军用高可靠性钽电容和MLCC电容资料
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军用高可靠性钽电容和MLCC电容演讲嘉宾:黄勇先生 Vishay电容器部门区域市场经理时间:2009-08-28 13:50:00 至 2009-08-28地点:成都世纪城新国际会展中心蜀风厅黄勇:大家好,很荣幸有这么一个机会给大家介绍一下。
这个技术交流的话,因为电容产品范围是比较广,这次交流只是讲到军用高可靠性的钽电容贴片陶瓷电容器。
我们有很好的电容,相信大家比较关注它的产地在哪里,我们在国内深圳也有一家公司,贴片也是在以色列为主。
在亚洲地区,Vishay有三家办事处,在上海、深圳、北京。
如果大家要找联系窗口的话,在这三个地方都可以找到像我这样的技术人员了解产品信息。
讲到军用产品都有很严格的要求,必须要长期使用的高可靠性产品,所以我们客户选择军用产品的时候,不可能有很宽的范围可以选择,这就有很多限制,Vishay除了长期使用最顶端的范围比较窄的电容器,我们根据客户的要求,也专门开发了可以像民用范围比较广的产品供大家选择。
下面会有详细的系列跟大家讲。
Vishay所有的钽电,生产种类非常齐全,所有这些都有军工产品供大家选择。
固钽的话,这张照片给大家看的是内部的钽芯,钽芯决定了这个钽电主要的参数,比如容值、电压、等效串联电阻,正极作为纯钽,介质是五氧化二钽。
所有这个芯值决定了所有的参数。
这些不同系列只是封装方式的不同所以形成了不同的系列,这个是由金属外壳固定的,它也是固钽,我们有相对不同的序列号,有不同等级的军规产品,工作电压从6V到100V的工作电压范围以及军标不同测试等级。
这个测试等级可以给大家简单的稍微介绍一下,它是加速测试的方法,用1.3倍的额定标准电压值作为加电压的筛选,失效模式有三种,所以分三种不同的等级,失效高一点的一直到失效等级非常低的。
详细参数可以在Vishay网站上找到规格书。
贴片的话,我们也有相应的军品的规格,也有相对应的失效的等级,温度范围可以从负50度到正25度范围之内都可以使用。
CAK45型有可靠性指标的片式钽电容器1、简介:CAK45型系列产品是有可靠性指标的片式钽电容器,适用于航空、航天、导弹、通讯等有可靠性要求的军用电子设备的直流或脉动电路。
产品符合国军标GJB2283-95《有可靠性指标的片式固体电解质钽电容器总规范》和企业标准QJ/PWV110-20012、主要特性:使用温度范围:-55℃~+125℃ (>+85℃时施加类别电压使用)容量偏差:±10%;±20%漏电流(20℃):I 0≤0.01C R U R (μA )或0.5μA (取大者)损耗角正切(tg δ0):见表1高低温特性:见表1。
最 大 值 电容量变化 (%)损耗角正切(tg δ0) %漏电流最大值(μA )标称电容量(CR )μF-55℃ +85℃ +125℃ -55℃ +25℃ +85℃ +125℃ +85℃ +125℃≤1.0 6 4661.5~688 6 88100~220±12108 1010330~470±10±10±15 12 10 12 1210I0 12.5I03、外形尺寸壳号Code EIACodeL W H P W1A 3216 3.2±0.2 1.6±0.2 1.6±0.2 0.8±0.3 1.2±0.1B 3528 3.5±0.2 2.8±0.2 1.9±0.2 0.8±0.3 2.2±0.1C 6032 6.0±0.3 3.2±0.3 2.5±0.3 1.3±0.3 2.2±0.1D 7343 7.3±0.3 4.3±0.3 2.8±0.3 1.3±0.3 2.4±0.1E 7343 7.3±0.3 4.3±0.3 4.1±0.3 1.3±0.3 2.4±0.14、标称容量、额定电压、类别电压、壳号对照表:额定电压(UR)V4 6.310162025355032类别电压(UC)V 2.5 4 6.3 10 13 1620壳号代号标称电容量壳号壳号壳号壳号壳号壳号壳号壳号(CR)μFA0.10 AB/A0.15 AB/A0.22 AB/A0.33 AAC/B0.47 A AAC/BB/A0.68 A A B/AB/AC/B1.0 A A A B/AD/CC/B1.5A A A B/A B/AC/BD/C2.2 A A A B/A B/A C/BD/C3.3 A A B/A B/A B/A C/B C/BD/C D4.7 A B/A B/A B/A C/B C/BD/C E/D6.8B/A B/A B/A C/B/A C/B D/C/B10B/A B/A C/B/A C/B D/C/B D/C/B D E/D15B/A C/B/A C/B C/B D/C D/C E/D E22C/B/A C/B/A C/B D/C D/C E/D E/D33C/B D/C/B D/C/B D/C E/D E/D E47D/C/B D/C/B D/C E/D/C E/D E/D E68D/C/B D/C E/D/C E/D E/D E100D/C E/D/C E/D/C E/D EE/D/C E/D E150 E/D/C220 E/D/CE/D E/DE/D E330 E/DE470 E/D5、电容器在25℃下的等效串联电阻(ESR值)额定电压(UR)V 4 6.3 10 16 20 25 35 50标称电容量(CR)μF 壳号等效串联电阻(100KHz max) Ω0.1 A 24220.15 B 17A 21280.22 B 14A 18180.33 B 12A 15 15 200.47 C 8B 16A 11 14 180.68 C 7.0B 7.5815A 12 12 17 171.0 