MLCC電容的選型要素-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯MLCC電容的選型要素-基礎(chǔ)電子購買商品的一般決策邏輯是：能不能用，好不好用，耐不耐用，價(jià)格。其實(shí)這個邏輯也可以套用到MLCC的選型過程中：首先MLCC參數(shù)要滿足電路要求，其次就是參數(shù)與介質(zhì)是否能讓系統(tǒng)工作在狀態(tài)；再次，來料MLCC是否存在不良品，可靠性如何；，價(jià)格是否有優(yōu)勢，供應(yīng)商配合是否及時(shí)。許多設(shè)計(jì)工程師不重視無源元件，以為僅靠理論計(jì)算出參數(shù)就行，其實(shí)，MLCC的選型是個復(fù)雜的過程，并不是簡單的滿足參數(shù)就可以的。

選型要素

-參數(shù)：電容值、容差、耐壓、使用溫度、尺寸

-材質(zhì)

-直流偏置效應(yīng)

-失效

-價(jià)格與供貨

不同介質(zhì)性能決定了MLCC不同的應(yīng)用

-C0G電容器具有高溫度補(bǔ)償特性，適合作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(diǎn)是小尺寸和低成本，尤其適合應(yīng)用于去耦電路

-Y5V電容器溫度特性差，但容量大，可取代低容鋁電解電容

MLCC常用的有C0G（NP0）、X7R、Z5U、Y5V等不同的介質(zhì)規(guī)格，不同的規(guī)格有不同的特點(diǎn)和用途。C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要區(qū)別是它們的填充介質(zhì)不同。在相同的體積下由于填充介質(zhì)不同所組成的電容器的容量就不同，隨之帶來的電容器的介質(zhì)損耗、容量穩(wěn)定性等也就不同，所以在使用電容器時(shí)應(yīng)根據(jù)電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器。

C0G（NP0）電容器

C0G是一種常用的具有溫度補(bǔ)償特性的MLCC。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。C0G電容量和介質(zhì)損耗穩(wěn)定，使用溫度范圍也寬，在溫度從-55℃到+125℃時(shí)容量變化為0±30ppm/℃，電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC。C0G電容的漂移或滯后小于±0.05%，相對大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計(jì)的。其典型的容量相對使用壽命的變化小于±0.1%。

C0G電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。C0G電容器適合用于振蕩器、諧振器的旁路電容，以及高頻電路中的耦合電容。

X7R電容器

X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器。X7R電容器溫度特性次于C0G，當(dāng)溫度在-55℃到+125℃時(shí)其容量變化為15%，需要注意的是此時(shí)電容器容量變化是非線性的。

X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下也是不同的，它隨時(shí)間的變化而變化，大約每10年變化1%ΔC，表現(xiàn)為10年變化了約5%。

X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用，并且電壓變化時(shí)其容量變化在可以接受的范圍內(nèi)，X7R的主要特點(diǎn)是在相同的體積下電容量可以做的比較大。

Z5U電容器

Z5U電容器稱為“通用”陶瓷單片電容器。這里要注意的是Z5U使用溫度范圍在+10℃到+85℃之間，容量變化為+22%到-56%，介質(zhì)損耗為4%。Z5U電容器主要特點(diǎn)是它的小尺寸和低成本。對于上述兩種MLCC來說在相同的體積下，Z5U電容器有的電容量，但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率也是，可達(dá)每10年下降5%。

盡管它的容量不穩(wěn)定，由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應(yīng)等特點(diǎn)，使其具有廣泛的應(yīng)用范圍，尤其是在去耦電路中的應(yīng)用。

Y5V電容器

Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器，Y5V介質(zhì)損耗為5%。Y5V材質(zhì)的電容，溫度穩(wěn)定性不好，溫度變化會造成容值大幅變化，設(shè)計(jì)時(shí)候一定要考慮到，（重要?。。。。┰?30℃到85℃范圍內(nèi)其容量變化可達(dá)+22%到-82%，Y5V會逐漸被溫度特性好的X7R、X5R所取代。

設(shè)計(jì)比較緊湊，散熱不好，對性能要求要可靠的產(chǎn)品，能選用X5（7）R的，不選用Y5V的。

各種不同材質(zhì)的比較

從C0G到Y(jié)5V，溫度特性、可靠性依次遞減，成本也依次減低

C0G、X7R、Z5U、Y5V的溫度特性、可靠性依次遞減，成本也是依次減低的。在選型時(shí)，如果對工作溫度和溫度系數(shù)要求很低，可以考慮用Y5V的，但是一般情況下要用X7R，要求更高時(shí)必須選擇C0G的。一般情況下，MLCC都設(shè)計(jì)成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量，容量相對溫度的變化軌跡是開口向下的拋物線，隨著溫度上升或下降，其容量都會下降。

