电容知识讲座.pdf
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1、现代电容器产业的技现代电容器产业的技现代电容器产业的技现代电容器产业的技术发展趋势术发展趋势术发展趋势术发展趋势电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学微电子与固体电子学院微电子与固体电子学院微电子与固体电子学院微电子与固体电子学院杨邦朝杨邦朝杨邦朝杨邦朝2008.11.18 2008.11.18 北京北京北京北京内内 容容 提提 要要 现代电容器的作用与地位现代电容器的作用与地位 推动电容器产业技术发展的驱动力推动电容器产业技术发展的驱动力 现代电容器产业的技术发展方向现代电容器产业的技术发展方向 值得关注的产业发展领域值得关注的产业发展领域Er o n s u n 亿容讯科技1.1
2、.现代电容器的作用与地位现代电容器的作用与地位作用-旁路滤波隔离(作用-旁路滤波隔离(“通交流,隔直流通交流,隔直流”)耦合存储和释放电荷分压等)耦合存储和释放电荷分压等Er o n s u n 亿容讯科技地位:地位:组成所有电子整机的重要基础元件电子整机中用量最大(35%)的元件在电路应用的频率范围广:从直流-交流-高频-射频-微波-毫米波组成所有电子整机的重要基础元件电子整机中用量最大(35%)的元件在电路应用的频率范围广:从直流-交流-高频-射频-微波-毫米波领域应用的电压范围宽:从低压-中高压-高压-超高压领域应用的电压范围宽:从低压-中高压-高压-超高压领域电容量从 Pf-f-F级领
3、域电容量从 Pf-f-F级也是在整机中出现故障或问题最多的一类元件,即影响电子整机或系统的可靠性与寿命最显著的元件之一也是在整机中出现故障或问题最多的一类元件,即影响电子整机或系统的可靠性与寿命最显著的元件之一Er o n s u n 亿容讯科技2007年我国电子元器件市场需求达到1005亿美元,约占国内电子信息产品总市场的46.7%,占世界电子元器件市场的份额为24.2%,是世界第一大元器件市场。产品市场,涵盖安防、通信、家电、IT、汽车电子、电源、变频器、广电、彩电、VCD、音响、闪光灯、节能灯、通讯、电脑、变频空调等2007年我国电子元器件市场需求达到1005亿美元,约占国内电子信息产品
4、总市场的46.7%,占世界电子元器件市场的份额为24.2%,是世界第一大元器件市场。产品市场,涵盖安防、通信、家电、IT、汽车电子、电源、变频器、广电、彩电、VCD、音响、闪光灯、节能灯、通讯、电脑、变频空调等Er o n s u n 亿容讯科技予计,2008年我国电子元件行业的销售收入将达到8000亿元左右。在世界上我国电子元件的产量已占全球的30%以上,中国已成为名符其实电子元件产业大国,电子元件的产量已居世界前列;予计,2008年我国电子元件行业的销售收入将达到8000亿元左右。在世界上我国电子元件的产量已占全球的30%以上,中国已成为名符其实电子元件产业大国,电子元件的产量已居世界前列
5、;我国已成为全球电容器产品仅次于日本的生产大国。我国已成为全球电容器产品仅次于日本的生产大国。以用量最大的一类电子元件-多层陶瓷电容器(MLCC)为例,2000年我国MLCC产量960亿只,2007年增加到5025亿只,在全球市场的份额提高到约49%。以用量最大的一类电子元件-多层陶瓷电容器(MLCC)为例,2000年我国MLCC产量960亿只,2007年增加到5025亿只,在全球市场的份额提高到约49%。Er o n s u n 亿容讯科技例如,电阻器、电容器、微特电机、电声器件、石英晶体元器件和通信光电线缆等门类产品的产量都居世界第一位;其中,微特电机和电声器件的产量分别占世界的60%;石
