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  • 2018-07-24 11:02:31

    摘自ti论坛

    陶瓷天线是另外一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线。陶瓷天线的种类分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再       将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。多层天线烧制采用低温共烧的方式讲多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结,所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一        层陶瓷介质层上,如此一来可以有效缩小天线尺寸,并能达到隐藏天线目的。由于陶瓷本身介电常数较 pcb 电路板高,所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸,       在介电损耗方面,陶瓷介质也比 pcb 电路板的介电损失小,所以非常适合低耗电率的的蓝牙模块中使用。陶瓷天线尺寸一般 1210 封装相当,效果要强于板载天       线。使用亦比较方便,一般有ANT 接入脚和地脚,在 pcb 设计时,天线周围要净空就可以了,特别注意不能敷铜。  

    1. 另外用陶瓷天线时,也要注意巴比伦电路的匹配问题,如果是用专用的集成电路,最好让生产商测试一下平衡电路与陶瓷天线的匹配情况,如果匹配的不好,        也会影响天线的效果  
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    千次阅读 2021-12-02 15:34:22
    陶瓷天线的种类很多,国内外的产品也比较多。而且,使用矢量网络分析仪进行校准,也比较容易。因此,多数情况下,根据性能需求和产品的实际情况及价格进行选择即可。 如果你需要使用仿真的话,比如使用HFSS软件进行...

    陶瓷天线的种类很多,国内外的产品也比较多。而且,使用矢量网络分析仪进行校准,也比较容易。因此,多数情况下,根据性能需求和产品的实际情况及价格进行选择即可。

    如果你需要使用仿真的话,比如使用HFSS软件进行仿真,那么,则尽可能的使用约翰逊和TDK的陶瓷天线。因为在HFSS或者官方,他们提供了加密的HFSS仿真模型,尤其是约翰逊的天线,还有详细的案例和帮助手册(HFSS软件帮助中可查)。

    所以,有时候你会看到一些比较流行的开发板,他们使用了约翰逊的天线,比如常见的Johanson的2450AT18,就被用在了nRF52832的开发板上。

    当然了,TDK也提供了很全的模型,比如边角使用的ANT016008LCS2442MA2,适用于蓝牙的一款小型贴片天线,除了在官网提供比较简单的仿真页面外,也提供了HFSS的模型。这样,就可以两者进行对比仿真。

    当然了,关于ANT016008LCS2442MA2,我用HFSS仿真的结果,和官网差异还比较大,后面如果结果相似了,将会分享出来。毕竟,自己才刚用HFSS几天的时间……

    TDK官网提供的仿真工具
    TDK官网提供的仿真工具

    HFSS提供的贴片天线 模型

     

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    千次阅读 2020-08-03 21:57:03
    当没有外加直流电压时,自发极化为随机取向状态,但当外部施加直流电压时,由于电介质中的自发极化受电场方向的束缚,因此不易发生自发极化时的自由相转变。其结果导致,得到的静电容量较施加偏压前低。 这就是...

     

    MLCC陶瓷电容详解

    1、前言

    电子元器件之一电容种类繁多,而陶瓷电容是用得最多种类,没有之一,因此硬件工程师必须熟练的掌握其特性。

    作为一个工作多年的硬件工程师,笔者结合自身经验,通过查阅各种资料,针对硬件设计需要掌握的重点及难点,总结了此文档。通过写文档,目的是能够使自己的知识更具有系统性,温故而知新,同时也希望对读者有所帮助,大家一起学习和进步。

    2、电容的定义

    2.1 电容的本质

    两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质,这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时,电容器就会储存电荷。

    2.2 电容量的大小

    电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母C表示电容元件。

    电容量的大小公式:

                                                     

    εr :两极板间介质的介电常数

    S:两极板间的正对面积

    k:静电常数,等于k=8.987551×10^9N·m^2/C^2

    d:两极板间的距离

    化简后的公式是:

    想使电容容量大,有三种方法:

