Основные направления развития конденсаторов

Конденсаторы являются одним из самых массовых видов изделий электронной техники. В настоящее время номенклатура отечественных конденсаторов удовлетворяет разнообразным требованиям широкого круга потребителей, а их производство характеризуется достаточно динамичным развитием.

Значительное увеличение объема выпуска конденсаторов и прогресс в технологии их изготовления обусловлены развитием радиоэлектронной аппаратуры главным образом в следующих направлениях:

- повышение быстродействия систем обработки данных и увеличение объема их производства;
- повышение частоты и уровня мощности вторичных, в первую очередь импульсных, источников питания;

- расширение функций и повышение технического уровня сложной бытовой аппаратуры. Среднее число конденсаторов, применяемых в высококачественных цветных телевизорах, видеомагнитофонах, видеодисковых проигрывателях и музыкальных центрах, составляет 209—350, а максимальное — 450—870 на комплект.

Основными направлениями развития всех типов конденсаторов являются миниатюризация и обеспечение максимальных удельных характеристик.

Массовый характер производства конденсаторов предъявляет повышенные требования к уровню механизации и автоматизации технологического процесса их изготовления. Для ряда типов изделий назрела необходимость перехода на полную автоматизацию производства с широким использованием роботов-манипуляторов. Одной из актуальнейших проблем в производстве конденсаторов является снижение их материалоемкости, сокращение применения драгоценных и остродефицитных материалов.

Наконец, задача снижения трудоемкости сборочных операций, внедрения автоматизированного монтажа при сборке радиоэлектронной аппаратуры потребовала разработки и производства наиболее массовых типов конденсаторов в безвыводном исполнении.

Необходимо отметить, что за долгие годы практически не наблюдалось снижения потребности ни в одном классе конденсаторов, за исключением конденсаторов с бумажным диэлектриком.

Керамические конденсаторы являются одним из самых массовых видов конденсаторов для радиотехники (доля их выпуска в общем объеме производства этих изделий составляет более 50% ), что объясняется возможностью реализации широкой шкалы емкостей (от долей пикофарады до десятков микрофарад) и обеспечения широкого диапазона эксплуатационных параметров (интервала рабочих температур, заданного значения температурного коэффициента емкости и т.д.), а также простотой конструкции (а следовательно, и низкой трудоемкостью изготовления), конструктивной и технологической совместимостью с интегральными схемами.

Развитие этого класса конденсаторов характеризуется быстрыми качественными изменениями. Удельная емкость — основной параметр низковольтных керамических конденсаторов — непрерывно повышается; так, за последние 5 лет она увеличилась в 2—2,5 раза. Серии монолитных конденсаторов К10-17, К10-47, К10-50, К10-42 перекрывают диапазон емкостей от единиц пикофарад до единиц микрофарад и обеспечивают работу в диапазоне частот до 10 ГГц.

Разработаны керамические конденсаторы К10-59 в стеклянном корпусе, предназначенные для автоматизированного монтажа. Дальнейшее повышение удельных характеристик керамических конденсаторов будет осуществляться за счет разработки новой технологии особо тонких керамических пленок (для многослойной монолитной конструкции), а также за счет использования новых материалов с высокой диэлектрической проницаемостью.

Необходимо отметить, что, несмотря на преобладающее развитие монолитных многослойных конденсаторов, однослойные (пластинчатые и дисковые) продолжают оставаться одним из самых массовых типов керамических конденсаторов и широко применяются в современной бытовой аппаратуре. Это определяется простотой их конструкции, а также улучшением технических характеристик в результате применения новых материалов, и в первую очередь материалов с межзерновыми слоями.

Совершенствование технологии изготовления керамических конденсаторов в направлении получения более тонких слоев (8—10 мкм) и снижения температуры спекания, создающее предпосылки для исключения из производства этих конденсаторов драгоценных и дефицитных металлов, связано с применением новых физических методов измельчения материалов, в частности метода механохимической активации.

Этим методом, использующим высокие значения энергонапряженности (до 100 кВт/кг по сравнению с долями и единицами киловатт на килограмм в обычных мельницах), могут быть получены эффекты, недостижимые при обычной механической обработке: сверхтонкое измельчение материалов до значений удельной поверхности, в десятки раз превосходящих обычные значения, за более короткий промежуток времени (минуты вместо десятков часов); реализация твердофазных химических реакций в смесях порошков, образование новых соединений, твердых растворов и т.п. непосредственно в процессе обработки.

Практическое использование этих эффектов в технологии обеспечит снижение температуры спекания, сокращение продолжительности термообработки, повышение плотности и механической прочности заготовки и спеченного материала, уменьшение размеров зерен.

Новое направление развития стеклокерамических конденсаторов основано на применении процесса электрофоретического осаждения диэлектрика на алюминиевую фольгу с последующим формированием многослойного монолитного пакета. Такие конденсаторы (К22-5) отличаются значительно более высокой удельной емкостью по сравнению с обычными стеклокерамическими и пластинчатыми конденсаторами Их достоинством является полное отсутствие в конструкции драгоценных материалов.

Высоковольтные керамические конденсаторы развиваются в двух основных направлениях: высокочастотные и низкочастотные. Высокочастотные конденсаторы универсального применения используются в качестве контурных, разделительных и блокировочных, имеют высокие значения реактивной мощности (до 5100 кВА—К15-18) и тока (до 450 — К15-19).

Низкочастотные высоковольтные конденсаторы (К 15-10) характеризуются высокими значениями запасаемой и удельной энергии. Перспективы развития этого направления связаны с разработками малогабаритных высоковольтных конденсаторов монолитной конструкции, в которых максимальная удельная энергия может быть увеличена почти вдвое по сравнению с аналогичным параметром существующих конденсаторов.

Технические характеристики низкочастотных керамических высоковольтных конденсаторов, так же как и низковольтных, будут повышаться за счет проведения комплекса материаловедческих и технологических работ и исследований, направленных на обеспечение работоспособности изделий при рабочих напряженностях электрического поля до 10⁵ В/см.