并且C0G、X7R、Z5U、Y5V介質(zhì)的介電常數(shù)也是依次減少的，所以，同樣的尺寸和耐壓下，能夠做出來的容量也是依次減少的。實(shí)際應(yīng)用中很多公司的開發(fā)設(shè)計(jì)工程師按理論計(jì)算，而不了解MLCC廠家的實(shí)際生產(chǎn)狀況，常常列出一些很少生產(chǎn)甚至不存在的規(guī)格，這樣不但造成采購成本上升而且影響交期。比如想用0603/C0G/25V/3300pF的電容，但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF。

MLCC替代電解電容

-Z5U、Y5V、MLCC可取代低容量鋁、鉭電解電容器

-取代電解電容要注意MLCC溫度特性是否合適

-英制與公制不能混用

與鋁電解電容，鉭電容相比，MLCC具有無極、ESR特性值小、高頻特性好等優(yōu)勢，而且MLCC正在朝小體積、大容量化發(fā)展，如Y5V可以做到較高的容量，通常1206表面貼裝Z5U、Y5V介質(zhì)電容器量甚至可以達(dá)到100μF，在某種意義上是取代低容量鋁、鉭電解電容器的有力競爭對手，但是也要注意這些電容的尺寸比較大，容易產(chǎn)生裂紋。另外，Y5V的MLCC溫度只有85度，取代電解電容時(shí)要注意溫度是否合適。

MLCC的尺寸是用一組數(shù)字來表示，例如0402、0603。表示方法有兩種，一種是英制表示法，一種是公制表示法。美國的廠家用英制，日本廠家基本上都用公制的，而國內(nèi)廠家有用英制表示的也有用公制表示的，所以要特別注意規(guī)格表中標(biāo)號對照尺寸的單位是英寸還是毫米。

國內(nèi)工程師一般習(xí)慣使用英制表示，但是也要注意工程師與采購之間要統(tǒng)一認(rèn)識，要用公制都用公制，用英制都用英制，避免發(fā)生誤會，例如說到0603，英制和公制表示里都有0603，但實(shí)際尺寸差別很大。

MLCC的直流偏置效應(yīng)（重要?。。。?/p>

-直流偏置效應(yīng)會引起電容值改變

-小尺寸電容取代大尺寸電容不簡單

-記住向供應(yīng)商索要系統(tǒng)常用電壓的綜合曲線

在選擇MLCC時(shí)還必須考慮到它的直流偏置效應(yīng)。電容選擇不正確可能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。直流偏置效應(yīng)通常出現(xiàn)在鐵電電介質(zhì)(2類)電容中，如X5R、X7R、及Y5V類電容。

設(shè)計(jì)人員在考慮無源器件時(shí)，他們會想到考量電容的容差，這在理論上是對的，陶瓷電容的容差是在1kHz頻率、1Vrms或0.5Vrms電壓下規(guī)定/測試的，但實(shí)際應(yīng)用的條件差異非常大。在較低的rms電壓下，電容額定值要小得多。在某一特定頻率下，在一個陶瓷電容上加直流偏置電壓會改變這些元件的特性，故有“有源的無源器件(activepassives)”之稱。例如，一個10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏置1.8V時(shí)測量值可能只有4μF。

陶瓷電容的基本計(jì)算公式如下：C=K×[(S×n)/t]

這里，C=電容量，K=介電常數(shù)，n=介電層層數(shù)，S=電極面積，t=介電層厚度

影響直流偏置的因子有介電常數(shù)、介電層厚度、額定電壓的比例因子，以及材料的晶粒度。

電容上的電場使內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“極化”，引起K常數(shù)的暫時(shí)改變，不幸的是，是變小。電容的外殼尺寸越小，由直流偏置引起的電容量降量百分比就越大。若外殼尺寸一定，則直流偏置電壓越大，電容量降量百分比也越大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員為節(jié)省空間用0603電容代替0805電容時(shí)，必須相當(dāng)謹(jǐn)慎。

因此，請記住應(yīng)該向廠商索取在應(yīng)用的預(yù)定直流偏置電壓下的電容值曲線。電容器生產(chǎn)商往往喜歡出示單獨(dú)的曲線，如電容量隨溫度的變化曲線，另一條是電容量隨直流偏置的變化曲線。不過，他們不會同時(shí)給出兩條，但實(shí)際應(yīng)用恰恰需要兩條。應(yīng)該記住向生產(chǎn)廠商索要系統(tǒng)常用電壓的綜合曲線。

