркировка:
Конденсаторы меньшего размера используют сокращенное обозначение для отображения всей необходимой информации в ограниченном пространстве. Наиболее часто используемый формат: XYZ J/K/M VOLTS V, где XYZ представляет емкость (рассчитывается как XY × 10 Z пФ), буквы J, K или M обозначают допуск (±5%, ±10% и ±20% соответственно), а VOLTS V представляет собой рабочее напряжение.
Емкость, допуск и дату изготовления можно определить с помощью короткого кода в соответствии с IEC/EN 60062 . Примеры короткой маркировки номинальной емкости (микрофарады):
Дата изготовления часто печатается в соответствии с международными стандартами.
Код года: «R» = 2003, «S» = 2004, «T» = 2005, «U» = 2006, «V» = 2007, «W» = 2008, «X» = 2009, «A» = 2010 , «Б» = 2011, «С» = 2012, «Д» = 2013 и т. д.
Код месяца: от «1» до «9» = с января по сентябрь, «O» = октябрь, «N» = ноябрь, «D» = декабрь.
«Х5» тогда — «2009, май».
Для очень маленьких конденсаторов, таких как микросхемы MLCC, маркировка невозможна. Здесь только прослеживаемость производителей может обеспечить идентификацию типа.
Идентификация современных конденсаторов не имеет детальной цветовой маркировки.
Обзор действующих производителей по всему миру и их ассортимента продукции по состоянию на 2012 год [обновлять]представлен в следующей таблице:
