Керамический конденсатор — это конденсатор с фиксированным значением , в котором керамический материал действует как диэлектрик . Он состоит из двух или более чередующихся слоев керамики и металлического слоя, действующего как электроды . Состав керамического материала определяет электрические свойства и, следовательно, области 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 приблизительно один триллион (10 12 ) штук в год. [1]
Керамические конденсаторы специальных форм и типов используются в качестве конденсаторов для подавления радиочастотных и электромагнитных помех , в качестве проходных конденсаторов, а в больших размерах — в качестве силовых конденсаторов для передатчиков .
С самого начала изучения электричества непроводящие материалы, такие как стекло, фарфор , бумага и слюда, использовались в качестве изоляторов. Эти материалы несколько десятилетий спустя также хорошо подходили для дальнейшего использования в качестве диэлектрика для первых конденсаторов.
Даже в ранние годы беспроводного передающего аппарата Маркони фарфоровые конденсаторы использовались для высокого напряжения и высокой частоты в передатчиках . На стороне приемника меньшие слюдяные конденсаторы использовались для резонансных цепей. Слюдяные диэлектрические конденсаторы были изобретены в 1909 году Уильямом Дубилье. До Второй мировой войны слюда была наиболее распространенным диэлектриком для конденсаторов в Соединенных Штатах. [1]
Слюда — это природный материал, и ее нельзя найти в неограниченных количествах. Поэтому в середине 1920-х годов дефицит слюды в Германии и опыт работы с фарфором — особым классом керамики — привели к появлению в Германии первых конденсаторов, в которых в качестве диэлектрика использовалась керамика, что положило начало новому семейству керамических конденсаторов. Параэлектрический диоксид титана ( рутил ) использовался 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 производство возросло. Стиль этих ранних керамических изделий представлял собой диск с металлизацией с обеих сторон, контактировавший с лужеными проводами. Этот стиль предшествовал транзистору и широко использовался в ламповом оборудовании (например, 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. Открытый в 1921 году сегнетоэлектрический керамический материал титанат бария с диэлектрической проницаемостью в диапазоне 1000, примерно в десять раз больше, чем у диоксида титана или слюды, 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. Поэтому эти керамические конденсаторы могли заменить обычно используемые слюдяные конденсаторы только в тех случаях, когда стабильность была менее важна. Меньшие размеры по сравнению со слюдяными конденсаторами, более низкие производственные затраты и независимость от доступности слюды ускорили их принятие.
Быстрорастущая индустрия вещания после Второй мировой войны способствовала более глубокому пониманию кристаллографии , фазовых переходов и химической и механической оптимизации керамических материалов. Благодаря сложной смеси различных основных материалов электрические свойства керамических конденсаторов могут быть точно отрегулированы. Чтобы различать электрические свойства керамических конденсаторов, стандартизация определила несколько различных классов применения (класс 1, класс 2, класс 3). Примечательно, что раздельное развитие во время войны и в последующее время на рынке США и Европы привело к различным определениям этих классов (EIA против IEC), и только недавно (с 2010 года) произошла всемирная гармонизация со стандартизацией IEC.
Типичным стилем керамических конденсаторов под диском (тогда их называли конденсаторами) в радиоприложениях в период после войны с 1950-х по 1970-е годы была керамическая трубка, покрытая оловом или серебром как с внутренней, так и с внешней поверхности. Она включала относительно длинные клеммы, образующие вместе с резисторами и другими компонентами клубок разомкнутой цепи.
Легко формуемый керамический материал облегчил разработку специальных и крупных типов керамических конденсаторов для высоковольтных, высокочастотных (ВЧ) и энергетических применений.
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 производства многослойных схем, десятилетия спустя они были заменены конденсаторами Y5V класса 2.
Ранний стиль керамического дискового конденсатора мог быть более дешевым в производстве, чем обычные керамические трубчатые конденсаторы в 1950-х и 1970-х годах. Американская компания в разгар программы Apollo , запущенной в 1961 году, впервые использовала укладку нескольких дисков для создания монолитного блока. Этот «многослойный керамический конденсатор» (MLCC) был компактным и предлагал конденсаторы с высокой емкостью. [3] Производство этих конденсаторов с использованием процессов литья ленты и совместного обжига керамических электродов было большой производственной проблемой. MLCC расширили диапазон приложений до тех, которые требовали больших значений емкости в меньших корпусах. Эти керамические чип-конденсаторы были движущей силой перехода электронных устройств от сквозного монтажа к технологии поверхностного монтажа в 1980-х годах. Поляризованные электролитические конденсаторы можно было заменить неполяризованными керамическими конденсаторами, что упростило монтаж.
В 1993 году корпорации TDK удалось заменить палладиевые электроды на более дешевые никелевые электроды, что значительно снизило себестоимость продукции и позволило наладить массовое производство 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 предохранительных конденсаторов в приложениях подавления электромагнитных помех . Помимо них, также можно найти большие керамические силовые конденсаторы для приложений с высоким напряжением или высокой частотой передатчиков.