檢測時(shí)容量不正常

-MLCC的長時(shí)間放置會導(dǎo)致特性值的降低

-檢測方法不當(dāng)也會引起容量偏差

對于剛?cè)胄械牟少徎蛘哌x型工程師來說，可能會經(jīng)常遇到檢測時(shí)容量偏差的問題，要么是不良品，要么是因?yàn)镸LCC的長時(shí)間放置導(dǎo)致特性值的降低，可以使用加熱的方法恢復(fù)特性值。搬運(yùn)與儲存時(shí)要注意防潮，

Y5V與X7RClassⅡ類電容器電介質(zhì)則以鈦酸鋇為主要材料，鈦酸鋇對溫度變化較敏感。在相應(yīng)的工作溫度范圍內(nèi)隨溫度不同會有較大的容值變化，特別是Y5V的。

并且會隨時(shí)間變化，產(chǎn)品存放時(shí)間太長，容量變化較大。

這種老化是一種可逆的現(xiàn)象，當(dāng)對老化的材料施加高于材料居里溫度的高溫，當(dāng)環(huán)境溫度回到常溫后,材料的分子結(jié)構(gòu)將會回到原始的狀態(tài)。材料將由此開始老化的又一個循環(huán)。

建議IQC以如下方式驗(yàn)證：將測試容量偏低的產(chǎn)品浸至錫爐或過Reflow(不需印錫膏)，再行測試，容值將恢復(fù)到正常規(guī)格之內(nèi)。客戶不需要在上線前,事先進(jìn)行De-aging動作,只需要將組件置于板上正常生產(chǎn)作業(yè),產(chǎn)品經(jīng)過回流焊或波峰焊后,即可恢復(fù)正常容值。

因?yàn)槔匣F(xiàn)象發(fā)生在任何一家使用鈦酸鋇(鐵電性材料)為原材料的廠商所生產(chǎn)的ClassⅡ類陶瓷電容器中。它是正?，F(xiàn)象。

考慮到MLCC材料之老化現(xiàn)象,客戶于一開始設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)事先將此材料之老化率考慮進(jìn)去。

MLCC測試容量時(shí)，檢測方法要正確，容量會因檢測設(shè)備的不同而有偏差。

MLCC的失效問題

-MLCC在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)空洞、裂紋、分層

-組裝過程中會引起哪些失效？

-哪些過程會引起失效？

-有的裂紋很難檢測出來

MLCC內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可以長時(shí)間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程中引入缺陷，則會對其可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，MLCC在生產(chǎn)時(shí)可能出現(xiàn)介質(zhì)空洞、燒結(jié)紋裂、分層等缺陷。分層和空洞、裂紋為重要的MLCC內(nèi)在缺陷，這點(diǎn)可以通過篩選的供應(yīng)商，并對其產(chǎn)品進(jìn)行定期抽樣檢測等來保證。

另一種就是組裝時(shí)引入的缺陷，缺陷主要來自機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。MLCC的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。所以PCB板的彎曲也容易引起MLCC開裂。由于MLCC是長方體，焊端在短邊，PCB發(fā)生形變時(shí)，長邊承受應(yīng)力大于短邊，容易發(fā)生裂紋。所以，

-排板時(shí)要考慮PCB板的變形方向與MLCC的安裝方向；

-在PCB可能產(chǎn)生較大形變的地方都盡量不要放置電容，比如PCB定位鉚接、單板測試時(shí)測試點(diǎn)機(jī)械接觸等位置都容易產(chǎn)生形變；

-厚的PCB板彎曲小于薄的PCB板，所以使用薄PCB板時(shí)更要注意形變問題。

常見應(yīng)力源有：工藝過程中電路板操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；通孔元器件的插入；電路測試、單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿45℃角向器件內(nèi)部擴(kuò)展。該類缺陷也是實(shí)際發(fā)生多的一種類型缺陷。

同樣材質(zhì)、尺寸和耐壓下的MLCC，容量越高，介質(zhì)層數(shù)就越多，每層也越薄，并且相同材質(zhì)、容量和耐壓時(shí)，尺寸小的電容每層介質(zhì)更薄，越容易斷裂。裂紋的危害是漏電，嚴(yán)重時(shí)引起內(nèi)部層間錯位短路等安全問題。裂紋通?？梢允褂肐CT設(shè)備完成檢測，有的裂紋比較隱蔽，無法保證100%的檢測效果。

溫度沖擊