DOC《MLCC（片状多层陶瓷电容）现在已经成为了电子电路最常用...》

MLCC(片状多层陶瓷电容)现在已经成为了电子电路最常用的元件之一.

MLCC表面看来,非常简单,可是,很多情况下,设计工程师或生产、工艺人员对MLCC的认识却有不足的地方.以下谈谈MLCC选择及应用上的一些问题和注意事项. MLCC虽然是比较简单的,但是,也是失效率相对较高的一种器件.失效率高,一方面是MLCC结构固有的可靠性问题,另外还有选型问题以及应用问题. 由于电容算是 简单 的器件,所以有的设计工程师由于不够重视,从而对MLCC的独 ????? MLCC(片状多层陶瓷电容)现在已经成为了电子电路最常用的元件之一.MLCC表面看来,非常简单,可是,很多情况下,设计工程师或生产、工艺人员对MLCC的认识却有不足的地方.以下谈谈MLCC选择及应用上的一些问题和注意事项.??? ????? MLCC虽然是比较简单的,但是,也是失效率相对较高的一种器件.失效率高,一方面是MLCC结构固有的可靠性问题,另外还有选型问题以及应用问题. ??? ????? 由于电容算是 简单 的器件,所以有的设计工程师由于不够重视,从而对MLCC的独有特性不了解.在理想化的情况下,电容选型时,主要考虑容量及耐压两个参数就够了.但是对于MLCC,仅仅考虑这两个参数是远远不够的. ??? ????? 使用MLCC,不能不了解MLCC的不同材质和这些材质对应的性能.MLCC的材质有很多种,每种材质都有自身的独特性能特点.不了解这些,所选用的电容就很有可能满足不了电路要求.举例来说,MLCC常见的有C0G(也称NP0)材质,X7R材质,Y5V材质.C0G的工作温度范围和温度系数最好,在-55°C至+125°C的工作温度范围内时温度系数为0 ±30ppm/°C.X7R次之,在-55°C至+125°C的工作温度范围内时容量变化为±15%.Y5V的工作温度仅为-30°C至+85°C,在这个工作温度范围内时其容量变化可达-22%至+82%.当然,C0G、X7R、Y5V的成本也是依次减低的.在选型时,如果对工作温度和温度系数要求很低,可以考虑用Y5V的,但是一般情况下要用X7R的,要求更高时必须选择COG的.一般情况下,MLCC厂家都设计成使X7R、Y5V材质的电容在常温附近的容量最大,但是随着温度上升或下降,其容量都会下降. ??? ????? 仅仅了解上面知识的还不够.由于C0G、X7R、Y5V的介质的介电常数是依次减少的,所以,同样的尺寸和耐压下,能够做出来的最大容量也是依次减少的.有的没经验的工程师,以为想要什么容量都有,选型时就会犯错误,选了不存在的规格.比如想用0603/C0G/25V/3300pF的电容,但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF.其实只要仔细看了厂家的选型手册,就不会犯这样的错误.另外,对于入门不久的设计工程师,对元件规格的数序(E

12、E24等)没概念,会给出0.5uF之类的不存在的规格出来.即使是有经验的工程师,对于规格的压缩也没概念.比如说,在滤波电路上,原来有人用到了3.3uF的电容,他的电路也能用3.3uF的电容,但他有可能偏偏选了一个没人用过的4.7uF或2.2uF的电容规格.不看厂家选型手册选型的人,还会犯下面这种错误,比如选了一个0603/X7R/470pF/16V的电容,而事实上一般厂家0603/X7R/470pF的电容只生产50V及其以上的电压而不生产16V之类的电压了. ??? ????? 另外注意片状电容的封装有两种表示方法,一种是英制表示法,一种是公制表示法.美国的厂家用英制的,日本厂家基本上都用公制的,而国产的厂家有用英制的也有用公制的.一个公司所用到的电容封装,只能统一用一种制式来表示,不能这个工程师用英制那个工程师用公制.否则会搞混乱.极端的情况下,还会弄错.比如说,英制的有0603的封装,公制的也有0603的封装,但是两者实际上是完全不同的尺寸的.英制的0603封装对应公制的是1608,而公制的0603封装对应英制的却是0201!其实英制封装的数字大约乘以2.5(前2位后2位分开乘)就成为了公制封装规格.现在流行的是用英制的封装表达法.比如我们常说的0402封装就是英制的表达法,其对应的公制封装为1005(1.0*0.5mm). ??? ????? 另外,设计工程师除了要了解MLCC的温度性能外,还应该了解更多的性能.比如Y5V介质的电容,虽然容量很大,但是,这种铁电陶瓷有一个缺点,在就是其静态容量随其直流偏置工作电压的增大而减少,最大甚至会下降70%.比如一个Y5V/50V/10uF的电容,在50V的直流电压下,其容量可能只有3uF!当然,不同的厂家的特性有差异,有的下降可能没这么严重.如果你一定要用Y5V的电容,除了要知道其容量随温度的变化曲线图外,还必须向厂家索取其容量随直流偏置电压变化的曲线图(甚至是要容量温度直流偏置综合图).使用Y5V电容要有足够的电压降额.X7R的容量随其直流偏置工作电压的增大也减少,不过没有Y5V的那么明显.同时,MLCC尺寸越小,这种效应就越明显.? ??? ????? 不同的材质的频率特性也不同.设计师必须了解不同材质的不同频率特性.比如C0G(又称高频热补偿型介质)的高频特性好,X7R的次之,Y5V的差.在做平滑(电源滤波)用途时,要求容量尽量大,所以可用Y5V电容,也就是说,Y5V电容可以取代电解电容.在做旁路用途时,比如IC的VCC引脚旁的旁路电容,至少要选用X7R电容.而振荡电路则必须用C0G电容.由于Y5V的性能较差,我一般都是不推荐使用的,要求设计工程师尽量考虑用X7R电容(或X5R电容).如果对容量体积比要求高的场合,则考虑用钽电容而尽量避免用Y5V电容.当然,如果你们公司要求不高,还是可以考虑Y5V电容,但是要特别小心. ??? ????? 一般说MLCC的ESL(等效串联电感)、ESR(等效串联电阻)小,是相对于电解电容(包括钽电解电容)而言的.事实上,高频时,MLCC的ESL、ESR不可以忽略.一般C0G电容的谐振点能达上百MHz,一般X7R电容的谐振点能达几十MHz,而Y5V电容的谐振点仅仅是数MHz甚至不到1MHz.谐振点意味着,超过了这个频率,电容已经不是电容特性了,而是电感特性了.如果想使MLCC用于更高频率,比如微波,那么,就必须用专门的微波材料和工艺制造的MLCC.微波电容要求ESL、ESR必须更小. ??? ????? MLCC一直在小型化的方向进展.现在0402的封装已经是主流产品.但是小型化可能带来其它的一些危害.事实上,不是所有的电子产品都是那么在意和欢迎小型化MLCC的.在意小型化的电子产品,比如手机、数码产品等等,这些产品成为MLCC小型化的主要推动力.对于MLCC厂家来说,小型化MLCC占有主要的出货量.但是从整个电子业界来说,还有很多电子设备,对小型化不是那么在乎,性能和可靠性才是关键考虑因素,MLCC小型化带来了可靠性的隐患.比如通信设备、医疗设备、工控设备、电源等.这些电子设备空间够大,对MLCC小型化不是很感兴趣;