关于多层陶瓷电容器研究现状和发展展望研究
张静
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张静,. 关于多层陶瓷电容器研究现状和发展展望研究[J]. 中国能源进展,20245. DOI:10.12721/ccn.2024.157045.
摘要: 近年来,随着电子信息技术的不断发展,对电子产品的性能要求越来越高。多层陶瓷电容器因其自身具备体积小、容量大、耐高压、损耗小等优势,被广泛应用于高频开关电源、微波器件等领域,成为电子元器件的重要组成部分。但多层陶瓷电容器存在生产过程复杂、产品合格率低等问题。为解决这些问题,加强对多层陶瓷电容器研究现状的分析,对多层陶瓷电容器的未来发展进行展望,是提高多层陶瓷电容器生产效率和产品质量的有效途径。本文从多层陶瓷电容器的应用和发展现状入手,对其研究现状进行分析,并对其发展趋势进行展望,旨在为相关从业人员提供参考。
关键词: 多层陶瓷电容器;研究现状;展望研究
DOI:10.12721/ccn.2024.157045
基金资助:

随着我国经济的不断发展,我国的电子信息技术也在不断进步,尤其是在5G时代的到来,更是推动了电子信息技术的快速发展。由于电子产品在使用过程中存在着大量的工作电压和功率,因此,需要使用大量的高容量电容器对其进行支撑,保证电子产品正常使用。多层陶瓷电容器因其具有体积小、容量大、耐高压、损耗小等优势,被广泛应用于高频开关电源、微波器件等领域,成为电子元器件的重要组成部分。但多层陶瓷电容器在生产过程中存在着许多问题,如产品合格率低、生产效率低等,对电子产品的质量造成了严重影响。因此,加强多层陶瓷电容器研究现状分析十分必要。

一、多层陶瓷电容器研究现状

(一)介质材料的选择

多层陶瓷电容器介质材料的选择是一项非常重要的工作,在选择介质材料时,要考虑到自身的性能要求。目前,可以用于制造多层陶瓷电容器的介质材料有很多种,如锆钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂等。其中锆钛酸铅属于高介电常数,耐高温,适合制作高温电容器;钛酸钡属于低介电常数、耐高温的材料;铌酸锂是高介电常数、低介质损耗、较高温度系数的介质材料。其中铌酸锂和钛酸钡在制作多层陶瓷电容器时性能比较稳定,而且具有较好的机械性能和较高的介电性能,被广泛应用于多层陶瓷电容器制造中。综合以上几种介质材料的特点,目前最受多层陶瓷电容器制造厂家的欢迎。

(二)电介质层的制备方法

目前电介质层制备的方法主要有溶胶-凝胶法、微波溅射法、化学气相沉积法、水热合成法、有机溶胶-凝胶法制备电介质层。其中溶胶-凝胶法是较为常用的电介质层制备方法,利用溶胶-凝胶法制备电介质层的方法具有工艺简单,设备要求低,原材料易得等优点,因此在目前的研究中被广泛采用。但溶胶-凝胶法的制备过程较长,且容易出现烧结不均匀和体积收缩等问题,因此需要进一步对其进行改进。微波溅射法是利用射频放电使物质电离,从而得到绝缘体的方法,该方法具有制备流程短、设备要求低、原材料易得等优点,因此在多层陶瓷电容器电介质层制备中应用较多。

(三)介质层改性工艺

多层陶瓷电容器的介质层需要通过工艺改性来提升电容器的性能,这是由其材料特性和制作工艺共同决定的。对于传统的陶瓷电容器来说,介质层所使用的原材料主要为钛酸钡,因为这一材料具有低介电损耗和高介电常数的优点,因此广泛应用于电子工业中。但是,传统的钛酸钡电介质层材料在经过高温烧结后,会出现一些问题。由于钛酸钡电介质层中存在大量的氧空位,这一缺陷会对电介质性能造成极大的影响。所以,在使用传统工艺制备电介质层时,需要对其进行改性处理。常用的介质层改性工艺主要包括三种:复合、掺杂和烧结。