6、英晶体元器件的产量占世界的50%。另外,从产品结构来看,0402的元件已成为片式元件的主流产品;例如,电阻器、电容器、微特电机、电声器件、石英晶体元器件和通信光电线缆等门类产品的产量都居世界第一位;其中,微特电机和电声器件的产量分别占世界的60%;石英晶体元器件的产量占世界的50%。另外,从产品结构来看,0402的元件已成为片式元件的主流产品;Er o n s u n 亿容讯科技电子信息产业的高速发展,电子制造业的格局也发生了变化。以电容器为代表的电子元件产业的规模越来越大,技术水平和质量水平越来越高。又由于集成电路高速发展,制造业的专业化和标准化;整机制造和组装相对容易了;相反,电容器等电子
7、元件的制造技术含量不断提高。这就给我们元件行业提出新课题,同时也为我们提供了新的发展空间。电子信息产业的高速发展,电子制造业的格局也发生了变化。以电容器为代表的电子元件产业的规模越来越大,技术水平和质量水平越来越高。又由于集成电路高速发展,制造业的专业化和标准化;整机制造和组装相对容易了;相反,电容器等电子元件的制造技术含量不断提高。这就给我们元件行业提出新课题,同时也为我们提供了新的发展空间。Er o n s u n 亿容讯科技各种电子电容器性能的比较各种电子电容器性能的比较各种电子电容器性能的比较各种电子电容器性能的比较Er o n s u n 亿容讯科技Er o n s u n 亿容讯科
8、技Er o n s u n 亿容讯科技2.2.推动电容器产业技术发展的驱动力推动电容器产业技术发展的驱动力作为电子信息产业的基础产品,电子元器件起着先导性、带动性及决定性的作用;(技术推动)同时整机及系统的发展也对电子元器件的发展起到了促进的作用(需求牵引)技术推动和需求牵引,二者相互促进,不断发展作为电子信息产业的基础产品,电子元器件起着先导性、带动性及决定性的作用;(技术推动)同时整机及系统的发展也对电子元器件的发展起到了促进的作用(需求牵引)技术推动和需求牵引,二者相互促进,不断发展Er o n s u n 亿容讯科技(1 1)电子整机技术迅速发展的需求牵引电子整机技术迅速发展的需求牵引
9、 电容器的尺寸进一步缩小,从产品结构看,0402的元件已成为片式元件的主流产品;正向0201、01005发展电容器的尺寸进一步缩小,从产品结构看,0402的元件已成为片式元件的主流产品;正向0201、01005发展电子整机迅速向短小轻薄发展电子整机迅速向短小轻薄发展微型化、高速度、大容量、智能化、个人化、集成化是个人电脑、汽车电子、医疗电子、消费类电子等电子整机产品发展的六大趋势电子元件的技术发展趋势,是由电子整机产品的发展要求来决定的由此决定了电子元件产品必须向片式化、微型化、高频化发展,以适应整机发展的需求微型化、高速度、大容量、智能化、个人化、集成化是个人电脑、汽车电子、医疗电子、消费类
10、电子等电子整机产品发展的六大趋势电子元件的技术发展趋势,是由电子整机产品的发展要求来决定的由此决定了电子元件产品必须向片式化、微型化、高频化发展,以适应整机发展的需求。Er o n s u n 亿容讯科技小小小小高高高高长长长长Er o n s u n 亿容讯科技 电子整机的工作频率由中波电子整机的工作频率由中波电子整机的工作频率由中波电子整机的工作频率由中波短波(短波(短波(短波(6060606070707070年代)年代)年代)年代)高频高频高频高频超高频(超高频(超高频(超高频(8080808090909090年代)年代)年代)年代)微微微微波波波波毫米波毫米波毫米波毫米波光波(光波(光
