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414 功能材料 2003 年第 4 期(34) 卷
片式化高压电容器的内电极结构及优化
王永力,李龙土,马振伟,桂治轮
(清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京 100084)
摘要: 耐高压片式化多层陶瓷电容器() 要求其内电
普通和高压的内电极结构
极具有特殊的结构以保证产品的可靠性。本文对比了普通 2
和高压的内电极结构,用有限元方法对两种 ML 如图 1 (a) 、(b) 为普通和高压的结构示意图,
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CC 中若干典型位置的电场分布进行了分析,从电学角度对高压可以看出,二者之间具有很大区别,主要有以下几点。
中内电极结构尺寸进行了优化,建立了高压内电 2. 1 等效电路构造
极结构尺寸和所选用陶瓷介质材料的电学性能、的额定普通中电介质层与相邻的电极构成单个电容,整个
工作电压等参数之间的关系,这对中、高压的设计和制电容器的电容由这些单个电容通过并联而成,如图 1 (c) 所示;
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造具有指导意义。高压中每层电介质与相邻的内电极构成若干个串联电
关键词: ;高压电容器;内电极结构;有限元分析容,这些串联电容再经由端电极并联起来,构成整个电容器的电
中图分类号: TM534 文献标识码:A 容,如图 1 (d) 所示。这些串联电容牺牲了较大的整体电容,但
文章编号:1001 9731 (2003) 04 0414 04 是能够经受比单个介质层高出几倍的电压,是高压的一
个基本特征[3 ] 。
1 引言
多层陶瓷电容器() 具有体积小、比电容高、绝缘电阻
高及漏电流小、介质损耗低和价廉等优点,被广泛应用于各种电
子整机中的振荡、耦合、滤波和旁路电路,尤其是高频电路。与
其它电容器相比, 特别适合于片式化表面组装,可大大提
高电路组装密度,缩小整机体积,已经成为世界上用量最大、发
展最快的一种片式元件。近期技术的发展主要集中在
产品的高容量化、高压化、高频化、贱金属化、小型化以及多功能
化等方面,提高陶瓷材料的介电性能、降低介质层厚度、增加堆
叠层数以及采用贱金属(镍、铜等) 作为内电极材料已经成为制
造新一代的关键技术[1 ,2 ] 。但是这些技术的发展并不完
全利于提高的工作电压范围,过薄的介质层不仅限制了
的工作电压,而且对介质材料的偏压性能提出了更为苛
刻的要求;国内高压电容器的片式化仍然处于起步阶段,某些高
压电路,如彩色电视机聚焦电路、同轴电缆系统的电源分离滤波
器、高压避雷器、激光装置、电子显微镜等高压电源电路中用到
图 1 普通和高压的内电极结构及其等效电路
的高压陶瓷电容器多为体积较大的圆片式树脂包封电容,大大
示意图
制约了中、高压电路的进一步集成化。中、高压的研究
Fig 1 The internal structure and the corresponding equivalent cir
和开发正成为各制造厂商的竞争焦点。
cuit mon and high voltage ones
本文对比了普通和高压的内电极结构特点,
2. 2 与等效电路相对应的内电极结构
用有限元方法对内部和表面