    ①使用介电常数高的介质

    ②增大极板间的面积

    ③减小极板间的距离

    3、MLCC陶瓷电容物理结构

    MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。

    可以看到,内部电极通过一层层叠起来,来增大电容两极板的面积,从而增大电容量

    陶瓷介质即为内部填充介质,不同的介质做成的电容器的特性不同,有容量大的,有温度特性好的,有频率特性好的等等,这也是为什么陶瓷电容有这么多种类的原因。

    4、陶瓷电容的基本参数

    4.1 电容的单位

    电容的基本单位是:F(法),此外还有μF(微法)、nF、pF(皮法),由于电容F的容量非常大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位,而不是F的单位。

    它们之间的具体换算如下:  

    1F=1000000μF 

    1μF=1000nF=1000 000pF 

    4.2 电容容量

    常用陶瓷电容容量范围:0.5pF~100uF

    实际生产的电容的陶瓷容量值也是离散的,常用电容容量如下表:

    pF级

    0.5pF、1pF、2 pF、3 pF、4 pF、5 pF、6 pF、7 pF、8 pF、9 pF、10 pF、11 pF、12 pF、13 pF、15 pF、16 pF、17 pF、18 pF、19 pF、20 pF、21 pF、22 pF、23 pF、24 pF、27 pF、30 pF、33 pF、36 pF、39 pF、43 pF、47 pF、51 pF、56 pF、62 pF、68 pF、75 pF、82 pF、91 pF、100 pF、120 pF、150 pF、180 pF、220 pF、270 pF、330 pF、390 pF、470 pF、560 pF、680 pF、820 pF、910 pF

    nF级

    1nF、1.2nF、1.5nF、1.8nF、2.2nF、2.7nF、3.3nF、3.9nF、4.7nF、5.6nF、6.8nF、8.2nF、10nF、12nF、15nF、18nF、22nF、27nF、33nF、39nF、47nF、56nF、68nF、82nF、100nF、120nF、220nF、330nF、470nF、680nF

    uF级

    1uF、2.2 uF、4.7 uF、10 uF、22 uF、47 uF、100 uF

    陶瓷电容容量从0.5pF起步,可以做到100uF,并且根据电容封装(尺寸)的不同,容量也会不同。

    选购电容器不能一味的选择大容量,选择合适的才是正确的,例如0402电容可以做到10uF/10V,0805的电容可以做到47uF/10V,但是为了好采购、成本低,一般都不会顶格选电容。

    一般推荐0402选4.7uF-6.3V,0603选22uF/6.3,0805选47uF/6.3V,其它更高耐压需要对应降低容量。

    满足要求的情况下,选择主要就看是否常用,价格是否低廉。

    4.3 额定电压

    陶瓷电容常见的额定电压有:2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV等等。

    额定电压值与电容的两极板间的距离有关系,额定电压越大,一般距离就要更大,否则介质会被击穿。因此,这就导致了同等容量的电容,耐压值高的,一般尺寸会更大

    电容器的外加电压不得超过规范中规定的额定电压,实际在电路设计中,一般选用电容时,都会让额定电压留有大概70%的裕量

    4.4 电容类型

    同介质种类由于它的主要极化类型不一样,其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。 在相同的体积下的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类,即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器, NPO属于Ⅰ类陶瓷,而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都属于Ⅱ类陶瓷。

    MLCC陶瓷电容主要分为2大类:高节介电常数型和温度补偿型

    类型

    高介电常数型(Ⅱ类)

    温度补偿型(Ⅰ类)

    型号

    X7R、X5R、Y5V、Z5U

    CH、C0G(NP0)

    主要原料

    强介电材料钛酸钡

    一般介电材料氧化钛(TiO2);

    锆酸钙(CaZrO3)