Новые разработки в области керамических материалов были сделаны с использованием антисегнетоэлектрической керамики. Этот материал имеет нелинейный антисегнетоэлектрический/сегнетоэлектрический фазовый переход, что позволяет увеличить запас энергии с более высокой объемной эффективностью. Они используются для хранения энергии (например, в детонаторах). [5]
Различные керамические материалы, используемые для керамических конденсаторов, параэлектрическая или сегнетоэлектрическая керамика, влияют на электрические характеристики конденсаторов. Использование смесей параэлектрических веществ на основе диоксида титана приводит к очень стабильному и линейному поведению значения емкости в указанном 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 для керамических конденсаторов могут быть достигнуты путем использования смесей сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария, вместе с определенными оксидами. Эти диэлектрические материалы имеют гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость, но в то же время их значение емкости более или менее нелинейно в диапазоне температур, а потери на высоких частотах намного выше. Эти различные электрические характеристики керамических конденсаторов требуют объединения их в «классы применения». Определение классов применения исходит из стандартизации. По состоянию на 2013 год использовались два набора стандартов: один от Международной электротехнической комиссии (МЭК), а другой от ныне несуществующего Альянса электронной промышленности (EIA).
Определения классов применения, приведенные в двух стандартах, различны. В следующей таблице показаны различные определения классов применения для керамических конденсаторов:
Производители, особенно в США, отдавали предпочтение стандартам Electronic Industries Alliance (EIA). Во многих частях, очень похожих на стандарт IEC, EIA RS-198 определяет четыре класса применения для керамических конденсаторов. [6]
Различные номера классов в обоих стандартах являются причиной множества недоразумений при интерпретации описаний классов в технических паспортах многих производителей. [7] [8] EIA прекратила свою деятельность 11 февраля 2011 года, но бывшие секторы продолжают обслуживать международные организации по стандартизации.
В дальнейшем определения стандарта МЭК будут иметь приоритет и в важных случаях сравниваться с определениями стандарта EIA.
Керамические конденсаторы класса 1 — это точные конденсаторы с температурной компенсацией. Они обеспечивают наиболее стабильное напряжение, температуру и, в некоторой степени, частоту. Они имеют самые низкие потери и поэтому особенно подходят для резонансных схем, где стабильность имеет важное значение или где требуется точно определенный температурный коэффициент, например, при компенсации температурных эффектов для схемы. Основные материалы керамических конденсаторов класса 1 состоят из смеси мелко измельченных 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 поведение емкости конденсаторов класса 1 в зависимости от температуры зависит от основного параэлектрического материала, например TiO
2. Добавки химического состава используются для точной настройки желаемой температурной характеристики. Керамические конденсаторы класса 1 имеют самую низкую объемную эффективность среди керамических конденсаторов. Это является результатом 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 довольно линейен с температурой. Эти конденсаторы имеют очень низкие электрические потери с коэффициентом рассеяния около 0,15%. Они не подвергаются значительным процессам старения, а значение емкости практически не зависит от приложенного напряжения. Эти характеристики позволяют применять их в фильтрах с высокой добротностью, в резонансных контурах и генераторах (например, в контурах фазовой автоподстройки частоты ).
Стандарт EIA RS-198 кодирует керамические конденсаторы класса 1 трехзначным кодом, который указывает температурный коэффициент. Первая буква указывает значимую цифру изменения емкости в зависимости от температуры (температурный коэффициент α) в ppm/K . Вторая буква указывает множитель температурного коэффициента. Третья буква указывает максимальный допуск от этого в ppm/K. Все номиналы от 25 до 85 °C:
В дополнение к коду 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 заменяются двухзначным буквенным кодом (см. таблицу), в который добавлен соответствующий код EIA.
Например, конденсатор "NP0" с кодом EIA "C0G" будет иметь нулевой дрейф с допуском ±30 ppm/K, тогда как "N1500" с кодом "P3K" будет иметь дрейф −1500 ppm/K с максимальным допуском ±250 ppm/°C. Обратите внимание, что коды конденсаторов IEC и EIA являются промышленными кодами конденсаторов, а не кодами военных конденсаторов.
Конденсаторы класса 1 включают конденсаторы с различными температурными коэффициентами α. В частности, конденсаторы NP0/CG/C0G с α ±0•10−6 / K и допуском α 30 ppm технически представляют большой интерес. 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 контурах). Другие материалы с их особым температурным поведением используются для компенсации встречного температурного хода параллельно соединенных компонентов, таких как катушки в осцилляторных контурах. Конденсаторы класса 1 демонстрируют очень малые допуски номинальной емкости.
Керамические конденсаторы класса 2 имеют диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, лучшую объемную эффективность, чем конденсаторы класса 1, но меньшую точность и стабильность. Керамический диэлектрик характеризуется нелинейным изменением емкости в диапазоне температур. Значение емкости также зависит от приложенного напряжения. Они подходят для шунтирования, соединения и развязки или для схем частотной дискриминации, где низкие потери и высокая стабильность емкости менее важны. Они обычно демонстрируют микрофонный эффект.
Конденсаторы класса 2 изготавливаются из сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария ( BaTiO
3) [11] и подходящие добавки, такие как силикат алюминия , силикат магния и оксид алюминия . [12] 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, что означает, что емкость значительно меняется по мере увеличения напряжения на клеммах. Конденсаторы класса 2 также демонстрируют плохую температурную стабильность и стареют с течением времени. [9]
Благодаря этим свойствам конденсаторы класса 2 обычно используются в приложениях, где требуется лишь минимальное значение емкости (а не точное значение), например, для буферизации/фильтрации входов и выходов источников питания, а также для связи электрических сигналов.
