Перспективы развития конденсаторов

Основными направлениями развития всех видов конденсаторов являются их миниатюризация и обеспечение функциональной полноты номенклатуры в соответствии с новыми требованиями сфер применения.

В настоящее время наиболее высока потребность в чип-компонентах, которая наблюдается на фоне снижения рабочих напряжений основной массы функциональных блоков РЭС, что само по себе является объективной предпосылкой дальнейшей миниатюризации ряда электронных компонентов.

Среди представленных в таблице 1 отечественных разработок конденсаторов последних лет в области керамических конденсаторов следует выделить широкую серию конденсаторов общего назначения К10-79 с диапазоном номинальных емкостей от 0,47 пФ до 100 мкФ и диапазоном номинальных напряжений от 10 до 500 В, а также серию специальных высокочастотных конденсаторов К10-80 с рекордно высокими значениями реактивного тока (до 6 А) и, соответственно, реактивной мощности (до 2000 Вар).

Таблица 1

Основным базовым решением современных керамических чип-конденсаторов является многослойная конструкция на основе предварительно отлитой керамической пленки, толщина которой определяет толщину диэлектрика конденсаторов и, как результат, его массогабаритные характеристики. И в мировой, и в отечественной практике требование миниатюризации этих конденсаторов реализуется за счет поступательного снижения толщины керамического пленочного диэлектрика, что удачно сочетается с уже упомянутой выше объективно существующей тенденцией снижения рабочих напряжений функциональных блоков радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время в мировой практике, например фирмой MURATA (Япония), реализованы конденсаторы индустриального назначения с толщиной диэлектрика менее 3мкм. Например, эта фирма выпустила самый маленький чип-конденсатор в мире: 1,6×0,8×0,8 мм при 10 мкФ и 25 В. Отечественным достижением являются разработанные в ОАО «НИИ «Гириконд» керамические многослойные конденсаторы для ответственной аппаратуры с толщиной диэлектрика 10 мкм.

Для дальнейшего продвижения вперед необходимы разработки технологий получения сверхтонких диэлектриков, а также повышения их диэлектрической проницаемости:

- для высокочастотных керамических материалов ε необходимо повысить до 150 (термостабильные) и до 300 (термокомпенсирующие);

- для сегнетокерамических материалов до ε = 25000 – 30000;

- полупроводниковых с межзерновыми изолирующими слоями ε необходимо повысить до 300000.

Применение новых материалов может позволить повысить удельную емкость монолитных конденсаторов до сотен микрофарад на кубический сантиметр, а номинальные значения емкости – до сотен микрофарад.

Танталовые оксидно-полупроводниковые чип-конденсаторы традиционно являются менее массовым видом электронных компонентов по сравнению с керамическими конденсаторами, однако они все шире используются в современной радиоэлектронной аппаратуре. В первую очередь, в источниках и системах вторичного электропитания аппаратуры самого различного назначения и базирования. Среди представленных в таблице 1 разработок последних лет следует выделить широкую унифицированную серию конденсаторов К53-67 с высоким удельным зарядом (до 23 600 мкКл/см3).

В последние годы наряду с требованием улучшения малогабаритных характеристик все актуальней становится требование улучшения частотных характеристик танталовых конденсаторов в связи с их использованием в современных источниках вторичного электропитания на основе высокочастотных преобразователей. Поступательное развитие этого вида конденсаторов в части улучшения их массогабаритных характеристик основывается на применении все более мелкодисперсных танталовых порошков, имеющих все более развитую поверхность и, соответственно, все более высокий исходный удельный заряд. Так, если в конце прошлого века наиболее распространенными были порошки с удельным зарядом порядка единиц тысяч мкКл/г, то в современных танталовых порошках удельный заряд уже превышает 100 тысяч мкКл/г. Для улучшения частотных свойств и снижения эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) конденсатора наметился переход к применению в качестве катодной обкладки полимерных электропроводящих материалов, которые имеют более низкое сопротивление по сравнению с традиционным MnO₂, а также мультианодных конструкций (рис. 1,2).

Рис. 1 – Конструкция танталового мультианодного конденсатора с катодом из высокопроводящего полимера.

Рис. 2 – Характеристики «полимерных» танталовых чип-конденсаторов