    介电常数

    1000~20000

    20~300左右

    容量

    容量大

    容量较小

    特征

    •相对介电常数会随着温度、电压的变化而变化,导致容量也会发生变化。

    •静电容量会随着时间而变化。

    •相对介电常数不会随着温度、电压的变化而变化,容量基本稳定。即使处于高温、高电力、高频率的环境中tanð(电容损耗)也很小,稳定性极佳。

    •具有较高的Q值(1000~8000)。

    4.5 电容品牌

    国外:村田muRata、松下PANASONIC、三星SAMSUNG、太诱TAIYO YUDEN、TDK、威世VISHAY、国巨YAGEO等等。

    国内:风华FH、宇阳科技EYANG、信昌电陶PSA、三环CCTC等等。

    5、陶瓷电容的特点

    5.1 电容实际电路模型

    电容作为基本元器件之一,实际生产的电容都不是理想的,会有寄生电感,等效串联电阻存在,同时因为电容两极板间的介质不是绝对绝缘的,因此存在数值较大的绝缘电阻。

    所以,实际的电容模型等下如下图:

    5.2 阻抗-频率特性

    根据上述电容模型,我们可以得到电容的复阻抗公式:

    实际陶瓷电容的绝缘电阻时非常大的,是兆欧姆级别的,所以R远大于1jwC,所以简化公式为:

     

    其中1/jwC为容抗,jwL为感抗,Resr为等效串联电阻。很容易看出,在频率比较低(w比较小)的时候,容抗远大于感抗,电容主要成容性,在频率比较高的时候,电容主要呈感性。

    而当谐振的时候,阻抗等于等效串联电阻,此时阻抗达到最小值,如果是用来滤波的话,此时效果最好。

    某村田10uF电容的阻抗频率曲线如下图:

    注意,这个坐标系是对数坐标系,纵轴为复阻抗的模。

    5.3 谐振频率

    从上小节可知,电容在谐振频率处阻抗最低,滤波效果最好,那么各种规格的电容的谐振频率是多少呢?

    下图是村田常用电容的谐振频率表:

    村田普通电容谐振频率

    型号参数

    容值

    谐振频率

    50V_CH_0603

    10pF

    1.9GHz

    50V_C0G_0603

    100pF

    700MHz

    50V_X7R_0603

    1nF

    210MHz

    50V_X7R_0603

    10nF

    70MHz

    16V_X7R_0603

    100nF

    25Mhz

    16V_X7R_0603

    1uF

    9MHz

    16V_X5R_0603

    10uF

    2MHz

    6.3V_X5R_0805

    47uF

    850KHz

    阻抗R频率曲线如下图:

    5.4 等效串联电阻ESR

    从上小节可以看出,陶瓷的等效串联电阻并不是恒定的,它是跟频率有很大的关系。上述10uF电容在100hz的时候,ESR是3Ω,在700Khz的时候达到最小,ESR是3mΩ,相差了1000倍,是非常大的。

    我们非常关心陶瓷电容的ESR到底是多大,特别用在开关电源的时候,需要用来计算纹波的大小。那么各中电容型号的ESR是多少呢?

     

     

     

    下图为村田普通电容的ESR表。

    村田普通电容ESR

    型号参数

    容量

    最小ESR值

    50V_CH_0603

    10pF

    200mΩ

    50V_C0G_0603

    100pF

    130mΩ

    50V_X7R_0603

    1nF

    380mΩ

    50V_X7R_0603

    10nF

    60mΩ

    16V_X7R_0603

    100nF

    20mΩ

    16V_X7R_0603

    1uF

    8mΩ

    16V_X5R_0603

    10uF

    3mΩ

    6.3V_X5R_0805

    47uF

    1.8mΩ

    ESR-频率曲线如下图:

    5.5 精度大小

    相对于电阻的精度来说,电容的精度要低很多,以下是一般电容的精度。

    同一类型的电容精度一般厂家会生产2~4种精度的档次共选择。

    电容类型

    精度档次

    NP0(C0G)(0.5pF~4.9pF)

    B(±0.1pF);

    C(±0.25pF)

    NP0(C0G)(5.0pF~9.9pF)

    D(±0.5pF)

    NP0(C0G)(≥10pF)

