薄膜电容器讲座ppt课件.ppt

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1、薄膜电容器,无锡通容电子有限公司,基本知识和注意事项的探讨,目 录,公司简介电容器基本知识电容器的分类薄膜电容器的分类聚酯膜和聚丙烯膜性能对照本公司产品分类工艺流程示意图电子设备用固定电容器的标准体系一些常用的标准术语使用薄膜电容器的注意事项常见电容器的失效模式特殊场合推荐使用电容器设计使用中常见的注意事项电容器交收检验订货信息典型的电容器特性曲线薄膜电容器的发展方向,公司简介,无锡通容电子有限公司创建于1979年6月，由原锡山市无线电二厂于2000年6月改制为有限责任公司，目前拥有无锡华通电子有限公司和无锡顺通电子有限公司两家中外合资公司。公司主要从事闪电牌有机薄膜电容器的开发、生产、销售，

2、是国内最大的有机薄膜电容器生产厂家之一，产销量在国内名列前茅。产品覆盖箔式电容器、金属化电容器和空调、电动机专用电容器等品种，年生产能力达5亿只，年销售额近亿元。公司与四川长虹、深圳创维、厦华集团、海信集团、海尔集团等建立了长期稳定合作关系，产品还远销香港和台湾市场。优质的产品和优良的服务赢得了海内外客户的良好信誉。,电容器基本知识,电容器存储电荷或存储电场能量的“容器”。电容量 C电容量的单位：F、F、nF、pF。 1F=106F=109nF=1012pF 1F=103nF=106pF 1nF=103pF电容器的容量标志方法： 直标法 如：1u0，100n,1n0 数字法 如：105，104

3、，102实际电容器的等效电路其中：RI电容器绝缘电阻LS电容器自身电感CS等效串联电容RS损耗的等效串联电阻,电容器基本知识,损耗定义：串/并联等效电路的变换： 通常薄膜电容器的RI很大，为GT 数量级：LS很小，约为1nH/mm当。时，薄膜电容器根据需要可简化为串联等效电路或并联等效电路。两个电容器串联：两个电容器并联： 平板电容器：,电容器的几个重要参数,电容器的损耗 单位时间内因发热而消耗掉的能量叫电容器的损耗，一般用损耗角正切表示：tg=有功功率/无功功率。 损耗主要有： 介质损耗 介质漏电流引起的电导损耗. 介质缓慢极化带来的极化损耗 电离损耗 金属损耗(引线,极板,引线与极板之间的

4、接触) 薄膜电容器损耗角正切常用测试方法:20,1KHz 聚酯类(CL)0.01 聚丙烯类(CBB)0.001 由于介质极性不同,因此聚丙烯电容器损耗角正切比聚酯膜电容 器小得多,特别是使用在高频率下的损耗频率特性要好得多。,电容器的几个重要参数,电容量偏差 常用电容量偏差等级（测试条件同损耗角正切） G2%、H3%、J5%、K10%、M20% 电容量变化率：C/C（电容量温度特性） C/C=电容量最终测量值-初始测量值/初始测量值 通常测量基准温度：20。 聚丙烯介质电容器在一定范围内容量随温度上升而减小。 聚脂介质电容器在一定范围内容量随温度上升而增大。,电容器的几个重要参数,耐电压（介电

5、强度） 介电强度：电容器能承受加在它两端的电压而不致于被击穿的能力。 电容击穿及其影响因素：电容器在电场作用之下，由于介质内部的微观结构被破坏或介质边缘放电，使电子电导增大而发生短路的现象。 电容器的电击穿与施加在电容器两端电压的时间长短、加电压的速度、以及周围的环境温度有关。 耐电压试验条件：交收：20 1-5S 鉴定批准：20 1分钟 使用温度对额定电压的影响（温度减额电压）。 耐电压试验时的漏电流因素： 电容器两端施加直流电压时，存在三种电流： 位移电流（充电电流）随时间迅速下降为零。 吸收电流，由于介质缓慢极化建立的，随时间下降缓慢。 漏电流，电介质并非理想的绝缘材料（存在疵点，杂质，

