新興應(yīng)用（如 5G 通信）和不斷發(fā)展的汽車要求（例如高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS）、自動(dòng)駕駛和電動(dòng)汽車車載充電器）都需要更高性能的電容器。這可能意味著從更高的電容值到更高的工作溫度，再到在惡劣環(huán)境條件下工作的堅(jiān)固性。與此同時(shí)，董事會(huì)空間非常寶貴。

在許多情況下，電容器制造商正在開發(fā)新的工藝和設(shè)計(jì)以滿足不斷增長的需求。這些跨越從陶瓷到薄膜再到聚合物的電介質(zhì)。

以下是過去一年推出的 10 款滿足這些新要求的頂級電容器。

針對飛機(jī)和衛(wèi)星應(yīng)用等極端惡劣的環(huán)境，Exxelia 開發(fā)了一種新的薄膜電介質(zhì)，該公司稱之為薄膜電容器的突破性技術(shù)。新型微型微層 （MML） 電容器具有超高能量密度，是薄膜電容器中單位體積電容最高的。因此，薄膜電容器系列還節(jié)省了電路板空間和重量，同時(shí)減少了元件數(shù)量。

Exxcelia 說，新的薄膜電介質(zhì)不是以圓柱形結(jié)構(gòu)纏繞，而是由聚合物薄膜的堆疊層構(gòu)成，類似于 MLCC。“這種新的介電材料允許更高的單位體積電容，從而顯著節(jié)省重量和空間?！?/p>

主要規(guī)格包括 1 μF 至 1，000 μF 的寬電容范圍和 50 V 至 1，000 V 的電壓。工作溫度范圍為 –55?C 至 140?C。高達(dá) 125?C 的電壓不會(huì)降額。

該公司將 MML 電容器稱為能量密度為 400 J/dm 3的游戲規(guī)則改變者。Exxelia 說，與傳統(tǒng)的聚丙烯或聚酯電介質(zhì)相比，這可以極大地減小尺寸和重量。該技術(shù)還提供高達(dá) 140?C 的工作溫度和瞬態(tài)電壓保護(hù)。

此外，MML 電容器允許薄型配置。該公司還注意到，在飛機(jī)應(yīng)用中使用控制和直流鏈路功能的幾項(xiàng)研究表明，與其他薄膜技術(shù)相比，尺寸和重量減少了約 50%。一項(xiàng)研究表明，與 MLCC 電容器相比，重量減輕了 70% 至 90%，并且在施加電壓時(shí)沒有電容降額，并且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)漂移低于 5%。

Exxelia 表示，單個(gè) MML 電容器可以替代堆疊的 MLCC 集群，這也提高了薄膜電介質(zhì)的可靠性。此外，與堆疊式 MLCC 相比，MML 電容器具有固有的自愈特性，并且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)（±5% 最大值）的電容漂移低，并且介電損耗低，并且不易因熱機(jī)械而開裂。壓力。

新電容器的應(yīng)用包括電源、直流鏈路、AC/DC/AC 電源轉(zhuǎn)換器、商用/軍用飛機(jī)、衛(wèi)星平臺和有效載荷、發(fā)射器、除顫器和井下工具中的充電/放電或發(fā)電功能。

MML 電容器有四種不同的系列，帶有通孔、SMD 或銅端子。DIL 配置的樣品現(xiàn)已上市，具有以下額定值：10 μF、±10%、600 VDC；13.5 μF，±10%，600 VDC；和 36 μF、±10%、600 VDC。

汽車的新設(shè)計(jì)

Murata Manufacturing Co.， Ltd. 推出了一款超薄 LW 反向、低等效串聯(lián)電感 （ESL） 多層陶瓷電容器 （MLCC），用于 4VDC 額定汽車應(yīng)用，有助于降低阻抗。Murata 表示，隨著 ADAS 不斷發(fā)展以提高安全性并在未來交付自動(dòng)駕駛汽車，車載設(shè)備的 IC 變得越來越高性能，這對設(shè)計(jì)人員提出了降低電源線阻抗的挑戰(zhàn)。

針對車載 ADAS 應(yīng)用，LLC152D70G105ME01 去耦電容器可以在處理器封裝的背面實(shí)現(xiàn)。該公司表示，這有助于降低電源線的阻抗，這要?dú)w功于村田專有的陶瓷元件薄層技術(shù)和薄板形成技術(shù)。符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的 MLCC 尺寸為 0.5 × 1.0 mm，最大厚度為 0.22 mm，也可以靠近主板上的主處理器。

