电气性能水平数组使用复合有机介质电容器浸渍玻璃纤维环氧树脂层

文摘

我们引入一个水平阵列电容与九参数在一个身体使用有机介电层浸渍玻璃纤维预浸材料表。有机固体水平数组电容器环氧类型的半固化片的介电材料九元件的参数可以实现在一个单一的身体通过一个独特的简单的纹理和切割过程。然后,我们调查的基本电气性能水平阵列电容。有机固体电容器阵列与五电极和铜/分四个电介质层/铜/分层/铜/分一层一层/铜/分/铜水平数组结构。完成阵列电容的大小是2.85×2.85毫米。捏造的高度数组电容器在垂直方向为0.5毫米,与九功放具有串联式结构。平均的电容值C₁,C₂,C₃,C₄是1.98 nF,每个公差值基于平均值在1%以内。电容的温度变化速率保持近线性特性,但是变化的速度往往会增加从120°C或更精细。的电容值C₅,C₆,C₇与并联电路根据电压测量。阻抗和ESR(等效串联电阻)C₁根据频率和温度测量。

1。介绍

TDK纯种犬串联电容器阵列芯片提供多种多层陶瓷电容器(mlcc)在一个包中。TDK的独特设计提供低串扰真正产生独立的个体电容器在100年nF单包。二合一的数组类型配置和4-in-1包样式(1]。SEMCO生产电容器阵列(上限100 nF 16 v,±20%, X7R, 0805)这种二合一,4-in-1包样式(2]。电容器阵列由多个电容器在单一的身体和有效地减少时间和成本的空间位置和电路。其他几家公司还生产波束电容器。这里使用数组电容器中的电介质陶瓷材料制作的。通常情况下,陶瓷加载,作为电介质,应该远低于50卷%通过高温热应力可靠性测试。polymer-ceramic复合材料的介电性能为嵌入式电容器一直在研究优化ceramic-polymer电影的陶瓷装40卷%提高嵌入式电容公差和电气性能(3- - - - - -5]。BaTiO的影响₃粉在使用BaTiO ceramic-polymer电影和MLCC₃的氧化物电介质材料中广泛的采用各种电子元件(6- - - - - -9]。在这项研究中,介绍了研究中数组构造电容器使用有机质类型分(半固化片)而不是BaTiO等陶瓷材料₃。半固化片是高强度复合材料的中间材料,常用于表形式。它由成型材料与环氧树脂浸渍(矩阵),专门和碳纤维增强材料,玻璃纤维、芳纶纤维等。高强度,高弹性,超轻量级的特性被广泛应用于体育、休闲、航空航天、汽车、机器人等领域,需要高性能的材料。Prepreg-type环氧是更好的材料,与属性,如低重量,强度高、抗热震性,优秀的高温尺寸稳定性、低的热膨胀系数(CTE),耐化学性,耐腐蚀,一般有机质类型相比,环氧树脂(10- - - - - -12]。浸渍玻璃纤维环氧树脂使用储能结构使复合电容器和电池(13]。分使用GCU部件探索了制备玻璃纤维coir-reinforced不饱和聚酯树脂混合(GCU部件)复合材料具有新颖的半固化片/按制造工艺。弯曲、冲击和GCU部件复合材料的热机械的性能研究[14]。最近,问等各种属性添加到玻璃纤维环氧树脂中测量温度特性(15]。

我们研究的基本属性的功放6-in-1波束相对在一个单一的身体只使用有机电介质在先前发表的论文(16]。在这项研究中,我们将介绍水平波束电容器的温度和射频特性(9-in-1)与9 ea电容使用有机半固化片的介电材料而不是介质与传统BaTiO准备₃粉。本研究旨在确认这种材料的适用性根据获得的结果通过数组电容器的基本结构和实验使用复合有机介电层浸渍玻璃纤维环氧树脂。因此,数组的复合有机介质电容器预浸材料可以应用于各种电子电路说明减少模块大小的可能性。

首先,图1是传统陶瓷的结构数组电容器(MLLC)有四个电容器。

横截面是由内部电极(倪),陶瓷介质(BaTiO₃),和外部电极(铜/镍/ Sn)。增加可靠性保证mlcc的高电容、镍电极与一致性是非常重要的。因此,均匀和连续的镍电极和介质层可以使高压操作抑制漏电流、介质击穿和退化。在捏造mlcc高可靠性、高密度BaTiO₃陶瓷和连续镍电极应同时满足。促进BaTiO致密化₃基于mlcc,纳米颗粒被利用或BaTiO组成₃故意修改与掺杂元素(17,18]。