6、易导电的粒子），有稳定的漏电流通过。 漏电流IL=U/R，R为绝缘电阻。 电解电容器漏电流较大，作为考核指标。 薄膜电容器由于漏电流微小，仅只有微安级，一般不考核。,电容器的几个重要参数,绝缘电阻 电容器绝缘电阻决定于所用介质材料的性质及制造 工艺和结构，同时，受到测量时间、温度、电压、湿度等外界影响。 测量时间 1min 温度标准 20 测试电压：见后表 相对湿度RH85%,电容器的分类,薄膜电容器的分类,薄膜电容器由介质、电极、电极过渡、引出线、封装、印章标志等部分组成。按介质分类：聚酯膜、聚丙烯膜按结构分类：卷绕式、叠片式、内串式。按电极分类：金属箔、金属化（铝金属化、铝锌金属化）、膜箔

7、复合结构。按电极引出方式分类：径向、轴向。按封装方式分类：盒式、浸渍型、裸装。,薄膜电容器的分类对照表,聚酯薄膜和聚丙烯薄膜性能对照,本公司产品分类,聚酯膜电容器,本公司产品分类,聚丙烯膜电容器,本公司产品分类,抑制电磁干扰电容器,本公司产品分类,交流电动机电容器,工艺流程示意图,金属化电容器,卷绕,压扁,喷金,赋能,包封,标志,点焊,工艺流程示意图,金属化电容器,卷绕,工艺流程示意图,金属化电容器,压扁,工艺流程示意图,编圈喷金,工艺流程示意图,焊接赋能,工艺流程示意图,浸渍,工艺流程示意图,打印,工艺流程示意图,测试,工艺流程示意图,成品编带,工艺流程示意图,箔式电容器,卷绕,编带,压扁,

8、包封,成品,成品编带,测试,工艺流程示意图,箔式电容器,卷绕,工艺流程示意图,箔式电容器,编带,工艺流程示意图,箔式电容器,压扁,工艺流程示意图,箔式电容器,后道工序与金属化电容相同,电子设备用固定电容器的标准体系,电子设备用固定电容器的标准体系是由基础标准、总规范、分规范、空白详细规范以及详细规范（即企业标准）组成。或者说，企业标准是按总规范和分规范的基本要求，填写空白详细规范而成的。总规范规定了分规范和详细规范中使用的标准术语、检验程序和试验方法。分规范是按电容器的介质和结构分类的，它是对该类电容器规定优先额定值和特性，并从总规范中选择适当的质量评定程序、试验和测量方法，以及给出一般性能要

9、求。空白详细规范是分规范的一种补充文件，并包括详细规范的格式、编排和最少内容的要求。,常用的电容器的标准,常用的电容器的标准,一些常用的标准术语,直流电容器：主要设计用于直流电压的电容器。（直流电容器不适合用于交流电源）交流电容器：主要设计用于交流电压的一种电容器。抑制电源电磁干扰电容器：一种主要设计工作于工频交流电压，用于降低电气、电子设备或其他干扰源所产生的电磁干扰的电容器。（通常该类电容器须通过IEC384-14或UL1414标准的安全认证）。脉冲电容器：用于脉冲电流或脉冲电压的一种电容器。上限类别温度：电容器设计所确定的能连续工作的最高环境温度。下限类别温度：电容器设计所确定的能连续工

10、作的最低环境温度。额定温度（TR）：可以连续施加额定电压的最高环境温度。额定电压（UR）：（注：施加到电容器上的交流电压和峰值脉冲电压之和应不超过额定电压。）额定直流电压：是在额定温度下可以连续施加到电容器上的最大直流电压。,一些常用的标准术语,额定交流电压：是在额定温度和给定频率下可以连续施加到电容器上的最大均方根值电压。注1：不同型号的电容器，其额定直流电压与额定交流电压的对应关系不同。注2：在不同频率下额定交流电压不同，典型的曲线见图6。额定脉冲电压：是在额定和给定频率下可以连续施加到电容器上的峰值脉冲电压。类别电压（UC）：电容器在上限类别温度下可以连续施加在电容器上的最高电压。温度减

