電容器簡介-20070608課件

薄膜電容器介紹

2/6/20231目錄

法拉電子簡介電容器基本概念薄膜電容器的分類薄膜電容器工藝薄膜電容器的選用2/6/20232廈門法拉電子股份有限公司法拉簡介

法拉電子是專業(yè)從事薄膜電容器及鋁、鋅鋁金屬化薄膜生產(chǎn)、開發(fā)的股份制企業(yè)。公司占地面積3.3萬m2，建筑面積5萬m2。員工總數(shù)1850人，其中專業(yè)技術(shù)人員375人。

公司沿革：1955年—廈門竹器社1970年—廈門電容器廠1994年—廈門法拉發(fā)展總公司1998年—廈門法拉電子股份有限公司2002年12月10日公司股票在上海證券交易所掛牌上市2/6/20233廈門法拉電子股份有限公司法拉產(chǎn)品發(fā)展1967年—開始生產(chǎn)薄膜電容器1983年—引進(jìn)日本CL11、CBB11、CH11、CL12、CBB12、CBB13箔式電容器生產(chǎn)線1988年—開發(fā)CBB21、CBB81、CL21、CL21X、CBB62金屬化電容器1993年—開發(fā)CL23小型盒式金屬化聚酯電容器1994年—開發(fā)AT、AP鋁金屬化薄膜及CL20、CBB20軸向電容器1995年—開發(fā)超薄AT鋁金屬化薄膜1996年—開發(fā)CBB21A/B、CBB81A/B新型脈沖電容器1997年—開發(fā)MKT61抑制電源電磁干擾電容器（安規(guī)電容器X2類）1998年—開發(fā)CL23B盒式疊片式薄膜電容器1999年—開發(fā)CBB71A/B、CBB72A/B、CBB70聚丙烯膜精密電容器2/6/20235廈門法拉電子股份有限公司法拉產(chǎn)品發(fā)展2000年—開發(fā)MKP61小型抑制電源電磁干擾電容器（安規(guī)電容器X2類）ZAP、ZAT交流電容器用鋅鋁金屬化薄膜2001年—開發(fā)MKP62超小型抑制電源電磁干擾電容器（安規(guī)電容器X2類）2002年—開發(fā)CBB61、CBB65交流電動機(jī)啟動電容器MMKP82雙面金屬化高壓脈沖電容器2003年—開發(fā)CL25（裸裝）疊層式電容器CLN51表面安裝電容器完成工藝驗(yàn)證開發(fā)了MKP21塑料外殼脈沖類電容器2/6/20236廈門法拉電子股份有限公司法拉產(chǎn)品發(fā)展2004年：CBB61、CBB65、CBB60L/S、MMKP84、CBB69型電容器投放市場；第四代表面安裝電容器組建試驗(yàn)生產(chǎn)線，已批量生產(chǎn)1210尺寸CBS52型SMD產(chǎn)品，0805、0603尺寸也開發(fā)出樣品；CLN51型表面安裝電容器組建試驗(yàn)生產(chǎn)線；鋁金屬化PPS膜2*2.6*0.2批量提供給第四代表面安裝電容器試制；開發(fā)0.8mm峰峰值的S形邊緣金屬化膜；MKP63型Y2類抗干擾電容器完成CQC、ENEC認(rèn)證；CLN21型高溫電容器，開發(fā)出節(jié)能燈常用規(guī)格。2/6/20237廈門法拉電子股份有限公司電容器的基本概念電容器是儲存電荷或存儲電量（電勢能）的容器。是電工及電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用的電路基本元件，通常由電介質(zhì)（絕緣材料）隔離的兩塊導(dǎo)電極板組成。任何絕緣材料都可能成為電容器的電介質(zhì)，如紙、玻璃、云母、油、空氣等等，目前主要產(chǎn)品有陶瓷電容器、薄膜電容器、電解電容器三大類。薄膜電容器：指以（電工級）塑料薄膜為電介質(zhì)的電容器。與陶瓷和電解電容器相比具有產(chǎn)品性能好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但容量/體積比小，價格高。2/6/20239廈門法拉電子股份有限公司電容量

一、電容量的概念1、電容器的電容量就是表征電容器貯存電荷能力的參數(shù)，與電極有效面積和介電常數(shù)成正比，與電極間的距離成反比。☆電容量的國際制單位為：F，這是為紀(jì)念法拉第而命名的。☆常用的電容量單位為：μF、nF、pF，它們與F的換算關(guān)系為：1μF=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F2/6/202310廈門法拉電子股份有限公司電容量