11、波(光波(21212121世纪)世纪)世纪)世纪)促使电容器从材料、电极形式、电容器的结构与尺寸、电极引出形式等等发生了很大的变化(与工作频率和互连工艺相适应)促使电容器从材料、电极形式、电容器的结构与尺寸、电极引出形式等等发生了很大的变化(与工作频率和互连工艺相适应)Er o n s u n 亿容讯科技 电源功率密度迅速提高,电源的工作电源功率密度迅速提高,电源的工作电源功率密度迅速提高,电源的工作电源功率密度迅速提高,电源的工作频率越来越高频率越来越高频率越来越高频率越来越高 对电解电容器的耐纹波特性提出更高的要求,要求耐纹波电流要大。对电解电容器的耐纹波特性提出更高的要求,要求耐纹波电流
12、要大。Er o n s u n 亿容讯科技(2 2)电容器材料与工艺技术的进步对电容器电容器材料与工艺技术的进步对电容器技术的巨大推动技术的巨大推动电容器新材料、新技术、新工艺的发展对电容器技术创新和新兴市场的占领起决定性作用电容器新材料、新技术、新工艺的发展对电容器技术创新和新兴市场的占领起决定性作用谁抢占制高点,谁就夺取新兴市场的主导权谁抢占制高点,谁就夺取新兴市场的主导权Er o n s u n 亿容讯科技 电容器的片式化、复合化和高性能化发展,对材料提出新的要求。新材料的研制成功,又带动新型电容器的发展。电容器的片式化、复合化和高性能化发展,对材料提出新的要求。新材料的研制成功,又带动
13、新型电容器的发展。不同产品互相替代竞争加剧不同产品互相替代竞争加剧:大容量市场10F以下MLCC已占优势100F以下MLCC正在取代片式电解电容器,因为前者有较低的ESR和ESL;功能高分子固体铝电解电容器在20V以下低压、大容量(几百F)也可取代钽电容器;片式有机薄膜电容器和片式云母电容器在要求电容量高精度、高稳定或高压场合可以取代X7R特性的MLCC:大容量市场10F以下MLCC已占优势100F以下MLCC正在取代片式电解电容器,因为前者有较低的ESR和ESL;功能高分子固体铝电解电容器在20V以下低压、大容量(几百F)也可取代钽电容器;片式有机薄膜电容器和片式云母电容器在要求电容量高精度
14、、高稳定或高压场合可以取代X7R特性的MLCC。Er o n s u n 亿容讯科技 在工频整流滤波的应用中,铝电解电容器应该是不可替代的,其原因是,工频整流滤波需要大电容量的滤波电容器,使陶瓷电容器很难应用在工频整流滤波的应用中,铝电解电容器应该是不可替代的,其原因是,工频整流滤波需要大电容量的滤波电容器,使陶瓷电容器很难应用 大容量陶瓷电容器非常适合在旁路、高频整流滤波中的应用大容量陶瓷电容器非常适合在旁路、高频整流滤波中的应用Er o n s u n 亿容讯科技 对于100kHz或100kHz以上的开关功率变换时的高频整流滤波时,电容器的容抗就已经很小了。对于100kHz或100kHz以
15、上的开关功率变换时的高频整流滤波时,电容器的容抗就已经很小了。如100F的电容量在100kHz时的容抗为15.9m,如100F的电容量在100kHz时的容抗为15.9m,而低ESR的100F铝电解电容器的最低的ESR约400m而低ESR的100F铝电解电容器的最低的ESR约400m 1000F的低ESR铝电解电容器的ESR为70 m1000F的低ESR铝电解电容器的ESR为70 m 100F的标准钽电解电容器的最低的ESR约250 m100F的标准钽电解电容器的最低的ESR约250 m 即使是超低ESR钽电解电容器的最低的ESR也约为0.06即使是超低ESR钽电解电容器的最低的ESR也约为0.
