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發(fā)表日期 : 2021-06-04    瀏覽次數(shù) : 596

MLCC(片狀多層陶瓷電容)現(xiàn)在已經(jīng)成為了電子電路最常用的元件之一。MLCC表面看來,非常簡單,可是,很多情況下,設(shè)計(jì)工程師對MLCC的認(rèn)識(shí)卻有不足的地方。以下談?wù)凪LCC選擇上的一些問題和注意事項(xiàng)。

由于電容算是“簡單”的器件,所以有的設(shè)計(jì)工程師由于不夠重視,從而對MLCC的獨(dú)有特性不了解。在理想化的情況下,電容選型時(shí),主要考慮容量及耐壓兩個(gè)參數(shù)就夠了。但是對于MLCC,僅僅考慮這兩個(gè)參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。


使用MLCC,不能不了解MLCC的不同材質(zhì)和這些材質(zhì)對應(yīng)的性能。MLCC的材質(zhì)有很多種,每種材質(zhì)都有自身的獨(dú)特性能特點(diǎn)。不了解這 些,所選用的電容就很有可能滿足不了電路要求。舉例來說,MLCC常見的有C0G(也稱NP0)材質(zhì),X7R材質(zhì),Y5V材質(zhì)。C0G的工作溫度范圍和溫度系數(shù)最好,在-55°C至+125°C的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)溫度系數(shù)為0 ±30ppm/°C。X7R次之,在-55°C至+125°C的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)容量變化為±15%。Y5V的工作溫度僅為-30°C至+85°C,在這個(gè)工作溫度范圍內(nèi)時(shí)其容量變化可達(dá)-22%至+82%。當(dāng)然,C0G、X7R、Y5V的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的,要求更高時(shí)必須選擇COG的。一般情況下,MLCC廠家都設(shè)計(jì)成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量最大,但是隨著溫度上升或下降,其容量都會(huì)下 降。

僅僅了解上面知識(shí)的還不夠。由于C0G、X7R、Y5V的介質(zhì)的介電常數(shù)是依次減少的,所以,同樣的尺寸和耐壓下,能夠做出來的最大容量也是依次減少的。有的沒經(jīng)驗(yàn)的工程師,以為想要什么容量都有,選型時(shí)就會(huì)犯錯(cuò)誤,選了不存在的規(guī)格。比如想用0603/C0G/25V/3300pF的電容,但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF。其實(shí)只要仔細(xì)看了廠家的選型手冊,就不會(huì)犯這樣的錯(cuò)誤。另外,對于入門不久的設(shè)計(jì)工程師,對元件規(guī)格的數(shù)序(E12、E24等)沒概念,會(huì)給出0.5uF之類的不存在的規(guī)格出來。即使是有經(jīng)驗(yàn)的工程師,對于規(guī)格的壓縮也沒概念。比如說,在濾波電路上,原來有人用到了3.3uF的電容,他的電路也能用3.3uF的電容,但他有可能偏偏選了一個(gè)沒人用過的4.7uF或2.2uF的電容規(guī)格。不看廠家選型手冊選型的人,還會(huì)犯下面這種錯(cuò)誤,比如選了一個(gè)0603/X7R/470pF/16V的電容,而事實(shí)上一般廠家0603/X7R/470pF的電容只生產(chǎn)50V及其以上的電壓而不生產(chǎn)16V之類的電壓了。

另外,設(shè)計(jì)工程師除了要了解MLCC的溫度性能外,還應(yīng)該了解更多的性能。比如Y5V介質(zhì)的電容,雖然容量很大,但是,這種鐵電陶瓷有一個(gè)缺點(diǎn),在就是其靜態(tài)容量隨其直流偏置工作電壓的增大而減少,最大甚至?xí)陆?0%。比如一個(gè)Y5V/50V/10uF的電容,在50V的直流電壓下,其容量可能只有3uF!當(dāng)然,不同的廠家的特性有差異,有的下降可能沒這么嚴(yán)重。如果你一定要用Y5V的電容,除了要知道其容量隨溫度的變化曲線圖外,還必須向廠家索取其容量隨直流偏置電壓變化的曲線圖(甚至是要容量溫度直流偏置綜合圖)。使用Y5V電容要有足夠的電壓降額。X7R的容量隨其直流偏置工作電壓的增大也減少,不過沒有Y5V的那么明顯。同時(shí),MLCC尺寸越小,這種效應(yīng)就越明顯。