二、標(biāo)稱容量與允許偏差1、標(biāo)稱容量：就是電容器設(shè)計(jì)時所確定的，通常在電容器上標(biāo)出的容量數(shù)值，又稱名義電容量。2、允許偏差：實(shí)際所測的電容量與標(biāo)稱電容量之間允許的最大偏差范圍，可按下式計(jì)算：容量偏差12351020代碼FGHJKM100％×-=標(biāo)稱容量標(biāo)稱容量實(shí)際容量允許偏差2/6/202311廈門法拉電子股份有限公司電容量–頻率特性

五、電容量的頻率特性當(dāng)電容器接到電路中時，由于它本身要消耗一定的能量，同時當(dāng)交變電流流過導(dǎo)體時還會產(chǎn)生電感。因此，電容器在交流電路中，并不是呈現(xiàn)純?nèi)菘?，而是呈現(xiàn)出一個復(fù)雜的阻抗形式，且這個阻抗與頻率關(guān)系很大。2/6/202313廈門法拉電子股份有限公司（一）等效電路電容器等效電路的一般形式如下：L—電容器金屬部分的電感（包括極板和引出線的電感）；rm—電容器金屬部分的電阻（包括極板與引出線以及它們之間的接觸電阻）；R—介質(zhì)極化引入的等效并聯(lián)電阻；Ri—漏導(dǎo)電阻（包括介質(zhì)部分的貫穿漏導(dǎo)和電容器的表面漏導(dǎo)）；CP—主要介質(zhì)和保護(hù)層介質(zhì)各種極化產(chǎn)生的電容量。LrmRCPRi電容量–頻率特性2/6/202314廈門法拉電子股份有限公司1、在直流電壓作用下：電容器中由極化產(chǎn)生的損耗以及金屬部分的電感、極板電阻可以不考慮，則可得直流情況下電容器的等效電路：

Ri—漏導(dǎo)電阻；CP—電容量。電容量–頻率特性RiCP2/6/202315廈門法拉電子股份有限公司（二）容量頻率特性介質(zhì)的影響：電容量的影響因素之一是介電常數(shù)，而介質(zhì)的介電常數(shù)又與頻率有關(guān)，這樣就會使電容量隨頻率而變化。☆非極性介質(zhì)的介電常數(shù)幾乎與頻率無關(guān)，電容器的容量頻率特性好；而極性介質(zhì)的介電常數(shù)隨頻率變化較大，其電容的容量頻率特性較差。

聚酯薄膜聚丙烯薄膜

△C/C(%)-300.1110100KHZf電容量–頻率特性

2/6/202317廈門法拉電子股份有限公司電容器的損耗1、定義損耗：在電場作用下，單位時間內(nèi)因發(fā)熱而消耗掉的能量。表示電容器傳遞能量的效率。tgδ=P有功/P無功=UIsinδ/UIcosδ☆理想的電容器能把從電源中得到的能量，全部貯存在電容器中；而實(shí)際中的電容器，在電路中都要消耗一定的能量，即：把電容器中所貯存的一部分電能轉(zhuǎn)變成熱能，這部分熱能一方面使電容器發(fā)熱，溫度升高；另一方面通過電容器表面散發(fā)到周圍的環(huán)境中去。2/6/202318廈門法拉電子股份有限公司電容器的損耗2、電容器損耗的來源：1）介質(zhì)漏電流引起的電導(dǎo)損耗；2）介質(zhì)緩慢極化帶來的極化損耗；3）電容器中氣隙產(chǎn)生的電離損耗；4）由金屬極板、引線電阻、引出線與極板之間的接觸電阻引起的金屬損耗。2/6/202319廈門法拉電子股份有限公司電容器的損耗2）損耗溫度特性曲線

聚酯薄膜聚丙烯薄膜2/6/202321廈門法拉電子股份有限公司電容器的絕緣電阻1、定義絕緣電阻：介質(zhì)絕緣性能好壞的表征方式，有時也用時間常數(shù)，漏電流來表示。2、電容器絕緣電阻：R=U/ILU—電容器上所加的電壓（V）IL—漏電流（μA）R—絕緣電阻（MΩ）電容器的漏電流：由兩部分組成，即貫穿于極板之間介質(zhì)的漏導(dǎo)電流Iv（又稱體積漏電流）和通過兩引出端之間的表面漏導(dǎo)電流Is。IL=Iv＋I(xiàn)s2/6/202322廈門法拉電子股份有限公司電容器的絕緣電阻3、電容器的時間常數(shù)在評價大容量電容器的絕緣電阻時，引入一個與電容器幾何尺寸無關(guān)的參數(shù)——時間常數(shù)。

