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。按應用分類，大多數電容器常分為四種類型：交流耦合，包括旁路通交流隔直流）；去耦濾除交流信號或濾除疊加在直流信號上的高頻信號或濾除電源、基準電源和信號電路中的低頻成分）；有源或無源RC濾波或選頻網絡；模擬積分器或采樣保持電路捕獲和存儲電荷）。電容器的種類很多，分類方法也較多，根據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：副教授基金項目：河南省自然科學基金資助項目（0311012500）（信陽師范學院）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，以滿足不同的應用需要。

　　現在高速高密度已成為電子產品的重要發展趨勢之一。與傳統的PCB設計相比，高速高密度PCB設計面臨不少新挑戰，對所使用的電容器提出很多新要求，很多傳統的電容器已不能用于高速高密度PCB.本文結合高速高密度PCB的基本特點，分析了電容器在高頻應用時主要寄生參數及其影響，指出了需要糾正或放棄的一些傳統認識或做法，總結了適用于高速高密度PCB的電容器的基本特點，介紹了適用于高速高密度PCB的電容器的若干新進展。

　　1電容器高頻應用時寄生參數影響大量的理論研究和實踐都表明，高速電路必須按高頻電路來設計。對高速高密度PCB中使用的電容器，基本要求是高頻性能好和占用空間小。實際電容器都有寄生參數。對高速高密度PCB中使用的電容器，寄生參數的影響尤為重要，很多考慮都是從減小寄生參數的影響出發的。

　　實際電容器的寄生參數較多，主要的寄生參數是等效串聯電阻RS和等效串聯電感。在分析電路時，為簡便計，通常采用所示的簡化電容器等效模型。一般認為，Rs是由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻串聯構成，Ls是由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯構成。

　　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，|Z|比較小，且等于Rs.由此認為，應選用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。

　　實際電容器的模型以上是分析電容器在高頻應用時寄生參數及其res郵塌訂閱號82/943.60！元邊年-141-技術創新影響的常見做法，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：電容器在高頻應用時，自諧振頻率不僅與其自身的寄生電感有關，而且還與PCB上過孔的寄生電感、電容器與其它元偉如芯片）的連接導線包括印制導線）的寄生電感等都有關系。如果不注意到這一點，查資料或自己估算的自諧振頻率可能與實際情況相去甚遠。另外，在高頻應用時，集膚效應和分布參數使連接導線的電阻明顯變大，這部分電阻實際上相當于電容器等效串聯電阻的一部分，應一并加以考慮。

　　此外，在實踐中，為了達到預期效果，常根據不同電容的性能特點，將不同的電容器并聯使甩如將電解電容器與瓷片電容器并聯作退耦用）。選擇不同的電容器參數不同）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用效果的重減小到元件本身的電感，通常只是傳統電容器寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達同樣容量的帶引線電容器的2倍也有資料說可達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等發展、主流已由0603過渡到0402.MurataManufacturing公司已經生產出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和分布參數的影響。

　　高頻化許多現代電子產品的速度越來越高，計算機的時鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫，無繩電話的頻率從45MHz提高到2400MHZ，數字無線傳輸的頻率達到2GHZ以上。因而信號及其高次諧波引起的噪聲也相應地出現在更高的頻率范圍，相應地對電容器的高創新電容器的阻抗特性可見，在高速高密度PCB設計中，選擇和應用電容器時，需要糾正或放棄一些傳統的認識與做法。電容器的實際應用效果，不僅取決于其自身的性能，而且與應用設計和PCB上的具體情況密切相關，只有將這些因素綜合加以考慮，所得出的結論才能準確地反映電容器在電路中的作用。

　　對電容器較復雜的應用設計，作理論分析可能較困難。UltralCADDesign公司提供專門的計算機輔助分析軟件，能很好地解決這一問題。

　　G.Brooks對相關問題進行了全面、深入地研究，并給出了以下結論：①當Rs變小時，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n個相同的電容器并聯時），可以小于Rs；③比較小阻抗值不一定出現在fR點；④對于給定的電容器個數，精心選擇各個自諧振頻率，且使電容值的種數更多、Rs適中，并在一定范圍內取值，要比使電容值的種數較少、Rs很小，效果更好。