C 6.0B 6.5 6.5 10A 10 10 10 16 161.5 D 4C 4.58B 6.06.512A8.08.08.016162.2 D 2.5C 5.0 3.5 7B 5.55.08.08A8.08.08.012123.3 D 2.0C 4.0 2.5 5.0B 5.5 5.5 4.0 7.0 7.0A8.08.09.09.09.04.7 D 1.51.5C 3.0 2.5 5.0B5.54.54.06.06.0A8.08.08.08.06.8 E 1.5D 1.4 1.3 2.0C 3.5 2.4 3.0 3.0B5.54.53.56.06.06.0A8.08.08.09.010 E 1.8D 1.2 1.1 2.0C 3.04.04.02.56.06.06.06.0B4.03.5A1.815 E 1.1D 1.1 1.0 2.04.01.84.03.02.5C5.05.05.03.5B6.06.0A22 E 0.9 1.0D 1.1 0.9 1.8 1.83.03.01.6C3.22.25.05.0B5.06.06.0A33 E 0.8 0.9 1.21.50.91.51.1D1.62.52.5C2.52.24.03.53.5B47 E 0.8 0.8 1.2 1.21.51.51.5D0.91.61.12.02.02.02.0C3.0B3.00.81.20.868 E 0.81.51.51.50.91.1D2.02.0C2.04.2B0.81.00.8100 E 0.81.21.20.91.2D1.51.71.5C1.00.80.7150 E0.81.01.0D1.01.51.5C0.71.00.7220 E1.01.0D1.01.5C0.90.90.7330 E0.90.9D0.7470 E0.70.7D6、订货方法(CA45 105 M 035 A T)105 035Reliability standard forChip Tantalum Capacitor 105 10X105(pF)This isexpressed inpicofarads. The firsttwo digits are thesignificant figures. Thethird is the number ofzeros to follow.K=±10%M=±20%Ratedvoltage4V=0046.3V=00610V=01016V=01620V=02025V=02535V=03550V=050A:3.2*1.6B:3.5*2.8C:6.0*3.2D:7.3*4.3E:7.3*4.3T= Tapeand reelB=bulkpack。
MLCC与钽电容器在应用中的比较在1990 年,Y5V 型MLCC 的价格已达到钽电容的水平,到1995 年,X7R 型的价格达到1.0uF 钽电容器的水平.这些重大变化使得MLCC 可以与钽电容器在许多应用领域展开直接竞争.对电性能的要求主要取决于具体的应用,我们可以对它们在平滑滤波和退耦这两个主要应用领域的表现作一番比较,.对于平滑滤波来说,在开关模式电源(SMPS)中的应用是最普通的应用之一,它覆盖非常宽广的输出功率范围和波动电流.虽然如此,但现代SMPS 设计对于最高工作温度、电容和高频开关等方面的限制经常使得电容技术的选择变得明朗. 在不容易进行选择的领域,最好进行性价比分析.使用由全波整流桥组成的模拟电路,可以利用MLCC 或者钽电容”平滑滤波”.对于Y5V MLCC、X7R MLCC 和钽电容三个系列来说,性能均随着电容量的提高而改善,但是在MLCC 的范围内,所有的性能水平都能找到更加便宜的解决方案.在中低性能水平上,Y5V MLCC 是成本效益最高的解决方案,对于高性能水平(包括最佳水平),X7R MLCC 则是最好的选择.在频率更高(例如,1 MHz)时,X7R MLCC 的竞争优势更加明显,因为钽电容的有效电容下降,而且串联等效电阻(ESR)较高.而在退耦应用里,人们必须评估IC 执行规定的变化而又不引起额外电压波动(可能导致IC 性能严重下降)所要求的电量.这意味着电容必须做出响应,实际上是作为低阻抗充电电源.与平滑滤波应用一样,其性能随着电容的提高而改善.在100 kHz 和400C 条件下,1uF 的MLCC 比1uF、16 V 钽电容的成本效益更高.C 尺寸的33uF 和D 尺寸的100uF 的MLCC 电容性能更高,但成本也相应显著上升.而且,由于这些元件的尺寸较大,设计人员可能优先考虑使用一个以上的MLCC,而不是用较大的钽电容.结果显示,在较宽的频率和温度范围内,X7R 和。
什么是MLCC:MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写.(Multi-layer ceramic capacitors) 目前在便携产品中广泛应用的片式多层陶瓷电容器(MLCC)材料根据温度特性,主要可分为两大类:BME化的C0G产品和LOW ESR选材的X7R(X5R)产品。
C0G类MLCC的容量多在1000pF以下,该类电容器低功耗涉及的主要性能指标是损耗角正切值tanδ(DF)。
传统的贵金属电极(NME)的C0G产品DF值范围是(2.0~8.0)×10-4,而技术创新型贱金属电极(BME)的C0G产品DF值范围为(1.0~2.5)×10-4,约是前者的(31~50)%。
该类产品在载有T/R 模块电路的GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS系统中低功耗特性较为显著。
X7R(X5R)类MLCC的容量主要集中在1000pF以上,该类电容器低功耗主要涉及的性能指标是等效串联电阻(ESR)。
