贴片电容产品规格说明及选用基本知识
6 u% ^" R% P2 B% Q7 ^* _  电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上分主要有：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容(即贴片电容或MLCC)、电解电容、钽电容等。我们将贴片电容选用时需要注意的事项和一些基本知识拿出来一起与大家探讨. 如何理解电容介质击穿强度% p" s' O# p4 ?/ n0 [
  介质强度表征的是介质材料承受高强度电场作用而不被电击穿的能力，通常用伏特/密尔（V/mil）或伏特/厘米（V/cm）表示。6 ~$ E3 G1 [- n, [- {
  当外电场强度达到某一临界值时，材料晶体点阵中的电子克服电荷恢复力的束缚并出现场致电子发射，产生出足夠多的自由电子相互碰撞导致雪崩效应，进而导致突发击穿电流击穿介质，使其失效。除此之外，介质失效还有另一种模式，高压负荷下产生的热量会使介质材料的电阻率降低到某一程度，如果在这个程度上延续足夠长的时间，将会在介质最薄弱的部位上产生漏电流。这种模式与温度密切相关，介质强度隨温度提高而下降。
' U- v8 B  C4 N: D, R+ T, E% }" x  任何绝缘体的本征介质强度都会因为材料微结构中物理缺陷的存在而出现下降，而且和绝缘电阻一样，介质强度也与几何尺寸密切相关。由于材料体积增大会导致缺陷隨机出現的概率增大，因此介质强度反比于介质层厚度。类似地，介质强度反比于片式电容器內部电极层数和其物理尺寸。基於以上考虑，进行片式电容器留边量设计时需要确保在使用过程中和在进行耐压测试（一般为其工作电压的2.5倍）時，不发生击穿失效。4 l4 Y! Y7 U! j0 e) r3 R/ L
如何理解绝缘电阻IR
# k; \. U2 p  F+ f; W  绝缘电阻表征的是介质材料在直流偏压梯度下抵抗漏电流的能力。9 V, _( |) h( g7 r
  绝缘体的原子结构中没有在外电场强度作用下能自由移动的电子。对于陶瓷介质，其电子被离子键和共价键牢牢束缚住，理论上几乎可以定义该材料的电阻率为无穷大。但是实际上绝缘体的电阻率是有限，并非无穷大，这是因为材料原子晶体结构中存在的杂质和缺陷会导致电荷载流子的出现。 电容器的射频电流与功率/ s" r+ t0 l- Y& }
  这篇文章主要是讨论多层陶瓷电容器的加载电流、功率损耗、工作电压和最大额定电压之间的关系。通过电容的最大电流主要是由最大额定电压和最大功率损耗限制的。电容的容值和工作频率又决定了它们的限制是可调节。对于在固定频率下一个较低容值的电容或者是一个电容在较低的频率下工作，它们的最高电压极限一般都比最大功率损耗的极限到达快一些。
5 Y. G6 H: o: U* `最大的额定电压决定于电容器的阻抗（Xc），就好像功率损耗决定于电阻的阻抗，或者叫做电容的等效电阻（ESR）
9 M; c7 `% A2 H/ G( _! e/ w) nXc是由公式：Xc＝1/[2πFC]计算出来，这里的F是频率，单位是Hz；C是容量，单位是F。4 j  M( _7 E$ E* T, [7 v0 [+ l
在没有超出电容器的额定电压情况下，允许流过电容的最大电流峰值是这样计算出来的：I=Er/Xc这里的Er是电容器的额定电压，电流是峰值电流，单位是A。
% `2 j2 L9 q$ j: r  流过电容的实际电流是这样计算出来：I=Ea/Xc，这里的Ea是应用电压或者是实际工作。
, d' i; k1 G9 O+ j! ]# L( k下面几个例子是讲解在固定的频率不同的电容器这些变数是怎样影响电压和电流的极限值。( X$ N2 l* J7 u3 l. l' [" p
例1：0.1pF，500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：
, w% ?! E& N8 N& p0 N' j" a等效电阻：Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(0.1x10－12)]＝1591ohms* n# U/ b+ |( n
电流峰值：I=500/1591=0.315Apeak或0.22Arms.
" i6 v2 q0 ?# X5 J- J+ k: L如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。
  @, K9 s! }; @+ w  {例2：1.0pF,500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：
3 t# b3 @( |+ `等效电阻：Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(1.0x10－12)]＝159ohms
) O  |! J" q4 [/ [( l3 \- K电流峰值：I=500/159=3.15Apeak或者2.2Arms) r: I% `2 |9 W
如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。% x/ ?% ?, i4 c9 Q, |) u' ?
例3：10pF,500V的电容器使用在1000MHZ的频率上：) T8 A, w3 o1 j4 S+ R
等效电阻：Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(10x10－12)]＝15.9ohms0 g% _) p/ d) x. z3 Q" x) R
电流峰值：I=500/15.9=31.5Apeak或者22.2Arms
& u3 a$ Y& Q" i4 K* t& f9 j9 I1 g如果超过这个电流，则工作电压将会超过额定电压。4 C( j6 A( J/ H' @; X
结论：最大功率损耗值是在假设电容器的端头是一个无穷大的散热器情况下计算出来得。这时传导到空气中的热量是忽略的。一个10pF,500V的电容器工作在1000MHZ的频率，在功率极限下工作的电流峰值是7A，平均电流大概是5Arms。在这种工作电流情况下，电容器的温度将会升到125℃。为了稳定地工作，它的实际最大工作电流是2Arms，如果端头的散热效果很好可以到达3Arms。5 f* f+ t; f1 R$ Z3 S& h9 H
如何理解电容器的静电容量
$ L3 @" R% ?" _5 v. J$ XA.电容量
/ Y! Q" F/ S6 J9 |2 B  电容器的基本特性是能够储存电荷（Q），而Q值与电容量（C）和外加电压（V）成正比。
7 T5 A/ T: V3 m% w2 }: t$ O+ nQ=CV
" @2 n+ v- E9 `, x+ N* ?) D! W因此充电电流被定义为：; W; V! g4 J; S: N
=dQ/dt=CdV/dt. h9 ~! t( g- c7 o5 @& y) D
当外加在电容器上的电压为1伏特，充电电流为1安培，充电时间为1秒时，我们将电容量定义为1法拉。
9 w# o2 s( ~( i% XC=Q/V=库仑/伏特=法拉
  B; T. x! k7 w4 i4 k9 z由于法拉是一个很大的测量单位，在实际使用中很难达到，因此通常采用的是法拉的分数，即：
- ]( _7 |0 ~; _/ s* n' g4 c皮法（pF）=10-12F% I9 U( N! |) ]: G$ k5 ?
纳法（nF）=10-9F
, E0 v: e' V- ^% f微法（mF）=10-6F B.电容量影响因素
9 F9 J4 ^6 S& N  t! K+ L9 Q( x% z  对于任何给定的电压，单层电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和介电常数：8 f9 P$ Z3 t* r. @4 \
C=KA/f(t)  _% V+ I0 m$ i
K=介电常数; L: V% Y: |) y0 Z' R
A=电极面积
  r# q0 a8 ]2 a6 B6 [t=介质层厚度
0 X" ^% T0 n( N9 x8 N% Lf=换算因子8 b8 a; e6 a$ a' L$ m
在英制单位体系中，f=4.452，尺寸A和t的单位用英寸，电容量用皮法表示。单层电容器为例，电极面积1.0×1.0″，介质层厚度0.56″，介电常数2500，
+ V9 G0 E+ Y3 I, ^& Q  kC=2500（1.0）（1.0）/4.452（0.56）=10027pF
+ @  m6 s3 W, O7 N! t如果采用公制体系，换算因子f=11.31，尺寸单位改为cm，5 c' x( P1 H; E) S- F9 W# D$ z
C=2500（2.54）（2.54）/11.31（0.1422）=10028pF! v2 m% q1 z* J4 i" D0 ]; H
正如前面讨论的电容量与几何尺寸关系，增大电极面积和减小介质层厚度均可获得更大的电容量。然而，对于单层电容器来说，无休止地增大电极面积或减小介质层厚度是不切实际的。因此，平行列阵迭片电容器的概念被提出，用以制造具有更大比体积电容的完整器件。2 h- y3 |6 x- U  r