Конденсаторы класса 2 маркируются в соответствии с изменением емкости в диапазоне температур. 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 от +10 °C до +85 °C с изменением емкости не более +22% до −56%. Конденсатор X7R будет работать 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 другой двухзначный код.
В большинстве случаев возможен перевод кода EIA в код IEC/EN. Небольшие ошибки перевода случаются, но обычно они терпимы.
Поскольку керамические конденсаторы класса 2 имеют более низкую точность и стабильность емкости, для них требуются более высокие допуски.
Для военных типов диэлектрики класса 2 указывают температурную характеристику (TC), но не температурно-вольтную характеристику (TVC). Подобно X7R, военный тип BX не может изменяться более чем на 15% по температуре, и, кроме того, должен оставаться в пределах +15%/-25% при максимальном номинальном напряжении. Тип BR имеет предел TVC +15%/-40%.
Конденсаторы с барьерным слоем или полупроводниковые керамические конденсаторы класса 3 имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, до 50 000, и, следовательно, лучшую объемную эффективность, чем конденсаторы класса 2. Однако эти конденсаторы имеют худшие электрические характеристики, включая меньшую точность и стабильность. Диэлектрик характеризуется очень высоким нелинейным изменением емкости в диапазоне температур. Значение емкости дополнительно зависит от приложенного напряжения. Кроме того, они имеют очень высокие потери и стареют с течением времени.
Керамические конденсаторы с барьерным слоем изготавливаются из легированных сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария ( BaTiO
3). С усовершенствованием этой керамической технологии в середине 1980-х годов появились конденсаторы с барьерным слоем емкостью до 100 мкФ, и в то время казалось, что они могут заменить меньшие электролитические конденсаторы .
Поскольку из этого материала невозможно изготовить многослойные конденсаторы, на рынке предлагаются только свинцовые однослойные типы. [14] [15]
Благодаря достижениям в области многослойных керамических конденсаторов, позволяющим добиться превосходных характеристик в меньшем корпусе, конденсаторы с барьерным слоем как технология в настоящее время считаются устаревшими и больше не стандартизированы МЭК.
Керамические конденсаторы состоят из смеси тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов, соответствующим образом смешанных с другими материалами для достижения желаемых характеристик. Из этих порошковых смесей керамика спекается при высоких температурах. Керамика образует диэлектрик и служит носителем для металлических электродов. Минимальная толщина диэлектрического слоя, которая сегодня (2013) для низковольтных конденсаторов находится в диапазоне размеров 0,5 микрометра [3] , ограничена снизу размером зерна керамического порошка. Толщина диэлектрика для конденсаторов с более высокими напряжениями определяется диэлектрической прочностью желаемого конденсатора.
Электроды конденсатора нанесены на керамический слой методом металлизации. Для MLCC чередующиеся металлизированные керамические слои укладываются друг на друга. Выступающая металлизация электродов с обеих сторон корпуса соединена с контактным выводом. Лаковое или керамическое покрытие защищает конденсатор от влаги и других воздействий окружающей среды.
Керамические конденсаторы бывают разных форм и стилей. Некоторые из наиболее распространенных:
MLCC можно рассматривать как состоящую из множества однослойных конденсаторов, сложенных вместе в один пакет. Исходным материалом для всех чипов MLCC является смесь тонко измельченных гранул параэлектрического или сегнетоэлектрического сырья, модифицированная точно определенными добавками. [16] [17] Состав смеси и размер частиц порошка, всего 10 нм, отражают опыт производителя.
Тонкая керамическая фольга отливается из суспензии порошка с подходящим связующим веществом. Рулоны фольги разрезаются на листы одинакового размера, которые трафаретно печатаются слоем металлической пасты, который станет электродами. В автоматизированном процессе эти листы укладываются в требуемое количество слоев и затвердевают под давлением. Помимо относительной диэлектрической проницаемости, размер и количество слоев определяют последующее значение емкости. Электроды укладываются в чередующемся порядке, слегка смещенном относительно соседних слоев, так что каждый из них впоследствии может быть соединен со смещенной стороны, один слева, один справа. Слоистый пакет прессуется, а затем разрезается на отдельные компоненты. Требуется высокая механическая точность, например, для изготовления пакета из 500 или более слоев размером «0201» (0,5 мм × 0,3 мм).
После резки связующее вещество выжигается из стопки. Затем следует спекание при температурах от 1200 до 1450 °C, в результате чего получается окончательная, в основном кристаллическая, структура. Этот процесс выжигания создает желаемые диэлектрические свойства. После выжигания следует очистка и затем металлизация обеих торцевых поверхностей. Благодаря металлизации торцы и внутренние электроды соединяются параллельно, и конденсатор получает свои клеммы. Наконец, каждый конденсатор проходит электрическое тестирование для обеспечения функциональности и надлежащей производительности и упаковывается в катушку с лентой.
Формула емкости ( C ) конденсатора MLCC основана на формуле для плоского конденсатора, улучшенной за счет количества слоев:
где ε обозначает диэлектрическую проницаемость ; A — площадь поверхности электрода; n — количество слоев; и d — расстояние между электродами.
Более тонкий диэлектрик или большая площадь электрода увеличивают значение емкости , то же самое происходит и с диэлектрическим материалом с более высокой диэлектрической проницаемостью.