　　頻性能提出越來越高的要求。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50GHZ.將電容器與其它元件組合在一個封裝很多已實現了片式化），不僅實現多功能，而且節省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）的基礎上，又開發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、含有兩個磁珠的三端片式電容器NFL系列等。SyferTechnology公司將兩個Y電容器和一個X電容器集成在一起，構成一個疊層型片式X2Y電容器組件，可同時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公司經過精心設計疊層型片式穿心濾波電容器內部電路，將70%的寄生支路電感轉移成輸入/輸出線上的串聯電感，起到一個T形低通濾波器的作用，從而顯著提高自諧振頻率，加寬對噪聲抑制的頻寬，提高對噪聲抑制的強度。該公司還開發了一種新材料，用疊層技術解決了R-C組合問題，避開了陶瓷膜-銀電極-釕系電阻膜共燒的復雜工藝，開發出一系列稱之為Z產品的組件，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3適用于高速高密度PCB的電容器的若干新進展在高速高密度PCB設計中，雖然不同的具體應用對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。

　　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展，追求幾方面性能同時兼顧高速高密度PCB的應用需要。

　　VishayIntertechnology公司推出了業界首款封裝尺寸為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專有半導體工藝開發的，其構造降低了寄生電感。與傳統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13GHz.在該范圍提供E12值的HPC0603A在1MHZ至數GHZ頻率范圍內均能穩定運行，寄生電感只有0.046nH.該款電容器的Q因數達4157、容差為±%或0.05pF，等效串聯電阻也很小。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較小的封裝提高了電路Q值、發送范圍和可靠性。HPC器件的獨特結構減少了由于PCB上的互連線路縮短而引起的寄生現象，并通過縮短組件間的距離提高了電路性能。這種創新設計使電容器的自諧振頻率顯著提高。

　　有些電容器的發展，追求個別方面性能突出，以滿某些高速高密度PCB的特殊應用需要。

　　由于目前的集成元件技術無法做出容量較大的電容器，用現有的技術通過集成電路獲得較大的電容非常困難，所以無源元件供應商不斷為分立元件開發更小的封裝。MurataManufacturing公司已開始生產封裝尺寸僅為01005的微型電容器。這種電容器小到肉眼幾乎看不見，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電容器代號為GRM102，COG系列的容量范圍為245pF，X5R系列的容量范圍為100040000pF.另據報導，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利用相關的新材料、新工藝等改進一些傳統的電容器，從根本上克服其主要缺點，充分發揮其優點，以滿足高速高密度PCB的應用需要。

　　比較具代表性的是鋁電解電容器，以有機半導體材料如TCNQ 1S/cm）和導電聚合物如聚吡咯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電解液（10-2S/cm以下）高得多的電導率，使新型鋁電解電容器不僅實現了片式化，而且克服了傳統鋁電解電容器溫度特性和頻率特性差的缺點，達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的提高，大大拓寬了鋁電解電容器的應用范圍。

　　3.4可封裝在芯片內的電容器研制能封裝在大規模集成電路LSI）內部的電容器，也是電容器技術的重要發展方向之一。

　　ALPS電氣公司正與North公司聯合，開發在LSI封裝的內部底板中封裝高電容率薄膜電容器（thinfilm capacitor）的技術。有關專家認為，工作頻率在數GHZ 10GHZ以上的高速邏輯LSI必須使用這種技術14.此次開發的技術就是指將過去封裝在LSI封裝外部的去耦電容器封裝到內部。由此將會比較大限度地縮短電容器與倒裝芯片之間的距離。因封閉內部布線的寄生電感減小了，故開關時即可迅速向倒裝芯片供應電荷，結果使電源電壓更加穩定。預計這項技術會很快走向實用。

　　此類技術也給高速高密度PCB設計，帶來新的理念和條件，值得充分重視。

　　4結束語高速高密度PCB設計技術不斷發展，對所使用的電容器性能要求越來越高；隨著電容器技術的不斷進步，新型電容器不斷出現；針對高速高密度PCB的電容器應用技術的研究不斷深入。這些都使得在高速高密度PCB設計中，恰當選用電容器，不是一件簡單的事。盡管電容器的種類較多，但對某一具體應用，比較合適的通常只有一兩種。全面認識高速高密度PCB的特點和電容器的高頻特性，及時了解相關的新器件和新技術，綜合考慮具體應用需要、技術難度、經濟成本等因素，對恰當選用電容器是十分必要的。

　　本文的討論對高速高密度PCB設計中電容器的選擇具有一定的指導作用。