此外，LW 反向結(jié)構(gòu)將電極翻轉(zhuǎn) 90°，因此它們位于矩形芯片的長邊上。Murata 說，這反轉(zhuǎn)了長寬比，在高頻應(yīng)用中提供了噪聲抑制。

關(guān)鍵規(guī)格包括 1.0 μF ±20% 的電容值和 –55?C 至 125?C 的工作溫度范圍。MLCC 還符合 RoHS 和 REACH 標(biāo)準(zhǔn)。

TDK的混合聚合物電容器

針對 48V 車載電源的汽車應(yīng)用，TDK Corp. 最近推出的 B40640B* 和 B40740B* 系列混合聚合物電容器提供了非常高的紋波電流能力，與前代產(chǎn)品相比提高了 29%。紋波電流能力現(xiàn)在高達(dá) 35 A（20 kHz，125?C）。

這些電容器的電容范圍為 390 μF 至 720 μF，額定電壓為 63 V，在 20 kHz 和 20?C 下的等效串聯(lián)電阻 （ESR） 極低，僅為 3.9 mΩ。TDK 表示，即使在 –40?C 的工作溫度下，ESR 也僅為 5.4 mΩ。

堅(jiān)固的電容器提供 60 g 的高振動(dòng)強(qiáng)度，可在高達(dá) 150?C 的溫度下工作。根據(jù)電容值，尺寸在 14 × 25 mm 和 16 × 30 mm （D × H） 之間變化。符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的電容器采用軸向引線 （B40640B*） 和焊星 （B40740B*） 設(shè)計(jì)。這些器件針對采用 48V 車載電源的汽車應(yīng)用。

Kemet（國巨集團(tuán)的一部分）R53 系列微型聚丙烯薄膜 X2 電磁干擾 （EMI） 抑制電容器也專為惡劣的汽車環(huán)境而設(shè)計(jì)。它們還可用于需要更小、高電容 X2 級解決方案來抑制 EMI 的工業(yè)、消費(fèi)和能源應(yīng)用。

Kemet 的 R53 電容器

R53 系列提供 0.1 μF 至 22 μF 的電容值。平均而言，X2 EMI 電容器的體積比競爭器件小 60%，這會(huì)影響電路板空間、重量、成本和可靠性。引線間距范圍從 15 毫米到 37.5 毫米。

與競爭解決方案相比，Kemet 表示它們要么具有更大的尺寸，要么在設(shè)計(jì)中需要并聯(lián)電容器。R53 系列的額定電壓為 310 VAC，頻率為 50 或 60 Hz，適用于 X2 類線對線應(yīng)用或與交流電源串聯(lián)。

符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的電容器非常適合用于 xEV 車載充電器中的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器、智能電網(wǎng)硬件、變頻驅(qū)動(dòng)器中的 EMI 過濾、LED 驅(qū)動(dòng)器以及電容式等高能量密度應(yīng)用電源，通常需要在惡劣的環(huán)境條件下運(yùn)行。

R53 系列具有封裝在自熄性樹脂中的金屬化聚丙烯薄膜和符合 UL 94 V-0 要求的外殼。Kemet 說，金屬化聚丙烯薄膜與內(nèi)部平行結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可提供自我修復(fù)特性，以防止災(zāi)難性故障并延長使用壽命。

針對高溫汽車應(yīng)用，AVX Corp. 的 TCO 系列高溫、汽車級聚合物芯片電容器的額定工作溫度高達(dá) 150?C（在類別電壓下）。它們還擁有低泄漏電流 （DCL） 和良性故障模式。目標(biāo)應(yīng)用包括高溫、中低功率汽車、工業(yè)和電信應(yīng)用。

這些聚合物電容器符合 AEC-Q200 無源元件應(yīng)力測試資格要求，可確保在 85?C、85% 相對濕度和額定電壓下長達(dá) 1，000 小時(shí)的穩(wěn)定性能。

該公司表示，這些電容器基于 AVX 的 TCQ 系列汽車聚合物電容器，采用 J 型引線結(jié)構(gòu)，由鉭陽極、五氧化二鉭 （Ta 2 O 5 ） 電介質(zhì)和導(dǎo)電聚合物電極組成，在推薦的使用條件下表現(xiàn)出良性故障模式。

