陶瓷电容器有何作用 陶瓷电容器焊锡易断是什么原因

一、在电荷的状态下，电源陶瓷电容的击穿破坏遵循弱点击穿理论，而局部放电是产生弱点破坏的根源
除因温度冷热变化产生热应力导致开裂外，对于环氧包封型高压电源陶瓷电容，无论是留边型还是满银型电容都存在着电极边缘电场集中和陶瓷-环氧的结合界面等比较薄弱的环节
环氧包封电源陶瓷电容由于环氧树脂固化冷却过程体积收缩，产生的内应力以残余应力的形式保留在包封层中，并作用于陶瓷-环氧界面，劣化界面的粘结
在电荷的状态下，组成高压电源陶瓷电容体的钙钛矿型SrTiO3铁类瓷片会发生电机械应力，产生电致应变
当环氧包封层的残余应力较大时，二者联合作用极可能造成包封与陶瓷体之间脱壳，产生气隙，从而降低电压水平
二、陶瓷电容应力裂纹的因素：陶瓷电容是属于脆性高的产品，在转换的过程中陈生了应力效果导致裂纹，导致耐压降低
常见的应力源有：工艺过程电路板流转操作；流转过程中的人、设备、螺丝安装，重力等因素；电路测试；元件接插操作；电路板安装；单板分割；电路板定位铆接等
三、还有一种是包装里加入氧原子材料的因素：包装的密度越厚，而包装表面破坏所需的外力越高
在同样电场力和残余应力的作用下，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生气隙较为困难
另外固化温度的影响，随着固化温度的提高，电源陶瓷电容的击穿电压会越高，因为高温固化时可以较快并有效地减少残余应力
随着整体模块灌胶后固化的高温持续，当达到或超过电源陶瓷电容外包封层环氧树脂的玻璃转化温度，达到了粘流态，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生了气隙，此时的形变就很难恢复，这种气隙会降低电源陶瓷电容的耐压水平

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陶瓷电容器（ceramic capacitor；ceramic condenser ）又称为瓷介电容器或独石电容器。顾名思义，瓷介电容器就是介质材料为陶瓷的电容器。根据陶瓷材料的不同，可以分为低频陶瓷电容器和高频陶瓷电容器两类。按结构形式分类，又可分为圆片状电容器、管状电容器、矩形电容器、片状电容器、穿心电容器等多种。
高压陶瓷电容器
（一）概述
随着电子工业的高速发展，迫切要求开发击穿电压高、损耗小、体积小、可靠性高的高压陶瓷电容器。近20多年来，国内外研制成功的高压陶瓷电容器已经广泛应用于电力系统、激光电源、磁带录像机、彩电、电子显微镜、复印机、办公自动化设备、宇航、导弹、航海等方面。
高压陶瓷电容器的瓷料主要有钛酸钡基和钛酸锶基两大类。
钛酸钡基陶瓷材料具有介电系数高、交流耐压特性较好的优点，但也有电容变化率随介质温度升高、绝缘电阻下降等缺点。
钛酸锶晶体的居里温度为-250℃，在常温下为立方晶系钙钛矿结构，是顺电体，不存在自发极化现象，在高电压下钛酸锶基陶瓷材料的介电系数变化小，tgδ及电容变化率小，这些优点使其作为高压电容器介质是十分有利的。
（二）制造工艺要点
（1）原料要精选
影响高压陶瓷电容器质量的因素，除瓷料组成外，优化工艺制造、严格工艺条件是非常重要的。因此，对原料既要考虑成本又要注意纯度，选择工业纯原料时，必须注意原料的适用性。
（2）熔块的制备
熔块的制备质量对瓷料的球磨细度和烧成有很大的影响，如熔块合成温度偏低，则合成不充分。对后续工艺不利。如合成料中残存Ca2+，会阻碍轧膜工艺的进行：如合成温度偏高，使熔块过硬，会影响球磨效率：研磨介质的杂质引入，会降低粉料活性，导致瓷件烧成温度提高。
