贴片电感的知识和电容原理

马行西风

贴片电感的知识贴片电感从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物；后者则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线型片式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。
    除了小型化的贴片电感，绕线电感还有许多种：空心线圈、磁环电感、工字型电感、屏蔽电感、陶瓷基体绕线电感、塑封电感... 是用漆包线一圈圈绕出来的，只是绕线基体、包封材料和外观样式不同,特性和应用范围也各不同。空心线圈主要是用于无线收发方面的谐振，磁环电感是用于需要高感量、大电流的场合，工字型电感主要是用于滤波和升压，屏蔽电感是抗干扰能力较好、同时也不会辐射电磁波出去干扰别的元件，陶瓷绕线电感具有很好的高频特性,不过现在有很多要求不是特别高的场合被叠层陶瓷体电感替代，不过它的高Q值是陶瓷体电感所达不到的，塑封电感是抗湿热性能较好。
1.绕线型
　　它的特点是电感量范围广（mH～H），电感量精度高，损耗小（即Q大），容许电流大、制作工艺继承性强、简单、成本低等，但不足之处是在进一步小型化方面受到限制。以陶瓷为芯的绕线型片式电感器在这样高的频率能够保持稳定的电感量和相当高的Q值，因而在高频回路中占据一席之地。
　　TDK的NL系列电感为绕线型，0.01~100uH，精度5%，高Q值，可以满足一般需求；NLC型 适用于电源电路，额定电流可达300mA；NLV型为 高Q值，环保（再造塑料），可与NL互换；NLFC 有磁屏，适用于电源线。
2.叠层型 叠层电感（也有叫积叠电感，是一个意思，英文Multy Layer 翻译过来的）不是线绕出来的，是烧出来的，铁氧体叠层电感主要是用铁氧体材料粉末在高温炉中烧出来的、陶瓷体的电感当然用的是陶瓷体的材料烧的了,两种材料的不同使他们有不同的频率特性，陶瓷体在高频应用有较好性能，铁氧体就不行，但陶瓷体电感的感量做不到很高，一般只在nH级别，铁氧体可以做到几十uH，当然体积越大感量可以做到越大。它具有良好的磁屏蔽性、烧结密度高、机械强度好。不足之处是合格率低、成本高、电感量较小、Q值低。
　　它与绕线片式电感器相比有诸多优点：尺寸小，有利于电路的小型化，磁路封闭，不会干扰周围的元器件，也不会受临近元器件的干扰，有利于元器件的高密度安装；一体化结构，可靠性高；耐热性、可焊性好；形状规整，适合于自动化表面安装生产。
　　TDK的MLK型电感，尺寸小，可焊性好，有磁屏，采用高密度设计，单片式结构，可靠性高；MLG型的感值小，采用高频陶瓷，适用于高频电路；MLK型工作频率12GHz，高Q，低感值（1n~22nH） 3.薄膜片式
　　具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。其内电极集中于同一层面，磁场分布集中，能确保装贴后的器件参数变化不大，在100MHz以上呈现良好的频率特性。薄膜电感和陶瓷电感类似也是高频性能较好，在市面上不多见，但据说是以后的发展方向。4.编织型
　　特点是在1MHz下的单位体积电感量比其它片式电感器大、体积小、容易安装在基片上。用作功率处理的微型磁性元件。  电容原理      电容是电子设备中最基础也是最重要的元件之一。电容的产量占全球电子元器件产品（其它的还有电阻、电感等）中的40%以上。基本上所有的电子设备都可以见到它的身影。作为一种最基本的电子元器件，电容对于电子设备来说就象食品对于人一样不可缺少。     小小一颗电容却是一个国家工业技术能力的完全体现，尤其是高档电容所代表的是本国精密加工、化工、材料、基础研究的水平（美国、日本是世界上电容设计研究能力最高的两个国家）大家千万别小看它，其高档产品的设计制造要求甚至不亚于CPU。同样是这棵不起眼的电容，上到神六，下到U盘，可以说有电源的地方就有它。2      电容的用途非常多，主要有如下几种：     1．隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。     2．旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。     3．耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路     4．滤波：这个对高性能电源而言很重要。     5．温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。     6．计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。     7．调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。     8．整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。     9．储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。电容的种类     电容的种类首先要按照介质种类来分。这当中可分为无机介质电容器、有机介质电容器和电解电容器三大类。不同介质的电容，在结构、成本、特性、用途方面都大不相同。陶瓷电容常用在超高频器件例如GPU上    无机介质电容器：包括大家熟悉的陶瓷电容以及云母电容，在CPU上我们会经常看到陶瓷电容。陶瓷电容的综合性能很好，可以应用GHz级别的超高频器件上，比如CPU/GPU。当然，它的价格也很贵。    有机介质电容器：例如薄膜电容器，这类电容经常用在音箱上，其特性是比较精密、耐高温高压。    双电层电容器：这种电容的电容量特别大，可以达到几百f（f=法，电容量单位，1f=1000000μf）。因此这种电容可以做UPS的电池用，作用是储存电能。说句题外话，如果把地球算做一个孤立导体的话，那么它的容量只有700μf，还不如主板上用的一个铝电容。    电解电容器：大家熟悉的铝电容，钽电容其实都是电解电容。如果说电容是电子元器件中最重要和不可取代的元件的话，那么电解电容器又在整个电容产业中占据了半壁江山。我国电解电容年产量300亿只，且年平均增长率高达30%，占全球电解电容产量的1/3以上。     大家别小看电解电容，它其实是一个国家的工业能力和技术水平的反映。世界上最先进的电解电容的设计和生产国是美国和日本，顶级的电解电容器的生产工艺要求非常高，别看我国电解电容产量这么高，可是各项核心技术都掌握在其它国家手里，我国也就能算来料加工的“世界工厂”而已，自主力量还很薄弱，并且生产的产品也都以低档的为主。深入 电解电容的性能特点     首先让我们了解一下电解电容的性能特点，这样我们才能清楚为什么主板、显卡以及几乎所有的计算机设备里面都使用到了电解电容：    电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。    电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容相比）。    电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。     目前，新型的电解电容发展的非常快，某些产品的性能已达到无机电容器的水准，电解电容正在替换某些无机和有机介质电容器。电解电容的使用范围相当广泛，基本上，有电源的设备都会使用到电解电容。例如通讯产品，数码产品，汽车上音响、发动机、ABS、GPS、电子喷油系统以及几乎所有的家用电器。由于技术的进步，如今在小型化要求较高的军用电子对抗设备中也开始广泛使用电解电容。从铝电容到钽电容 透过阳极看电解电容          1．铝电解电容。不管是SMT贴片工艺的还是直插式的，或者有塑料表皮的，只要它们的阳极材质是铝，那么他们就都叫做铝电解电容。电容的封装方式和电容的品质本身并无直接联系，电容的性能只取决于具体型号，这个我们后面会详细说明。2．钽电解电容。阳极由钽构成，就是那种我们在显卡上一见到就会惊呼显卡做工真不错！”的那种黄色或黑色小颗粒。目前很多钽电解电容都用贴片式安装，其外壳一般由树脂封装（采用同样封装的也可能是铝电解电容）。但是，钽电容的阴极也是电解质，所以很不幸的，它也是大家十分瞧不起的“电解电容”的一种。