16、06 铝聚合物电解电容器的最低的ESR也至少在20m以上,都比15.9m高。这时,对于电解电容器来说,在这样高的频率下与其说是电容器不如说更像一个电阻。铝聚合物电解电容器的最低的ESR也至少在20m以上,都比15.9m高。这时,对于电解电容器来说,在这样高的频率下与其说是电容器不如说更像一个电阻。Er o n s u n 亿容讯科技 而一只10F的陶瓷电容器的ESR仅为3m,明显低于100F(159m)的容抗,这时电容器的作用还是起绝对主导作用。而对于100kHz的方波中的3次、5次7次而一只10F的陶瓷电容器的ESR仅为3m,明显低于100F(159m)的容抗,这时电容器的作用还是起绝对主导
17、作用。而对于100kHz的方波中的3次、5次7次等其容抗相应的降低到53 m、32 m、23 m,还是容性特性。等其容抗相应的降低到53 m、32 m、23 m,还是容性特性。如果将低ESR电解电容器与大电容量陶瓷电容器相并联可以获得在20kHz以上5MHz以下的频带内的低阻抗。如果将低ESR电解电容器与大电容量陶瓷电容器相并联可以获得在20kHz以上5MHz以下的频带内的低阻抗。Er o n s u n 亿容讯科技 陶瓷材料与电容器陶瓷材料与电容器:高介宽温瓷料、高频低tg材料、微波高Q低损材料、高压大容量叠层瓷介电容器、射频大功率:高介宽温瓷料、高频低tg材料、微波高Q低损材料、高压大容量
18、叠层瓷介电容器、射频大功率陶瓷陶瓷电容器、微波射频多层电容器、高压多层瓷介电容器、小体积大容量多层瓷介电容器、片式高压陶瓷电容器等电容器、微波射频多层电容器、高压多层瓷介电容器、小体积大容量多层瓷介电容器、片式高压陶瓷电容器等Er o n s u n 亿容讯科技 陶瓷电容器的发展趋势:小型化、微波、高频率、大容量、高电压、高可靠性、宽工作温度范围和高功率化、抗干扰和阵列化仍将是陶瓷电容器发展的方向,而片式化是陶瓷电容器的发展主流。陶瓷电容器的发展趋势:小型化、微波、高频率、大容量、高电压、高可靠性、宽工作温度范围和高功率化、抗干扰和阵列化仍将是陶瓷电容器发展的方向,而片式化是陶瓷电容器的发展主
19、流。Er o n s u n 亿容讯科技有机薄膜电容器有机薄膜电容器 如何进一步降低介质薄膜厚度(2)如何进一步降低介质薄膜厚度(2)开发耐高温(200度)介质薄膜开发耐高温(200度)介质薄膜 开发有机-无机复合介质薄膜材料开发有机-无机复合介质薄膜材料 高频低损薄膜电容器(;ESL10nH高频低损薄膜电容器(;ESL10nH)高储能有机薄膜电容器(比能0.5J/cm高储能有机薄膜电容器(比能0.5J/cm3 3)大容量高频无电容器感(600V150f,L大容量高频无电容器感(600V150f,L100nH)有机薄膜电容器的发展趋势:小型化、片式化、高比能和高可靠有机薄膜电容器的发展趋势:小
20、型化、片式化、高比能和高可靠Er o n s u n 亿容讯科技电解电容器电解电容器 小尺寸、大容量、长寿命、耐高温、低等效串联电阻(ESR)等仍是铝电解电容器的发展方向小尺寸、大容量、长寿命、耐高温、低等效串联电阻(ESR)等仍是铝电解电容器的发展方向进一步提高K值(阳极)、提高介质薄膜的r、提高阴极箔的比容(1000)进一步提高K值(阳极)、提高介质薄膜的r、提高阴极箔的比容(1000)阴极材料的进步:电解液阴极材料的进步:电解液MnO2-TCQNMnO2-TCQN导电高分子(由液态-固体)导电高分子(由液态-固体)阳极材料:由Al-Ta-Nb-Ti-合金箔阳极材料:由Al-Ta-Nb-T