11、额电压：是在额定温度和上限类别温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最高电压。（温度减额电压计算公司为：UUR1-（T-TR）。其中：（UR-UC）/（TC-TR）为温度减额系数。时间常数：绝缘电阻和标称电容量的乘积，通常以秒表示。（通常绝缘电阻指标，在小容量时给出绝缘电阻的下限值，在大容量时给出时间常数的下限值。,使用薄膜电容器的注意事项,工作电压：薄膜电容器的选用取决于施加的最高电压，并受施加的电压波形、电流波形、频率、环境温度（电容器表面温度）、电容量等因数的影响。使用前请先检查电容器两端的电压波形、电流波形和频率（在高频场合，允许电压随着电容器类型的不同而改变，详细资料请参阅说

12、明书）是否在额定值内。工作电流通过电容器的脉冲（或交流）电流等于电容量C与电压上升速率的乘积，即ICdv/dt。由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热而有温升，将会有热击穿（冒烟、起火）的危险。因此，电容器安全使用条件不仅受额定电压（或类别电压）的限制，而且受额定电流的限制。额定电流被认为是由击穿模式决定的脉冲电流（即由dv/dt指标所限制的）和连续电流（以峰峰值或有效值表示）组成，当使用时，必须确信这两个电流都在允许范围之内。在高频或高脉冲条件下使用的电容器，我们推荐聚丙烯膜电容器。当实际工作电流波形与给出的波形不同时，聚酯膜电容器在

13、自身温升为10或更小的情况下使用，聚丙烯膜在自身温升为5或更小的情况下使用，电容器表面温度不许超过额定上限温度。,使用薄膜电容器的注意事项,不同波形有效值计算公式,使用薄膜电容器的注意事项,阻燃性除PPS材料外，目前使用的有机薄膜电介质不是阻燃材料尽管在薄膜电容器外封装中使用了耐火性阻燃材料阻燃一所树脂或阻燃塑壳（UL94V-0级），但外部的持续高温或火焰仍可使电容器芯子变形而产生外封装破裂，导致电容器芯子熔化或燃烧。抑制电源电磁干扰用电容器当在电源线路中使用电容器来消除噪音时，不仅仅只有正常电压，还会有异常脉冲电压（如闪电）发生，这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以，跨线电容器其安全标准在不

14、同国家有严格规定。请使用经过安全认证的CBB62、MKP型电容器。不推荐将直流电容器用作跨线电容器。电容器充放电由于电容器充放电电流取决于电容量和电压上升速率的乘积，即使是低电压充放电，也可能产生大的瞬间充放电电流，这可能会导致电容器性能的损害，比如说适中或开路。当进行充放电时，请串联一个201000/V或更高的限流电阻，将充放电电流限制在规定的范围内。当多个薄膜电容器并联进行耐电压测试或寿命测试时，请为每个电容器串联一个201000/V或更高的限流电阻。详见电容器标准。,常见电容器的失效模式,电容器的击穿（短路） 介电强度：电容器能够承受加在它两引出端上的电压而不致被击穿的能力（主要取决于介

15、质的介电强度） 电容器击穿形式：A电击穿 B热击穿 C老化击穿 A.电击穿：电容器在电场作用下，由于介质内部的微观结构破坏，或介质边缘放电，使电子电导增大而发生短路的现象，特点是瞬时电压作用下的击穿。 B.热击穿：电容器在工作过程中，由于局部过热使热平衡状态受到破坏而发生的短路现象，其根本原因在于电容器的热平衡状态受到了破坏，所谓热平衡状态，就是电容器在电压作用下，产生功率损耗并引起发热，电容器的温度逐渐升高，经过一定的时间后，温度上升到一定数值保持恒定，即电容器因损耗产生的热量等于沿电容器表面向周围环境中散发的热量，在热平衡时，电容器没有热量积累，不会发生热击穿。但是，当电容器产生的热量来不

16、及向外界散发时，电容器内部的温度将会越来越高，损耗会愈来越大，形成恶性循环，当超过介质的最高极限温度时，介质局部将收缩，烧裂，熔化直至完全丧失绝缘性能。 C.老化击穿：电容器在长期电压作用下，介质发生不可逆的物理化学等一系列变化，使介质受到破坏，击穿电场强度随时间的增加而逐渐降低，由这种现象引起的电容器热的或电的击穿称为电容器的老化击穿。,常见电容器的失效模式,CL11型有感聚酯膜介质电容器 典型失效为介质击穿：产生该失效模式是由该型号电容自身结构特点所引起，如介质本身有耐压偏低的地方,粘有杂质等,如遇到较大或频率较高的脉动峰值时,产生永久性的短路示意图如下：,它采用聚酯膜作介质，铝箔作极板，