С прогрессирующей миниатюризацией цифровой электроники в последние десятилетия компоненты на периферии интегральных логических схем также были уменьшены. Уменьшение MLCC подразумевает 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 выпускали 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. [18]
Уменьшение размера этих конденсаторов достигается за счет уменьшения размера зерна порошка, что предполагает более тонкие слои керамики. Кроме того, процесс производства стал более точно контролироваться, так что все больше слоев можно укладывать друг на друга.
В период с 1995 по 2005 год емкость конденсатора MLCC Y5V типоразмера 1206 была увеличена с 4,7 мкФ до 100 мкФ. [19] Между тем (2013 год) многие производители могут поставлять конденсаторы MLCC класса 2 со значением емкости 100 мкФ в кристалле типоразмера 0805. [20]
MLCC не имеют выводов, и в результате они обычно меньше своих аналогов с выводами. Для монтажа им не требуется сквозной доступ к печатной плате, и они предназначены для машинного, а не человеческого обращения. В результате компоненты поверхностного монтажа, такие как MLCC, обычно дешевле.
MLCC производятся в стандартизированных формах и размерах для сопоставимого обращения. Поскольку ранняя стандартизация была основана на американских стандартах EIA, размеры чипов MLCC были стандартизированы EIA в единицах измерения дюймов. Прямоугольный чип с размерами 0,06 дюйма в длину и 0,03 дюйма в ширину кодируется как «0603». Этот код является международным и общеупотребительным. JEDEC (IEC/EN) разработал второй, метрический код. Код EIA и метрический эквивалент обычных размеров многослойных керамических чип-конденсаторов, а также размеры в мм показаны в следующей таблице. В таблице отсутствует измерение высоты «H». Обычно оно 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 были изготовлены из благородных металлов, таких как серебро и палладий, которые выдерживали высокие температуры спекания от 1200 до 1400 °C без легкого окисления. Эти конденсаторы с электродами из благородных металлов (NME) обладали очень хорошими электрическими свойствами.
Однако резкий 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 . [21] Эти конденсаторы с электродами из базовых металлов (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 недорогих приложениях, таких как источники питания. NME по-прежнему используется в конденсаторах класса 1, где соответствие спецификациям имеет решающее значение, а стоимость не так важна.
Емкость чипов MLCC зависит от диэлектрика, размера и требуемого 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 для многослойных керамических чип-конденсаторов класса 1 и класса 2. В следующих двух таблицах для керамики NP0/C0G и X7R для каждого распространенного размера корпуса указаны максимально доступные значения емкости и номинальные напряжения ведущих производителей Murata, TDK, KEMET, AVX. (По состоянию на апрель 2017 г.)
В области своей резонансной частоты конденсатор обладает наилучшими свойствами развязки для шума или электромагнитных помех . Резонансная частота конденсатора определяется индуктивностью компонента . Индуктивные части конденсатора суммируются в эквивалентной последовательной индуктивности, или ESL. (Обратите внимание, что L — это электрический символ для индуктивности.) Чем меньше индуктивность, тем выше резонансная частота.
Поскольку, особенно в цифровой обработке сигналов, частоты переключения продолжают расти, увеличивается спрос на высокочастотные развязывающие или фильтрующие конденсаторы. С помощью простого изменения конструкции можно уменьшить ESL чипа MLCC. Поэтому сложенные электроды соединяются на продольной стороне с соединительными выводами. Это уменьшает расстояние, которое носители заряда проходят по электродам, что снижает индуктивность компонента. [22]
Например, 0,1 мкФ X7R MLCC 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 как массив конденсаторов. Здесь несколько отдельных конденсаторов встроены в общий корпус. При параллельном подключении результирующие значения ESL и ESR компонентов уменьшаются.
Стандартный многослойный керамический конденсатор имеет много противостоящих слоев электродов, сложенных внутри, соединенных с двумя внешними выводами. Керамический чип-конденсатор X2Y, однако, представляет собой 4-контактное чип-устройство. Он сконструирован как стандартный двухконтактный MLCC из сложенных керамических слоев с дополнительным третьим набором экранирующих электродов, встроенных в чип. Эти экранирующие электроды окружают каждый существующий электрод в стопке пластин конденсатора и имеют низкоомный контакт с двумя дополнительными боковыми выводами поперек выводов конденсатора. Конструкция X2Y приводит к трехузловой емкостной схеме, которая обеспечивает одновременную фильтрацию линия-линия и линия-земля. [23] [24] [25]
Керамические конденсаторы X2Y, способные заменить 2 или более обычных устройства, идеально подходят для высокочастотной фильтрации или подавления шума напряжений питания в цифровых схемах и могут оказаться бесценными при выполнении строгих требований ЭМС в двигателях постоянного тока, в автомобильной, аудиотехнике, датчиках и других приложениях. [26] [27]
Отпечаток X2Y приводит к снижению установленной индуктивности. [28] Это особенно интересно для использования в высокоскоростных цифровых схемах с тактовой частотой в несколько сотен МГц и выше. Там развязка отдельных напряжений питания на печатной плате трудно реализуема из-за паразитной индуктивности линий питания. Стандартное решение с обычными керамическими конденсаторами требует параллельного использования многих обычных микросхем MLCC с различными значениями емкости. Здесь конденсаторы X2Y способны заменить до пяти одинаковых по размеру керамических конденсаторов на печатной плате. [29] Однако этот конкретный тип керамического конденсатора запатентован, поэтому эти компоненты по-прежнему сравнительно дороги.