21、i-合金箔超高压介质薄膜的制备技术(超高压介质薄膜的制备技术(630V,700V电解电容器)电解电容器)Er o n s u n 亿容讯科技小尺寸、片式化、大容量、长寿命、耐高温、小尺寸、片式化、大容量、长寿命、耐高温、小尺寸、片式化、大容量、长寿命、耐高温、小尺寸、片式化、大容量、长寿命、耐高温、低等效串联电阻(低等效串联电阻(低等效串联电阻(低等效串联电阻(ESRESRESRESR)、高耐纹波特性等仍)、高耐纹波特性等仍)、高耐纹波特性等仍)、高耐纹波特性等仍是铝电解电容器的发展方向是铝电解电容器的发展方向是铝电解电容器的发展方向是铝电解电容器的发展方向Er o n s u n 亿容讯科技
22、(3 3)微电子器件及其封装技术的推动微电子器件及其封装技术的推动微电子器件及其封装技术的推动微电子器件及其封装技术的推动 芯片的集成度越来越高芯片的集成度越来越高 芯片的尺寸越来越大芯片的尺寸越来越大 芯片的封装形式发生了根本的变化QFB芯片的封装形式发生了根本的变化QFBBGABGACSPCSPMCMMCMSIPSIPEr o n s u n 亿容讯科技ICIC封装的演变封装的演变IC发展趋势发展趋势增加芯片增加芯片/封装比例阵列封装节距封装比例阵列封装节距微型化微型化3D封装系统级封装封装系统级封装集成度硅片面积集成度硅片面积I/O数目数目Er o n s u n 亿容讯科技边缘引线底部
23、引线(阵列/非阵列)PGA针栅阵列BGA球栅阵列CGA柱栅阵列SOIC(SOP)双列引线QFP四周引线底部引线QFNCOB板上芯片TAB载带自动连接硅片(裸芯片)封装前缀主要封装材料 陶瓷 C 窄间距 T 塑料 P 微型 硅片直接安装在PCB上SOCSIPEr o n s u n 亿容讯科技边缘引脚边缘引脚边缘引脚边缘引脚形状形状L 针、球、柱针、球、柱J引脚数目引脚数目SOP 40 BGA 100-2500QFP 250pith 1.270.3 1.270.5面积(相同引线数)面积(相同引线数)1 0.25底部引线底部引线底部引线底部引线Er o n s u n 亿容讯科技(4 4 4 4)
24、PCBPCBPCBPCB技术发展的影响技术发展的影响技术发展的影响技术发展的影响 高密度、高层数、窄间距、越来越薄是未来PCB制造的发展趋势;电子封装与集成电路的制造也都表现出密度越来越高的特点;高密度、高层数、窄间距、越来越薄是未来PCB制造的发展趋势;电子封装与集成电路的制造也都表现出密度越来越高的特点;此外,更高分辨率和显像度,更高集成度,有人工智能的LCD显示屏,将成为技术突破的重点,被动元件将会有越来越大的发展空间;此外,更高分辨率和显像度,更高集成度,有人工智能的LCD显示屏,将成为技术突破的重点,被动元件将会有越来越大的发展空间;Er o n s u n 亿容讯科技 片式有机电容
25、器片式有机电容器:采用叠层和卷绕两种工艺。全球生产片式有机薄膜电容器的厂商主要有日本松下电器产业(占日本90%)、意大利Arco公司(日本Nissei电机子公司)、德国Epcos公司等。已研制成功1608型16V、0.1F和3216型25V、1F产品:采用叠层和卷绕两种工艺。全球生产片式有机薄膜电容器的厂商主要有日本松下电器产业(占日本90%)、意大利Arco公司(日本Nissei电机子公司)、德国Epcos公司等。已研制成功1608型16V、0.1F和3216型25V、1F产品3.电容器技术新的发展趋势电容器技术新的发展趋势(1)微小型化、片式化和集成化(1)微小型化、片式化和集成化Er o
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