MLCC的应用及功能特性多层片式陶瓷电容器(MLCC)是一种量大面广的重要电子元器件,广泛用于电子信息产品的各种表面贴装电路中。
大容量、薄层化、低成本、高可靠等是MLCC发展的主要方向。
MLCC是陶瓷介质材料、相关辅助材料以及精细制备工艺相结合的高技术产品。
陶瓷介质材料是影响MLCC诸多性能的关键因素。
钛酸钡铁电陶瓷是MLCC的主流材料。
它在居里点附近虽然有较高的介电常数,但其温度变化率也较大。
温度稳定型X7R MLCC是一种有广泛而重要用途的片式元件。
如何保证高介电常数与低容温变化率兼优是一个技术难题。
研究结果表明:通过添加物复合掺杂,控制烧结过程以形成化学成分不均匀的“芯(铁电相)-壳(顺电相)”结构,所制备的钛酸钡基X7R502 MLCC材料的室温介电常数可达5000左右,室温介电损耗小于1%,电阻率为1011Ω•m。
,击穿场强高于5 kV/mm,容温变化率小于或等于士10%。
它为制备军用高可靠大容量X7R MLCC提供了关键新材料。
钽电容是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品,是1956年由美国贝尔实验室首先研制成功的,它的性能优异。
钽电容器外形多种多样,并制成适于表面贴装的小型和片型元件。
钽电容器不仅在军事通讯,航天等领域应用,而且钽电容的应用范围还在向工业控制,影视设备、通讯仪表等产品中大量使用。
优点钽电容全称是钽电解电容,也属于电解电容的一种,使用金属钽做介质,不像普通电解电容那样使用电解液,钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸绕制,本身几乎没有电感,但这也限制了它的容量。
此外,由于钽电容内部没有电解液,很适合在高温下工作。
这种独特自愈性能,保证了其长寿命和可靠性的优势。
固体钽电容器电性能优良,工作温度范围宽,而且形式多样,体积效率优异,具有其独特的特征:钽电容器的工作介质是在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜。
此层氧化膜介质与组成电容器的一端极结合成一个整体,不能单独存在。
因此单位体积内具有非常高的工作电场强度,所具有的电容量特别大,即比容量非常高,因此特别适宜于小型化。
缺点容量较小、价格也比铝电容贵,而且耐电压及电流能力较弱。
它被应用于大容量滤波的地方,像CPU插槽附近就看到钽电容的身影,多同陶瓷电容,电解电容配合使用或是应用于电压、电流不大的地方。
滤波性能编辑钽电容的性能优异,是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品,在电源滤波、交流旁路等用途上少有竞争对手。
钽电解电容器具有储藏电量、进行充放电等性能,主要应用于滤波、能量贮存与转换,记号旁路,耦合与退耦以及作时间常数元件等。
在应用中要注意其性能特点,正确使用会有助于充分发挥其功能,其中诸如考虑产品工作环境及其发热温度,以及采取降额使用等措施,如果使用不当会影响产品的工作寿命。
在钽电容器工作过程中,具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点所在的性能,使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力,而不致遭到连续的累积性破坏。
这种独特自愈性能,保证了其长寿命和可靠性的优势。
钽电容(Tantalum Capacitors)钽电容全称是钽电解电容,也属于电解电容的一种,使用金属钽做介质,由于钽电容内部没有电解液,很适合在高温下工作。
钽电容由于采用颗粒很细的钽粉,且钽的介电常数很高,所以在单位体积内钽电容的容量可以做到比较大。
钽电容的特点是温度范围宽、耐高温、寿命长、误差小、高稳定性,最高的容量体积比。
当然,还有高成本和过于复杂的生产技术。
在优点突出的前提下,钽电容器也具有要命的弱点,耐纹波性能与其它电容器相比较差,不能承受过高的反向电压。
钽电容器仍然具有最高的可靠性.这是它一至在军用及仪器行业里使用成为首选的根本原因。
从成本及性价比的角度看,在实际使用中,钽电容主要应用于1UF-220UF情况下的中小电源滤波作用。
目前全球钽电容的生产厂家主要有AVX、KEMET、NEC、VISHAY、NICHICON、三星、三洋等等。
美国品牌的钽电容如AVX/KEMET外观都是黄色,其它一些品牌外观都是黑色。
钽电容内部结构图:钽电容内部等效电路:钽电容MARK标识:钽电容主要参数:1、容值范围:钽电容的容值参数范围一般在0.47UF-680UF,不同厂家根据工艺能力,稍微有区别。
一般情况下钽电容使用参数范围在1UF-220UF左右。
从下面图表可以看出,钽电容在超过100K以上频率时,电容参数急剧减小。
所以,钽电容一般情况下只适合低频情况下中大电流滤波。
2、额定电压:一般钽电容的额定电压范围在4V-50V,考虑到125度环境需要做降额使用,参考下表。
在常规-55°C to + 125°C环境下,额定电压需要降额到2/3左右使用。
具体降额可以用下列公式计算:Vmax=( 1-(T-85)/125)×VRVmax是最大工作电压T 是要求的工作温度VR是额定电压值得注意的是上述公式只适用于高阻抗的放电电路。
同时,上述公式并没有考虑交流分量和浪涌的影响,因此当使用温度较高时,必须使用更大的降额电压才能稳定可靠地工作。
军用高可靠性钽电容和M L C C电容军用高可靠性钽电容和MLCC电容演讲嘉宾:黄勇先生 Vishay电容器部门区域市场经理时间:2009-08-28 13:50:00 至 2009-08-28地点:成都世纪城新国际会展中心蜀风厅黄勇:大家好,很荣幸有这么一个机会给大家介绍一下。