AVX 表示，該系列在 0.1 CV 時(shí)表現(xiàn)出低 DCL，在 85?C 和額定電壓下每 1，000 小時(shí)具有 1% 的基本可靠性，串聯(lián)阻抗為 0.1 Ω/V，置信度為 60%。

TCO 系列目前采用 D 型（EIA 公制 7343-31）封裝，根據(jù) J-STD-020 的等級為 MSL 3。關(guān)鍵規(guī)格包括 10 μF ±20% 容差的電容和 105?C 時(shí) 50 VDC 的額定電壓，在 100 kHz 時(shí)最大為 50 μA DCL 和 150-mΩ 最大 ESR。工作溫度范圍為 –55?C 至 150?C。

這些電容器符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，與無鉛兼容，并且能夠承受 260?C 下的三個(gè)回流焊循環(huán)。這些器件適用于汽車駕駛室控制、信息娛樂和舒適系統(tǒng)；管理安全、電源管理和診斷系統(tǒng)的車身電子設(shè)備；和售后電子產(chǎn)品，例如行車記錄儀、雷達(dá)探測器、導(dǎo)航系統(tǒng)、低音炮、放大器和頭枕監(jiān)視器，以及工業(yè)和電信設(shè)備中的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和耦合/去耦電路。

安規(guī)電容

在解決惡劣環(huán)境應(yīng)用的同時(shí)，其中一些新型電容器還可用于可再生能源市場，用于風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)控和太陽能逆變器等應(yīng)用。

一個(gè)例子是 Cornell Dubilier 的 PCD 系列大電流交流諧波濾波電容器，它提供雙重、內(nèi)置、故障安全保護(hù)系統(tǒng)，電容器的每一端都有一個(gè)。CDE 表示，雖然這些故障安全設(shè)備旨在防止外殼在使用壽命結(jié)束時(shí)破裂，但 PCD 系列電容器的設(shè)計(jì)非常可靠，在額定電壓和溫度下的使用壽命超過 60，000 小時(shí)。自我修復(fù)的金屬化介電結(jié)構(gòu)增加了它們的可靠性。

通常，這些類型的電容器在頂蓋下方有一個(gè)開路壓力裝置，需要從底部螺柱安裝該裝置。“通過添加底部壓力裝置，PCD 的端子可以固定到剛性母線上，當(dāng)?shù)撞刻峁┻m當(dāng)?shù)拈g隙時(shí)，允許激活底部安全裝置，”CDE 說。

PCD 系列的電容額定值范圍為 20 μF 至 125 μF，額定電壓為 240 VAC 至 600 VAC，50/60 Hz。最大額定電流為 85 A。外殼直徑范圍從 63.5 到最大 116 mm。還提供定制的電容和電壓額定值、尺寸和性能特征。有多種終端可供選擇。

PCD 電容器可用于高濕度環(huán)境。該公司表示，該系列已在 85?C/85% RH 的溫度-濕度偏差下進(jìn)行了 1，000 小時(shí)的測試，根據(jù) IEC 60384，將它們置于 III-B 類的最高氣候類別中。

應(yīng)用包括 UPS、交流調(diào)諧濾波器、交流輸入濾波、線路調(diào)節(jié)、噪聲抑制、變速驅(qū)動(dòng)器和風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)控。CDE表示，PCD是歐洲交流電源薄膜電容器的升級版，通常具有向下擴(kuò)展的中斷機(jī)制。當(dāng)故障安全操作至關(guān)重要時(shí)，PCD 的雙壓滅弧室可提供最大的安裝靈活性。

Vishay 的 SMDY1 陶瓷圓盤安全電容器

另一個(gè)安規(guī)電容器系列是 Vishay Intertechnology， Inc. 的 SMDY1，該公司聲稱這是業(yè)界首款 Y1 額定值為 500 VAC 和 1，500 VDC 的 SMD 陶瓷安規(guī)電容器。Vishay BCcomponents SMDY1 系列交流線路額定陶瓷圓盤安全電容器旨在承受惡劣的高濕度環(huán)境。它們可用于電源、太陽能逆變器、智能電表和 LED 驅(qū)動(dòng)器中的 EMI/RFI 濾波。

