電容器技術(shù)如何發(fā)展并潛入PCB設(shè)計

提到7級科學(xué)課的電容，導(dǎo)體和電介質(zhì)，你可能會看到上釉的表情并聽到無聊的嘆息。我的意思是，嘿，有時候我和成年人以及我正在談話的同事會這樣，所以我不能說我對孩子們沒有同情心，但我必須向他們保證，電路和電路板真的很吸引人。

為了幫助學(xué)生直觀地了解電容器的工作原理，用塑料購物袋層隔開的兩片鋁箔構(gòu)成一個簡單的電容器。然后，將下部箔片連接到大地和直流電源的負(fù)極端子，將上部箔片連接到電源正極端子。增加電壓會導(dǎo)致兩個鋁箔板相互吸引。

磁通電容器也有層？

我們使用的電容器我們的PCB設(shè)計與教室內(nèi)置的電容有些不同。在設(shè)計電路板時，了解電容器類型的特性有助于規(guī)劃和設(shè)計。在使用通孔和表面貼裝設(shè)計時，您可以使用設(shè)計庫根據(jù)包括電容，介電類型，標(biāo)稱值容差，額定電壓和溫度系數(shù)在內(nèi)的屬性組合來選擇電容器。

通孔安裝（THM）已經(jīng)成為表面貼裝技術(shù)的后座。然而，鉆孔和固定部件引線的過程在軸向或徑向穿過板增加了特定應(yīng)用的價值。軍事，航空航天和工業(yè)應(yīng)用需要可靠性，同時使部件承受機(jī)械和環(huán)境壓力。 THM電容器類型包括非極化陶瓷盤，銀云母和塑料薄膜以及極化電解和鉭類型。

表面貼裝電容器不需要穿過層的鉆孔并直接安裝到PCB表面。通孔替換通孔引線并允許電路板層之間的導(dǎo)電連接。 SMT電容器可以安裝在電路板的兩側(cè)，并且具有比THM電容器小得多的封裝。不同的SMT電容器類型包括堆疊多層陶瓷，云母，鉭，薄膜和電解電容器。

信號，電路板和電容器

同時，電容器在通孔安裝PCB中保持球場。如今，過去流行的電容器在SMT PCB中扮演著重要角色。簡要介紹幾種類型的電容器，展示了電容器技術(shù)從過去到現(xiàn)在如何發(fā)展并潛入PCB設(shè)計的未來。

表面貼裝電容器具有體積小，自動化裝配的優(yōu)點(diǎn)，和低雜散電感。與較舊的THM電容器類型相同的特性為使用表面貼裝技術(shù)的PCB設(shè)計人員提供了許多好處。

陶瓷電容器：具有由陶瓷材料制成的電介質(zhì)。陶瓷電容器通常具有1F至1μF的小電容值和較小的最大額定電壓。電容器具有出色的頻率響應(yīng)，不會產(chǎn)生寄生效應(yīng)。

1類陶瓷電容器具有高穩(wěn)定性，高精度和低損耗。 1類陶瓷電容器的標(biāo)稱值容差在1％范圍內(nèi)。 2類陶瓷電容器具有更高的電容值，但熱穩(wěn)定性更低，并且標(biāo)稱值公差更低。大功率陶瓷電容器具有最大100μF的容量，可以處理高達(dá)100 kV的更高的最大電壓。

多層陶瓷電容器（MLCC）：構(gòu)成當(dāng)前表面貼裝PCB上使用的大部分電容器。每個MLCC由交錯的銀鈀或鍍鎳銀電極組成，電鍍錫交織在矩形陶瓷電介質(zhì)塊內(nèi)。在MLCC制造過程中使用的電介質(zhì)類型會影響電容和熱穩(wěn)定性，從而影響MLCC的頻率和直流電壓特性。

具有氧化鈦/鋯酸鈣電介質(zhì)的電容器具有較低的電容并且非常穩(wěn)定的熱特性。當(dāng)您使用涉及時間常數(shù)高頻電路的PCB應(yīng)用時，請從PCB設(shè)計中選擇低電容，高溫系數(shù)MLCC。具有鈦酸鋇電介質(zhì)的MLCC提供電源平滑和去耦所需的高電容。請記住，這些MLCC的高電容可以抵抗電介質(zhì)的特性。鈦酸鋇電介質(zhì)隨電壓輸入和時間的推移而變化。

