1 電容分類

大家好，我是硬件花園!

電容是三個最常用的無源元器件(電阻、電感)之一。

電容的種類有很多，可以從原理上分為：無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等，從材料上分主要有：CBB電容(聚乙烯)，滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨石電容(即貼片電容或MLCC)、電解電容、鉭電容等。

電容分類

常見電容的優(yōu)缺點對比。

電容優(yōu)缺點對比

2 MLCC電容結(jié)構(gòu)

MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是片式多層陶瓷電容器的英文縮寫。MLCC是由印好電極(內(nèi)電極)的陶瓷介質(zhì)膜片以錯位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層(外電極)，從而形成一個類似獨石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨石電容器。

2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

MLCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 設(shè)計原理

MLCC的電容容量，可以通過下面的公式進行計算。

C = K×M×N / T

C代表電容容量;K代表介電常數(shù);M代表正對面積;N代表疊層層數(shù);T代表介質(zhì)厚度。

2.3 各組成部分詳解

陶瓷介質(zhì)：電場作用下，極化介電儲能，電場變化時極化率隨之發(fā)生變化，不同介質(zhì)種類由于它的主要極化類型不一樣，其對電場變化的響應(yīng)速度和極化率亦不一樣。

陶瓷介質(zhì)類型

內(nèi)電極：它與陶瓷介質(zhì)交替疊層，提供電極板正對面積;PME-Ag/Pd：主要在X7R和Y5V中高壓MLCC產(chǎn)品系列中，材料成本高。BME-Ni：目前大部分產(chǎn)品均為Ni內(nèi)電極，材料成本低，但需要還原氣氛燒結(jié)。 端電極 基層：銅金屬電極或銀金屬電極，與內(nèi)電極相連接，引出容量。 阻擋層：鎳鍍層，熱阻擋作用，可焊的鎳阻擋層能避免焊接時Sn層熔落。 焊接層：Sn鍍層，提供焊接金屬層。

視頻第8秒開始出現(xiàn)，MLCC電容實物切開后的模樣

3 MLCC制造

3.1 選材

瓷粉：它是產(chǎn)品質(zhì)量水平高低的決定性因素，采用技術(shù)不成熟的瓷粉材料會存在重大的質(zhì)量事故隱患。 進口材料：北美中溫?zé)Y(jié)瓷粉、日本高溫?zé)Y(jié)瓷粉均較成熟。國產(chǎn)材料：I 類低K值瓷粉較成熟。 內(nèi)漿：它是產(chǎn)品質(zhì)量水平關(guān)鍵因素，基本要求是與瓷粉材料的匹配性好，若采用與瓷粉材料匹配性不良的內(nèi)漿制作MLCC，其可靠性會大大下降。 端漿：它是產(chǎn)品性能高低的重要因素，如端漿選用不當(dāng)，則所制作的端電極電氣及機械性能低。

3.2 工藝流程

MLCC工藝流程圖

4 MLCC分類、應(yīng)用及性能

4.1 MLCC分類

按照溫度特性、材質(zhì)、生產(chǎn)工藝。MLCC可以分成如下幾種：NP0、C0G、Y5V、Z5U、X7R、X5R等。 NP0、C0G溫度特性平穩(wěn)、容值小、價格高;Y5V、Z5U溫度特性大、容值大、價格低;X7R、X5R則介于以上兩種之間。 4.2不同材質(zhì)有不同的應(yīng)用領(lǐng)域 -C0G電容器具有高溫度補償特性，適合作為旁路電容和耦合電容 -X7R電容器是溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器，適合要求不高的工業(yè)應(yīng)用 -Z5U電容器特點是小尺寸和低成本，尤其適合應(yīng)用于去耦電路 -Y5V電容器溫度特性最差，但容量大，可取代低容鋁電解電容

4.3 幾個值得注意的參數(shù)

選用MLCC電容時，不單單是關(guān)注電容容量和耐壓，還需要考量溫度容量特性TCC、Q值、DF損耗值、ESR等效串聯(lián)電阻、ESL等效串聯(lián)電感。另外還要注意BV直流擊穿電壓，絕緣電阻IR。 在實際電路中選用MLCC電容后，還要格外注意高壓壽命測試(擊穿失效)、抗彎曲測試(壓電效應(yīng))、耐焊接熱測試。