（3）成型工艺
成型时要防止厚度方向压力不均，坯体闭口气孔过多，若有较大气孔或层裂产生，会影响瓷体的抗电强度。
（4）烧成工艺
应严格控制烧成制度，采取性能优良的控温设备及导热性良好的窑具。
（5）包封
包封料的选择、包封工艺的控制以及瓷件表面的清洁处理等对电容器的特性影响很大。冈此，必须选择抗潮性好，与瓷体表面密切结合的、抗电强度高的包封料。目前，大多选择环氧树脂，少数产品也有选用酚醛脂进行包封的。还有采取先绝缘漆涂覆，再用酚醛树脂包封方法的，这对降低成本有一定意义。大规模生产线上多采用粉末包封技术。
为提高陶瓷电容器的击穿电压，在电极与介质表面交界边缘四周涂覆一层玻璃釉，可有效地提高电视机等高压电路中使用的陶瓷电容器的耐压和高温负荷性能，如涂有一种硼硅酸铅玻璃釉，可使该电容器在直流电场下的；蕾穿电压提高14倍；在交流电场下的击穿电压提高13倍。 [2]
多层陶瓷电容器
多层陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitor，MLCC）是片式元件中应用最广泛的一类，它是将内电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合，并共烧成一个整体，又称片式独石电容器，具有小尺寸、高比容、高精度的特点，可贴装于印制电路板（PCB）、混合集成电路（HIC）基片，有效地缩小电子信息终端产品（尤其是便携式产品）的体积和重量，提高产品可靠性。顺应了IT产业小型化、轻量化、高性能、多功能的发展方向，国家2010年远景目标纲要中明确提出将表面贴装元器件等新型元器件作为电子工业的发展重点。它不仅封装简单、密封性好，而且能有效地隔离异性电极。MLCC在电子线路中可以起到存储电荷、阻断直流、滤波、祸合、区分不同频率及使电路调谐等作用。在高频开关电源、计算机网络电源和移动通信设备中可部分取代有机薄膜电容器和电解电容器，并大大提高高频开关电源的滤波性能和抗干扰性能。
1．小型化
对于便携式摄录机、手机等袖珍型电子产品，需要更加小型化的MLCC产品。另一方面，由于精密印刷电极和叠层工艺的进步，超小型MLCC产品也逐步面世和取得应用。以日本矩形MLCC的发展为例，外形尺寸已经从20世纪80年代前期的3216减小到现在的0603。国内企业生产的MLCC主流产品是0603型，已突破了0402型MLCC大规模生产的技术难关。0201型MLCC已研制出样品，产业化技术以及国内市场需求均处于发育成熟阶段，目前最小的020l型MLCC长边甚至不到500 μm。 [3]
2．低成本化——贱金属内电极MLCC
传统的MLCC由于采用昂贵的钯电极或钯银合金电极，其制造成本的70%被电极材料占去。包括高压MLCC在内的新一代MLCC，采用了便宜的贱金属材料镍、铜作电极，大大降低了MLCC的成本。但是贱金属内电极MLCC需要在较低的氧分压下烧结以保证电极材料的导电性，而过低的氧分压会带来介质瓷料的半导化倾向，不利于元件的绝缘性和可靠性。村田制作所先后开发出几种抗还原瓷料，在还原气氛下烧结，制成的电容器的可靠性可与原先使用贵金属电极的电容器相媲美，这类电容器一面世便很快进入市场。目前，贱金属化的Y5V组别电容器的销量已占该组别MLCC的一半左右，另外正在寻求扩大贱金属电极在其他组别电容器上的应用。
