高可靠高压引脚多层瓷介电容器国产化替代

1 引言

       在工业控制、精密仪器、新能源车、医疗设备及商用电子设备中，高压直流线路广泛存在于电源输入、高压充电、栅极驱动、X 射线源、静电除尘与高压耦合等环节。这些线路对电容的耐压、绝缘、温度稳定性与长期可靠性提出了严苛要求。传统高压电容多采用单层圆片陶瓷结构，依靠厚介质承受高电压，存在体积庞大、介质选择单一、电压等级覆盖不全、热机械应力易导致开裂等问题，已难以满足现代电子设备小型化与高可靠的双重需求。
       成都容瓷电子科技有限公司在多层片状陶瓷电容器的工艺与设备基础上，通过特殊结构设计，推出 HVY 系列高压引脚多层瓷介电容器（High Voltage Multilayer Ceramic Leaded Capacitor）。该系列采用钯银内电极、多层共烧结构与 NPO/X7R 双介质平台，径向引脚封装可吸收温度循环应力，额定电压覆盖 1 KV~20 KV DC，工作温度 -55 ℃~+125 ℃，可有效改善直流高压线路的电气性能，是替代传统单层高压圆片电容、实现高端高压电容国产化的可靠方案。

2 产品概述

       HVY 系列为中高压多层片状陶瓷电容器经径向引脚封装而成，具有良好的高压可靠性，适合多种直流高压线路。产品实物见图 1。

                                                      
 
 

2.1 主要技术参数
       HVY 系列的主要技术参数见表 2。电气特性除另有说明外均在 25 ℃ 下测试。

表 2  HVY 系列主要技术参数

参数项目	指标
产品类型	高压引脚多层瓷介电容器（HVY 系列）
尺寸规格	1812、2225、3640、4040、5550、6560、7565（标准径向）；9878、13798（大尺寸定制）
介质材料	Ⅰ类瓷 NPO / Ⅱ类瓷 X7R
工作温度范围	-55 ℃~+125 ℃
温度特性（TCC）	NPO：0±30 ppm/℃；X7R：±15%/℃
额定电压	1 KV~20 KV DC（标准 1~15 KV；9878 至 30 KV；13798 至 20 KV）
容量范围	NPO：3 pF~33 nF；X7R：47 pF~270 nF（依尺寸与电压等级不同）
损耗角正切 DF	NPO：≤0.0012（1 MHz，1 V）；X7R：≤0.02（1 KHz，1 V）
绝缘电阻 IR	按 MIL-STD-202 Method 302；25 ℃：≥10000 MΩ 或 1000 ΩF（取小）；125 ℃：≥1000 MΩ 或 100 ΩF（取小）
介电强度	按 MIL-STD-202 Method 301；1500 VDC 及以上：120% 额定电压，5±1 s，浪涌电流≤50 mA
内电极	钯银（Pd-Ag）
封装形式	径向引脚（标准）；可定制 SMD、DIL 插装、带状引线（可覆涂/不覆涂）
质量与认证	GJB 国军标质量管理体系认证；RoHS；无铅；无卤；绿色环保

3 核心技术与材料

3.1 多层共烧结构实现小型化与高可靠
        HVY 系列采用多层陶瓷共烧工艺，将数十至数百层薄介质与内电极交替堆叠后一次烧结成型。与依靠厚单层介质承受耐压的传统圆片电容相比，多层结构在相同耐压下显著缩小体积，并通过多层并联提高有效电极面积，从而在小封装内实现更高容量。致密共烧减少了内部气孔与分层缺陷，提高了高压下的结构可靠性。

3.2 钯银内电极
       内电极采用钯银（Pd-Ag）贵金属合金，具有优异的化学稳定性、抗氧化能力和与陶瓷介质的匹配烧结特性，确保电极与介质在高温共烧过程中结合牢固、无界面反应，长期高压工作下不发生电极迁移与烧蚀，是高可靠性的重要保障。

3.3 NPO / X7R 双介质平台
       HVY 系列同时提供Ⅰ类 NPO 与Ⅱ类 X7R 两种介质，覆盖不同电路需求：NPO 介质温度系数 0±30 ppm/℃，容量随温度、电压、时间高度稳定，损耗极低（DF≤0.0012），适用于谐振回路、耦合电路及要求低损耗、高容值稳定性与高绝缘电阻的精密电路；X7R 介质在 -55 ℃~+125 ℃ 范围内容量变化±15%，兼顾容量与稳定性，适用于旁路、滤波、低频耦合等通用工业电路。双介质平台使一个系列即可同时服务精密与通用两类高压场景，简化用户的选型与库存管理。

3.4 径向引脚释放热机械应力
       高压陶瓷电容在温度循环与机械振动中，陶瓷体与 PCB 之间的热膨胀系数差异会产生应力集中，导致陶瓷微裂纹，进而在高压下引发漏电与击穿。HVY 系列采用径向引脚封装，引脚可吸收温度循环与振动产生的机械应力，避免应力直接传递至陶瓷本体，显著降低开裂风险，提升长期高压可靠性。对于更严苛的场景，还可提供带状引线（可覆涂/不覆涂）结构，进一步释放应力。