5 溫度-容量特性

由于MLCC選材以及配方的不同，K值都會出現(xiàn)不同的特性。具體而言，通過調(diào)整配方將居里點尖峰移至室溫附近的高K介質(zhì)在25℃時展現(xiàn)出極高的介電常數(shù)，但同時，不管是升溫還是降溫，K值都會出現(xiàn)非常大的變化。而低K介質(zhì)，其配方系統(tǒng)使得居里尖峰被壓低和寬化，因此能如人們所希望的那樣表現(xiàn)出更佳的穩(wěn)定性。

Ⅰ類瓷的溫度系數(shù)(T.C.)用 ppm/℃表示，而Ⅱ類瓷用%ΔC。

5.1 測量方法 測量溫度系數(shù)的方法是將片式電容器樣品置于溫度可控的溫度實驗室或“T.C.”實驗室中，精確地讀取不同溫度(通常 為-55℃、25℃、125℃)下的電容量。顯然，精密的夾具和測試儀器就變得非常重要了，特別是測量小電容量時，其 ppm/℃數(shù)值非常小，容量較基準(zhǔn)值的變化往往遠小于1pF。由于存在去老化性，因此在測高K的Ⅱ類介質(zhì)時就必須注意。如果在加熱過程中對去老化的樣品進行測量，其 T.C.結(jié)果肯定是錯誤的;所以T.C.測量必須在對電容器去老化后至少一個小時才能進行。 采用下面的表達式就可以計算出任何給定的溫度范圍內(nèi)Ⅰ類介質(zhì)的溫度系數(shù)，單位為 ppm/℃：

舉例：某一樣品的電容量測量值如下：

Ⅱ類介質(zhì)的溫度系數(shù)是以在室溫基準(zhǔn)值上變化的百分數(shù)來表示的，其變化量較線性介質(zhì)大了好幾個數(shù)量級。 5.2 介質(zhì)分類 Ⅰ類介質(zhì)由于采用非鐵電(順電)配方，以TiO2為主要成分(介電常數(shù)小于150)，因此具有最穩(wěn)定的性能。通過添加少量其他(鐵電體)氧化物，如CaTiO3或SrTiO3，構(gòu)成“擴展型”溫度補償陶瓷則可表現(xiàn)出近似線性的溫度系數(shù)，介電常數(shù)增加至500。 兩種類型的介質(zhì)都適用于電路中對穩(wěn)定性要求很高的電容器，即介電常數(shù)無老化或老化可忽略不計，低損耗(DF<0.001，或?qū)τ跀U展型T.C.介質(zhì)DF<0.002)，容量或介質(zhì)損耗隨電壓或頻率的變化為零或可忽略不計以及線性溫度特性不超出規(guī)定的公差。 用“字母—數(shù)字—字母”這種代碼形式來表示Ⅰ類陶瓷溫度系數(shù)的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并被美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)標(biāo)準(zhǔn)198所采用。

片式電容器中最常用的Ⅰ類介質(zhì)是C0G，溫度系數(shù)為0ppm/℃±30ppm/℃，也就是MIL標(biāo)準(zhǔn)中的NP0(負—正—零)，其具有很平的溫度系數(shù)。實際測量的溫度系數(shù)并非符合完美的線性關(guān)系，但只要其數(shù)值不超出EIA代碼最后一個字母所規(guī)定的公差范圍就可以接受。 舉例：

Ⅱ類介質(zhì)由鐵電體所組成。這類介質(zhì)的介電常數(shù)比Ⅰ類介質(zhì)高得多，但其性能隨溫度、電壓、頻率和時間變化的穩(wěn)定性較差。由于鐵電陶瓷性能的多樣化，有必要根據(jù)溫度特性將此類介質(zhì)分為兩個亞類。 “穩(wěn)定的中K”Ⅱ類瓷，以25℃為基準(zhǔn)，在-55℃到125℃的范圍內(nèi)最大溫度系數(shù)為±15%。此種介質(zhì)的介電常數(shù)在600到4000之間，與EIA中X7R的性質(zhì)相符。 “高K”Ⅱ類瓷，溫度系數(shù)超出X7R的水平。這種高K介質(zhì)的介電常數(shù)高達4000~18000，但溫度系數(shù)曲線非常陡峭，原因在于居里點移動到室溫附近，出現(xiàn)了最大的介電常數(shù)。

用于片式電容器制造的最普遍的中K材料為X7R(-55℃到125℃內(nèi)ΔC最大值±15%)。而對于高K類材料，Z5U(+10℃到+85℃內(nèi)ΔC最大值+22%~-56%)和Y5V(-30℃到+85℃內(nèi)ΔC最大值+22%~-82%)最為常用。

審核編輯：湯梓紅