    F(±1%), G(±2%), J(±5%),K(±10%)

    X7R

    J(±5.0%);K(±10%);M(±20%);

    X5R

    J(±5.0%);K(±10%);M(±20%);

    Y5V

    M(±20%);Z(-20%,+80%)

    5.6温度特性

    不同类型的电容的工作温度范围是不同的、并且其容量随温度的变化也不同,相差非常大,如下表

    温度特性对照表

    电容型号

    工作温度范围

    容量随温度变化值

    C0G(NP0)

    -55~125℃

    0±30ppm/℃

    X7R

    -55~125℃

    ±15%

    X6S

    -55~105℃

    ±22%

    X5R

    -55~85℃

    ±15%

    Y5U

    -30~85℃

    +22%/-56%

    Y5V

    -30~85℃

    +22%/-82%

    Z5U

    10~85℃

    +22%/-56%

    Z5V

    10~85℃

    +22%/-82%

    在设计电路的时候,需要考虑不同电容的温度系数,按照使用场景选择符合要求的电容。在一些对电容容量由要求的地方,就不能选择Y或者Z系列的电容。

    5.7直流偏压特性

    陶瓷电容的另外一个特性是其直流偏压特性。

    对于在陶瓷电容器中又被分类为高诱电率系列的电容器(X5R、X7R特性),由于施加直流电压,其静电容量有时会不同于标称值,因此应特别注意。

    例如,如下图所示,对高介电常数电容器施加的直流电压越大,其实际静电容量越低

    容值越高的电容,直流偏压特性越明显,如47uF-6.3V-X5R的电容,在6.3V电压处,电容量只有其标称值的15%左右,而100nF-6.3V-X5R的电容容值为其标称值的,如下图。

    那么,DC偏压特性的原理是怎样的呢?

    陶瓷电容器中的高诱电率系列电容器,现在主要使用以BaTiO3 (钛酸钡) 作为主要成分的电介质。

    BaTiO3具有如下图所示的钙钛矿(perovskite)形的晶体结构,在居里温度以上时,为立方晶体(cubic),Ba2+离子位于顶点,O2-离子位于表面中心,Ti4+离子位于立方体中心的位置。

    上图是在居里温度(约125℃)以上时的立方晶体(cubic)的晶体结构,在此温度以下的常温领域,向一个轴(C轴)延长,其他轴略微缩短的正方体(tetragonal)晶体结构。

    此时,作为Ti4+离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果,产生极化,不过,这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生,因此,称为自发极化(spontaneous polarization)。 像这样,具有自发极化,而且可以根据外部电场转变自发极化的朝向的特性,被称为强诱电型(ferro electricity)。

    与单位体积内的自发极化的相转变相同的是电容率,可视为静电容量进行观测。

    当没有外加直流电压时,自发极化为随机取向状态,但当从外部施加直流电压时,由于电介质中的自发极化受到电场方向的束缚,因此不易发生自发极化时的自由相转变。其结果导致,得到的静电容量较施加偏压前低。

