電容器是電子電路中的基本元件之一，有重要而廣泛的用途。按應(yīng)用分類，大多數(shù)電容器常分為四種類型：交流耦合，包括旁路通交流隔直流）；去耦濾除交流信號(hào)或?yàn)V除疊加在直流信號(hào)上的高頻信號(hào)或?yàn)V除電源、基準(zhǔn)電源和信號(hào)電路中的低頻成分）；有源或無(wú)源RC濾波或選頻網(wǎng)絡(luò)；模擬積分器或采樣保持電路捕獲和存儲(chǔ)電荷）。電容器的種類很多，分類方法也較多，根據(jù)制造材料和工藝的不同，常用的有以下幾類：NPO陶瓷電容器、聚苯乙烯陶瓷電容器、聚丙周勝海：副教授基金項(xiàng)目：河南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（0311012500）（信陽(yáng)師范學(xué)院）周勝海涂有超稀電容器、聚四氟乙烯電容器、MOS電容器、聚碳酸酯電容器、聚酯電容器、單片陶瓷電容器、云母電容器、鋁電解電容器、鉭電解電容器等。這些電容器各有其特點(diǎn)，以滿足不同的應(yīng)用需要。

　　現(xiàn)在高速高密度已成為電子產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。與傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)相比，高速高密度PCB設(shè)計(jì)面臨不少新挑戰(zhàn)，對(duì)所使用的電容器提出很多新要求，很多傳統(tǒng)的電容器已不能用于高速高密度PCB.本文結(jié)合高速高密度PCB的基本特點(diǎn)，分析了電容器在高頻應(yīng)用時(shí)主要寄生參數(shù)及其影響，指出了需要糾正或放棄的一些傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)或做法，總結(jié)了適用于高速高密度PCB的電容器的基本特點(diǎn)，介紹了適用于高速高密度PCB的電容器的若干新進(jìn)展。

　　1電容器高頻應(yīng)用時(shí)寄生參數(shù)影響大量的理論研究和實(shí)踐都表明，高速電路必須按高頻電路來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)高速高密度PCB中使用的電容器，基本要求是高頻性能好和占用空間小。實(shí)際電容器都有寄生參數(shù)。對(duì)高速高密度PCB中使用的電容器，寄生參數(shù)的影響尤為重要，很多考慮都是從減小寄生參數(shù)的影響出發(fā)的。

　　實(shí)際電容器的寄生參數(shù)較多，主要的寄生參數(shù)是等效串聯(lián)電阻RS和等效串聯(lián)電感。在分析電路時(shí)，為簡(jiǎn)便計(jì)，通常采用所示的簡(jiǎn)化電容器等效模型。一般認(rèn)為，Rs是由電容器的引腳電阻與電容器兩個(gè)極板的等效電阻串聯(lián)構(gòu)成，Ls是由電容器的引腳電感與電容器兩個(gè)極板的等效電感串聯(lián)構(gòu)成。

　　由可知，電容器的等效阻抗為阻抗特性曲線如所示。自諧振頻率為在fR點(diǎn)，|Z|比較小，且等于Rs.由此認(rèn)為，應(yīng)選用Rs和Ls都盡可能小的電容器，以使電容器有盡可能小的阻抗和盡可能高的自諧振頻率。

　　實(shí)際電容器的模型以上是分析電容器在高頻應(yīng)用時(shí)寄生參數(shù)及其res郵塌訂閱號(hào)82/943.60！元邊年-141-技術(shù)創(chuàng)新影響的常見(jiàn)做法，很多資料上給出的自諧振頻率也常用表示）值也是基于這樣的前提。

　　然而，研究表明：電容器在高頻應(yīng)用時(shí)，自諧振頻率不僅與其自身的寄生電感有關(guān)，而且還與PCB上過(guò)孔的寄生電感、電容器與其它元偉如芯片）的連接導(dǎo)線包括印制導(dǎo)線）的寄生電感等都有關(guān)系。如果不注意到這一點(diǎn)，查資料或自己估算的自諧振頻率可能與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。另外，在高頻應(yīng)用時(shí)，集膚效應(yīng)和分布參數(shù)使連接導(dǎo)線的電阻明顯變大，這部分電阻實(shí)際上相當(dāng)于電容器等效串聯(lián)電阻的一部分，應(yīng)一并加以考慮。

　　此外，在實(shí)踐中，為了達(dá)到預(yù)期效果，常根據(jù)不同電容的性能特點(diǎn)，將不同的電容器并聯(lián)使甩如將電解電容器與瓷片電容器并聯(lián)作退耦用）。選擇不同的電容器參數(shù)不同）或選擇不同的搭配方式，可得到不同的阻抗特性阻抗特性是分析電容器應(yīng)用效果的重減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容器寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容器的2倍也有資料說(shuō)可達(dá)10倍）。所以，高速高密度PCB中使用的電容器，幾乎都選擇片式電容器。

