电容器陶瓷高频

1、第二章 电容器陶瓷1 片状电容器贴片式多层陶瓷电容器MLCC 21.电容的基础知识1）概念：能存储电荷的容器。电容器基本模型是一种中间被电介质材料隔开的的双层导体电极所构成的单片器件。这种介质必须是纯绝缘材料。电容器常用的介质材料有空气、天然介质、合成材料。电容器所用陶瓷介质是以钛酸盐为主要成份。3通交隔直在充电或放电的过程中，两极板上的电荷有积累过程，或者说极板上的电压有建立过程，因此电容器上的电压不能突变。2）电容器两个重要的特性42.电容器的分类陶瓷介质类（1、2、3类）有机薄膜类（聚酯PET、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚碳酸酯PC、聚2,6萘乙烯酯PEN、聚苯硫醚PPS）电解类：钽、铝

2、电解液、有机半导体络合盐TCNQ、导电聚合物阴极聚吡咯（PPY）聚噻吩（PTN）其他类（云母、云母纸、空气）5陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优良的高频特性、品种繁多、价格低廉、便于大批量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业仪器仪表等领域。陶瓷电容器是目前飞速发展的电子技术的基础之一,今后,随着集成电路（IC)、大规模集成电路(LSI)的发展,可以预计,陶瓷电容器将会有更大的发展。61、对电容器瓷的一般要求： 介电常数大，以制造小体积、重量轻的陶瓷电容器，电容器体积整机体积、重量 介质损耗小，tg=（16）10-4，保证回路的高Q值。高介电容器瓷工作在高频下时、tg 。 对I类瓷，

3、介电系数的温度系数要系列化。对II类瓷，则用随温度的变化率表示（非线性）。I类瓷II类瓷 2-1 概述7 体积电阻率v高（v1012cm） 为保证高温时能有效工作，要求v高 抗电强度Ep要高 a、小型化，使=V/d b、陶瓷材料的分散性，即使Ep，可能仍有击穿 2-1 概述82、电容器瓷分类： 2-1 概述类瓷：高，较大的tg，强介陶瓷或称铁电陶瓷类瓷：低介（0 +0的瓷料获得0的瓷料。 2-2 电容器瓷的介电特性16金红石型和钙钛矿型结构的陶瓷具有特殊的结构，离子位移极化后，产生强大的局部内电场，并进一步产生强烈的离子位移极化和电子位移极化，使得作用在离子上的内电场得到显著加强，故大。钛酸锶

4、铋也是利用SrTiO3钙钛矿型结构的内电场，而加入钛酸铋等，使之产生锶离子空位，产生离子松弛极化，从而使增大。四、 产生高介电系数的原因 2-2 电容器瓷的介电特性17低温下高频电容器瓷的tg较小，但在一定的频率下，当温度超过某一临界温度后，由离子松弛极化和电子电导所引起的大量能量损耗，使材料的介质损耗急剧地增大。另外：TiO2的二次再结晶，破坏晶粒的均匀度，使材料的机械性能和介电性能恶化；Ti4+Ti3+tg五、 含钛陶瓷的介质损耗 2-2 电容器瓷的介电特性18一、 热补偿电容器瓷二、 热稳定电容器瓷三、 温度系数系列化的电容器瓷 2-3 高频电容器瓷19一、温度补偿电容器陶瓷高频温度补偿

5、电容器陶瓷的介电常数在650以下，介电常数的温度系数较小，而且可通过组成的调整，使介电常数的温度系数灵活地变化。介电常数的温度系数常为负值，用来补偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持稳定。1.金红石瓷：8090，：-750-85010-6/2.钛酸钙陶瓷：150160：-230010-6/( -60120 ) -(15001600)10-6/( +2080 ) 201.金红石瓷 金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其主晶相为金红石（TiO2）。介电系数较高：约8090, 有较大的负值约为（-750- 850）10-6/, 介质损耗很小。温度补偿电容器陶瓷21（1）配方中各种组成的作用

6、或要求 Ti02 金红石瓷的主晶相化学组成是Ti02，其加入数量、形态、晶粒大小等均会影响瓷体的性能。22自然界中TiO2有三种晶型（同质异型体），其性能特点如下：23 由此可见，金红石结构最稳定、最紧凑、介电系数最大、性能最好，锐钛矿最差。然而，工业用TiO2主要是锐钛矿和微量的金红石，因此，必须在12001300氧化气氛中预烧，使TiO2全部转变为金红石结构，同时也使产品在烧结时不致因晶型转变、体积收缩过大而变形或开裂。 24 Ti02的活性、晶粒大小及烧结温度与预烧温度有关。经预烧过的Ti02活性降低，因此工厂一般采用未预烧和预烧的Ti02以一定比例配合使用。25 高岭土、膨润土 Ti0

7、2没有可塑性，高岭土的加入可增加可塑性，降低烧结温度。当采用挤管或车坯等可塑法成型时，可塑性要求更高，需要部分膨润土代替部分高岭土，但一般应少于4。26 碱土金属化合物 由于引入部分高岭土、膨润土，带入碱金属离子，使电性能恶化，因此可利用压抑效应提高电性能。另外，也可起降低烧结温度的作用。一般CaF2加入量10。微波介质陶瓷的基本性能要求61微波介质陶瓷的基本性能要求2)在-50+100谐振频率温度系数f该尽可能小，保证其在士30ppm/以内，以确保高的频率稳定性。微波介质谐振器一般是以介质材料的某种谐振模式下的谐振频率为中心工作频率，如果谐振频率温度系数过大，微波器件的中心频率将会产生较大的