不同的材質(zhì)的頻率特性也不同。設(shè)計(jì)工程師必須了解不同材質(zhì)的不同頻率特性。比如C0G(又稱高頻熱補(bǔ)償型介質(zhì))的高頻特性好,X7R的次之,Y5V的差。在做平滑(電源濾波)用途時(shí),要求容量盡量大,所以可用Y5V電容,也就是說,Y5V電容可以取代電解電容。在做旁路用途時(shí),比如IC的VCC引腳旁的旁路電容,至少要選用X7R電容。而振蕩電路則必須用C0G電容。由于Y5V的性能較差,我一般都是不推薦使用的,要求設(shè)計(jì)工程師盡量考慮用X7R電容(或X5R電容)。如果對容量體積比要求高的場合,則考慮用鉭電容而盡量避免用Y5V電容。當(dāng)然,如果你們公司要求不高,還是可以考慮Y5V電容,但是要特別小心。


一般說MLCC的ESL(等效串聯(lián)電感)、ESR(等效串聯(lián)電阻)小,是相對于電解電容(包括鉭電解電容)而言的。事實(shí)上,高頻時(shí),MLCC的 ESL、ESR不可以忽略。一般C0G電容的諧振點(diǎn)能達(dá)上百M(fèi)Hz,一般X7R電容的諧振點(diǎn)能達(dá)幾十MHz,而Y5V電容的諧振點(diǎn)僅僅是數(shù)MHz甚至不到1MHz。諧振點(diǎn)意味著,超過了這個(gè)頻率,電容已經(jīng)不是電容特性了,而是電感特性了。如果想使MLCC用于更高頻率,比如微波,那么,就必須用專門的微波材料和工藝制造的MLCC。微波電容要求ESL、ESR必須更小。

MLCC一直在小型化的方向進(jìn)展?,F(xiàn)在0402的封裝已經(jīng)是主流產(chǎn)品。但是小型化可能帶來其它的一些危害。事實(shí)上,不是所有的電子產(chǎn)品都是那么在意和歡迎小型化MLCC的。在意小型化的電子產(chǎn)品,比如手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等等,這些產(chǎn)品成為MLCC小型化的主要推動(dòng)力。對于MLCC廠家來說,小型化MLCC占有主要的出貨量。但是從整個(gè)電子業(yè)界來說,還有很多電子設(shè)備,對小型化不是那么在乎,性能和可靠性才是關(guān)鍵考慮因素,MLCC小型化帶來了可靠性的隱患。比如通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工控設(shè)備、電源等。這些電子設(shè)備空間夠大,對MLCC小型化不是很感興趣;而且,這些電子設(shè)備不像個(gè)人消費(fèi)品那樣追趕時(shí)髦且更新?lián)Q代快,而是更在乎長久使用的可靠性,所以對于元件的余量要求更高(為了保證可靠性,余量要大,所以尺寸更大的MLCC才滿足要求。另外,更大的尺寸使得MLCC廠家在提高電容的可靠性上更有發(fā)揮的空間)。這點(diǎn)恰好與MLCC廠家追求小型化的方向不一致。這是個(gè)矛盾。這些高可靠性要求的電子設(shè)備的特點(diǎn)是量不是很大,但是價(jià)格昂貴(個(gè)別種類電源除外),可靠性要求也高。如果是知名的電子設(shè)備廠,日子會(huì)好過一點(diǎn),因?yàn)镸LCC廠會(huì)為他們保存一些大尺寸的規(guī)格的MLCC生產(chǎn)。如果不是知名的電子設(shè)備廠,也不用那么悲觀,畢竟,還有少數(shù)MLCC廠定位不同,依然會(huì)繼續(xù)生產(chǎn)大尺寸的電容。所以,作為這種電子設(shè)備的廠家,要善于尋找定位于高性能高可靠的較大尺寸的MLCC廠家。但是有一個(gè)注意事項(xiàng)是,所選用的規(guī)格不可以是獨(dú)家才有的規(guī)格,至少是有兩家滿足自己公司要求的MLCC廠家在生產(chǎn)這種規(guī)格。另外,對于小型化不影響性能和可靠性要求時(shí),還是優(yōu)先考慮小型化的MLCC.


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