17、有感卷绕而成，耐电压强度完全取决于介质厚度及其它工艺因素，而且随着容量增加，介质与极板的有效面积的增加，这种电击穿的风险就越大，击穿现象示意图：,因此，设计上使用该类电容器一般用于低压，脉动场合，并且选择该类产品时容量值不宜过大,常见电容器的失效模式,CL12型无感聚酯膜介质电容器 典型失效为开路（无容量）：产生该失效模式是由工艺因素引起，结构示意图如下：,附芯子外形图,它采用聚酯膜作介质，铝箔作为极板无感卷绕而成，由于引出线焊接在铝箔外侧，因此在加工过程中易造成焊接松动，产生虚焊甚至脱落的可能，虽然外部包裹环氧树脂后不易发现，但是引出线与芯子端面的接触已不可靠，在使用过程中易产生容量时有时无

18、的现象。虽然在工艺上已采取了高频测试等手段，但仍不能彻底排除此现象，所以目前该类产品已被大部分整机厂家所淘汰。,常见电容器的失效模式,CL21X型小型金属化聚酯膜电容器 典型失效为小容量部分规格开路：产生该失效模式是由于小容量部分规格有效圈数很少（如下图片），与端面喷金层接触面积很小，接触电阻增大，在使用场合为高频、低电压电路中易出现无容量开路现象，建议用户尽量减少用户选用该类产品（容量0.01F）,而改用低损耗高频性能良好的复合膜CH11.,12um的膜仅为5-10圈,此类产品由于总体金属膜电极和喷金层接触面积较小，当生产过程中芯子端面不平、引线焊接压力或部位不当等易引起此类失效，通过最终成

19、品编带前加高频检测等手段能剔除不良产品。但在使用中有隐患的产品在受到插件等外力影响下，影响了内部接触，在高频，低电压或电流较大情况下会失效。,常见电容器的失效模式,CBB81型聚丙烯膜高压电容器 典型失效为开路、无容量、产品过热开裂：产生该失效是由于使用场合电流超过其承受能力极限和自身结构特点造成的， 结构示意图：它用聚丙烯膜作介质，铝箔作电极，金属化聚丙烯膜作内电极串联卷绕而成，由于CBB81型电容器一般用于彩电逆程电路及电子整流器启辉部分，因此频率较高，电压也较高，电流峰值很大。,一种原因是由于生产过程中电极和引线的接触不量，在高频大电流时发热，恶性循环后引起边缘电极和引线的开裂。现在经过

20、边缘喷金等改良已基本无此现象。现一般失效是内串电极开路。因为内部串联电极仅有一层零点几微米厚金属化膜连接，（且热压加工过程中。）因此该部分该部位易产生过热现象，过热严重，就会造成金属层的牢度降低，电阻变大，恶性循环，产生开路无容量现象，虽然该型号产品设计余量较大，总体失效率PPM值很低（达到5PPM以下），但是考虑到此类产品的发展趋势高频大电流，我公司已开发能承受更高频率更大电流的逆程电容器CBB81B、CBB81C，其结构分别为：,常见电容器的失效模式,CBB81B在原来CBB81的基础上，用一层金属化聚丙烯膜代替一层聚丙烯膜，增加了内电极的层数，使内部串联电极厚度增加一倍，增加了导电性能，

21、提高了产品适应高频大电流的性能。CBB81C是一种全新的逆程电容器结构，它既解决了逆程电容器内外电极的导电性能，同时用金属化膜代替铝卜作电极，降低了加工过程中的热压工艺。又符合了电容器向小型化发展的趋势。,常见电容器的失效模式,CBB21型S校正电容器 典型失效为电容器由于发热引起薄膜收缩，端面开裂，电容器开路，主要原因是电容器损耗角正切的控制，特别是高频损耗，因此工艺上为了降低此类失效除了采用特殊金属化聚丙烯膜外还增加了高频损耗角正切的控制，有效地减少了此类失效。示意图：,。有关CBBS的说明。为了适合更高频率更大电流，我们建议使用短跨距大端面的CBBS。（厚度和高度增加宽度减少，总体积基本