Альтернативой конденсаторам X2Y может быть трехконтактный конденсатор. [30]
Керамика хрупкая, и микросхемы MLCC поверхностного монтажа , припаянные к печатной плате, часто подвержены растрескиванию от теплового расширения или механических напряжений, таких как депанелизация , в большей степени, чем компоненты с выводами для сквозного монтажа . Трещины могут возникнуть на автоматизированной сборочной линии или из-за высокого тока в цепи.
Вибрация и ударные силы на печатной плате более или менее передаются без демпфирования на MLCC и его паяные соединения; чрезмерная сила может привести к трещине конденсатора ( трещина при изгибе ). Избыток припоя в соединениях нежелателен, так как он может увеличить силы, которым подвергается конденсатор. [31] [32]
Способность чипов MLCC выдерживать механическое напряжение проверяется с помощью так называемого теста на изгиб подложки, когда печатная плата с припаянным MLCC изгибается пуансоном на 1–3 мм. Отказ происходит, если MLCC замыкается или значительно изменяется емкость.
Прочность на изгиб чипов MLCC различается в зависимости от керамического материала, размера чипа и физической конструкции конденсаторов. Без специального смягчения керамические чипы MLCC класса 1 NP0/C0G достигают типичной прочности на изгиб 2 мм, в то время как более крупные типы керамических чипов класса 2 X7R, Y5V достигли прочности на изгиб только около 1 мм. Более мелкие чипы, такие как размер 0402, достигли во всех типах керамики более высоких значений прочности на изгиб.
Благодаря специальным конструктивным особенностям, особенно на электродах и выводах, прочность на изгиб может быть улучшена.Например, внутреннее короткое замыкание возникает при контакте двух электродов с противоположной полярностью, что будет происходить при разрыве керамики в области выводов. Этого можно избежать, если уменьшить перекрывающиеся поверхности электродов. Это достигается, например, с помощью «Конструкции открытого режима » (OMD). Здесь разрыв в области выводов только немного уменьшает значение емкости (AVX, KEMET).
![«Flex-Termination» — чипы MLCC, гибкий контактный слой предотвращает разрушение керамики.[33]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fc/MLCC-FlexTerm-Crack.svg/1280px-MLCC-FlexTerm-Crack.svg.png)
При использовании аналогичной конструкции, называемой «Конструкция с плавающим электродом» (FED) или «Многослойные последовательные конденсаторы» (MLSC), также происходит только уменьшение емкости, если части корпуса конденсатора ломаются. Эта конструкция работает с плавающими электродами без какого-либо проводящего соединения с выводом. 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 отношению к стандартным MLCC достигается путем введения гибкого промежуточного слоя проводящего полимера между электродами и окончанием, называемым «Flexible Terminations» (FT-Cap) или «Soft Terminations». В этой конструкции жесткое металлическое паяное соединение может перемещаться относительно гибкого полимерного слоя и, таким образом, поглощать изгибающие силы, не приводя к разрыву керамики. [34] Некоторые автомобильные конденсаторы должны соответствовать AEC-Q200 и/или VW 80808 .
Конденсаторы подавления являются эффективными компонентами снижения помех, поскольку их электрическое сопротивление уменьшается с ростом частоты, так что на более высоких частотах они проявляются как короткие замыкания на высокочастотный электрический шум и переходные процессы между линиями или на землю. Поэтому они предотвращают отправку и прием оборудованием и машинами (включая двигатели, инверторы и электронные балласты, а также твердотельные реле-снабберы и искрогасители) электромагнитных и радиочастотных помех, а также переходных процессов в соединениях через линию (конденсаторы X) и линия-земля (конденсаторы Y). 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. [35] [36] [37]
Конденсаторы подавления электромагнитных/радиочастотных помех разработаны таким образом, чтобы любые остаточные помехи или электрические шумы не превышали пределы директивы по электромагнитной совместимости EN 50081. [38] Компоненты подавления подключаются непосредственно к сетевому напряжению в течение 10–20 лет или более и, следовательно, подвергаются потенциально опасным перенапряжениям и переходным процессам. По этой причине конденсаторы подавления должны соответствовать требованиям безопасности и негорючести международных стандартов безопасности, таких как
Конденсаторы RFI, которые соответствуют всем указанным требованиям, имеют отметку о сертификации различных национальных агентств по стандартам безопасности. Для применения в линиях электропередач особые требования предъявляются к негорючести покрытия и эпоксидной смолы, пропитывающей или покрывающей корпус конденсатора. Для получения сертификатов безопасности конденсаторы X и Y, рассчитанные на линии электропередач, подвергаются разрушающим испытаниям до отказа. Даже при воздействии больших скачков перенапряжения эти конденсаторы с рейтингом безопасности должны выходить из строя безотказным образом , не подвергая опасности персонал или имущество.
