MLCC性能分析-易容

易容MLCC講解2014.12.10制作：趙志剛深圳市易容信息技術(shù)有限公司專注陶瓷電容商務(wù)平臺單點(diǎn)突破簡單深圳市易容信息技術(shù)有限公司多層陶瓷電容（MLCC）是由平行的陶瓷材料和電極材料層疊而成。MLCC貼片電容的結(jié)構(gòu)深圳市易容信息技術(shù)有限公司容量變大，體積厚度變薄MLCC的特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司一般會以為介電體越厚，存儲的電荷越多，而事實(shí)卻恰恰相反。這是因?yàn)殡姾纱鎯τ?個電極中，并非存儲于介電體中。

電容阻斷直流電，僅可通交流電陶瓷電容的溫度特性多層陶瓷電容器具有良好的高頻特性。與其他電容器相比，由于其具備能夠減小電阻（ESR※1）及殘余電感（ESL※2）的構(gòu)造，因此在高頻條件下也能保證電容器的工作。圖3、圖4所示為等效電路與電感的特性。由于鋁電解電容器及鉭電解電容器的ESR較高，因此阻抗也就較高。但陶瓷電容器卻是頻率越高則阻抗越低，這對于去藕來說非常有效，并能夠發(fā)揮高性能的濾波能力。耦合MLCC的用途深圳市易容信息技術(shù)有限公司陶瓷電容器用于耦合功能時，其直流成分將不通過而僅通過其交流成分的這一特性得以充分發(fā)揮，在需要從直流+交流成分中分離出交流成分時使用。

由于電路上的晶體管及IC等有源元件的工作條件各不相同，因此，需要對每個電路進(jìn)行最佳工作條件設(shè)置后再分離出需要的交流信號。

所謂耦合，即在電路間進(jìn)行結(jié)合的意思。如其字面含義，通過耦合電容器可在電路間進(jìn)行結(jié)合使用。

去耦合MLCC的用途深圳市易容信息技術(shù)有限公司電路上的電源線中存在電容及電感成分，由于其產(chǎn)生的影響，一旦電源線的電壓波動較大，則電路的工作將會變得極不穩(wěn)定。極端情況下，電源波動將會在信號線上重疊從而產(chǎn)生錯誤信號。

因此，為了將電源處流入的干擾引至接地部分，且針對IC等元件負(fù)載電流的急劇變化持續(xù)提供穩(wěn)定電流，將使用去耦合電容器。

如圖2所示，即使在干擾重疊的狀態(tài)下，通過去耦合電容器，也可將干擾引至接地部分。

平滑用MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司平滑用電容器用于抑制整流后電源電路上產(chǎn)生的脈沖，平滑信號，以使其更接近于直流。

整流后若插入平滑用電容器，則可在高電壓時在電容器中蓄電，低電壓時放電，從而有效抑制電壓波動。

濾波器MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司通過組合電容器、電阻及電感器，可制作僅通過特定頻率信號的濾波器。

濾波器分為僅取出低頻成分的低旁路濾波器及僅取出高頻成分的高旁路濾波器，可根據(jù)所需頻率分別使用。

容量變大，體積厚度變薄MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司容量變大，體積厚度變薄MLCC的測量深圳市易容信息技術(shù)有限公司立碑MLCC的貼片封裝深圳市易容信息技術(shù)有限公司立碑現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于在焊錫時，作用于元件左右電極的張力不平衡，一側(cè)翹立并旋轉(zhuǎn)而造成的。造成張力不平衡的因素有很多，例如：左右的焊盤尺寸、焊錫厚度、溫度、貼裝偏移等。如何有效制約上述不平衡因素，是實(shí)現(xiàn)完美封裝的關(guān)鍵所在。

立碑：基板設(shè)計MLCC的貼片封裝深圳市易容信息技術(shù)有限公司在基板設(shè)計、封裝工藝("印刷"?"貼裝"?"焊接(例：回流焊錫)")過程中需要注意以下內(nèi)容。