（有种晴天霹雳的感觉吧？）。需要提及的是，铝电解电容和钽电解电容不是由封装形式决定的。像上图的黄色与黑色小方块，通常我们认为其是钽电解电容，但实际其阳极也有可能是铝，也就是说它们也有可能是铝电容而不是钽电容。（第二个晴天霹雳！？）是否有橡胶底坐，是判断SMT贴片与直插封装的主要依据 3。铌电解电容。这种电容如今已经用的比少，所以就不多介绍了。 以往传统的看法是钽电容性能比铝电容好，因为钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽，它的介电能力（通常用ε表示）比铝电容的三氧化二铝介质要高。因此在同样容量的情况下，钽电容的体积能比铝电容做得更小。（电解电容的电容量取决于介质的介电能力和体积，在容量一定的情况下，介电能力越高，体积就可以做得越小，反之，体积就需要做得越大）再加上钽的性质比较稳定，所以通常认为钽电容性能比铝电容好。 但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了，目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极，而在于电解质，也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可以组合成不同种类的电解电容，其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于电解质的不同，性能可以差距很大，总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。透过阴极看电解电容 1．电解液。电解液是最传统的电解质，电解液是由GAMMA丁内酯有机溶剂加弱酸盐电容质经过加热得到的。我们所见到的普通意义上的铝电解电容的阴极，都是这种电解液。使用电解液做阴极有不少好处。首先在于液体与介质的接触面积较大，这样对提升电容量有帮助。其次是使用电解液制造的电解电容，最高能耐260度的高温，这样就可以通过波峰焊（波峰焊是SMT贴片安装的一道重要工序），同时耐压性也比较强。此外，使用电解液做阴极的电解电容，当介质被击穿的后，只要击穿电流不持续，那么电容能够自愈。但电解液也有其不足之处。首先是在高温环境下容易挥发、渗漏，对寿命和稳定性影响很大，在高温高压下电解液还有可能瞬间汽化，体积增大引起爆炸（就是我们常说的爆浆）；其次是电解液所采用的离子导电法其导电率很低，只有0.01S（电导率，欧姆的倒数）/CM，这造成电容的ESR值（等效串联电阻）特别高。铝电解液电容爆浆传统铝电解液电容都有防爆槽，这是为了让压力容易被释放，不会发生更大的爆炸。但某些产品为了节约成本省去了防爆槽的工序。 2. 二氧化锰。二氧化锰是钽电容所使用的阴极材料。二氧化锰是固体，传导方式为电子导电，导电率是电解液离子导电的十倍（0.1S/CM），所以ESR比电解液低。所以，传统上大家觉得钽电容比铝电容好得多，同时固体电解质也没有泄露的危险。此外二氧化锰的耐高温特性也比较好，能耐的瞬间温度在500度左右。二氧化锰的缺点在于在极性接反的情况下容易产生高温，在高温环境下释放出氧气，同时五氧化二钽介质层发生晶质变化，变脆产生裂缝，氧气沿着裂缝和钽粉混合发生爆炸。另外这种阴极材料的价格也比较贵。（和铝电解液电容相比，虽然都是爆炸，可原理却不一样，有多少人能注意到这点呢？） 传统上认为钽电容比铝电容性能好主要是由于钽加上二氧化锰阴极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为二氧化锰， 那么它的性能其实也能提升不少。  3．接下来我们就要引出一种革命性的阴极——TCNQ。TCNQ是一种有机半导体，是一种络合盐。TCNQ在电容方面的应用，是在90年代中后期才出现的，它的出现代表着电解电容技术革命的开始。TCNQ是一种有机半导体，因此使用TCNQ的电容也叫做有机半导体电容，例如早期的三洋OSCON产品。TCNQ的出现，使电解电容的性能可以直接挑战传统陶瓷电容霸占的很多领域，使电解电容的工作频率由以前的20KHZ直接上升到了1MHZ。TCNQ的出现，使过去按照阳极划分电解电容性能的方法也过时了。