MLCC電容具有低等效串聯(lián)電阻。結(jié)果，MLCC幾乎沒有因電阻產(chǎn)生的熱量問題。電容器還具有良好的紋波電阻能力。

為您的設(shè)計選擇合適的電容器

云母電容器：用作諧振，時間常數(shù)，耦合和功率轉(zhuǎn)換電路中的去耦電容和紋波濾波器。制造商用云母片制造云母電容器，兩面涂有沉積金屬。 THM和SMT云母電容器具有出色的可靠性，穩(wěn)定性和精度，標(biāo)稱值公差為+ -1％，+ -2％和+ -5％。

塑料薄膜電容器：使用不同類型的電介質(zhì)為特定應(yīng)用分割組件的材料，包括過濾，一般耦合和去耦。金屬薄膜電容器，例如聚酯薄膜和幾種不同類型的聚酯，以及聚苯乙烯電容器，由沉積在塑料薄膜中的薄金屬層組成，連接到每個引線。薄膜電容器如聚四氟乙烯（PTFE）電容器使用塑料薄膜分隔兩個金屬箔電極。

FCN型電容器：具有無感金屬化聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）薄膜結(jié)構(gòu)，可提供相同的穩(wěn)定溫度和傳統(tǒng)聚酯薄膜電容器的頻率特性。采用FCN型電容器的低ESR可提供卓越的高頻性能。因此，F(xiàn)CN電容器可用于EMI濾波，電源輸入和輸出濾波，信號耦合以及IC電源總線旁路或去耦。

FCP型堆疊金屬化聚苯硫醚（PPS）薄膜電容器：高封裝在小型SMT封裝中，電容值和在寬溫度范圍內(nèi)具有出色的高頻響應(yīng)。與FCP電容器一樣，F(xiàn)CA型丙烯酸薄膜電容器具有高電容值，改善的高頻濾波和出色的直流電源總線噪聲衰減。 FCA電容器由金屬化樹脂薄膜和鍍銅合金端子的無感堆疊層組成。

鋁電解電容器：提供比其他電容器類型更高的電容，但具有非常寬的標(biāo)稱容差值。較高的電容值允許電解電容在用于電源時平滑紋波并用作耦合電容。由于寬容差值以及等效串聯(lián)電阻隨頻率增加，電解電容不能處理高頻。 SMT電解電容器具有高電容，低阻抗和高溫穩(wěn)定性。此外，表面貼裝電解電容可抵抗振動。

鉭電容器：在鉭上使用非常薄的氧化膜作為電解質(zhì)。雖然氧化物層覆蓋小的鉭陽極并用作電介質(zhì)，但導(dǎo)電陰極包圍電介質(zhì)和陽極。雖然鉭電容器不具備鋁電解電容器的電流容量，但鉭電容器提供1μF至100μF的高電容組合，耐用性和穩(wěn)定性。表面貼裝鉭電容器具有相同的特性以及小封裝尺寸的寬工作溫度范圍。

現(xiàn)在嵌入式元件和電路板

嵌入式電容材料由夾在兩層銅之間的非常薄的介電材料組成。在制造過程中，環(huán)氧樹脂材料涂層將銅箔層壓在一起。嵌入到IC引腳正下方的剛性或柔性PCB基板中的電容器具有極短的電路徑，可降低寄生電容和電感，降低電源總線噪聲并最大限度地降低EMI。

由于電容密度增加，嵌入式電容器可以去耦電源，便于拆除分立電容器。將這些功能與尺寸縮小相結(jié)合，使嵌入式電容器成為電信，計算，醫(yī)療和手持電子設(shè)備的寶貴資產(chǎn)。

將來會有什么技術(shù)老化？

對更小的產(chǎn)品足跡的需求已經(jīng)開始了電容器技術(shù)的革命。下一步是開發(fā)高密度，超薄的實(shí)心鋁電容器，在高壓，高溫應(yīng)用和為其供電的電路中提供穩(wěn)定性。

另一種超薄電解超級電容器的工作原理適用于低功耗微處理器和RF應(yīng)用。超級電容器設(shè)計為嵌入式組件，可為下一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供極長的電源壽命，同時可抵抗振動和沖擊。