若片狀元件的左右焊盤（印刷電路板上銅箔類零件貼裝的地方）的尺寸（面積/形狀）不一致，焊接時，將會導(dǎo)致元件左右電極產(chǎn)生的表面張力不平衡，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。

按照各元件所推薦的形狀、尺寸標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行左右對稱的設(shè)計，這一點(diǎn)非常重要。立碑：印刷MLCC的貼片封裝深圳市易容信息技術(shù)有限公司印刷電路板上的焊膏印刷工藝中，若左右的焊錫量不一致，焊接時，將會導(dǎo)致元件兩個焊端產(chǎn)生的表面張力不平衡，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。

此外，焊錫較厚時，作用于電極的張力就會變大，此時，盡量減少焊錫量，并使左右焊膏量一致，可以有效的防止立碑現(xiàn)象立碑：貼裝MLCC的貼片封裝深圳市易容信息技術(shù)有限公司一般情況下，使用封裝機(jī)（Mounter）在印刷電路板上貼裝元件時，對于元器件位置有一定偏離的情況，在回流焊過程中，由于熔融焊料表面張力的作用，能夠自動校正偏差。

但偏移嚴(yán)重，拉動反而會使元件豎起，產(chǎn)生立碑現(xiàn)象。隨著電子元器件不斷朝著小型化方向發(fā)展，調(diào)整好元件的貼片精度是非常重要的。立碑：回流焊錫MLCC的貼片封裝深圳市易容信息技術(shù)有限公司加熱導(dǎo)致焊錫融化，回流爐溫度急劇上升的情況下，由于電路板上封裝元件的大小、密度不同，爐內(nèi)溫度不穩(wěn)定使元件兩端存在溫差。電極間的焊膏融化程度的不同，產(chǎn)生了電極的張力差，發(fā)生立碑現(xiàn)象。

如圖5所示，通過設(shè)置合理的預(yù)熱段，使?fàn)t內(nèi)熱容量穩(wěn)定，可以緩和爐內(nèi)溫度偏差。建議按照推薦的回流溫度曲線進(jìn)行設(shè)置。何謂MLCC產(chǎn)品材料老化現(xiàn)象?MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司老化是指EIA

ClassⅡ類電容容值隨時間降低的現(xiàn)象，它在所有以鐵電系材料做介電質(zhì)的材料均有發(fā)生，是一種自然，不可避免的現(xiàn)象。發(fā)生的根因是內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)隨溫度和時間產(chǎn)生變化導(dǎo)致了老化，屬可逆現(xiàn)象。老化速率呈典型對數(shù)曲線如下,也即在10n小時到10n+1小時的時間內(nèi),下降的容值量相等：以鈦酸鋇為電介質(zhì)的電容為何會老化?怎樣老化?MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司隨著時間變化，鈦酸鋇其分子結(jié)構(gòu)將逐漸變?yōu)殡娕紨?shù)組，該數(shù)組式分子結(jié)構(gòu)較雜亂無章的分子結(jié)構(gòu)存儲電荷的能力要差。什么是de-aging?如何實(shí)現(xiàn)de-aging？MLCC的老化特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司老化是一種可逆的現(xiàn)象，當(dāng)對老化的材料加以高于居里溫度的高溫，材料的分子結(jié)構(gòu)將會回到雜亂無章的原始狀態(tài)。材料將由此開始老化的又一個循環(huán)。我們建議進(jìn)行de-aging所使用之條件為155℃/1hour。同時,在諸如SMT-Reflow、Wavesoldering等高溫情況下,即可以將產(chǎn)品回到原始之容值。建議驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)如下：將測試容量偏低的產(chǎn)品浸至錫爐或過Reflow再行測試，容值將恢復(fù)到正常規(guī)格之內(nèi)。