　　0402、0201等發(fā)展、主流已由0603過(guò)渡到0402.MurataManufacturing公司已經(jīng)生產(chǎn)出01005的微型電容器。微型化不僅滿足了高密度的需要，而且可以減小寄生參數(shù)和分布參數(shù)的影響。

　　高頻化許多現(xiàn)代電子產(chǎn)品的速度越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫，無(wú)繩電話的頻率從45MHz提高到2400MHZ，數(shù)字無(wú)線傳輸?shù)念l率達(dá)到2GHZ以上。因而信號(hào)及其高次諧波引起的噪聲也相應(yīng)地出現(xiàn)在更高的頻率范圍，相應(yīng)地對(duì)電容器的高創(chuàng)新電容器的阻抗特性可見(jiàn)，在高速高密度PCB設(shè)計(jì)中，選擇和應(yīng)用電容器時(shí)，需要糾正或放棄一些傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)與做法。電容器的實(shí)際應(yīng)用效果，不僅取決于其自身的性能，而且與應(yīng)用設(shè)計(jì)和PCB上的具體情況密切相關(guān)，只有將這些因素綜合加以考慮，所得出的結(jié)論才能準(zhǔn)確地反映電容器在電路中的作用。

　　對(duì)電容器較復(fù)雜的應(yīng)用設(shè)計(jì)，作理論分析可能較困難。UltralCADDesign公司提供專門的計(jì)算機(jī)輔助分析軟件，能很好地解決這一問(wèn)題。

　　G.Brooks對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了全面、深入地研究，并給出了以下結(jié)論：①當(dāng)Rs變小時(shí)，阻抗特性曲線的槽變深、峰變高；②比較小阻抗值不一定等于RS或RS/n，當(dāng)n個(gè)相同的電容器并聯(lián)時(shí)），可以小于Rs；③比較小阻抗值不一定出現(xiàn)在fR點(diǎn)；④對(duì)于給定的電容器個(gè)數(shù)，精心選擇各個(gè)自諧振頻率，且使電容值的種數(shù)更多、Rs適中，并在一定范圍內(nèi)取值，要比使電容值的種數(shù)較少、Rs很小，效果更好。

　　頻性能提出越來(lái)越高的要求。VishayIntertechnology公司的基于硅片的表面貼裝RF電容器的自諧振頻率已達(dá)13GHZ.微型化的片式微波單層瓷介電容器SLC）的自諧振頻率已達(dá)50GHZ.將電容器與其它元件組合在一個(gè)封裝很多已實(shí)現(xiàn)了片式化），不僅實(shí)現(xiàn)多功能，而且節(jié)省PCB面積、使用方便。MurataManufacturing公司在三端片式電容器疊層型片式穿心電容器，feedthroughfiltercapacitor）的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出含有電阻器的三端片式電容器NFR系列、含有電感器的三端片式電容器NFW系列、含有兩個(gè)磁珠的三端片式電容器NFL系列等。SyferTechnology公司將兩個(gè)Y電容器和一個(gè)X電容器集成在一起，構(gòu)成一個(gè)疊層型片式X2Y電容器組件，可同時(shí)抑制共模和差模噪聲，其封裝尺寸為2012（0805）和32161206）用于DC電源濾波器。AVX公司經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)疊層型片式穿心濾波電容器內(nèi)部電路，將70%的寄生支路電感轉(zhuǎn)移成輸入/輸出線上的串聯(lián)電感，起到一個(gè)T形低通濾波器的作用，從而顯著提高自諧振頻率，加寬對(duì)噪聲抑制的頻寬，提高對(duì)噪聲抑制的強(qiáng)度。該公司還開(kāi)發(fā)了一種新材料，用疊層技術(shù)解決了R-C組合問(wèn)題，避開(kāi)了陶瓷膜-銀電極-釕系電阻膜共燒的復(fù)雜工藝，開(kāi)發(fā)出一系列稱之為Z產(chǎn)品的組件，如R-C組件、R-C-R低通濾波器及其陣列等。

　　2適用于高速高密度PCB的電容器的基本特點(diǎn)3適用于高速高密度PCB的電容器的若干新進(jìn)展在高速高密度PCB設(shè)計(jì)中，雖然不同的具體應(yīng)用對(duì)電容器的具體要求不盡相同，但大多要求電容器具有以下基本特點(diǎn)。

