电容器技术如何发展并潜入PCB设计

提到7级科学课的电容，导体和电介质，你可能会看到上釉的表情并听到无聊的叹息。我的意思是，嘿，有时候我和成年人以及我正在谈话的同事会这样，所以我不能说我对孩子们没有同情心，但我必须向他们保证，电路和电路板真的很吸引人。

为了帮助学生直观地了解电容器的工作原理，用塑料购物袋层隔开的两片铝箔构成一个简单的电容器。然后，将下部箔片连接到大地和直流电源的负极端子，将上部箔片连接到电源正极端子。增加电压会导致两个铝箔板相互吸引。

磁通电容器也有层？

我们使用的电容器我们的PCB设计与教室内置的电容有些不同。在设计电路板时，了解电容器类型的特性有助于规划和设计。在使用通孔和表面贴装设计时，您可以使用设计库根据包括电容，介电类型，标称值容差，额定电压和温度系数在内的属性组合来选择电容器。

通孔安装（THM）已经成为表面贴装技术的后座。然而，钻孔和固定部件引线的过程在轴向或径向穿过板增加了特定应用的价值。军事，航空航天和工业应用需要可靠性，同时使部件承受机械和环境压力。 THM电容器类型包括非极化陶瓷盘，银云母和塑料薄膜以及极化电解和钽类型。

表面贴装电容器不需要穿过层的钻孔并直接安装到PCB表面。通孔替换通孔引线并允许电路板层之间的导电连接。 SMT电容器可以安装在电路板的两侧，并且具有比THM电容器小得多的封装。不同的SMT电容器类型包括堆叠多层陶瓷，云母，钽，薄膜和电解电容器。

信号，电路板和电容器

同时，电容器在通孔安装PCB中保持球场。如今，过去流行的电容器在SMT PCB中扮演着重要角色。简要介绍几种类型的电容器，展示了电容器技术从过去到现在如何发展并潜入PCB设计的未来。

表面贴装电容器具有体积小，自动化装配的优点，和低杂散电感。与较旧的THM电容器类型相同的特性为使用表面贴装技术的PCB设计人员提供了许多好处。

陶瓷电容器：具有由陶瓷材料制成的电介质。陶瓷电容器通常具有1F至1μF的小电容值和较小的最大额定电压。电容器具有出色的频率响应，不会产生寄生效应。

1类陶瓷电容器具有高稳定性，高精度和低损耗。 1类陶瓷电容器的标称值容差在1％范围内。 2类陶瓷电容器具有更高的电容值，但热稳定性更低，并且标称值公差更低。大功率陶瓷电容器具有最大100μF的容量，可以处理高达100 kV的更高的最大电压。

多层陶瓷电容器（MLCC）：构成当前表面贴装PCB上使用的大部分电容器。每个MLCC由交错的银钯或镀镍银电极组成，电镀锡交织在矩形陶瓷电介质块内。在MLCC制造过程中使用的电介质类型会影响电容和热稳定性，从而影响MLCC的频率和直流电压特性。

具有氧化钛/锆酸钙电介质的电容器具有较低的电容并且非常稳定的热特性。当您使用涉及时间常数高频电路的PCB应用时，请从PCB设计中选择低电容，高温系数MLCC。具有钛酸钡电介质的MLCC提供电源平滑和去耦所需的高电容。请记住，这些MLCC的高电容可以抵抗电介质的特性。钛酸钡电介质随电压输入和时间的推移而变化。

MLCC电容具有低等效串联电阻。结果，MLCC几乎没有因电阻产生的热量问题。电容器还具有良好的纹波电阻能力。

为您的设计选择合适的电容器

云母电容器：用作谐振，时间常数，耦合和功率转换电路中的去耦电容和纹波滤波器。制造商用云母片制造云母电容器，两面涂有沉积金属。 THM和SMT云母电容器具有出色的可靠性，稳定性和精度，标称值公差为+ -1％，+ -2％和+ -5％。

塑料薄膜电容器：使用不同类型的电介质为特定应用分割组件的材料，包括过滤，一般耦合和去耦。金属薄膜电容器，例如聚酯薄膜和几种不同类型的聚酯，以及聚苯乙烯电容器，由沉积在塑料薄膜中的薄金属层组成，连接到每个引线。薄膜电容器如聚四氟乙烯（PTFE）电容器使用塑料薄膜分隔两个金属箔电极。

FCN型电容器：具有无感金属化聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）薄膜结构，可提供相同的稳定温度和传统聚酯薄膜电容器的频率特性。采用FCN型电容器的低ESR可提供卓越的高频性能。因此，FCN电容器可用于EMI滤波，电源输入和输出滤波，信号耦合以及IC电源总线旁路或去耦。

FCP型堆叠金属化聚苯硫醚（PPS）薄膜电容器：高封装在小型SMT封装中，电容值和在宽温度范围内具有出色的高频响应。与FCP电容器一样，FCA型丙烯酸薄膜电容器具有高电容值，改善的高频滤波和出色的直流电源总线噪声衰减。 FCA电容器由金属化树脂薄膜和镀铜合金端子的无感堆叠层组成。

铝电解电容器：提供比其他电容器类型更高的电容，但具有非常宽的标称容差值。较高的电容值允许电解电容在用于电源时平滑纹波并用作耦合电容。由于宽容差值以及等效串联电阻随频率增加，电解电容不能处理高频。 SMT电解电容器具有高电容，低阻抗和高温稳定性。此外，表面贴装电解电容可抵抗振动。

钽电容器：在钽上使用非常薄的氧化膜作为电解质。虽然氧化物层覆盖小的钽阳极并用作电介质，但导电阴极包围电介质和阳极。虽然钽电容器不具备铝电解电容器的电流容量，但钽电容器提供1μF至100μF的高电容组合，耐用性和稳定性。表面贴装钽电容器具有相同的特性以及小封装尺寸的宽工作温度范围。

现在嵌入式元件和电路板

嵌入式电容材料由夹在两层铜之间的非常薄的介电材料组成。在制造过程中，环氧树脂材料涂层将铜箔层压在一起。嵌入到IC引脚正下方的刚性或柔性PCB基板中的电容器具有极短的电路径，可降低寄生电容和电感，降低电源总线噪声并最大限度地降低EMI。

由于电容密度增加，嵌入式电容器可以去耦电源，便于拆除分立电容器。将这些功能与尺寸缩小相结合，使嵌入式电容器成为电信，计算，医疗和手持电子设备的宝贵资产。

将来会有什么技术老化？

对更小的产品足迹的需求已经开始了电容器技术的革命。下一步是开发高密度，超薄的实心铝电容器，在高压，高温应用和为其供电的电路中提供稳定性。

另一种超薄电解超级电容器的工作原理适用于低功耗微处理器和RF应用。超级电容器设计为嵌入式组件，可为下一代物联网设备提供极长的电源寿命，同时可抵抗振动和冲击。