    这就是当施加了直流电压后,静电容量降低的原理。

    此外,对于温度补偿用电容器 (CH、C0G特性等) ,以常诱电性陶瓷作为主要原料,静电容量不因直流电压特性而发生变化。

    5.8 漏电流和绝缘电阻

    陶瓷电容绝缘电阻比较大,漏电流小。

    绝缘电阻主要与容量有关,容量越大,漏电流越大,下面列出村田的几种普通电容的绝缘电阻表格,可供参考。

    电容型号

    绝缘电阻

    额定电压下漏电流

    10pF_CH_0603_50V

    ≥10000MΩ

    ≤0.005uA

    100pF_C0G_0603_50V

    ≥10000MΩ

    ≤0.005uA

    1nF_X7R_0603_50V

    ≥10000MΩ

    ≤0.005uA

    10nF_X7R_0603_50V

    ≥10000MΩ

    ≤0.005uA

    100nF_X7R_0603_50V

    ≥500MΩ

    ≤0.1uA

    1uF_X7R_0603_25V

    ≥50MΩ

    ≤0.5uA

    10uF_X5R_0603_10V

    ≥5MΩ

    ≤2uA

    47uF_X5R_0805_6.3V

    ≥1.06MΩ

    ≤5.94uA

    尽管陶瓷电容的漏电流不大,但是大电容的电容量也达到了微安级别,如果是做超低功耗的产品的话,也需要好好选择一些绝缘电阻大的电容。

    6、常见问题

    6.1 机械应力导致电容失效

    陶瓷电容最坑的失效就是短路了,一旦陶瓷电容短路,产品无法正常使用,危害非常大,那么造成短路失效的原因是什么呢?

    答案是机械应力、机械应力会产生裂纹,从而是电容容量变小或者是短路。

    为什么会产生扭曲裂纹呢?这是由于贴片是焊接在电路板上的。对电路板施加过大的机械力、使得电路板弯曲或老化,从而产生了扭曲裂纹。

    扭曲裂纹从下面的外部电极的一端延伸到上面的外部电极的话,容量就会下降,使得电路呈现出开路状态(开放)。因此,即使裂纹不是十分严重,如果到达贴片内部电极,焊剂中的有机酸和湿气会通过裂纹的缝隙侵入,导致绝缘电阻性能降低。另外,电压负荷会变高,电流的流量过大时,最糟糕的情况会导致短路。

    一旦出现了扭曲裂纹,是很难从外面将其去除的,因此为了防止裂纹的产生,应当控制不要施加过大的机械力。

    一般电容封装越大,越容易产生机械应力失效

    6.1.2 机械应力行为

    那么,常见会出现应力的行为有哪些呢?

    ①贴片原因:贴片机拾取电容力度过大,施力点不在中心,电容不平都可能碰坏电容。

    ②过量焊锡:当温度变化时,过度的焊锡在贴片电容器上面产生很高的张力,从而是电容器断裂,焊锡不足时又会使电容器从PCB上剥离。

    ③PCB弯曲:焊接到PCB板上后,PCB弯曲,拉动瓷片电容,过应力后损坏。

    ④跌落、碰撞:PCB/成品跌落导致振动或变形,使电容受到机械应力。

    ⑤手工焊接:突然加热或冷却导致张力比较大(解决办法是先预热)

    6.1.3 PCB设计注意事项

    电容放置方向平行于PCB弯曲方向,放置位置远离PCB大形变位置。避免电容在长边受力,如下图,右边的电容摆放就就左边要好。

    下图PCB拼板,受力大小是:A>B、A>B、A>C、A>D

    电容也需要远离螺丝孔、减小应力。

    6.2 啸叫

    一般温度特性为X5R/B,X7R/R的高介电常数陶瓷电容器中,电介质材料使用强介电性的钛酸钡系的陶瓷,具有压电效应。

    在施加交流电压时,独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩,而因电路板的振动而产生了噪声。贴片及电路板的振幅仅为1pm~1nm左右,但发出的声响却十分大。

    其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声,但将其安装于电路板后振动会随之增强,振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz~20kHz),所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到"ji----"、"ki----""pi----"等声响。

    陶瓷电容器的"啸叫"现象,其振动变化仅为1pm~1nm左右,为压电应用产品的1/10至几十分之一,非常之小,因此我们可以判断这种现象对独石陶瓷电容器本身及周围元器件产生的影响,不存在可靠性问题。

     

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     1)潮湿对电参数恶化的影响

      空气中湿度过高时,水膜凝聚在电容器外壳表面,可使电容器的表面绝缘电阻下降。此外,对于半密封结构电容器来说,水分还可渗透到电容器介质内部,使电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降。因此,高温、高湿环境对电容器参数恶化的影响极为显著。经烘干去湿后电容器的电性能可获改善,但是水分子电解的后果是无法根除的。例如,电容器的工作于高温条件下,水分子在电场作用下电解为氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-),引线根部产生电化学腐蚀。即使烘干去湿,也不可能使引线复原。