因为即使是阳极为铝的铝电解电容，如果使用了TCNQ作为阴极材质的话，其性能照样比传统钽电容（钽+二氧化锰）好得多。TCNQ的导电方式也是电子导电，其导电率为1S/CM，是电解液的100倍，二氧化锰的10倍。使用TCNQ作为阴极的有机半导体电容，其性能非常稳定，也比较廉价。不过它的热阻性能不好，其熔解温度只有230-240摄氏度，所以有机半导体电容一般很少用SMT贴片工艺制造，因为无法通过波峰焊工艺，所以我们看到的有机半导体电容基本都是插件式安装的。TCNQ还有一个不足之处就是对环境的污染。由于TCNQ是一种氰化物，在高温时容易挥发出剧毒的氰气，因此在生产和使用中会有限制。70年代末人们发现，使用搀杂法可以获得优良的导电聚合物材料，从而引发了一场聚合物导体的技术革命。1985年，小日本首次开发了聚吡咯膜，如果使用复合法的话，可以使其导电率达到铜和银的水平，但它又不是金属而相当于工程塑料，附着性比金属好，同时价格也比铜和银低很多，此外，在受力情况下，其导电率还会产生变化（其特性很像人的神经系统）。这无疑是电容研发者梦寐以求的阴极材质。2000年，美国人因为发明了大规模制造PPY聚吡咯膜的方法，而获得了当年的诺贝尔化学奖，其重要性可见一斑。聚吡咯的用途非常广泛，从隐形战斗机到人工手，以及显示器和电池、电容等等。聚吡咯的研发实力，可以反映出一个国家的化学水平，而我国的西安交通大学和成都电子科技大学在这方面比较突出。使用PPY聚吡咯和PEDT做为阴极材料的电容，叫做固体聚合物导体电容。其电导率可以达到100S/CM，这是TCNQ盐的100倍，是电解液的10000倍，同时也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好，可以忍耐300度以上的高温，因此可以使用SMT贴片工艺安装，也适合大规模生产。固体聚合物导体电容的安全性较好，当遇到高温的时候，电解质只是熔化而不会产生爆炸，因此它不像普通铝电解液电容那样开有防爆槽（三洋有一种CVEX电容，阴极为固体聚合物导体加电解液的混合型，因此也有防爆槽）。固体聚合物导体电容的缺陷在于其价格相对偏高，同时耐电压性能不强。     使用不同的阳极和阴极材料可以组合成多种规格的电解电容，例如钽电解电容也可以使用固体聚合物导体做为阴极，而铝电解电容既可以使用电解液，也可以使用TCNQ、PPY和PEDT等等。现在新型的钽电容也采用了PPY和PEDT这类固体聚合物导体做阴极，因此性能进步很多，也没有以往二氧化锰阴极易爆炸的危险。如今最好的钽聚合物电容的ESR可以达到5毫欧姆。这类性能高、体积小的钽聚合物电容一般使用手机、数码相机等一些对体积要求较高的设备上。 电解电容阴极性能初步对比      在以上表格当中，红线代表铝聚合物导体电容，绿色虚线表示普通铝电解液电容，蓝色虚线表示钽二氧化锰电容，黄色虚线表示超大容量（1000μF）、超大体积（后面的“Φ”符号代表了各自的体积）的铝电解液电容。表格的X轴线表示频率，Y轴线表示阻抗，Y轴的阻抗数值越低，ESR值就越低，性能就越好。     这个表格体现的是在频率逐步提升的情况下，不同种类电容的性能变化。可以看出，当频率达到10KHz以上的时候铝聚合物导体电容的ESR值继续保持在较低的水平，当达到100KHz的时候，其ESR值低于其它所有类型的电容，包括钽电容和容量为1000μF的铝电解液电容（注意：两者的体积比例为300：5000），而该电容的容量仅为47μF。到了1MHZ，铝聚合物导体电容优势更明显。      以上这4个表格代表的是陶瓷电容（左边两个表格）和TCNQ有机半导体电容（右边两个表格），在施加电压为0V（上表）和20V（下表）的两种情况下，其ESR值的波动。可以看出，陶瓷电容在20V电压，频率接近100KHz的时候ESR出现了剧烈的波动。而TCNQ电容的ESR值则保持平滑的曲线。新电解材料的使用使电解电容在某些方面比电容的王者陶瓷电容更有优势。     当极性接反并施加2倍额定电压和20A电流时不同阴极钽电容的反映：如上图，使用二氧化锰为阴极的钽二氧化锰电容全部爆炸，而使用PPY为阴极的钽固体聚合物 

horse-3824

很受用,多谢了,呵呵

beetleone

多谢！

zbhtzp

谢谢版主与大家分享你的精彩内容