　　片式電容器的寄生電感幾乎為零，總的電感可以有些電容器的發(fā)展，追求幾方面性能同時(shí)兼顧高速高密度PCB的應(yīng)用需要。

　　VishayIntertechnology公司推出了業(yè)界首款封裝尺寸為0603且基于硅片的表面貼裝RF電容器——HPC0603A.該款電容器是基于Vishay專有半導(dǎo)體工藝開(kāi)發(fā)的，其構(gòu)造降低了寄生電感。與傳統(tǒng)RF電容器相比，該款電容器的自諧振頻率值高出2-3倍。高性能、高精度的HPC0603A的容量范圍在3.3-560pF，自諧振頻率值高達(dá)13GHz.在該范圍提供E12值的HPC0603A在1MHZ至數(shù)GHZ頻率范圍內(nèi)均能穩(wěn)定運(yùn)行，寄生電感只有0.046nH.該款電容器的Q因數(shù)達(dá)4157、容差為±%或0.05pF，等效串聯(lián)電阻也很小。HPC0603A的面積為1.60X）。80mm2，高度為0.56mm，并具有6V、10V、16V及25V的電壓可供選擇。HPC0603A的高電容范圍和相對(duì)較小的封裝提高了電路Q值、發(fā)送范圍和可靠性。HPC器件的獨(dú)特結(jié)構(gòu)減少了由于PCB上的互連線路縮短而引起的寄生現(xiàn)象，并通過(guò)縮短組件間的距離提高了電路性能。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)使電容器的自諧振頻率顯著提高。

　　有些電容器的發(fā)展，追求個(gè)別方面性能突出，以滿某些高速高密度PCB的特殊應(yīng)用需要。

　　由于目前的集成元件技術(shù)無(wú)法做出容量較大的電容器，用現(xiàn)有的技術(shù)通過(guò)集成電路獲得較大的電容非常困難，所以無(wú)源元件供應(yīng)商不斷為分立元件開(kāi)發(fā)更小的封裝。MurataManufacturing公司已開(kāi)始生產(chǎn)封裝尺寸僅為01005的微型電容器。這種電容器小到肉眼幾乎看不見(jiàn)，占用PCB的面積和體積分別比0201電容器縮小50%和70%.該公司的01005電容器代號(hào)為GRM102，COG系列的容量范圍為245pF，X5R系列的容量范圍為100040000pF.另?yè)?jù)報(bào)導(dǎo)，Samsung Electro-Mechanics公司COG系列01005陶瓷電容器的容量范圍為140pF，XR5系列的容量范圍為1000利用相關(guān)的新材料、新工藝等改進(jìn)一些傳統(tǒng)的電容器，從根本上克服其主要缺點(diǎn)，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，以滿足高速高密度PCB的應(yīng)用需要。

　　比較具代表性的是鋁電解電容器，以有機(jī)半導(dǎo)體材料如TCNQ 1S/cm）和導(dǎo)電聚合物如聚吡咯120S/cm）等作為陰極材料研制出固體片式鋁電解電容器。由于新型陰極材料具有比傳統(tǒng)電解液（10-2S/cm以下）高得多的電導(dǎo)率，使新型鋁電解電容器不僅實(shí)現(xiàn)了片式化，而且克服了傳統(tǒng)鋁電解電容器溫度特性和頻率特性差的缺點(diǎn)，達(dá)到近乎理想電容器的阻抗頻率特性，使鋁電解電容器的電性能和可靠性有了質(zhì)的提高，大大拓寬了鋁電解電容器的應(yīng)用范圍。

　　3.4可封裝在芯片內(nèi)的電容器研制能封裝在大規(guī)模集成電路LSI）內(nèi)部的電容器，也是電容器技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

　　ALPS電氣公司正與North公司聯(lián)合，開(kāi)發(fā)在LSI封裝的內(nèi)部底板中封裝高電容率薄膜電容器（thinfilm capacitor）的技術(shù)。有關(guān)專家認(rèn)為，工作頻率在數(shù)GHZ 10GHZ以上的高速邏輯LSI必須使用這種技術(shù)14.此次開(kāi)發(fā)的技術(shù)就是指將過(guò)去封裝在LSI封裝外部的去耦電容器封裝到內(nèi)部。由此將會(huì)比較大限度地縮短電容器與倒裝芯片之間的距離。因封閉內(nèi)部布線的寄生電感減小了，故開(kāi)關(guān)時(shí)即可迅速向倒裝芯片供應(yīng)電荷，結(jié)果使電源電壓更加穩(wěn)定。預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)會(huì)很快走向?qū)嵱谩?p>　　此類技術(shù)也給高速高密度PCB設(shè)計(jì)，帶來(lái)新的理念和條件，值得充分重視。

　　4結(jié)束語(yǔ)高速高密度PCB設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)所使用的電容器性能要求越來(lái)越高；隨著電容器技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型電容器不斷出現(xiàn)；針對(duì)高速高密度PCB的電容器應(yīng)用技術(shù)的研究不斷深入。這些都使得在高速高密度PCB設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選用電容器，不是一件簡(jiǎn)單的事。盡管電容器的種類較多，但對(duì)某一具體應(yīng)用，比較合適的通常只有一兩種。全面認(rèn)識(shí)高速高密度PCB的特點(diǎn)和電容器的高頻特性，及時(shí)了解相關(guān)的新器件和新技術(shù)，綜合考慮具體應(yīng)用需要、技術(shù)難度、經(jīng)濟(jì)成本等因素，對(duì)恰當(dāng)選用電容器是十分必要的。

　　本文的討論對(duì)高速高密度PCB設(shè)計(jì)中電容器的選擇具有一定的指導(dǎo)作用。