我国在这方面也有显著进展。清华大学与元器件厂商合作用化学方法制备高纯钛酸钡纳米粉（20～100 nm），通过受主掺杂和双稀土掺杂构建“核一壳”结构来提高材料高温抗还原性和实现温度稳定特性，研制出一系列具有自主知识产权的温度稳定型高性能纳米/亚微米晶抗还原钛酸钡瓷料，所研制的材料配方组成、制备方法具有独创性，材料综合性能居国际领先水平。其中高性能X7R（0302）贱金属内电极MLCC瓷料室温相对介电常数高达3 000，陶瓷晶粒尺寸小于300 nm，容温变化率小于±12%，介电损耗小于25×10-2，绝缘电阻率约为1013 Ω·cm。MLCC击穿场强大于70 MV/m。已制备出超薄层贱金属内电极MLCC产品，陶瓷介质单层厚度约为3 μm。
3．大容量化、高频化
一方面，伴随半导体器件低压驱动和低功耗化，集成电路的工作电压已由5 V降低到3 V和15 V；另一方面，电源小型化需要小型、大容量产品以替代体积大的铝电解电容器。为了满足这类低压大容量MLCC的开发与应用，在材料方面，已开发出相对介电常数比BaTiO3高1～2倍的弛豫类高介材料。在开发新产品过程中，同时发展了三种关键技术，即制取超薄生片粉料分散技术、改善生片成膜技术和内电极与陶瓷生片收缩率相匹配技术。最近日本的松下电子组件公司成功研制出电容量最大为100μF，最高耐压为25 V的大容量MLCC，该产品可用于液晶显示器（LCD）的电源线路。
通信产业的快速发展对元器件的频率要求越来越高。美国Vishay公司推出的Cer—F系列MLCC的高频特性可以与薄膜电容器相媲美，在高频段的某些应用中可以替代薄膜电容器。而我国高频、超高频MLCC产品与国外仍有一定的差距，主要原因是缺乏基础原料及其配方的研发力度。随着技术不断更新，现已不断涌现出了低失真率和冲击噪声小的产品、高频宽温长寿命产品、高安全性产品以及高可靠低成本产品。 [3]
陶瓷电容器介质
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陶瓷材料具有优越的电学、力学、热学等性质，可用作电容器介质、电路基板及封装材料等。
陶瓷材料的微观结构
陶瓷材料是由氧化物或其他化合物制成坯体后，在接近熔融的温度下，经高温焙烧制得的材料。通常包括原料粉碎、浆料制备、坯件成型和高温烧结等重要过程。陶瓷是一个复杂的多晶多相系统，一般由结晶相、玻璃相、气相及相界交织而成，这些相的特征、组成、相对含量及其分布情况，决定着整个陶瓷的基本性质。
陶瓷中的晶相通常指那些大小不同、形状不一、取向随机的晶粒，晶粒的直径通常为几微米至几十微米。晶相可以同属一种化合物或一种晶系，也可以是不同化合物或不同晶系。陶声中若存在两种以上组成和结构互不相同的晶粒时，则称其为多晶相陶瓷，其中相对含量最多产品相称为主晶相，其他的称为副品相。其中主晶相的性能基本上决定了材料的性能，如相对f电常数、电导率、损耗及热膨胀系数等。所以，要获得性能良好的陶瓷，就必须选择适当的：晶相。此外，还应考虑晶粒的大小、均匀程度、晶粒取向、晶界形成及杂质分布等情况。
晶粒间界是指两个晶粒之间的过渡区，在这个过渡区内，品格结构的完整性或化学成分与晶粒体内有显著的区别。在晶粒间界上通常聚集着大量的位错、热缺陷与杂质缺陷，因而对陶瓷材料的力学性能和电学性能有重大影响。
气相一般分布于晶界、重结晶晶体内和玻璃相中，它是陶瓷组织结构中很难避免的一部分。其来源于烧成过程中各个晶粒之间不可能实现完全紧密的镶嵌，玻璃相也不可能完全填充各个晶粒的空隙；也可能是由于坯料烧结时释放出气体而形成的气孔。气相会严重地影响陶瓷材料的电学性能、力学性能和热学性能。一般希望陶瓷中气相的含量越少越好。
陶瓷的微观结构决定了材料的一系列力学性能和电学性能。一致的晶粒组成，微细晶粒的均匀分布及致密的烧结体，可使陶瓷的机械强度和介电性能达到预期的结果。