我們已經(jīng)知道，電容器是用來“裝”電的“容器”。

但或許你不知道，最開始時，這個“裝”電的“容器”真的是個瓶子！

這個瓶子被稱為——萊頓瓶。

它是1746年在萊頓城發(fā)明的，美國的本杰明.富蘭克林還用萊頓瓶“裝”到風(fēng)箏從“天”上引下來的“電”。

它是一個瓶里瓶外分別貼有錫箔的玻璃瓶，瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連接，棒的上端是一個金屬球。

后來人們發(fā)現(xiàn)：

只要兩個金屬板中間隔一層絕緣體就可以做成電容器裝電，并不需要做成瓶子那樣的結(jié)構(gòu)。

最簡單的電容器——平板電容器

很明顯，萊頓瓶就是一個以瓶子玻璃為電介質(zhì)，錫箔為電極的電容器，全部電荷是由玻璃本身儲存著的。

在平板電容器結(jié)構(gòu)中，電容器裝電的能力與電介質(zhì)材料類型、介質(zhì)厚度和電極正對面積有關(guān)。

可是看出：

電介質(zhì)介電常數(shù)越大，電容器容量越大；

正對電極面積越大，電容器容量越大；

電介質(zhì)厚度越薄，電容器容量越大；

電介質(zhì)及高介電常數(shù)材料的尋找

自然界中的云母片首先被利用起來

但云母介電常數(shù)太低了，約為 6 ~ 7 ，能做到的容量很低，幾乎都是“pF”級別。

后來是二氧化鈦TiO2被大規(guī)模用于電容器制造

二氧化鈦的介電常數(shù)較高，約100左右，電容器的容量可以做到“nF”級別了。

強介電材料BaTiO3的發(fā)現(xiàn)和使用

1942年由美國、前蘇聯(lián)學(xué)者發(fā)現(xiàn)。

BaTi03具獨特的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：

隨著溫度的變化，BaTIO3有一系列的相變過程，其單晶介電常數(shù)與溫度引起的相變密切相關(guān)。

BaTIO3單晶介電常數(shù)大小與晶體軸方向有很大關(guān)系。

在室溫時,它有很強的壓電鐵電性,并表現(xiàn)出較強各向異性。

當(dāng)溫度高于120℃時，BaTIO3晶體屬于立方晶系,壓電鐵電性能消失。 120℃稱為居里溫度。

在BaTIO3多晶體或陶瓷中，因晶胞主軸取向不同，其介電常數(shù)與溫度的關(guān)系與單晶體的不同。

BaTIO3陶瓷介電常數(shù)很高，尤其是在120℃時，介電常數(shù)可高達10000。

使用BaTIO3陶瓷介質(zhì)材料制作電容器，可以做到“μF”級！

但純BaTIO3陶瓷制作的電容器，其容量溫度特性曲線變化很大，不能滿足EIA X7R特性要求。

X7R：-55℃~+125℃溫度范圍內(nèi)，容量變化率不超過±15%。

BaTiO3的摻雜改性

人們研究發(fā)現(xiàn)，向BaTiO3中摻入某些元素，其溫度曲線會被展平，展寬，溫度穩(wěn)定性更好。 通過控制摻雜的成份比例，可獲得符合X7R特性要求的電介質(zhì)材料。

電容器的制造開始進入BaTiO3時代，人們大量使用BaTiO3摻雜改性，制造圓片電容器。

到了80年代，美國人用多層片式結(jié)構(gòu)設(shè)計制造電容器——MLCC，可以很小的體積獲得很大的電容量。

BaTiO3的應(yīng)用讓X7R MLCC成為量最大的系列產(chǎn)品。

在MLCC應(yīng)用方面，各大MLCC廠家均對鈦酸鋇制備及摻雜改性做了大量的研究工作，形成各自獨特的符合X7R特性要求的陶瓷介質(zhì)材料。

所以，可以從容量溫度曲線TCC曲線識別MLCC的生產(chǎn)廠家。 (TCC:Temperature Capacitance Characteristic）

TCC曲線與鈦酸鋇制備控制工藝、摻雜改性配方及燒成工藝均有關(guān)。

細小、均勻及結(jié)構(gòu)完整的晶粒，不但具有高的介電常數(shù)、低的介電損耗、高的耐電壓強度，而且介電溫度特性能更寬平。

晶粒大小對TCC曲線的影響

摻雜配方的影響

以BaTiO3為基，通過微量摻雜，摻入稀土元素如Y、La等，堿土元素Ca、Mg等，過渡金屬元素Ni、Cr等可得到介電特性不同的陶瓷介質(zhì)材料。

高介電常數(shù)和高溫度穩(wěn)定性，兩者猶如魚與熊掌不可兼得。使用高介電常數(shù)介質(zhì)材料設(shè)計制造MLCC，單位電容量成本更低。應(yīng)根據(jù)實際環(huán)境溫度要求，在不同特性的MLCC選擇符合要求的品種。

選購超大容量X7R MLCC時，別讓X5R“忽悠”了！

超大容量MLCC一般是額定電壓低，靜電容量高，接近毫法（mF）級。

早年以銀鈀金屬為內(nèi)電極在制作大容量MLCC時，易出現(xiàn)分層問題，且成本很高，所以當(dāng)下大容量MLCC均使用賤金屬鎳（Ni）作內(nèi)電極與鈦酸鋇陶瓷匹配制作。

MLCC芯片高溫?zé)Y(jié)時，即使在還原氣氛（N2/H2）下，易于氧化的鎳（Ni）仍然有相當(dāng)數(shù)量被氧化，擴散進入鈦酸鋇陶瓷晶粒中。

鎳（Ni）對鈦酸鋇陶瓷影響主要體現(xiàn)在“移峰”作用。

對低壓高容MLCC，因使用薄介質(zhì)（薄至1μm），鎳（Ni）氧化擴散很容易完全滲透陶瓷介質(zhì)體，對TCC影響很大，高溫時（85~125℃），容量下降很大，超過±15%的范圍。

所以低壓高容MLCC 一般只能滿足X5R特性，不能滿足X7R特性。

極個別世界領(lǐng)先的MLCC廠家，如太陽誘電、TDK，在鈦酸鋇制備、摻雜改性和還原燒結(jié)控制上等方面做了高技術(shù)控制，能在X7R低壓高容MLCC上取得技術(shù)壟斷。

標稱容量超出上表所列示的，通常是X5R或X7S特性的產(chǎn)品。

超高容X7R-MLCC絕對是“千錘百煉”出來的高技術(shù)產(chǎn)品，是MLCC技術(shù)金字塔頂上的明珠。