По состоянию на 2012 год [обновлять]большинство керамических конденсаторов, используемых для подавления EMI/RFI, были выводными для монтажа в сквозные отверстия на печатной плате, [39] [40] технология поверхностного монтажа становится все более и более важной. По этой причине в последние годы многие чипы MLCC для подавления EMI/RFI от разных производителей получили одобрение и соответствуют всем требованиям, указанным в применимых стандартах. [39] [41] [42] [43] [44]
Хотя материалы, используемые для керамических конденсаторов большой мощности, в основном очень похожи на те, которые используются для меньших, керамические конденсаторы с высокими и очень высокими номиналами мощности или напряжения 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 сосредоточена на защите персонала и оборудования, определяемой местным регулирующим органом.
Поскольку современное электронное оборудование получило возможность обрабатывать уровни мощности, которые ранее были исключительной прерогативой компонентов «электрической мощности», различие между «электронными» и «электрическими» мощностями стало менее четким. В прошлом граница между этими двумя семействами проходила примерно по реактивной мощности 200 вольт-ампер, но современная силовая электроника может обрабатывать все большее количество мощности.
Силовые керамические конденсаторы в основном рассчитаны на ток, значительно превышающий 200 вольт-ампер. Высокая пластичность керамического сырья и высокая диэлектрическая прочность керамики обеспечивают решения для многих приложений и являются причинами огромного разнообразия стилей в семействе 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 высокой объемной эффективностью.
Силовые керамические конденсаторы класса 1 используются для резонансных цепей в передающих станциях . Силовые керамические конденсаторы класса 2 используются для автоматических выключателей , для линий распределения электроэнергии , для высоковольтных источников питания в лазерных приложениях, для индукционных печей и в схемах удвоения напряжения . Силовые керамические конденсаторы могут поставляться с высокими номинальными напряжениями в диапазоне от 2 кВ до 100 кВ. [45]
Размеры этих силовых керамических конденсаторов могут быть очень большими. При высокой мощности потери этих конденсаторов могут генерировать 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 указаны последовательной эквивалентной схемой, составленной из идеализированной емкости и дополнительных электрических компонентов, которые моделируют все потери и индуктивные параметры конденсатора. В этой последовательно-эквивалентной схеме электрические характеристики конденсатора определяются как
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 °C с частотами
Конденсаторы доступны в различных, геометрически увеличивающихся предпочтительных значениях , как указано в стандартах серии E , указанных в IEC/EN 60063. В зависимости от количества значений на декаду они были названы сериями E3, E6, E12, E24 и т. д. Единицы, используемые для указания значений конденсаторов, включают все от пикофарады (пФ), нанофарады (нФ), микрофарады (мкФ) и фарады (Ф).
Процент допустимого отклонения емкости от номинального значения называется допуском емкости . Фактическое значение емкости должно находиться в пределах допуска, в противном случае конденсатор не соответствует спецификации. Для сокращенной маркировки в узких местах буквенный код для каждого допуска указан в IEC/EN 60062 .
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 серии допусков от E12 до E3.
Емкость керамических конденсаторов меняется в зависимости от температуры. Различные диэлектрики многих типов конденсаторов показывают большие различия в температурной зависимости. Температурный коэффициент выражается в частях на миллион (ppm) на градус Цельсия для керамических конденсаторов класса 1 или в процентах (%) по всему диапазону температур для конденсаторов класса 2.
Большинство типов дискретных конденсаторов имеют большие или меньшие изменения емкости с ростом частоты. Диэлектрическая прочность керамической и пластиковой пленки класса 2 уменьшается с ростом частоты. Поэтому значение их емкости уменьшается с ростом 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. [46] [47] 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 стандартизированном измерительном напряжении 0,5 или 1,0 В. Такое поведение является небольшим источником нелинейности в фильтрах с низким уровнем искажений 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 BME зависимость емкости от напряжения значительно увеличилась. [48] [49] [50] [51]
Для большинства конденсаторов физически обусловленная диэлектрическая прочность или напряжение пробоя обычно могут быть указаны для каждого диэлектрического материала и толщины. Это невозможно для керамических конденсаторов. Напряжение пробоя керамического диэлектрического слоя может варьироваться в зависимости от материала электрода и условий спекания керамики до 10 раз. Высокая степень точности и контроля параметров процесса необходима для поддержания рассеивания электрических свойств для современных очень тонких керамических слоев в заданных пределах.
Устойчивость к напряжению керамических конденсаторов определяется номинальным напряжением (UR). Это максимальное постоянное напряжение, которое может непрерывно подаваться на конденсатор до верхнего предела температуры. Эта гарантированная устойчивость к напряжению проверяется в соответствии с напряжениями, указанными в соседней таблице.
Кроме того, в ходе периодических испытаний на долговечность (испытаний на выносливость) стойкость керамических конденсаторов к напряжению проверяется при повышенном испытательном напряжении (от 120 до 150% от U R ) для обеспечения безопасности конструкции.
Частотно-зависимое сопротивление переменного тока конденсатора называется импедансом и представляет собой комплексное 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 переменные токи. В этом смысле импеданс можно использовать подобно закону Ома.
для расчета пикового или эффективного значения тока или напряжения.
Как показано в последовательной эквивалентной схеме конденсатора, реальный компонент включает в себя идеальный конденсатор , индуктивность и резистор .
Чтобы рассчитать импеданс, необходимо геометрически сложить активное сопротивление, а затем оба реактивных сопротивления.