这个技术交流的话,因为电容产品范围是比较广,这次交流只是讲到军用高可靠性的钽电容贴片陶瓷电容器。
我们有很好的电容,相信大家比较关注它的产地在哪里,我们在国内深圳也有一家公司,贴片也是在以色列为主。
在亚洲地区,Vishay有三家办事处,在上海、深圳、北京。
如果大家要找联系窗口的话,在这三个地方都可以找到像我这样的技术人员了解产品信息。
讲到军用产品都有很严格的要求,必须要长期使用的高可靠性产品,所以我们客户选择军用产品的时候,不可能有很宽的范围可以选择,这就有很多限制,Vishay除了长期使用最顶端的范围比较窄的电容器,我们根据客户的要求,也专门开发了可以像民用范围比较广的产品供大家选择。
下面会有详细的系列跟大家讲。
Vishay所有的钽电,生产种类非常齐全,所有这些都有军工产品供大家选择。
固钽的话,这张照片给大家看的是内部的钽芯,钽芯决定了这个钽电主要的参数,比如容值、电压、等效串联电阻,正极作为纯钽,介质是五氧化二钽。
所有这个芯值决定了所有的参数。
这些不同系列只是封装方式的不同所以形成了不同的系列,这个是由金属外壳固定的,它也是固钽,我们有相对不同的序列号,有不同等级的军规产品,工作电压从6V到100V的工作电压范围以及军标不同测试等级。
这个测试等级可以给大家简单的稍微介绍一下,它是加速测试的方法,用1.3倍的额定标准电压值作为加电压的筛选,失效模式有三种,所以分三种不同的等级,失效高一点的一直到失效等级非常低的。
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贴片的话,我们也有相应的军品的规格,也有相对应的失效的等级,温度范围可以从负50度到正25度范围之内都可以使用。
钽电容规格书(优选)word资料电路设计左右手!一、钽电容介绍钽电容是由稀有金属钽加工而成,先把钽磨成微细粉,再与其它的介质一起经烧结而成。
目前的工艺有干粉成型法和湿粉成型法两种。
钽电容由于金属钽的固有本性,具有稳定好、不随环境的变化而改变、能做到容值很大等特点,在某些方面具有陶瓷电容不可比较的一些特性,因此在很多无法使用陶瓷电容的电路上钽电容被广泛采用。
目前全球主要有以下几个品牌的钽电容:AVX、KEMET、VISHAY、NEC,其中AVX和VISHAY的产量最大,而且质量最好。
二、钽电容技术规格和选型(以VISHAY和AVX为例说明)(一)VISHAY1、型号表示方法293D 107 X9 010 D 2 W①②③④⑤⑥⑦①表示系列,VISHAY有293D和593D两个系列,293D表示普通钽电容,593D 表示的是低阻抗钽电容,直流电阻小于1欧,一般在100毫欧到500毫欧之间。
②表示电容的容量,范围从0.1UF----680UF③表示容量误差,钽电容的容量误差有两种:一是±10%(K)和±20%(M)④表示电容的耐压,指在85℃时额定直流电压,钽电容的耐压范围从4V---50V⑤表示钽电容的尺寸大小,有A、B、C、D、E、P五种尺寸⑥表示电容的焊点材料,一般是镍银,和钯银⑦表示包装方式,有两种包装方式,7寸盘和13寸盘2、外形尺寸电子元件技术网是中国第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。
www tronics电路设计左右手!字母代码尺寸代码长度L具体尺寸mm 宽度W厚度H3.2±0.2±0.2±0.2 3.5±0.2±0.2±0.2 6.0±0.3±0.3±0.3 7.3±0.3±0.3±0.3 7.3±0.3±0.3±0.3 P (不常用)2.0±0.008±0.2±0.13、容量与电压和尺寸的范围关系表293D普通系列电子元件技术网是中国第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。
MLCC—搜狗百科MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写.(Multi-layer ceramic capacitors)一、瓷介的分类陶瓷电容一般是以其温度系数作为主要分类。
Class I - 一类陶瓷(超稳定)EIA称之为COG或NPO。
工作温度范围 -55℃~+125℃,容量变化不超过±30ppm/℃。
电容温度变化时,容值很稳定,被称作具有温度补偿功能,适用于要求容值在温度变化范围内稳定和高Q值的线路以及各种谐振线路。
Class II/III - 二/三类陶瓷(稳定)EIA标称的X7R表示温度下限为-55℃;上限温度为+125℃的工作温度范围内,容量最大的变化为±15%,Z5U、Y5V分别表示工作温度10~+85℃和-30~+85℃;容量最大变化为+22~-56%和30~82%,同属于二类陶瓷。
优点是体积利用率高,即在外型尺寸相同时能提供更高的容值,适用于高容值和稳定性能要求不太高的线路。
二、瓷介代号陶瓷介质的代号是按其陶瓷材料的温度特性来命名的。
目前国际上通用美国EIA标准的叫法,用字母来表示。
常用的几种陶瓷材料的含义如下:Y5V:温度特性Y代表-25℃; 5代表+85℃;温度系数V代表-80%~+30%Z5U:温度特性Z代表+10℃; 5代表+85℃;温度系数U代表-56%~+22%X7R:温度特性X代表-55℃; 7代表+125℃温度系数R代表± 15%NP0:温度系数是30ppm/℃(-55℃~+125℃)三、一般电性能1、介电常数不同介质的类别有不同的表现效果。
环境因素,包括温度、电压、频率和时间(老化),对不同介质的电容有不同的影响。
介质常数(K 值)越高,稳定性能、可靠性能和耐用性能便越差。