Vishay 表示，最接近的競爭器件提供高達(dá) 1.5 nF 的電容和高達(dá) 300 VAC 的 Y1 額定值，沒有 DC 額定值。

SMD 陶瓷安規(guī)電容器提供 4.7 nF（470 pF 至 4，700 pF）±20% 容差的行業(yè)高電容。它們還具有 IIB 類濕度等級（符合 IEC60384-14 附錄 I）和 2a 濕度敏感度級別的更高耐濕性。工作溫度范圍為 –55°C 至 125°C。

由于采用表面貼裝封裝，電容器的外形更小，無需在 PCB 背面留出間隙空間。這些設(shè)備符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)且不含鹵素。

5G電容

三星電機(jī)開發(fā)了用于 5G 通信基站的高電容、高壓 MLCC。3225 外殼尺寸 （3.2 × 2.5 mm） 的 MLCC 提供 10 μF 的高電容和 100 V 的高額定電壓。它可以替代兩到三個(gè)低電容 MLCC，從而減少組件的安裝面積。

三星電機(jī)用于 5G 通信基站的 MLCC

該公司表示，每個(gè)5G基站使用的MLCC數(shù)量約為20，000個(gè)，是4G LTE的4倍，因此預(yù)計(jì)MLCC市場對基站的需求將快速增長。

三星表示，安裝在 5G 通信基站上的 MLCC 必須具有高電容，以最大限度地減少組件安裝面積并提供穩(wěn)定的電源。此外，該公司補(bǔ)充說，由于基站使用高工作電壓來降低功率損耗的特性，因此需要高壓產(chǎn)品。

三星 MLCC 可以在溫度和濕度以及沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境變化下可靠運(yùn)行。據(jù)說 MLCC 可提供行業(yè)最佳的抗拉強(qiáng)度，并保證 3 毫米。

Taiyo Yuden Co.， Ltd. 的薄型和低 ESL AWK105 BJ474MN （4 V） 和 PWK105 C6474MN （2.5 V） MLCC 面向 5G 智能手機(jī)。尺寸為 0.52 × 1.0 × 0.1 mm，這些 MLCC 適用于薄型空間該公司表示，智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備等受限設(shè)備用于解耦這些設(shè)備內(nèi)部的 IC 電源線，這些設(shè)備對于 5G 服務(wù)變得更快、更復(fù)雜。

這些器件提供 0.47 μF 的電容，大約是相同尺寸和 0.22 μF 電容的傳統(tǒng)電容器 （AWK105 BJ224MN） 容量的兩倍。該公司表示，由于改進(jìn)了傳統(tǒng)的薄膜技術(shù)和縱向放置外部電極，實(shí)現(xiàn)了低 ESL。

新的寬帶隙功率器件也對電容器設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。Knowles Corp. 的一個(gè)部門 Knowles Precision Devices 擴(kuò)展了其 V 系列單層電容器產(chǎn)品線，推出了一種新的 100nF 電容器，該電容器可以提高 GaN 和 GaAs 放大器應(yīng)用中的旁路性能。

Knowles 的 V 系列電容器

該公司表示，高頻、可引線鍵合的 100nF 電容器適用于對小尺寸和微波性能至關(guān)重要的 GaN 和 GaAs 放大器應(yīng)用。單層電容器支持高達(dá) 100 GHz 的微波和毫米波應(yīng)用，針對一般隔直、低噪聲放大器、功率放大器和高功率放大器、振蕩器和濾波器。

V 系列電容器在更小的占位面積內(nèi)提供更高的電容。該 100-nF 器件采用 0408 外殼尺寸，利用具有 X7R 特性的 II 類介電材料在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) DC 阻斷和射頻旁路。它們可用于濾波、調(diào)諧和耦合應(yīng)用。

除了 X7R 溫度穩(wěn)定性之外，100nF 電容器還符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，并提供最高的濕度敏感度等級 （MSL-1）。電容器提供高電容密度，可以使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂連接或使用 AuSn 焊接安裝。

在射頻旁路應(yīng)用中，100nF 電容有助于消除電源線噪聲?！半娫丛肼暱赡芘c射頻信號混合，影響信噪比，并可能導(dǎo)致雜散輸出，”Knowles 說，“旁路電容器為電源線上的射頻能量在進(jìn)入增益之前提供了一條有效的接地路徑。