在这项研究中,水平阵列电容与九个参数在一个单一的身体可以解释说明图2。它由一系列串联式结构铜/分一层一层/铜/分/铜/分一层一层/铜/分/铜连接到对方。它的结构可以有九个数组电容器,见以下方程:

阵列电容与9 ea电容在一个单一的身体组成五电极和四电介质,之间的有机介质分材料制成的金属(铜)和金属(铜)可以形成一个电容。之间的电容点a - b, c, c - d, d e, H-J, H-K, h l i (k, J-LC₁,C₂,C₃,C₄,C₅,C₆,C₇,C₈,C₉,分别。如果有机介电材料和厚度不变,电容的值C₁,C₂,C₃,C₄将是相同的。C₅会有一系列的电容C₁和C₂本系列的,电连接类型为方程(1)。C₆可以获得一系列电容值吗C₁,C₂,C₃通过电串行结构,见方程(1)。C_7,C_8日,和C₉也可以计算使用方程(1),如图2。正如我们所知,如果电力电容器有串联式结构,系列电容值将按比例减少使用方程(1)。

提出的实现水平数组电容器如果有几个有用的优势应用到电子电路如表所示1。首先,它可以减少连接的长度和体积的大小电子电路如果多个电容器配置在一个身体。电子电路的规模可以降低阻抗值在高频环境下。第二,如果提出阵列电容器的电容值可以自由之间形成电极,串行和并行电路可以很容易地形成的。在这项研究中,我们提出了一个独特的固体电容器阵列可以实现9 ea电容值在一个主体通过结构背景图所示1。此外,实验样本准备使用一种新型制造工艺和电特性,如电压、温度、和频率进行了分析。

2。实验方法

如图3阵列电容,串联式结构在水平方向上使用分单可以生产如下:(1)在这项研究中使用的分作为电容器的介电层,其厚度显示大的电容值较小。分单、造型材料与特殊混合环氧树脂浸渍,和玻璃纤维树脂的厚度60μ米被用来形成一个介电层之间的铜电极。PPG可以用作电容器的介电材料由于其强度高,热休克阻力,CTE低,耐化学性,耐腐蚀。与尺寸表100×100毫米之间形成了铜电极。分单是层压的压力/时间/温度设备,同时,按分板形成的近似厚度50μ两个铜表之间的m。PPG表包含的环氧树脂B阶段(浸渍玻璃纤维)。它有一个树脂流不到2.5毫米和65%的内容。在层压过程中,一些环氧树脂脱落和由此产生的厚度减少到大约50μm。无卤、冲切过程中产生很低的尘埃,CTE较低Z设在和高焊接能力。目前,这种材料的介电常数是大约4.5∼6.9在低频率。分板材料应制定良好的电气性能,稳定的温度特性,在高频高容量。(2)顶部和底部的铜表被清洗。后躺下五个铜和四个分床单,他们按下同时使用纹理概要(1步)。(3)他按样本预先设计尺寸降低使用机械钻石刀垂直2∼3的步骤。(4)提出阵列电容的宽度是由2步骤,如图3。首先,它是预先设计宽度的大小减少。样品准备的切削过程应该再次穿过3 '一步一步切割过程。3 '一步一步的过程进行了确定使用预先设计的高度尺寸。切割后,样品被斜倾并放置在地板上。数组电容器与九个参数组成的五电极和四电介质,可以使用新流程的顺序的,如上所述。减少样本则是使用机械压扁操作完成的。

图4(一)演示了一个平坦的照片一个独特的数组使用五电极和电容器制造四个电介质。制造电容器的大小样本1(2.754×3.674毫米)和四个电极和三个电介质和示例2(2.85×2.85米)有五个电极和四个电介质。平面电极和介质的厚度大约是0.5毫米。通过增加铜和PPG表的数量,更多的水平阵列电容可以编造的。图4 (b)显示的平面视图合成环氧树脂与玻璃纤维浸渍,充当电极之间的介质。制造水平阵列电容样品的微观结构特点是通过扫描电子显微镜(Jeol地产- 6360)。一个玻璃纤维直径8μ由几块,m是制成一个对象。绑在一个矩阵形式。随后,一个分单可以由环氧涂料,机械强度高,能保持高可靠性。介电常数较低,但温度的变化是相当稳定的。