现代多层陶瓷电容器介质最常用有以下三类。
· COG或NPO(超稳定) K值10~100· X7R(稳定)K值2000~4000· Y5V或Z5U(一般用途)K值5000~250002、绝缘电阻(IR)即介质直流电阻,通常测量方法是以额定电压将电容充电一分钟,电容充电以后测量其漏电电流。
军用电解电容器的应用可靠性选择军用电解电容器的应用可靠性选择引言电容器一般由两个接近并相互绝缘的导体构成,是军用电子整机不可缺少的基础元件在军用电子产品中,电解电容器占有相当大的比重,其可靠性在整机中起着至关重要的作用根据国内有关部门的统计,在整机故障原因中,由电容器选择和应用方面的原因造成的故障约占电容器总失效率的55~85%;电容器自身质量造成的失效约占15~45%从以上数据可以看出,电容器失效的主要原因与选择和使用不当有关因此,做好电解电容器的选择和应用,对保证军工产品质量和可靠性具有重要的意义1 电解电容器的选择在军用电子产品中,为了保证整机系统的可靠性,选用电解电容器时,应遵从以下原则:(1)尽量选用列入军用电子元器件合格清单(QPL)的元器件;(2)尽量选用优选元器件清单的产品(PPL);(3)正确选择元器件的质量等级;(4)尽量选用标准和通用元器件,慎重选用新品种和非标准元器件;(5)在提供元器件清单时,必须清楚元器件标志的含义,避勉采购回来的元器件不符合整机系统的可靠性要求设计人员在选择电容器时,要对电解电容器的主要技术性能进行了解,对它的电容量、工作电压、漏电流、损耗角正切值、温度特性、阻抗频率特性、反向耐电压、储存性能以及价格等方面进行比较同时要注意电容器所使用的材质,最常用的材质是Z5U,这种材质性能稳定,介电系数高,电容器容量大,自谐振频率可达到1~20MHz;最高可用到50 MHz另一种常用的材质是NPO,这种材质具有很好的高频特性,但介电常数低、容量小,一般不在10 MHz以下使用电解电容器分铝电解电容器和钽电解电容器两大类钽电解电容器又分固体钽电解电容器和液体钽电容器三种电容器各有特点,选择时应有所区别铝电解电容器的优点是铝材在我国分布广、价格低、产量大、重量轻、有自愈特性其缺点是介质损耗大、绝缘性能差(漏电流大)、容量偏差大,并有搁置效应再加之一般是用铝作外壳的非气密封元件,故可靠性较差适应环境温度范围窄,尤其是负温特性差,一般为-20℃(个别种品可达-40℃,国军标CDK系列为-55℃)适用于对环境条件要求不高的一般民用电子产品及对可靠性要求不高的部分地面军用电子整机钽电解电容器与铝电解电容器相比,其优点是环境温度范围宽,一般为-55℃~+125℃;钽氧化膜的绝缘电阻是铝氧化膜的2倍,故漏电流小;在半导体器件工作电压范围内(指150 V以下),相同容量的钽电容器比铝电解电容器体积小2倍,并具有损耗小、性能稳定、寿命长、可靠性高等优势钽解电容器适用于军用电子设备,其缺点是价格高,受到成本的限制,所以用量极少由于CA42钽解电容器采用了环氧树脂包封,因而大大降低了固体钽电容器的价格,所以,部分民用整机也已批量采用由于CA42环氧树脂固体钽电容器是非密封元件,不适宜使用环境条件恶劣的军用整机,故在军用产品上应采用全密封钽的解电容器电解电容器介质损耗大,容量误差大、绝缘性能差,只适合用在各种50~100 Hz电子设备工频电源中的滤波以及低频电路中的旁路、耦合电容、或对容量误差要求不高的低频电路中液体钽电容器漏电流较小,单位体积电容量与工作电压的乘积特别大,尤其适合在中高压条件下的大容量电路中但是,这种电容器有酸性液体,如果一旦发生漏液,可能使印制板连线短路,从而引起整机发生严重故障,所以,军用电子设备禁止使用液钽电容器然而,随着科技的发展,有些单位已经基本上解决了液钽电容器的密封问题,液钽电容器已达到国军标要求,其可靠性也已达到了六级水平目前,在航天产品中已开始采用,其它军工产品可以参考但是,液体钽电容器在上机前一定要进行密封检漏筛选,并在设计时采用较大的降额以保证其可靠性2电解电容器的可靠性应用2.1适当降低工作电压降低电解电容器的工作电压是延长电容器使用寿命,提高可靠性的最有效方法因为电解电容器的失效率与外加电压和电容器额定电压之比的二次方成正比电解电容器用于电源滤波电路的场合最多,输入电压发生变化或负载突然开路,滤波电容器两端的电压都会随之发生变化,如果不进行降额设计,很可能使电容器击穿此外,从输入端进来的交流电压并非是正弦波电压,一般非正弦波的峰值电压要比正弦波电压高,可对电容器的寿命和可靠性造成较大影响,所以,在设计时,使用时要对电解电容器的工作电压进行较大幅度的降额对电解电容器电压的降额幅度要根据整机的可靠性要求及电容器使用的具体电路而定一般可分三级,一级为额定电压的50%;二级为60%;三级为70%高压大容量的电容器应选择较大的降额幅度电容器的容量越大,氧化膜的面积越大,出现介质缺陷的机率也越大,可靠性越低2.2充分考虑纹波电压一般电解电容器都有正负极之分当用于既有直流电压又有交流电压分量的脉动电路中时,其工作特性应特别注意电解电容在使用时,一定要符合电解电容器两端规定的电压极性要求当用于级间耦合或脉冲电路时,在电容器上施加的直流电压还要叠加交流电压成分的幅值,在某些情况下有可能使交流分量的负峰值电压超过正直流电压值,从而使极性电容器处在反向工作状态,这样会使电容器的漏电流剧增,进而破坏正向工作特性而造成失效因此,当电容器两端存在脉动交流成分时,交流峰值电压与所加直流电压之和不应超过电容器的额定工作电压其原因是交流成分引起电容器的温升发热比直流成分严重的多,所以要严格控制纹波的大小,一般不应超过电容器额定工作电压的百分之二十即可对于钽电解电容器,也应控制在百分之十以内由于纹波电压可使电解液极化,且对损耗电阻RS影响很大,所以要对加到电容器上的纹波峰值电压进行有效的控制一般技术条件规定允许的交流分量是指工频50 