где емкостное сопротивление ( емкость ) равно
и индуктивное сопротивление ( индуктивность ) равно
В частном случае резонанса , когда оба реактивных сопротивления имеют одинаковое значение ( ), то импеданс будет определяться только .
В технических характеристиках керамических конденсаторов указывается только величина импеданса . Типичная кривая импеданса показывает, что с ростом частоты импеданс уменьшается, вплоть до минимума. Чем ниже импеданс, тем легче переменные токи могут 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. С частотами выше резонанса импеданс снова увеличивается из-за ESL.
Суммарные потери в керамических конденсаторах являются омическими потерями переменного тока . Потери постоянного тока определяются как « ток утечки » или «сопротивление изоляции» и незначительны для спецификации переменного тока. Эти потери переменного тока нелинейны и могут зависеть от частоты, температуры, возраста и для некоторых специальных типов от влажности. Потери являются результатом двух физических условий:
Наибольшая доля этих потерь в больших конденсаторах обычно приходится на частотно-зависимые омические диэлектрические потери. Что касается стандарта IEC 60384-1, омические потери конденсаторов измеряются на той же частоте, что и 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 в основном специфицируются с помощью коэффициента рассеяния, tan δ. Коэффициент рассеяния определяется как тангенс реактивного сопротивления – и ESR, и может быть показан как угол δ между мнимой и импедансной осями на векторной диаграмме выше, см. параграф «Импеданс».
Если индуктивность мала, коэффициент рассеяния можно приблизительно рассчитать следующим образом:
Конденсаторы класса 1 с очень низкими потерями характеризуются коэффициентом рассеяния и часто коэффициентом качества (Q). Коэффициент качества определяется как обратная величина коэффициента рассеяния.
Фактор Q отражает влияние электрического сопротивления и характеризует полосу пропускания резонатора относительно его центральной или резонансной частоты . Высокое значение Q является признаком качества резонанса для резонансных контуров.
В соответствии с IEC 60384-8/-21/-9/-22 керамические конденсаторы не должны 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 диапазоне однозначных чисел, тогда как у конденсаторов класса 2 изменения гораздо выше.
Электрический резонанс происходит в керамическом конденсаторе на определенной резонансной частоте , где мнимые части импеданса конденсатора и проводимости компенсируют друг друга. Эта частота, где X C так же высока, как и X L, называется собственной резонансной частотой и может быть рассчитана с помощью:
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 импеданс проходит через минимум. Для любого приложения переменного тока собственная резонансная частота — это самая высокая частота, на которой конденсатор может использоваться в качестве емкостного компонента. На частотах выше резонансной импеданс снова увеличивается из-за ESL: конденсатор становится индуктором с индуктивностью, равной ESL конденсатора, и сопротивлением, равным ESR на данной частоте.
ESL в промышленных конденсаторах в основном вызвано выводами и внутренними соединениями, используемыми для соединения пластин с внешним миром. Большие конденсаторы, как правило, имеют более высокий ESL, чем маленькие, поскольку расстояние до пластины больше, и каждый миллиметр увеличивает индуктивность.
Керамические конденсаторы, которые доступны в диапазоне очень малых значений емкости (пФ и выше), уже вышли за пределы своих меньших значений емкости, подходящих для более высоких частот до нескольких сотен МГц (см. формулу выше). Из-за отсутствия выводов и близости к электродам чипы MLCC имеют значительно более низкую паразитную индуктивность, чем типы с выводами fe, что делает их пригодными для более высокочастотных приложений. Дальнейшее снижение паразитной индуктивности достигается путем контакта электродов с продольной стороны чипа вместо боковой стороны.
Примеры собственных резонансных частот для одного набора керамических конденсаторов NP0/C0G и одного набора керамических конденсаторов X7R: [52]
Обратите внимание, что X7R имеют лучшую частотную характеристику, чем C0G. Однако это имеет смысл, поскольку конденсаторы класса 2 намного меньше, чем класса 1, поэтому они должны иметь меньшую паразитную индуктивность.
В ферроэлектрических керамических конденсаторах класса 2 емкость уменьшается со временем. Такое поведение называется «старением». Старение происходит в ферроэлектрических диэлектриках, где домены поляризации в диэлектрике способствуют общей поляризации. Деградация поляризованных доменов в диэлектрике уменьшает диэлектрическую проницаемость со временем, так что емкость керамических конденсаторов класса 2 уменьшается по мере старения компонента. [53] [54]
Старение происходит по логарифмическому закону. Этот закон определяет уменьшение емкости в процентах в течение десятилетия после времени восстановления пайки при определенной температуре, например, в период от 1 до 10 часов при 20 °C. Поскольку закон логарифмический, процентная потеря емкости увеличится в два раза между 1 ч и 100 ч и в три раза между 1 ч и 1000 ч и т. д. Таким образом, старение происходит быстрее всего вблизи начала, а значение емкости эффективно стабилизируется с течением времени.
Скорость старения конденсаторов класса 2 в основном зависит от используемых материалов. Правило заключается в том, что чем выше температурная зависимость керамики, тем выше процент старения. Типичное старение керамических конденсаторов X7R составляет около 2,5% за десятилетие [55] 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 класс 2. Но воздействия окружающей среды, такие как повышенная температура, высокая влажность и механическое напряжение, могут в течение более длительного периода времени привести к небольшому необратимому снижению емкости, иногда также называемому старением. Изменение емкости для P 100 и N 470 класса 1 составляет менее 1%, для конденсаторов с керамикой N 750 - N 1500 оно составляет ≤ 2%.