      2)银离子迁移的后果

      无机介质电容器多半采用银电极,半密封电容器在高温条件下工作时,渗入电容器内部的水分子产生电解。在阳极产生氧化反应,银离子与氢氧根离子结合生产氢氧化银;在阴极产生还原反应,氢氧化银与氢离子反应生成银和水。由于电极反应,阳极的银离子不断向阴极还原成不连续金属银粒,靠水膜连接成树状向阳极延伸。银离子迁移不仅发生在无机介质表面,还能扩散到无机介质内部,引起漏电流增大,严重时可使用两个银电极之间完全短路,导致电容器击穿

      离子迁移可严重破坏正电极表面银层,引线焊点与电极表面银层之间,间隔着具有半导体性质的氧化银,使无介质电容器的等效串联电阻增大,金属部分损耗增加,电容器的损耗角正切值显著上升。

      由于正电极有效面积减小,电容器的电容量会因此而下降。表面绝缘电阻则因无机介质电容器两电极间介质表面上存在氧化银半导体而降低。银离子迁移严重时,两电极间搭起树枝状的银桥,使电容器的绝缘电阻大幅度下降。

      综上所述,银离子迁移不仅会使非密封无机介质电容器电性能恶化,而且可能引起介质击穿场强下降,后导致电容器击穿。

      值得一提的是:银电极低频陶瓷独石电容器由于银离子迁移而引起失效的现象,比其他类型的陶瓷介质电容器严重得多,原因在于这种电容器的一次烧成工艺与多层叠片结构。银电极与陶瓷介质一次烧结过程中,银参与了陶瓷介质表面的固相反应,渗入了瓷-银接触形成界面层。如果陶瓷介质不够致密,则水分渗入后,银离子迁移不仅可以在陶瓷介质表面发生,还可能穿透陶瓷介质层。多层叠片结构的缝隙较多,电极位置不易,介质表面的留边量小,叠片层两端涂覆外电极时银浆渗入缝隙,降低了介质表面的绝缘电阻,并使电极之间的路径缩短,银离子迁移时容易产生短路现象。

      3)高温条件下陶瓷电容器击穿机理

      半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时,发生击穿失效是比较普遍的严重问题。所发生的击穿现象大约可以分为介质击穿和表面极间飞弧击穿两类。介质击穿按发生时间的早晚又可分为早期击穿与老化击穿两种,早期击穿暴露了电容介质材料与生产工艺方面存在的缺陷,这些缺陷导致陶瓷介质介电强度显著降低,以至于在高湿度环境的电场作用下,电容器在耐压试验过程中或工作初期,就产生电击穿。老化击穿大多属于电化学击穿范畴。由于陶瓷电容器银的迁移,陶瓷电容器的电解老化击穿已成为相当普遍的问题。银迁移形成的导电树枝状物,使漏电流局部增大,可引起热击穿,使电容器断裂或烧毁。热击穿现象多发生在管形或圆片形的小型瓷介质电容器中,因为击穿时局部发热严重,较薄的管壁或较小的瓷体容易烧毁或断裂。

      此外,以二氧化钛为主的陶瓷介质中,负荷条件下还可能产生二氧化钛的还原反应,使钛离子由四价变为三价。陶瓷介质的老化显著降低了电容器的介电强度,可能引起电容器击穿。因此,这种陶瓷电容器的电解击穿现象比不含二氧化钛的陶瓷介质电容器更加严重。

      银离子迁移使电容器极间边缘电场发生严重畸变,又因高湿度环境中陶瓷介质表面凝有水膜,使电容器边缘表面电晕放电电压显著下降,工作条件下产生表面极间飞弧现象。严重时导致电容器表面极间飞弧击穿。表面击穿与电容结构、极间距离、负荷电压、保护层的疏水性与透湿性等因素有关。边缘表面极间飞弧击穿的主要原因是,介质留边量较小,在潮湿环境中工作时的银离子迁移和表面水膜形成使电容器边缘表面绝缘由于银离子迁移的产生与发展需要一段时间,所以在耐压试验初期,失效模式以介质击穿为主,直到试验500h以后,只要失效模式才过度为边缘表面极间飞弧击穿。