老化現(xiàn)象發(fā)生在任何一家廠商的ClassⅡ類陶瓷電容器。它是普遍現(xiàn)象，只是老化率會因廠商不同而有所差異。

MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司正確使用貼片的話完全不會產(chǎn)生裂紋（裂縫）。但是，由于這種貼片與碗和器皿一樣都是陶瓷燒制成的，如果施加過大的機(jī)械力，就會產(chǎn)生裂紋（裂縫）。扭曲裂紋是指因扭曲而產(chǎn)生的裂紋（裂縫）。扭曲裂紋從貼片外面看很難被發(fā)現(xiàn)。因此，我們把貼片如下圖一樣切開，來觀察截面的圖像我們可以發(fā)現(xiàn)扭曲裂紋的特征是從外部電極的一端向?qū)蔷€方向產(chǎn)生了裂紋MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司扭曲裂紋的產(chǎn)生原理為什么會產(chǎn)生扭曲裂紋呢？這是由于貼片是焊接在電路板上的。對電路板施加過大的機(jī)械力、使得電路板彎曲或老化，從而產(chǎn)生了扭曲裂紋。

將電路板翻轉(zhuǎn)過來，就會看到下列情況。

如圖2所示，電路板上面被拉伸，下面被收縮。由于上面的拉伸，銅焊盤就會向左右移動隨著焊盤的移動，焊錫也會移動或產(chǎn)生變形。焊錫變形后，貼片的外部電極就會移動和變形，拉伸應(yīng)力就會集中在貼片的外部電極的一端。

當(dāng)該拉伸應(yīng)力大于貼片電介質(zhì)的強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)裂紋MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司3.扭曲裂紋產(chǎn)生的影響

扭曲裂紋從下面的外部電極的一端延伸到上面的外部電極的話，容量就會下降，使得電路呈現(xiàn)出開路狀態(tài)（開放）。因此，即使裂紋不是十分嚴(yán)重，如果到達(dá)貼片內(nèi)部電極，焊劑中的有機(jī)酸和濕氣會通過裂紋的縫隙侵入，導(dǎo)致絕緣電阻性能降低。另外，電壓負(fù)荷會變高，電流的流量過大時，最糟糕的情況會導(dǎo)致短路。

一旦出現(xiàn)了扭曲裂紋，是很難從外面將其去除的，因此為了防止裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)控制不要施加過大的機(jī)械力。

4.什么是扭曲量？

為了避免扭曲裂紋的產(chǎn)生，最好不要在生產(chǎn)產(chǎn)品的現(xiàn)場施加過大的機(jī)械力。那么有什么方法可以使得過度施加的機(jī)械力變得可視化？。其中一種有效的方法就是測量扭曲量。下面，先來介紹一下什么是扭曲量。

扭曲是指，在物體上施加負(fù)重時單位長度的變化量。

此時的拉伸比率就是扭曲量。

ε＝ΔL/L

ε：扭曲量；L：施加力之前的長度；ΔL：變形長度

例如，1000mm的棒經(jīng)過左右拉伸后，變成1001mm時，1mm/1000mm＝0.001ST＝1000μST。

MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司5.如何防止扭曲裂紋的產(chǎn)生？

為防止扭曲裂紋的產(chǎn)生，我們需要從電路板設(shè)計和工序管理這兩方面采取對策。首先，介紹一下工序管理方面的對策。先測量一下之前介紹過的扭曲量，然后在工序中進(jìn)行扭曲量的管理。我們來設(shè)置一下標(biāo)準(zhǔn)扭曲量。如果設(shè)置值過小，則需要嚴(yán)格管理。如果設(shè)置值過大，則會產(chǎn)生扭曲裂紋。一般的設(shè)置值是：生產(chǎn)關(guān)乎生命安全產(chǎn)品的客戶多以500μST為標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)普通消費(fèi)產(chǎn)品的客戶多以1000μST為標(biāo)準(zhǔn)。即使是扭曲程度相同的電路板，元器件的應(yīng)力會因使用的電路板類型和厚度的不同而不同，因此，客戶應(yīng)該按照經(jīng)驗(yàn)判斷制定的標(biāo)準(zhǔn)。