τ=RC

τ—電容器的時間常數(shù)（MΩ．μF）或（s)；R—絕緣電阻（MΩ）；

C—電容量（μF）2/6/202323廈門法拉電子股份有限公司電容器的電壓參數(shù)1、擊穿電壓Ub:當(dāng)施加在電容器上的電壓達(dá)到某一數(shù)值時，流過電容器中的漏導(dǎo)電流猛增，電容器由原來的不導(dǎo)電變成導(dǎo)電，電容器被擊穿，此時的電壓稱為電容器的擊穿電壓，用符號Ub表示。2、試驗(yàn)電壓Ut

：試驗(yàn)電壓就是電容器在做耐壓測試時，短時間內(nèi)所施加的電壓，用符號Ut表示。3、額定電壓UR：電容器的UR是指在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，按技術(shù)條件所能施加在電容器上的最大直流電壓，或最大交流電壓的有效值，或脈動電壓的峰值。它就是標(biāo)志在電容器產(chǎn)品上的電壓?！顡舸╇妷?gt;試驗(yàn)電壓>額定電壓>使用電壓2/6/202325廈門法拉電子股份有限公司電容器的電壓參數(shù)電容器的老化擊穿：1、定義：電容器在長期電壓作用下，介質(zhì)發(fā)生不可逆的物理、化學(xué)等一系列變化，使介質(zhì)受到破壞，導(dǎo)致電容器的性能逐漸變壞，擊穿電場強(qiáng)度隨時間的增加逐漸降低。這種過程稱為電容器的老化，由老化現(xiàn)象引起的電容器的熱或電的擊穿稱為電容器的老化擊穿。－－電容器壽命

2/6/202326廈門法拉電子股份有限公司自愈性自愈性(僅對金屬化膜電容器)金屬化膜的金屬鍍層是通過真空蒸發(fā)的方法將金屬沉積在薄膜上，厚度只有幾十個納米，當(dāng)介質(zhì)上存在弱點(diǎn)、雜質(zhì)時，局部電擊穿就可能發(fā)生，電擊穿處的電弧放電所產(chǎn)生的能量足以使電擊穿點(diǎn)鄰近處的金屬鍍層蒸發(fā)，擊穿點(diǎn)與周圍極板隔開，電容器電氣性能即可恢復(fù)正常2/6/202327廈門法拉電子股份有限公司舉例：CL21:下限類別溫度：-55℃上限類別溫度：100℃額定溫度：85℃溫度使用范圍：－55℃～105℃（+85℃～+105℃：電壓降額系數(shù)1.25%/℃）

2/6/202329廈門法拉電子股份有限公司電容器的噪聲當(dāng)薄膜電容器兩端的電壓的頻率在聲波的頻率范圍內(nèi)時，電極板由于相互之間的靜電引力也將產(chǎn)生相應(yīng)的振動；若振動的強(qiáng)度足夠大，則可能發(fā)出人耳可以感受到的聲音。根據(jù)分析及長期大量實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，這種“發(fā)聲”對電容器的電性能沒有不良影響。分析認(rèn)為，電容器噪聲產(chǎn)生的主要原因是：在交流場合下，若由于某種因素（如電網(wǎng)污染、負(fù)載干擾等）引起線路中產(chǎn)生高次諧波分量，這種諧波將被電容器吸收，從而避免其對其他電路的干擾，如果諧波幅度較大，頻率在5kHz~15kHz時，該電容器很可能有微弱噪音存在，但不會影響電容器的性能。2/6/202330廈門法拉電子股份有限公司電容器的噪聲根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在外施電壓相同的情況下，薄膜電容器的“發(fā)聲”具有如下幾個經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：a)在額定電壓及電容量相同的情況下，聚丙烯介質(zhì)電容器的交流聲顯著小于聚酯薄膜電容器的交流聲；b)在額定電壓相同的情況下，電容量越小，電容器的交流聲越小；c)當(dāng)外施電壓的頻率在5kHz~15kHz時，電容器的交流聲較為顯著，其中又以10kHz附近的交流聲特別顯著。其他頻率下薄膜電容器的交流聲幾乎不可聽見。2/6/202331廈門法拉電子股份有限公司電容器的噪聲我們認(rèn)為，解決電容器在電路應(yīng)用中的噪聲問題可以考慮如下辦法：a)在條件允許的情況下，用聚丙烯電容器代替聚酯電容器；b)采用較小電容量的電容器并聯(lián)，以減小電容器的交流聲；c)將用電器使用于電源質(zhì)量較好的電網(wǎng)上；d)對用電器本身的工作情況進(jìn)行分析，盡量減小其工作時所產(chǎn)生的高次諧波分量。2/6/202332廈門法拉電子股份有限公司電容器分類-按介質(zhì)分類有機(jī)介質(zhì)電容器