8、漂移，从而使器件无法稳定工作。近于零的谐振频率温度系数是微波介质陶瓷材料研究者最为关心的微波介电性能之一，对温度系数可调性的探索使得许多新微波介电陶瓷得以开发。 62 对介质谐振器而言，其频率温度系数f与介质的和热膨胀系数的关系为: 作为理想的介质谐振器f=0，而一般为+(510)10-6/，因此，介质材料的应选择在-(1020)10-6/范围内最为适合。63微波介质陶瓷的基本性能要求3)在微波频段，介质损耗要小。在微波频段下，介电损耗要小，即介质的品质因子要高。使用低损耗的介质材料可以改善谐振器件的品质因子,对稳频用的谐振器来说,高Q可以提高谐振频率控制精度,抑制回路中的电子噪声。对滤波器来

9、说,高Q可以提高同带边缘信号频率相应陡度,提高频率的利用率。在工作频率下,Q1000即可满足基本的应用要求。此外,对于在某种具体条件下工作的微波介质陶瓷,除了满足以上介电性能要求外,也要考虑到材料的传热系数、绝缘电阻、相对密度和可加工性等因素。同时，材料还应该具有良好的物理、化学稳定性、热膨胀系数小、机械强度大等性能且材料表面、内部缺陷应尽可能少。64（1）低和高Q值的MWDC。低和高Q值的微波介质陶瓷主要是BaO-MgO-Ta2O5、BaO-ZnO-Ta2O5或BaO-MgO-Nb2O5、BaO-ZnO-Nb2O5系统或它们之间的复合系统MWDC材料。其=2530，Q=(13)104(在f1

10、0GHz下)，f0。主要用于f8GHz的卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件。具有A(BB)O3型结构的复合钙钛矿材料。因为具有低介电损耗tan和高介电常数而被广泛用作微波介质谐振器。Ba(Zn1/3Ta2/3)O3(BZT)就是这类材料的典型代表，它的介电常数29，在10GHz下品质因素Q9000，谐振频率温度系数f110-6/。根据研究，在微波频率下，品质因素Q随着钙钛矿晶胞的B位Zn2+、Ta5+的增加而增大。 微波介质陶瓷的分类及研究现状65（2）中等和Q值的MWDC。主要是以BaTi4O9、Ba2Ti9O20和(Zr,Sn)TiO4等为基的微波介质材料，其中的40，Q=(69)10

11、3(在f=34GHz下)，f510-6/。主要用于48GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。国外报道的研究结果表明：在4.5 GHz下，对于BaTi4O9，=38，Q13103，f=1.410-5/；对于Ba2Ti9O20，=39，Q1.2103，f=410-6/。单相Ba2Ti9O20陶瓷具有很高的介电常数，很低的介电常数，温度系数和微波介质损耗，特别适于制作微波介质谐振器和卫星用滤波器等高介高频元器件。微波介质陶瓷的分类及研究现状66（3）高而Q值较低的MWDC。目前重点研究的用于0.84GHz频率范围内高介电常数微波介质陶瓷，主要有以下几种体系：钨青铜结构BaO-L

12、n2O3-TiO2系列。1978年Kolar等人报道了BaO-Nd2O3-TiO2三元系中富TiO2区具有的微波介电性质后，由于此系统的介电常数高，介质损耗低，具有优良的高频特性，因此吸引了许多研究者。许多学者将此类三元化合物固溶体的分子式写为Ba6-xLn8+2x/3Ti18O54(简称BLT体系)； 复合钙钛矿CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列。该系列实际上是(Li1/2Ln1/2)TiO3和CaTiO3复合而成的。CaTiO3材料在微波频率下具有高、低Q值、较大的正f；而(Li1/2Ln1/2)TiO3则具有高和较大的负f。因而二者的复合有望制备得到高和零f的微波介质材料。 铅基

13、钙钛矿系列。铅 基 钙 钛 矿 系 列 主 要 是 指(Pb1-xCax)ZrO3、(Pb1-xCax)(Mg1/3Nb2/3)O3、(Pb1-xCax)(Fe1/2Nb1/2)O3、(Pb1-xCax)HfO3等系材料。微波介质陶瓷的分类及研究现状67微波介质陶瓷材料前景目前成为研发热点之一的微波介质基片多层共烧 结构，需要新型低温烧结 微波介质陶瓷系列，其中BiNbO4-CuO系Bi2O3-CaO-Nb2O5系Bi2O3-CaO-ZnO-Nb2O5系BaO-TiO2-Nd2O3-Bi2O3系等，都获得了良好的预期结果。随着信息技术的加速发展，高品位广播用高频信息量迅速增大5倍以上，因而微波频段的利用将会迅速增加；此外，汽车用无绳电话，便携式移动通信设备，微波接力机及全球卫星通信系统的集成化和组件化，