Hz条件下的允许值,如果使用频率超过上述条件,可按下面公式进行计算:式中,Ssh为电容器外壳表面积(单位cm2),t为一定环境温度下允许的温升(℃),f伪纹波电压的正弦频率(Hz),C为电容量(μF),tgδ为实际使用频率下的损耗角正切值要保证电容器可靠的工作,加到电容器上的纹波电压应小于上式计算出来的纹波峰值电压由于一般有极性电容器不能承受反向电压,所以有极性电容器在有极性变换或纯交流电路中是不容许的,而应选用无极性钽解电容器(如CA74全密封固体钽电容器)无极钽电容器实际上是用两只有极性的钽电容器背靠背串联起来的,即使电容器在交流电路中始终有一支钽电容处在正极性状态2.3 电解电容器的工作频率电解电容器最适宜在工频条件下做电源的滤波或在低频电路中做旁路或级间耦合而且电路阻抗愈低愈可靠电解电容器工作时,相当于一个电解槽,其中一个电极是电解液由于电解液的电阻比一般金属电极高得多,因此,电解电容器的串联等效电阻较大在直流或低频率条件下,等效串联电阻RS和等效电感L与实际电容器的介质绝缘电阻尺RP相比可以忽略不计而随着频率的升高,等效串联电阻RS和等效电感L都会随着增大等效串联电阻RS增大是由于"集肤效应"引起的等效电感L是与频率成正比的磁场引起的一般情况下,频率增加时,容抗XC的值减小,而感抗XL则增加,这表明(XC-XL)2将随频率的增加而减小,当频率增加到某个频率点(XC-XL)2=0时,阻抗Z=RS此时电容器将出现谐振这是电容器对电路呈现纯电阻时的谐振点当频率高于电容器谐振点时,电容器实际上已变成一个电感而起不到电容器的作用了,所以要求一般电解电容器的使用频率不应超过20 kHz由于大多数材料的介电常数在频率的影响下,其容量随频率的提高会大幅度下降故当使用频率超过20 kHz时,其所允许的交流分量已很小,电容器的容量损失非常严重,此时一般可选择一只高频瓷介或云母电容器与之并联来作为高频通路,电解电容器由于容量大,可作为低频通路,其容量应大于高频电容器容量的100倍以上由于电容器的大多数特性都在某种程度上受到频率的影响,所以要求使用频率应在谐振频率的1/2以上使用频率过高不仅会损耗电路中的大量能量而且可造成电容器内芯发热,从而影响电容器的可靠性一般电解电容器应工作在10 kHz以下如果使用频率超过10 kHz,有效容量将迅速下降,直到电容阻抗变成纯电阻一般在100 Hz~100kHz范围内,其容量随频率的变化,固体钽电容器的频率特性优于液体钽电容器,而液体钽电容器则在1 kHz~3 kHz范围内,其容量随频率变化的下降幅度为6%,当频率增加10 kHz以上时,下降幅度将高达65%左右这主要是由介质材料性质所决定的如果电解电容器不能满足使用要求,可以采用四线电解电容器或其它介质的电容器2.4适当降低使用环境温度在相同电压情况下,电解电容器的漏电流及损耗随温度的升高而变大,当温度从室温25℃上升到85℃时,漏电流通常将增大3倍电容器的漏电流及损耗是造成电容器发热的主要原因,所以降低电容器的使用环境温度,是延长电容器使用寿命,提高可靠性的有利措施,一般可按此温度降额要求进行设计铝电解电容器应降低额定温度20~40℃;固体钽电容器可降低额定温度15~25℃;液体钽电容器应降低额定温度15~30℃铝电解电容器由于在负温下的损耗会急剧上升,所以一般额定温度为-20℃2.5防止瞬间的大电流冲击和电路阻抗在使用中,随着环境温度的增加,电容器漏流也在增大,当有大浪涌电流通过时,漏电流可能发生"雪崩"现象而使电容器损坏为了防止这种现象发生,应增加电路的阻抗,使回路的阻抗不小于3 Ω/V否则可靠性就会相应降低2.6 电容器安装和焊接的可靠性如果电容器是近期出厂的产品,而且可焊性已达到要求,一般不需要浸锡预处理而如果储存时间较长则在使用前需进行浸锡处理,浸锡处理应控制在技术规范规定的封口3.2 mm以外,并避免时间过长或温度过高,造成封口熔化或引线与电极脱焊对于片式电容器,还应避免使用活性高、酸性强的助焊剂,以免清洗不干净、渗透、腐蚀和扩散而影响产品可靠性同时应控制片式电容器的焊接温度和时间,(一般为260℃/10秒)电容器安装时,应远离发热元件对于尺寸较大的电容器,不能用电容器引脚来安装,为防止在振动或冲击中下引线断裂或密封损坏,必要时还应设计夹持装置来固定安装时,还应尽量使电容器有标志的面露出来,以便观察3 结束语电解电容器是构成军用整机系统的最基础元件之一,是不可取代的电子元件选择电解电容器必须按电子元器件的选择原则进行,要从整机所使用的环境条件、电性能要求、体积重量、可靠性要求及成本综合权衡只有做到正确合适的选择和应用电解电容器,才能保证军用电子产品的质量和可靠性。
钽电容知识介绍一、钽电容的前世今生日本在铝电容的生产设计上美誉度很高,三洋、CHEMI-CON等都是执行业牛耳的大牌子,在板卡发烧友中如雷贯耳。
说到这里大家奇怪一般来说电子工业最强的国家是美国啊,为何美国在铝电容领域内却没有建树呢?其一、钽电容的前世今生日本在铝电容的生产设计上美誉度很高,三洋、CHEMI-CON等都是执行业牛耳的大牌子,在板卡发烧友中如雷贯耳。
说到这里大家奇怪一般来说电子工业最强的国家是美国啊,为何美国在铝电容领域内却没有建树呢?其实不然,美国国内两大电容品牌KEMET和AVX (现在被日本KYOCERA收购)已没有铝电解电容生产线,其电解电容生产线上的产品基本是钽电容。
☆ 小常识:“钽”的个人简介钽——一种略带蓝色的战略金属,英文名叫TANTALUM,具有2900度以上的熔点(仅次于钨和铼)和6.5的莫氏硬度(钻石是10)以及令人难以置信的耐酸碱性(王水对其都没用,而黄金碰到王水都会融化),以上特性给钽带来了难以加工的坏名声,不过其极高的介电常数(27是铝的4倍以上)和烧结后的海绵状态以及超稳定状态却让电子元件生产厂商忍受千难万苦也要把它应用在电容上,最终装备到军用电子设备中。