下面測量各個工序中的扭曲量。本公司通過過去調(diào)查的項(xiàng)目，總結(jié)出了哪些作業(yè)工序會產(chǎn)生扭曲裂紋。最重要的是管理工序。關(guān)于超過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的工序，可通過改良設(shè)備、改善作業(yè)等來控制扭曲量。MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司接下來，介紹一下設(shè)計方面的主要預(yù)防措施。

1.電路板端、螺絲孔、連接器的距離

（例如，設(shè)置10mm以上等等合理的距離。）

2.配置

（一般來講，分割線最好設(shè)置成平行。像電路板角以及L字型的電路板中彎折的部分等等

容易集中應(yīng)力的地方最好不要配置貼片。）

3.分割線的選擇

（設(shè)置成線比穿孔要好）

4.焊盤的寬度

（C的尺寸最好小于貼片的W（寬度））MLCC的扭曲裂紋深圳市易容信息技術(shù)有限公司.配置設(shè)計模式

（為防止印刷電路板因回流而變形，最好設(shè)計成銅箔模式）

6.采用樹脂外部電極產(chǎn)品

（考慮到扭曲較大的時候，可以采用樹脂外部電極產(chǎn)品。）

以上等等。

長期以來，我司一直致力于國內(nèi)外測量扭曲量以及電路板設(shè)計方面的服務(wù)，積累了許多解決扭曲裂紋相關(guān)的訣竅。

今后，我們將繼續(xù)致力于為客戶排除困擾。MLCC的電壓特性深圳市易容信息技術(shù)有限公司電容器的實(shí)際靜電容量值隨著直流(DC)與交流(AC)電壓而變化的現(xiàn)象叫做電壓特性。

該變化幅度越小，說明電壓特性越好，幅度越大，說明電壓特性越差。以消除電源線紋波等為目的在電子設(shè)備上使用電容器時，必須設(shè)想使用電壓條件進(jìn)行設(shè)計。

MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司

1.直流偏置特性

直流偏置特性是指，對電容器施加直流電壓時實(shí)際靜電容量發(fā)生變化(減少)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是使用了鈦酸鋇系鐵電體的高介電常數(shù)類片狀多層陶瓷電容器特有的現(xiàn)象，導(dǎo)電性高分子的鋁電解電容器(高分子AI)和導(dǎo)電性高分子鉭電解電容器(高分子Ta)、薄膜電容器(Film)、氧化鈦和使用了鋯酸鈣系順電體的溫度補(bǔ)償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC<C0G>)上幾乎不會發(fā)生這種現(xiàn)象(參照圖1)。

下面舉例說明實(shí)際上是如何發(fā)生的。假設(shè)額定電壓為6.3V，靜電容量為100uF的高介電常數(shù)片狀多層陶瓷電容器上施加了1.8V的直流電壓。此時，溫度特性為X5R的產(chǎn)品，靜電容量減少約10%，實(shí)際靜電容量值變成90uF。而Y5V的產(chǎn)品，靜電容量減少約40%，實(shí)際靜電容量變成60uF。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司2.交流電壓特性

交流電壓特性是指，對電容器施加交流電壓時實(shí)際靜電容量發(fā)生變化(增減)的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象與直流偏置現(xiàn)象相同，是使用鈦酸鋇系鐵電體的高介電常數(shù)類片狀多層陶瓷電容器特有的現(xiàn)象，導(dǎo)電性高分子的鋁電解電容器(高分子AI)和導(dǎo)電性高分子鉭電解電容器(高分子Ta)、薄膜電容器(Film)、氧化鈦和使用鋯酸鈣系的順電體的溫度補(bǔ)償用片狀多層陶瓷電容器(MLCC<C0G>)上幾乎不會發(fā)生這種現(xiàn)象(參照圖3)。