塑料薄膜、紙介、漆膜、復(fù)合介質(zhì)

PET、OPP、PEN、PPS等無機(jī)介質(zhì)電容器瓷介、云母、玻璃膜及玻璃釉

高頻瓷、鐵電瓷、半導(dǎo)體瓷電解電容器鋁電解、鉭電解、鈮電解液體鋁電解、固體鋁電解、無極性電解2/6/202333廈門法拉電子股份有限公司幾種電容器的特性對比材料PETPENPPSNPOX7RTan工作溫度(℃)-55/105-55/125-55/140-55/125-55/125-55/125電容量隨溫度變化ΔC/C(%)±5±5±1.5±1±15±10DC電壓系數(shù)(%)可忽略可忽略可忽略可忽略-20可忽略壽命期容量變化（%/h,十年）可忽略可忽略可忽略可忽略2——損耗(%)1kHz10kHz100kHz0.81.53.00.81.53.00.200.250.500.100.100.102.5

8

ESR低低很低低中至高高RI(s)25℃85℃1000010001000010001000010001000010001000500100102/6/202334廈門法拉電子股份有限公司幾種電容器的特性對比（續(xù)）材料PETPENPPSNPOX7RTan電容量范圍102/106102/475101/105100/473101/475104/108容器允許偏差J,K,MJ,K,MJ,K,MJ,KK,MK,M自愈性有有有無無無典型失效模式(壽命終止時)開路開路開路短路短路短路可靠性高高高高中低壓電效應(yīng)無無無有有有抗熱機(jī)械沖擊高高高中至低中至低低非線形失真非常低非常低非常低低高——極性無無無無無有2/6/202335廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器分類－介質(zhì)聚丙烯膜（OPP）高頻損耗極低，電容量穩(wěn)定性很高，負(fù)溫度系數(shù)較小，絕緣電阻極高，介質(zhì)吸收系數(shù)極低，自愈性好，介電強(qiáng)度高，吸水率低。聚酯膜（PET）工作溫度范圍寬，介電常數(shù)高，電容量穩(wěn)定性高，正溫度系數(shù)，絕緣電阻高，自愈性好，薄膜厚度可達(dá)0.6m,容積比高。其它：聚苯硫醚（PPS)、聚萘乙酯(PEN)2/6/202336廈門法拉電子股份有限公司聚酯和聚丙烯薄膜的特點(diǎn)1、聚酯（PET）1）機(jī)械強(qiáng)度高、成膜容易（最薄可達(dá)0.6μm)、薄膜的抗張強(qiáng)度好、彈性大、柔韌性好。2）耐熱性好，最高工作溫度可達(dá)125℃，高溫時，薄膜仍具有柔順性，在-60℃時不發(fā)脆。3）介電常數(shù)大。4）易于金屬化，容積比高。5）但與其他塑料薄膜相比，聚酯膜的體積電阻率較低，損耗角正切也較大；當(dāng)使用溫度高于100℃時，其體積電阻率直線下降，損耗角正切值也迅速增大，所以使用溫度要求較高時，可以選用PEN材料。2/6/202337廈門法拉電子股份有限公司聚酯和聚丙烯薄膜的特點(diǎn)-續(xù)2、聚丙烯（OPP）1）具有很高的耐水性，且不受強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，對有機(jī)溶劑也有較強(qiáng)的抵抗力。2）電性能優(yōu)良，介電強(qiáng)度高，損耗角正切值小，且與溫度頻率的關(guān)系不大。3）但聚丙烯易受光、熱和空氣中的氧所腐蝕，導(dǎo)致介質(zhì)老化而性能變差。另外，聚丙烯的耐溫性也相對較差。2/6/202338廈門法拉電子股份有限公司常用有機(jī)介質(zhì)薄膜的性能

PEN薄膜性能OPPPETPPS密度(g/cm^3)0.911.41.351.36絕緣電阻(MΩ.μF)≥100000≥30000－－相對介質(zhì)常數(shù)(1kHz)2.1～2.23.0～3.32.83.0～3.3介質(zhì)損耗(*10-4,1kHz)≤2≤