美国的军事工业异常发达,是世界最大的军火出口商,只要你有兴趣打开那些军用电子设备无一例外都可以看到上面布满了大大小小黄色的钽电容(有趣的是美国的钽电容外壳都用黄色,而日本等则喜欢用黑色,钽电容外壳的颜色和性能无关。
另外一些用于高温处的钽电容,由于要经历150度以上的熏烤,因此黄色的外壳可能会被熏黑,所以干脆涂成黑色)。
颜色不重要只是各有喜好世界上钽金属的产量一半被用在钽电容的生产上,美国的国防部后勤署则是钽金属最大的拥有者,KEMET这个世界上最大的钽电容制造者则是钽电容的发明者之一,它与上世纪五十年代研制出了这种电容,其初始动机是开发一种可靠、体积小、容量大的产品来替代战斗机火控雷达内不可靠的铝电容。
军用高可靠性钽电容和MLCC电容演讲嘉宾:黄勇先生 Vishay电容器部门区域市场经理时间:2009-08-28 13:50:00 至 2009-08-28地点:成都世纪城新国际会展中心蜀风厅黄勇:大家好,很荣幸有这么一个机会给大家介绍一下。
这个技术交流的话,因为电容产品范围是比较广,这次交流只是讲到军用高可靠性的钽电容贴片陶瓷电容器。
我们有很好的电容,相信大家比较关注它的产地在哪里,我们在国内深圳也有一家公司,贴片也是在以色列为主。
在亚洲地区,Vishay有三家办事处,在上海、深圳、北京。
如果大家要找联系窗口的话,在这三个地方都可以找到像我这样的技术人员了解产品信息。
讲到军用产品都有很严格的要求,必须要长期使用的高可靠性产品,所以我们客户选择军用产品的时候,不可能有很宽的范围可以选择,这就有很多限制,Vishay除了长期使用最顶端的范围比较窄的电容器,我们根据客户的要求,也专门开发了可以像民用范围比较广的产品供大家选择。
下面会有详细的系列跟大家讲。
Vishay所有的钽电,生产种类非常齐全,所有这些都有军工产品供大家选择。
固钽的话,这张照片给大家看的是内部的钽芯,钽芯决定了这个钽电主要的参数,比如容值、电压、等效串联电阻,正极作为纯钽,介质是五氧化二钽。
所有这个芯值决定了所有的参数。
这些不同系列只是封装方式的不同所以形成了不同的系列,这个是由金属外壳固定的,它也是固钽,我们有相对不同的序列号,有不同等级的军规产品,工作电压从6V到100V的工作电压范围以及军标不同测试等级。
这个测试等级可以给大家简单的稍微介绍一下,它是加速测试的方法,用1.3倍的额定标准电压值作为加电压的筛选,失效模式有三种,所以分三种不同的等级,失效高一点的一直到失效等级非常低的。
详细参数可以在Vishay网站上找到规格书。
贴片的话,我们也有相应的军品的规格,也有相对应的失效的等级,温度范围可以从负50度到正25度范围之内都可以使用。
在Vishay网站上只要发现这个系列号都可以找到相对应的规格书,这个是一个钽芯,这只是封装的方式,这个封装方式我们叫压式封装,外面用塑料把它封起来。
这是另外一个系列,它的封装方式有别于前一个封装方式,它是在芯子表面涂上环氧,然后用金属涂上纯金作为引出端,不同之处在于,塑料需要占到整个芯子将近一半,这种封装方式采用在芯子表面直接包上环氧,所以基本上都是以芯子作为有效体积,芯子决定了电压,所以容值可以做得更高,ES R值可以做得更低。
这是一个扩展系列,因为军规系列以前都是做得范围比较少,现在随着技术越来越发展,客户对电容的需求也是越来越有更多的要求,所以这次扩展系列,把容值范围、电压范围做得更宽。
刚才讲的一些系列都是传统的军规系列,经过很长时间的沿用下来。
现在随着我们终端用户最终产品也是在不断的技术跟进,对电容这些要求可能范围需要更宽,容值需要更大。
传统产品可能找不到合适的规格供他使用,客户采用什么样的方式弥补呢?他自己做筛选,这毕竟不是专业生产厂商,他可能会引起最终产品可靠性问题就会发生,怎么样来满足客户在选型中对产品的需求呢?我们有针对客户的需求帮他专门针对他的需求做一些产品的开发,然后可能作出的这些产品我们有去做一些测试,但是这些产品只是某一个客户的需求,不可能形成很广系列的产品,或者当客户的产品使用过程中,由于自己筛选,出现了问题再让我们做一些产品的开发,所以这些产品不可能形成很完整像我介绍的系列。
这是美国的标准,根据客户的需求,我们可以帮他做一些产品符合标准的测试,我们为了满足客户的需求,我们专门在商用产品基础上面开发高可靠性的系列,我们把一些商用产品做一个重新设计或者以提高它的可靠性,然后经过高可靠性的军标的筛选,这样产生的一些系列,完全是可以满足客户高可靠性的需求,它的范围就比较接近于像商用产品一样,可以有比较大的范围可以选择,这是比较有针对性的高可靠性产品的系列,我们有模压式的产品,T83是采用新型注塑封装方式,容值也相对可以做得比较大,这是产品技术特点,我们可以做更低的ESR值这类的产品,它的优势在于,你在商用产品规格里面发现的规格,我这个产品里面几乎可以都有,所以它的范围是比较宽,客户可以选择的规格系列也比较全。
除了做超大容值的用环氧方式的话,我们也相对开发出了T95的系列,也是符合美军标的一些产品,由于这个系列是采用环氧保护作为封装方式,所以里面的芯子也可以做得比较大,容量范围可以选择更大。
T96是带保险丝的系列,因为钽电在选型的时候,选的容量电压不好的话,失效方式会很快失效。
它带保险丝,过流以后,失效模式是开路失效模式。
T97是做超大功率值,从这张照片可以看到,我们产品做成完整的产品以后,里面是采用两个芯子并联起来,如果电容采用并联方式,容值可以翻倍,等效串联电阻值可以减半,更低,所以这个是做超大容值的,包括军用战斗机上一些雷达应用,希望有比较大容值的电容,来有一个稳定的电源,这个系列已经有很多客户在选用了。