Сопротивление диэлектрика никогда не бывает бесконечным, что приводит к некоторому уровню постоянного тока "утечки" , который способствует саморазряду. Для керамических конденсаторов это сопротивление, помещенное параллельно конденсатору в последовательно-эквивалентной цепи конденсаторов, называется "сопротивлением изоляции R ins ". Сопротивление изоляции не следует путать с внешней изоляцией по отношению к окружающей среде.
Скорость саморазряда при уменьшении напряжения конденсатора определяется по формуле
С сохраненным постоянным напряжением и постоянной саморазряда
Это означает, что после того, как напряжение конденсатора упало до 37% от первоначального значения.
Сопротивление изоляции, выраженное в единицах МОм (10 6 Ом), а также постоянная саморазряда в секундах являются важным параметром качества диэлектрической изоляции. Эти временные значения важны, например, когда конденсатор используется в качестве компонента времени 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 повышением температуры примерно на 1 МОм на 60 °C.
Диэлектрическая абсорбция — это название эффекта, при котором конденсатор, который был заряжен в течение длительного времени, разряжается лишь не полностью. Хотя идеальный конденсатор остается на уровне нуля вольт после разряда, реальные конденсаторы будут вырабатывать небольшое напряжение, возникающее из-за задержанной во времени дипольной разрядки, явления, которое также называется диэлектрической релаксацией , «пропитыванием» или «действием батареи».
Во многих применениях конденсаторов диэлектрическая абсорбция не является проблемой, но в некоторых применениях, таких как интеграторы с большой постоянной времени , схемы выборки и хранения , аналого-цифровые преобразователи с переключаемыми конденсаторами и фильтры с очень низким искажением , важно, чтобы конденсатор не восстанавливал остаточный заряд после полной разрядки, и указаны конденсаторы с низким поглощением. Напряжение на клеммах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, в некоторых случаях может вызвать проблемы в работе электронной схемы или может представлять угрозу безопасности для персонала. Для предотвращения ударов током большинство очень больших конденсаторов, таких как силовые конденсаторы, поставляются с закорачивающими проводами, которые удаляются перед использованием. [56]
Все керамические конденсаторы класса 2, использующие сегнетоэлектрическую керамику, проявляют пьезоэлектричество и имеют пьезоэлектрический эффект, называемый микрофоникой , микрофонией или в аудиоприложениях визгом. [57] Микрофония описывает явление, при котором электронные компоненты преобразуют механические колебания в электрический сигнал, который во многих случаях является нежелательным шумом . [58] Чувствительные электронные предусилители обычно используют керамические и пленочные конденсаторы класса 1, чтобы избежать этого эффекта. [58]
При обратном микрофонном эффекте изменяющееся электрическое поле между пластинами конденсатора оказывает физическую силу, перемещая их как динамик. [58] Сильные импульсные нагрузки тока или сильные пульсирующие токи могут генерировать слышимый акустический звук, исходящий от конденсатора, но разряжают конденсатор и нагружают диэлектрик. [59] [60] [61]
Керамические конденсаторы могут испытывать изменения своих электрических параметров из-за напряжений при пайке. Тепло припоя, особенно для SMD-стилей, может вызвать изменения контактного сопротивления между клеммами и электродами. Для ферроэлектрических керамических конденсаторов класса 2 температура пайки превышает точку 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 следует правилам, установленным Международной электротехнической комиссией (МЭК), [62] некоммерческой, неправительственной международной организацией по стандартизации . [63] [64]
Определение характеристик и порядок проведения методов испытаний конденсаторов для использования в электронном оборудовании изложены в общей спецификации:
Испытания и требования, которым должны соответствовать керамические конденсаторы, предназначенные для использования в электронном оборудовании с целью утверждения их в качестве стандартизированных типов, изложены в следующих разделах технических условий:
Многослойные керамические конденсаторы все чаще используются для замены танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов с низкой емкостью в таких приложениях, как байпас 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. [65] [66] [67] [68] [69]
Особенности и недостатки керамических конденсаторов см. в основной статье Типы конденсаторов#Сравнение типов
Если позволяет место, керамические конденсаторы, как и большинство других электронных компонентов, имеют отпечатанную маркировку, указывающую производителя, тип, их электрические и тепловые характеристики и дату изготовления. В идеальном случае, если они достаточно большие, конденсатор будет маркирован следующим образом:
Для меньших конденсаторов используется сокращенная запись, чтобы отобразить всю необходимую информацию 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 указывают на допуск (±5%, ±10% и ±20% соответственно), а VOLTS V представляет рабочее напряжение.
Емкость, допуск и дату изготовления можно идентифицировать с помощью короткого кода в соответствии с IEC/EN 60062. Примеры короткой маркировки номинальной емкости (микрофарад):
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, "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2013 и т. д.
Код месяца: «1»–«9» = янв.–сентябрь, «O» = октябрь, «N» = ноябрь, «D» = декабрь
«X5» тогда означает «2009, май».
Для очень маленьких конденсаторов, таких как MLCC чипы, маркировка невозможна. Здесь только прослеживаемость производителей может гарантировать идентификацию типа.
Современные конденсаторы не имеют подробной цветовой маркировки.