22、不变）,特殊场合推荐使用电容器,CH11型复合膜介质电容器采用聚酯膜和聚丙烯膜作为介质，具有容量变化的互补性，比较适宜应用于对容量要求较高或频率较高的场合，如定时、振荡等电路以及作为原设计电路采用CL21X小容量规格的替代品。示意图如下：,设计使用中常见的注意事项 1、选型问题 如电源部位采用CL11型电容器，由于该类电容器为非金属化电容器，不具备自愈性能，所以对于线路的高频杂波或瞬时高电压较为敏感，易产生击穿失效，因此，应尽量采用金属化电容器来替代。 2、容量等级 一般旁路、滤波等对容量要求不高的场合尽量选用K级品，以降低电容器生产厂家的成本。 3、S校正电容器跨距 S校正电容器跨距越小，高

23、频损耗角正切越低，耐电流能力越大，可靠性越高，推荐跨距为15mm，最大不要超过22.5mm。 4、大屏幕彩电逆程电容器 大屏幕彩电随着屏幕尺寸的增大，逆程电容器选用容量值也增大，推荐使用并联型式，选用逆程电容器，以降低单个大容量设计的风险。,薄膜电容器交收试验,薄膜电容器交收试验,试验说明IL检查水平，AQL合格质量水平，选自IEC410计数检查抽样方案和程序。可见损伤：对于电容量预期的用途来说，降低其使用性的可见损伤。电容量和损耗角正切的测量频率与测试电压详见GB2693总规范第4.7、4.8条。测量聚丙烯类电容器的损耗角正切时，请选用高精度的测量仪器。进行耐电压试验时，升压速率过快会导致充

24、电电流无穷大而误判为击穿。请均匀缓慢升压。对于金属化电容器加压过程中允许自愈发生。试验结束时，放电电流应限制在50mA（抑制电源电磁干扰用电容器）或1A（其他薄膜电容器）以内。测量绝缘电阻时，如测量温度不是20，应将测量结果乘以相应的修正系数修正到20的值。如在1分钟内计数已达到或超过规定的要求，即可判该电容器合格。有争议时以605s的读数为准。电容器的绝缘电阻与测试电压有关，请严格按上述测试电压进行验收。,聚酯膜电容器绝缘电阻修正系数表,聚丙烯膜电容器绝缘电阻修正系数表,订货信息,在定购产品或索要样品之前，请尽可能多地提供以下信息：额定工作电压：DC、AC。电容量及电容量允许偏差：G、H、J

25、、K、M。最终产品种类：彩色电视机、显示器、开关电源、电子节能灯等等。用途或电路图：直流回路、交流脉冲回路（S校正电路、行逆程电路、尖峰吸收回路）、电源跨线噪音抑制电路、高稳定性电路等等。使用条件：脉冲峰值、频率、波形、电流等等。使用温度：外形尺寸：电容器本体尺寸、引出线尺寸等等。形状：包封形式（浸渍型、盒式等）、引出线（直脚、成型、编带等等）。安全性：当电容器短路或开路时对其他部件的影响，当其它部件或电路工作异常时对电容器的影响,典型的电容器特性曲线,典型的电容器特性曲线,典型的电容器特性曲线,典型的电容器特性曲线,典型的电容器特性曲线,薄膜电容器的发展方向,1、体积缩小 薄膜电容器体积发展方向为小型化、片式化，国外已大量生产小型片式化金属化薄膜塑壳电容器，该型号电容器特点为体积极小，外观漂亮，适用于大批量使用，我公司已具备批量生产的条件。2、耐热性能提高 目前，薄膜电容器使用温度范围一般为-40+85，但是随着电容器应用领域的推广，使用要求也在不断提高，目前国外已推出耐温达125的薄膜电容器PPS，该类电容器的特点是高温性能特别优异，损耗角正切极小，适用于极高频率及高温大电流场合，该类电容器我公司正在开发中。,