3所示。结果

图5显示,制作的样品(年代₁,年代₂,年代₃,年代₄)焊接在印刷电路板测量电气性能。上的电极电路PCB设计的阵列电容与五电极和四电介质被钎焊连接。制作阵列电容(年代₁,年代₂,年代₃,年代₄)有不同的长度和宽度。数组电容器的电气性能和四个五个测量电极之间的电介质在a e点使用一个电极垫样品年代₃在PCB。

图6显示了电容的电特性阻抗/ ESR根据测量的温度和频率的样品制作的年代₃。如图6(一),C₁(a - b),C₂(c),C₃(c - d),C₄(d e),C₅(a - c),C₆(模拟)C₇(安妮)根据直流偏压(0-40 V)是使用电感电容电阻测量计测量的(E4980A Keysight频率1 MHz,一级V)从PCB上的每个点测量。因为电容的值C₅(a - c),C₆(模拟)C₇(安妮)是一个串联电路根据方程(1),它预计将减少一半。测量平均电容值C₁,C₂,C₃,C₄,如图6(一),1.98 pF,每个公差基于平均值的值在1%以内。使用的测量平均值C₁和C₂的计算电容值C₅可以被解释为0.94 pF但实际测量值是0.98 pF,大约4%的公差。的测量值C₆0.65 pF,对应的串行电路的公式计算出的值C₁,C₂,C₃,分别。然而,测量值C₇0.38 pF,但是公差20%相比,计算值。从本质上讲,根据偏差的变化率电容电压在1%的情况很好C₅和C₆。这个实验的直流偏置电压测量电容的特点在40 V。然而,击穿电压特性的分板作为介电材料在这个研究可以满意甚至高于200 V。图6 (b)显示了电容随温度的变化率C₁(a - b)。移行细胞癌(temperature-capacitance-characteristics)曲线和参数测定使用惠普4284 a精密电感电容电阻测量计(惠普、美国)的测试电压1 V和1 kHz的频率。温度测量的范围从−55到120°C。−55,25,120°C,电容为1.903,2.098,和2.35 pF,分别。如图6 (b)、电容的测量温度范围从−55到120°C数组电容器置于温度室(保险公司、美国)。的变化率电容保持近线性特性,但往往会增加从120°C或更精细。电容的线性变化率根据温度也可以用作温度传感器。玻璃纤维浸渍环氧树脂的介电性质,但优秀的低的温度特征。它可以作为一个传感器平均四个温度变化分布在一个身体。在这里,四个电容改变利率C₁(a - b),C₂(c),C₃(c - d),C₄(d e)。每个电容测量的温度可以更准确地分析测量环境中的温度分布。数据6 (c)和6 (d)演示使用射频阻抗和ESR与频率阻抗分析仪(E4991A keysight 1 MHz∼3 GHz)C₁。可以看出波形的阻抗与频率和ESR有相同的周期性特征。共振频率为0.38 GHz。多个峰值点后的反映阻抗共振频率的波形反映从每个电极。ESR测量是11欧姆,并证实在位置增加共振频率增加。如果特征值的电容C₁来C₄是已知的,可以预期类似的电特性的其他电容器(C₅- - - - - -C₉)。图6 (d)显示了阻抗测量C₁来C₄。很明显,阻抗值增加C₁来C₄因为每个测点有不同的距离。此外,更高的频率阻抗值表明更大的波动,预计将通过形成一个解决PCB电路适用于高频测量。进一步的研究需要制造阵列电容很小的规模和良好的高频特性。

4所示。结论

在这项研究中,我们提出独特的阵列电容具有串联式结构在水平方向上使用分表。介电层使用分板浸渍玻璃纤维的材料。该数组电容器包括9 ea电容使用五个铜和四个分表。我们创建有用的和独特的数组电容器使用简单的和独特的制造工艺。本研究的目的是确认它可以应用于电容器阵列的基础上,通过基础理论和实验结果。另外,电容的线性变化率根据温度可以作为温度传感器。温度传感器的电气性能需要进一步检查和分析和仍在研究中。电气性能的结果可以应用到电子电路来演示的可能性减少模块的大小和噪声。上述新制造工艺适用于简单,具有成本效益的有机材料的特性,当先进的切割技术的优化。在未来,我们的研究方向是设计一个小型thin-array电容器使用高容量有机表的复合介电层浸渍玻璃纤维环氧树脂材料的可靠性。

数据可用性

作者声明数据支持本研究的发现中可用的文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF),由教育部(NRF - 2016 r1a6a3a11931569)。GRRC支持的研究项目的京畿道(GRRC韩国成均馆2017 - b02:发展MEMS-based超薄&超薄融合环境温度/湿度/压力传感器),由材料和工艺融合传感器的平台。

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