这张照片是放大的照片,可以看到在这边有一个保险丝,失效的话,这边是一个保险丝,整个这张照片可以很清楚的看到,在芯子表面是用环氧作为封装方式,所以可以做的范围非常宽。
这个是T97这个系列的一些规格,比如说像很典型的,20V可以做到330UF,像20V的产品可以稳定工作到10V,25V的产品可以稳定工作到12V,这些容量做得比较大,尤其像33N0系列这个规格,在军用客户里面,这个规格是最最最最常用的,一般固钽大家都知道,贴片固钽只能做到标准电压值是50V的规格,最终应用的电压只能到25V,现在已经有63V的规格,马上70V的规格就会出来。
液钽也是Vishay非常有特点的产品,液钽和固钽的差别在哪里,为什么不能所有产品都选择固钽,要选用液钽,你选择标准电压50V,基本上是没有。
液钽的工作电压可以像铝电容一样,我这里写的只是125V,你在系列里面找,还有630V高电压都有,另外液钽可以是用在很高温度下面,从负250度到正200度范围内都可以有相对可以使用的产品,由于Vishay液钽封装技术相对好,可以承受不同振动冲击测试都有,液钽寿命是相当长,理论上讲,在稳定工作条件下面,它是没有寿命限制,它可以一直用下去,如果选用铝电容,你选85度的话,对铝电容来讲有另外一个很重要的参数值,它的寿命值是多少,可能是5000小时还是8000小时,还是一万小时,有一个寿命范围。
但是液钽就没有寿命限制,Vishay的液钽系列是非常非常广,ST这个系列的话,也是一个比较有特点的产品。
这个也是有一个军标的系列。
可以采用螺钉式的,可以固定在PCV板上,除了刚才螺钉式的,可以有轴向引出方式,像138,这个是银外壳的系列,其实大家以为这个银外壳它的成本是非常贵,这个对的,但是相对于钽外壳来讲,钽外壳更贵,稳定性更高。
从价格上考虑的话,我们其实有银外壳产品,它的工作温度和失效等级都可以根据客户不同的需求来满足大家的挑选。
135D这个系列是可以耐很高工作温度的系列,而且它的产品范围是做得相对比较全,电压范围也做得比较全。
这个又是另外一个系列,这些详细系列的技术参数可以在Vishay的网站上或者大家对这些产品有兴趣的话可以单独联系我把这些技术规格资料都发给大家,上面的技术参数标准是更加的详细。
我要想给大家重点介绍一下ST这个系列,这个系列是Vishay有专利技术的一个系列,它的范围在轴向液钽这个范围容量可以做得更大,这是剖面图,液钽钽芯正极是一样,负极引出材料是强酸,在使用条件下面,如果耐高温这些是会膨胀,Vishay有很好的封装技术,可以保证就算是膨胀,酸芯液体也不会流出来,如果一旦流出来,会对成品有很大的危害。
外壳有能够承受足够大的压力,能够保证我这个产品在耐高温、高电压下面永远处于稳定的工作状态,但是ST这个系列的话,我把内部的芯子做得更大,预留给强酸的空间比较小,也能够达到非常高的稳定性。
你要选择的规格或者容值可以更大,像60V,在T4这个尺寸下面可以做到5000UF,这个在军用里面是非常常用的规格。
我们的竞争对手只能做到50V的标准电压值,我们可以做到60V,给客户选型的时候可以做更多的余量在这边,可以更加稳定。
所以我们叫做超级钽电,系列范围也是电压和工作温度也是比较全,这个其实是一份规格书,我把它拷贝在这里只是给大家看一下规格系列,详细的可以在Vishay官方网站上可以找到规格书。
刚才讲的单个的规格,每选的都是单颗的电容,有时候客户在选型的时候,在一个电源部分,某一个电容可能要选用好几个并联和串联使用,Vishay有这些系列的话,是经过我们内部串并联好的,也有相对应的系列来给大家选,后面这张照片更明显,我们可以根据客户的需求,我把它做成整个一个,根据他的外形要求,我把它串并联好,同时你要知道单个产品的话,符合军标可能相对比较简单一点,做成整体,同时符合美军标的话,就不是非常容易做好。
如果专业厂商帮你做好的话,它的可靠性更好,当然单价更高一点。
HE3这个系列是做超大容积的,军方的一些电源,如果有一个断电要求,也能够维持系统正常工作的话,怎么样维持这个系统正常工作呢,只能用很大容值的电流作为电源的补充,HE 这个系列可以做到容值非常大,25V可以做54000UF,72000UF都可以。
所以这个系列除了低电压的,我们还有125V的也有,在125V条件下可以做到3300UF,它的容值做得非常大。
这个是它的规格书,详细这些资料在Vishay的官方网站上都可以找到。
前面讲的都是一些钽电,其实现在大家也经常听到有贴片陶瓷电容器,贴片陶瓷电容器的话我们公司也有军标的系列,这个是贴片陶瓷电容器内部的结构图,其实贴片陶瓷电容器上下两层就是单独的电容器,为什么叫贴片多层陶瓷电容器?它其实是用很多个单个上下电容器并联在一起,就形成了一个整体,再作为单独的一个电容器,所以它的容量可能比单颗的要大很多,因为是叠层的方式,现在做贴片陶瓷电容器的方式主要有两种,一种是湿层叠加,一个是干层叠加,它这个是一层一层陶瓷层,干层的话,必须是在固化条件下面,刷上电极,然后烧了以后。
湿层的话,刷上陶瓷粉,这个是和一些容器混合在一起,刷上液态电极,然后整体烧成。
湿的是没有烧的情况下就叠,可能会变形。
现在最多能够叠200层,所以这种产品稳定性非常好,抗热冲击性能非常好。
干式的话,它是固化以后再去叠,甚至叠到7、800层一千层,它是烧了以后,再固化,再高温烧制,可能内部会有变形,由于叠的层数很多,意味着每一层都做得非常非常薄,你知道陶瓷电容器的话,你做得很薄的话,如果你去耐温度冲击,温度突然间变化,温度冲击的话,有可能开裂,在很高振动条件下使用的话,这个部分也有可能会开裂。
所以在选型的时候,其实大家在选用陶瓷电容器,耐温度冲击和耐振动冲击的话,这个要考虑周到。