  在这种“多层”结构中，由于多层电极的平行排列以及在相对电极间的介质层非常薄，电极面积A得以大大增加，因此电容量C会随着因子N（介质层数）的增加和介质层厚度t’的减小而增大。这里A’指的是交迭电极的重合面积。7 h6 y$ S2 G( p# j7 j) }
C=KA’N/4.452（t’）/ @  {, O) X* Z- M
  以前在1.0×1.0×0.56″的单片电容器上所获得的容量，现在如果采用相同的介质材料，以厚度为0.001″的30层介质相迭加成尺寸仅为0.050×0.040×0.040″的多层元件即可获得（这里重合电极面积A’为0.030×0.020″）。9 U! B+ Y: y6 E4 ]0 E+ N, ]$ Q4 n
C=2500（0.030）（0.020）30/4.452（0.01）=10107pF
3 M4 w  C; x) J% E$ n) H" ^  u  上面的实例表明在多层结构电容器尺寸相对于单层电容器小700倍的情况下仍能提供相同的电容量。因此通过优化几何尺寸，选择有很高介电常数和良好电性能（能在形成薄层结构后保持良好的绝缘电阻和介质强度）的介质材料即可设计和制造出具有最大电容量体积系数的元件。

Allegro PCB Design Entry CIS培训通知) D: L* @* w9 v
一、参加人员要求:' N- r4 L) N  b1 T/ G% }9 k: A# g
本次讲座免费参加，各企业资深开发人员、驻青高校老师、研究生均可参加。需在8月18日17：00之前将报名表格e-mail至青岛集成电路设计产业化基地,详细介绍及报名表附后。9 L6 \9 {- Y( \4 _7 e/ h) l
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( l. `0 }# G6 k3 }9 N+ M时    间：2008年8月20日（周三早9：00-17：00）( ?2 B4 E6 J$ R7 e7 w( G# a4 ~6 ?
地    点：宁夏路288号（市南）软件产业基地G4楼三楼集成电路设计产业化基地培训教室( k: O/ A7 ?+ f1 _7 ?8 P
  承办单位：青岛集成电路设计产业化基地服务中心/ G% f( F0 x' E# ^; L" s5 d& r
联 系 人： 宋超( @# R' [2 [1 j
联系电话： 0532-80970710) K' @" s% J# L0 \  C) J+ Q' b+ o7 T
传     真： 0532-80970710
) T0 K0 ?% J& g* b1 g$ T3 d电子邮件：songch@qdicc.net
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- g9 E! w& p8 j, u& n一、主要内容：9 y/ r5 p5 B3 m* M# o0 n  W1 s
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7 Q0 b4 H, K4 n课程提供了重点的PCB Layout的设计提高，学员学习如何手工建立器件，如何通过使用Constraint Manager进行约束的设置，通过设定差分对及Bus的规则，使布线快速实现，并且学习如果快速的进行电源层分割。, n& j+ ?5 _4 F0 _7 D3 `$ ]$ o
7 b) ]  d  J& W
二、课程安排' U8 E* \$ S5 {2 f

$ k; W' V: k0 K6 G4 ?2008年8月20日
+ w+ P/ n1 G: z7 L7 v: R; {' @Part1  Design Entry CIS Symbol创建；7 C! V+ G2 l- b) S+ m+ i
Part2  层次化原理图的生成；, ^* X1 ]) s( P. b
Part3  Cross Reference的设定；8 B, v' H/ }9 [$ b; g1 H
Part4  手工建立Footprint；
0 R1 D  g# O. e3 X( p  JPart5  通过Constraint Manager进行差分对布线；
0 b' W9 y" T7 U" ^! EPart6  对Bus进行仿真验证并布线；0 r) k, @( p! v8 J" x
Part7  动态铜箔及快速电源层分割；
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讲师介绍* N. A3 j5 S6 R- w- o, I: R
许岩：Cybernet 公司资深技术工程师。毕业于中国矿业大学电子信息技术专业。从事过2年的笔记本电脑 PCB 设计，负责产品的 PCB Layout 及 PCB 开发软件的二次开发。具有4年多的板级设计经验，精通多种原理设计工具，PCB Layout 和信号完整性分析工具。