假設(shè)對額定電壓為6.3V，靜電容量為22uF的高介電常數(shù)片狀多層陶瓷電容器施加0.2Vrms的交流電壓(頻率：120Hz)。此時，溫度特性為X5R產(chǎn)品的情況，靜電容量減少約10%，實(shí)際靜電容量值變成20uF。而Y5V產(chǎn)品更甚，靜電容量減少約20%，實(shí)際靜電容量變成18uF。MLCC的避免片狀多層陶瓷電容器斷裂的安裝方法深圳市易容信息技術(shù)有限公司將電容器焊接在電路板上之后的工序中，在操作過程中如果電路板發(fā)生彎曲，則會導(dǎo)致電容器斷裂。為避免這種情況發(fā)生，將電容器安裝在電路板彎曲部位的反方向上，會有比較好的效果。

這里，就不易對電路板翹曲或彎曲施加壓力的零件安裝方法做如下介紹。

電路板施壓方向與零件安裝方向

圖1分別是針對電路板施壓方向縱向和橫向裝配零件的例子。面對壓力的方向，將零件進(jìn)行橫向安裝，可減緩來自電路板的壓力。電路板彎曲耐性增高，不易對零件施加壓力。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司電路板裂口附近的電容器安裝

電路板裂口或電路板切口處，是生產(chǎn)工序中最容易導(dǎo)致電路板施壓的環(huán)節(jié)。例如，電路板裂口附近如圖3裝配零件時，如果以B、D＜C＜A的順序裝配則容易受到壓力。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司那么，我們看一下有無缺口時電路板的變形程度。

有無缺口時，電路板彎曲有何不同呢？FEM解析結(jié)果如圖4、圖5所示。

設(shè)想在模型圖中所示位置裝配零件的情況。(電路板1.6mm厚的FR4)

圖4為沒有缺口的情況。電路板的壓力大，在電路板裝配位置會產(chǎn)生紅色～黃色拉伸應(yīng)力，電容器存在發(fā)生開裂的危險。

另一方面，圖5是有缺口的情況，可知裝配零件的位置為綠色，電路板幾乎沒有產(chǎn)生彎曲。施加在零件上的壓力能夠控制在相當(dāng)小的范圍，所以是避免電容器開裂的有效方法。

綜上所述，通過電路板缺口緩解壓力，為此與缺口邊線平行配置零件朝向（圖3中D）最有效。此外，無法改變零件朝向時，為使電路板不易發(fā)生變形，建議設(shè)置缺口為好（圖3中B）。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司去耦用途占到市場份額的7成

如上所述，片狀多層陶瓷電容器被廣泛用于配備在微處理器、DSP、MCU及FPGA等半導(dǎo)體器件的周圍電路，以使這些半導(dǎo)體器件能夠正常工作。配備的個數(shù)（總數(shù)）非常多。比如，筆記本PC約為730個，手機(jī)為230個，數(shù)碼攝像機(jī)及導(dǎo)航儀甚至要使用多達(dá)1000個左右（表1）。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司這些片狀多層陶瓷電容器的作用大致分為兩種。一是為半導(dǎo)體器件提供電力供應(yīng)的支持。一般而言，半導(dǎo)體器件根據(jù)不同的工作狀態(tài)，所需電流會有很大變化。有時會突然需要大量電力。當(dāng)遇到這種負(fù)荷突變的情況時，配備在相對較遠(yuǎn)部位的電源電路（DC-DC轉(zhuǎn)換器等）會無法迅速滿足需求。因此，事先在配備在半導(dǎo)體器件周圍的電容器中先積蓄電力，由電容器來滿足突然出現(xiàn)的供電需求（圖2）。MLCC的深圳市易容信息技術(shù)有限公司

另一個作用是去除導(dǎo)致EMI（Electro-MagneticInterference，