      4)电极材料的改进

      陶瓷电容器一直使用银电极。银离子迁移和由此而引起含钛陶瓷介质的加速老化是导致陶瓷电容器失效的主要原因。有的厂家生产陶瓷电容器已不用银电极,而改用镍电极,在陶瓷基片上采用化学镀镍工艺。由于镍的化学稳定性比银好,电迁移率低,提高了陶瓷电容器的性能和可靠性。

      又如,以银做电极的独石低频瓷介质电容器,由于银电极和瓷料在900℃下一次烧结时瓷料欠烧不能获得致密的陶瓷介质,存在较大的气孔率;此外银电极常用的助溶剂氧化钡会渗透到瓷体内部,在高温下依靠氧化钡和银之间良好的浸润“互熔”能力,使电极及介质内部出现热扩散现象,即宏观上看到的“瓷吸银”现象。银伴随着氧化钡进入瓷体中后,大大减薄了介质的有效厚度,引起产品绝缘电阻的减少和可靠性的降低。为了提高独石电容器的可靠性,改用银-钯电极代替通常含有氧化钡的电极,并且在材料配方中添加了1%的5#玻璃粉。消除了在高温下一次烧结时金属电极向瓷介质层的热扩散现象,能促使瓷料烧结致密化,使得产品的性能和可靠性有较大提高,与原工艺和介质材料相比较,电容器的可靠性提高了1~2个数量级。

      5)叠片陶瓷电容器的断裂

      叠片陶瓷电容器常见的失效是断裂,这是叠片陶瓷电容器自身介质的脆性决定的。由于叠片陶瓷电容器直接焊接在电路板上,直接承受来自电路板的各种机械应力,而引线式陶瓷电容器则可以通过引脚吸收来自电路板的机械应力。因此,对于叠片陶瓷电容器来说,由于热膨胀系数不同或电路板弯曲所造成的机械应力将是叠片陶瓷电容器断裂的主要因素。

      6)叠片陶瓷电容器的断裂分析

      叠片陶瓷电容器机械断裂后,断裂处的电极绝缘间距将低于击穿电压,会导致两个或多个电极之间的电弧放电而彻底损坏叠片陶瓷电容器。

      叠片陶瓷电容器机械断裂的防止方法主要有:尽可能地减少电路板的弯曲,减小陶瓷贴片电容在电路板上的应力,减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力。

      如何减小叠片陶瓷电容器在电路板上的应力将在下面另有叙述,这里不再赘述。减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力,可以通过选择封装尺寸小的电容器来减缓,如铝基电路板应尽可能用1810以下的封装,如果电容量不够可以采用多只并联的方法或采用叠片的方法解决,也可以采用带有引脚的封装形式的陶瓷电容器解决。

      7)叠片陶瓷电容器电极端头被熔淋

      在波峰焊焊接叠片陶瓷电容器时可能会出现电极端头被焊锡熔掉了。其原因主要是波峰焊叠片陶瓷电容器接触高温焊锡的时间过长。现在在市场上的叠片陶瓷电容器分为适用于回流焊工艺的和适用于波峰焊工艺的,如果将适用于回流焊工艺的叠片陶瓷电容器用于波峰焊,很可能发生叠片陶瓷电容器电极端头的熔淋现象。关于不同焊接工艺下叠片陶瓷电容器电极端头可以承受的高温焊锡的时间特性,在后面的叠片陶瓷电容器的适用注意事项中有详尽叙述,这里不在赘述。

      消除的办法很简单,就是在使用波峰焊工艺时,尽可能地使用符合波峰焊工艺的叠片陶瓷电容器;或者尽可能不采用波峰焊工艺。

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空空如也

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