50≤

6≤

50厚度(μm)3.5～230.6～23≥1≥1電阻率(Ω·cm

)1018~10201017~10201017~10191017~1020耐電壓(V/μm)280～300150～200150～200150～2002/6/202339廈門法拉電子股份有限公司常用有機(jī)介質(zhì)薄膜的性能-續(xù)楊氏模量(/N.MM^-2)2352~4410392039205978熱收縮率(%)MD≤4TD≤2MD≤3.0TD≤1.5－－抗拉強(qiáng)度(MPa)≥100≥150－－熔點(diǎn)(℃)165260285270彈性模量(MPa)≥2300≥4300－－工作溫度(℃)＜85＜125＜160＜140可燃性可燃慢燃自熄慢燃拉伸率(%)MD≥80TD≥50MD≥100TD≥75－－吸水率(%)24h,20℃＜0.050.3～0.40.05~0.10.42/6/202340廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器分類－芯子結(jié)構(gòu)金屬箔鋁箔（5、6、6.5μm）工藝流程短，成本低，耐電流沖擊能力強(qiáng)。沒有自愈性，擊穿后短路，可靠性差，工作場強(qiáng)低，體積大，不適合做高壓。錫箔（7、14μm）金屬化鋁金屬化高/低方阻，加厚邊，安全膜，波浪邊，雙面有自愈性，可靠性高，工作場強(qiáng)高，體積小，開路失效模式，適合做高壓產(chǎn)品。耐電流差，成本高，工藝流程長鋅鋁金屬化加厚邊，安全膜，波浪邊膜箔式金屬箔作外電極金屬化作內(nèi)電極兼顧金屬箔和金屬化的優(yōu)點(diǎn)，適合做高壓大電流產(chǎn)品。主要為內(nèi)串式結(jié)構(gòu)。2/6/202341廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器分類－芯子結(jié)構(gòu)示意圖2/6/202342廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器的分類－封裝方式2/6/202343廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器的分類－應(yīng)用通用用于以直流分量為主的電路場合。如：耦合、旁路、濾波....交流與脈沖用于以交流或脈沖電壓分量為主的電路場合，可以承受較大的交流或脈沖電流。如：行逆程高壓、S校正、尖峰吸收....抑制電源電磁干擾用于電源電路，抑制電磁干擾，提高整機(jī)的CE特性?？缇€：X1\X2\X3；接地：Y1\Y2\Y3\Y4精密用于要求電容量精確、穩(wěn)定、溫度系數(shù)小的場合。如：定時、振蕩、積分。交流電動機(jī)工作于電動機(jī)或者照明功率因素補(bǔ)償。如：電機(jī)起動、功率因數(shù)補(bǔ)償....電力電子工作于IGBT或者UPS等電子設(shè)備。2/6/202344廈門法拉電子股份有限公司法拉電容器類型聚酯類疊片式金屬化箔式CL23B、CL25（裸裝）CL23、CL21X、CL21、CL20CL11、CH11聚丙烯類金屬化內(nèi)串結(jié)構(gòu)箔式CBB21、CBB21A/B、CBB20CBB81、CBB81B、CBB81AMMKP82、MMKP84CBB13、CBB11抗干擾類盒式浸漬型MKP61(X2)、MKP62(X2)、MKP63(Y2/X1)、MKP64(X1)MKP65(X1)、CBB62(X2)精密類箔式金屬化CBB71A、CBB71BCBB72A、CBB72B、交流類金屬化CBB61、CBB65、CBB60L、CBB60H、CBB60M、CBB692/6/202345廈門法拉電子股份有限公司法拉工藝－有感箔式CL11/CBB11外檢、電測試、打標(biāo)志

卷繞/焊接

熱壓定型包封2/6/202346廈門法拉電子股份有限公司法拉工藝金屬化卷繞式CBB21等外檢、電測試、打標(biāo)志

卷繞定型噴金焊接包封2/6/202347廈門法拉電子股份有限公司法拉工藝金屬化疊片式CL23B等

刷邊熱處理拆框開邊卷繞組框壓扁噴金切端頭電清潔切片熱處理焊接裝配、測試

2/6/202348廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器的選用（一）電壓：薄膜電容器的選用取決于施加的最高電壓，并受施加的電壓波形、電流波形、頻率、環(huán)境溫度（電容器表面溫度）、電容量等因數(shù)的影響。使用前請先檢查電容器兩端的電壓波形、電流波形和頻率（在高頻場合，允許電壓隨著電容器類型的不同而改變，詳細(xì)資料請參閱說明書）是否在額定值內(nèi)，特別要注意偶發(fā)性的脈沖電壓。當(dāng)環(huán)境溫度大于額定溫度，小于上限溫度時，電壓應(yīng)降額使用，降額幅度為1.25%*額定電壓/攝氏度。2/6/202349廈門法拉電子股份有限公司薄膜電容器的選用（二）電流：通過電容器的脈沖（或交流）電流等于電容量C與電壓上升速率的乘積，即：I=C×dV/dt。由于電容器存在損耗，在