4 高压电容解决方案

       针对传统高压电容在工程应用中的五大核心痛点，HVY 系列给出了系统化的解决方案，见表 4。

       表 4  传统高压电容痛点与 HVY 系列解决方案对比

传统高压电容痛点	HVY 系列解决方案	核心收益
体积庞大，浪费 PCB 空间：单层圆片需厚介质承受耐压，整体尺寸大	多层共烧，堆叠内电极取代厚单层圆片，同耐压下体积大幅缩小；1812~7565 尺寸覆盖	小型化设计，节省设备内部空间
介质材料选择有限：单一介质难以兼顾低漂移精密电路与大容量通用电路	NPO/X7R 双介质覆盖全场景：NPO 超低漂移适用于精密电路，X7R 兼顾容量与稳定性	灵活介质选项，简化库存管理
电压等级覆盖不全：商用电压等级不连续，低压与超高压需多个料号	全电压范围 1 KV~15 KV 连续覆盖，定制规格至 20 KV、30 KV	一个系列支持商用、工业、军工等高可靠电路
热机械应力导致开裂：SMD 与直装结构在温度循环中承受集中应力，产生微裂纹	径向引脚/带状引线吸收温度循环应力，释放热机械应力，消除陶瓷开裂	提升长期高压可靠性，降低击穿风险
多种安装方式难以统一：SMD、插装、带状引线需分型号管理	提供无铅 SMD、DIL 插装、带状引线等多种封装，统一材料与工艺平台	适配全部生产工艺，降低装配复杂度

       除上述设计对策外，HVY 系列通过全流程工艺控制保证批次一致性：分层共烧实现均匀内电极，100% 高压电检最大限度减小容量、DF 与耐压的批次偏差，减少装配后校准工作量，降低用户的综合使用成本。

5 典型特性曲线

5.1 NPO（COG）介质特性
       NPO 介质具有超低温度漂移、容值随电压与时间高度稳定等特性。图 2 给出了 NPO 介质的电容量温度系数（TCC）、电容量电压系数、最小绝缘电阻随温度变化及老化率四条典型曲线。由图可见，NPO 在 -55 ℃~+125 ℃ 范围内容量变化极小，电压系数近似为零，绝缘电阻在高温下仍保持较高水平，老化率可忽略，适用于高精度、高可靠电路。
 
                                      


                                      
 
 
5.2 X7R 介质特性
       X7R 介质在较宽温度范围内容量稳定，适用于通用工业电路。图 3 给出了 X7R 介质高压大容量规格在直流偏压下的容量电压系数（多规格）及老化率曲线。需要注意的是，X7R 为铁电介质，在直流偏压下容量会有一定程度的跌落，且容量越大、电压越高，跌落越明显；用户在高压大容量应用中应依据实际偏压条件校核有效容量。老化率随时间呈对数关系下降，可通过高温去老化处理恢复。

 
               
 

6 典型应用

HVY 系列凭借宽电压覆盖、双介质选择与高可靠性，广泛应用于以下领域：
       1.工业控制：高压电源、变频器、伺服驱动、静电除尘、等离子发生器；
       2.精密仪器：测量仪表、示波器、高压校准源、X 射线与分析仪器；
       3.新能源车：车载充电机（OBC）、DC/DC 变换器、电驱系统高压缓冲与吸收；
       4.医疗设备：X 射线机、CT、高压治疗设备、体外诊断仪器；
       5.商用设备：激光电源、复印机、静电喷涂、负离子发生器。
       6.按介质区分：NPO 适用于谐振回路、耦合电路及要求低损耗、高容值稳定性与高绝缘电阻的电路；X7R 适用于旁路、滤波、低频耦合或对损耗与容量稳定性要求相对宽松的电路。

7 可靠性保障体系

7.1 全流程工艺与 100% 高压电检
       1.采用全自动流膜、叠层与密层共烧工艺，减少内部气孔，增强电极与陶瓷结合；
       2.100% 高压电检，逐只考核耐压与绝缘，剔除早期失效品；
       3.全流程工艺控制，保证容量、DF 与耐压的批次一致性，减少装配后校准；
       4.出厂检验含外观、尺寸、容量、损耗、耐压、绝缘电阻等项目。

7.2 执行标准与认证
       绝缘电阻按 MIL-STD-202 Method 302 执行，介电强度按 MIL-STD-202 Method 301 执行；产品通过 GJB 国军标质量管理体系认证，符合 RoHS 指令，无铅、无卤、绿色环保。可按用户要求提供高温寿命、温度循环、耐焊接热、振动等可靠性试验数据及 DPA 分析报告。

8 定制化与国产化替代

       1.标准规格覆盖 1812~7565 尺寸、1~15 kV 电压；大尺寸定制 9878（最高 30 KV/4 nF）、13798（最高 20 KV/3 nF）；
       2.支持特殊容量、电压、尺寸、介质及端电极定制，提供 SMD、DIL 插装、带状引线等多种封装；
       3.产品对标进口品牌型号，可提供替代选型建议，国产交付周期短、响应快、供应链稳定；
       4.包装≥10 只/箱，箱规与包装形式可定制，满足小批量试制与批量供货需求。

9 结语

       HVY 系列高压引脚多层瓷介电容器以多层共烧结构、钯银内电极、NPO/X7R 双介质平台与径向引脚应力释放设计为核心，在 1 KV~20 KV 宽电压范围内实现了小型化、高可靠与批次一致性，有效解决了传统单层高压圆片电容体积大、介质单一、电压覆盖不全与热应力开裂等痛点。成都容瓷电子科技有限公司依托 GJB 质量体系与 100% 高压电检，为工业控制、精密仪器、新能源车、医疗与商用设备提供可靠的高压电容国产化解决方案，并可对标进口品牌提供定制化替代选型。