(四)多层陶瓷电容器电极材料和介质层的匹配技术

对于多层陶瓷电容器的研究和开发来说,其主要的目的就是为了使其在实际应用过程中可以满足多功能、小型化和多层化的要求,实现高的性能和低的损耗。因此,在开发过程中,要做的就是电极材料和介质层之间的匹配技术研究。在这一方面,国外已经有了较为成熟的研究技术,并在实际应用中取得了良好的效果。比如,日本东京大学早在20世纪60年代就开始了对这一问题的研究。到了20世纪80年代以后,其研究技术和成果已相当成熟。其中,日本东邦公司研制出了以聚酰亚胺为介质、以氧化铝粉为电极材料的多层陶瓷电容器,并在世界范围内得到了广泛应用。

二、多层陶瓷电容器未来发展展望

(一)新型制备工艺

随着科学技术的发展,多层陶瓷电容器的制备工艺也在不断的改进,从传统的高温烧结工艺发展到如今的纳米级分散工艺,再到近几年兴起的低温共烧工艺。新型制备工艺不仅有效地避免了传统工艺中易产生的缺陷,如温度应力、烧结不充分等问题,而且能够大大提升生产效率、降低生产成本。目前,低温共烧技术已经在国内各大生产企业中得到广泛应用。但是,在实际应用过程中,仍存在着一些问题。例如:纳米分散技术虽可以有效地解决陶瓷层间的不均匀性问题,但纳米分散技术还不能完全取代传统烧结工艺。

(二)提高自身性能

多层陶瓷电容器自身的性能是其应用的前提和基础,因此,可以通过制备新材料、开发新工艺、提升电容器的整体性能等方面来提高其性能。综上所述,多层陶瓷电容器作为一种常见的电子元件,其应用领域越来越广泛。因此,多层陶瓷电容器的发展前景十分广阔。虽然目前已有许多研究者对其进行了研究,但在未来还需要加大力度进行研究,以不断提高其自身性能。同时,在研究过程中也要注意与其他领域进行交叉合作,从而形成优势互补。

(三)提升陶瓷电容器的稳定性

在未来的发展中,多层陶瓷电容器的稳定性会得到进一步提升,陶瓷电容器的稳定性主要是指在高温下能够保持稳定工作的性能,其性能主要包括,在高温环境下,其电介质结构不会发生变化,绝缘层不会产生裂纹,这一点与其他类型的电容器有着明显的区别。未来,为了提升多层陶瓷电容器的稳定性,应该进一步增强陶瓷电容器内部结构和电极材料之间的导电性和导热性。另外,要进一步增强多层陶瓷电容器的绝缘强度。同时要不断改进陶瓷电容器的生产工艺,提高生产效率,在生产过程中注意对多层陶瓷电容器内部结构的保护。这样才能在高温环境下保持稳定性能。

(四)实现与其他电子元件的连接

多层陶瓷电容器除了能实现自身的功能外,还能实现与其他电子元件的连接,由于其体积较小,所以在连接过程中需要确保陶瓷电容器的稳定性。目前,随着电子元件的发展,对其在稳定性、可靠性以及信号传输方面提出了更高的要求,为此需要结合多层陶瓷电容器的发展现状,对其进行研究分析,使其能够实现与其他电子元件的连接。例如在电磁兼容方面需要将多层陶瓷电容器与滤波器、电源等设备进行连接,通过这些设备使多层陶瓷电容器能够发挥出自身功能,同时在稳定性、可靠性方面也能够满足相关要求。通过这些研究可以有效提升多层陶瓷电容器在电子行业中的应用。

三、结论

随着电子信息技术的不断发展,多层陶瓷电容器在电子产品中的应用越来越广泛,并发挥着越来越重要的作用。但目前多层陶瓷电容器存在生产过程复杂、产品合格率低等问题,制约了多层陶瓷电容器的发展。对此,需加强对多层陶瓷电容器生产工艺和产品性能的研究,并制定相关技术标准,提高多层陶瓷电容器的生产效率和产品质量。此外,应不断加强多层陶瓷电容器应用领域的拓展,开发出更多应用于移动通信、航空航天、雷达等领域的新型多层陶瓷电容器产品,以满足电子产品不断升级的需求。

参考文献

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