MLCC,即片式多層陶瓷電容器(Multi-layer Ceramic Capacitors),當(dāng)下電容主流產(chǎn)品。數(shù)據(jù)顯示,MLCC約占據(jù)整個電容產(chǎn)值的93%,一年消耗量在萬億顆級別,單部5G手機(jī)采用的MLCC量高達(dá)1000顆。MLCC主要優(yōu)點為體積小、頻率特性好、壽命長。為此,MLCC被廣泛大量應(yīng)用于消費(fèi)電子、精密電子領(lǐng)域。
不同類型的電容對比
MLCC由印好電極的陶瓷介質(zhì)膜片錯位疊合而成,和其他電容一樣,在電路中起到濾波、振蕩、儲能等作用。MLCC表面看來非常簡單,但是如果電路設(shè)計師和電氣工程師對MLCC的認(rèn)識不夠深入,選擇MLCC時就容易出錯。下面,本文將重點討論MLCC選型和要注意的相關(guān)細(xì)節(jié)。
MLCC選型攻略,整理:華秋商城
攻略一:看MLCC的性能參數(shù)
首先,看容量及容量誤差。
選電容第一步要看的就是電容容量。電容容量指的是在給定電位差下的電荷儲藏量,代表了電容容納電荷的本領(lǐng)。MLCC的容量選擇范圍較寬,低至0.1pF,高至幾百uF,都可選。
相比于容量,很多人選型MLCC時更容易忽視容量誤差。容量誤差指的是實際電容量和標(biāo)稱電容量允許的最大偏差范圍。MLCC多用作精密電容,一般允許誤差選用較小的。
電容容量常用的誤差等級
另外,選擇容量時還要考慮DC偏壓特性——MLCC會因施加的電壓不同而導(dǎo)致靜電容量發(fā)生變化。根據(jù)介質(zhì)材料與工藝技術(shù)的不同,MLCC可分為兩種類型:溫度補(bǔ)償型、高介電系數(shù)型。DC偏壓特性多在高介電系數(shù)型MLCC上出現(xiàn),但在溫度補(bǔ)償型MLCC上幾乎不會出現(xiàn)。
如上圖所示,高介電系數(shù)型MLCC會因施加DC而發(fā)生容量降低現(xiàn)象,因此,選擇容量需要考慮DC偏壓特性。
其次,看耐電壓(DWV)。
電容的耐電壓性能指其陶瓷介質(zhì)在工作狀態(tài)中能夠承受的最大電壓,即擊穿電壓,也是MLCC的極限電壓。對于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、容量相同的MLCC,耐壓越高,體積越大。
在理想化的情況下,電容選型時主要考慮容量及耐壓兩個參數(shù)就夠了。但是對于MLCC,僅僅考慮這兩個參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。還必須特別注意到介質(zhì)材料、MLCC尺寸、電路對MLCC的溫度系數(shù)等參數(shù)的需求。
攻略二:看介質(zhì)材料和溫度系數(shù)
使用MLCC,不能不了解MLCC的材質(zhì)及對應(yīng)的性能,不然所選用的電容就很有可能滿足不了電路要求。
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。一般而言,材料的介質(zhì)常數(shù)(K值)越高,電容的穩(wěn)定性、可靠性和耐用性就越差。MLCC最常用的介質(zhì)材料主要是以下三類:NPO或COG、X7R或X5R、Y5V或Z5U。
MLCC不同介質(zhì)材料的特性對比
如上表所示,介質(zhì)材料與MLCC的溫度系數(shù)是息息相關(guān)的。溫度系數(shù)指在一定溫度范圍內(nèi),溫度每變化1℃,電容量的相對變化值。MLCC的溫度系數(shù)越小越好。
以NPO、COG為介質(zhì)的高頻電容器,穩(wěn)定性超高,溫度系數(shù)較小。其溫度特性和電容量都非常穩(wěn)定,幾乎不隨溫度、電壓的改變而改變,主要應(yīng)用于高頻電子線路,如震蕩、計時電路等。其容量精度主要為±5%,在容量低于10pF時,還可選用B級(±0.1pF)、C級(±0.25pF)、D級(±0.5pF)三種精度。但這類MLCC電容價格高、容量小。
以X7R、X5R為介質(zhì)的中頻電容器,穩(wěn)定性一般,溫度系數(shù)中等。其溫度系數(shù)為±15%,電容量相對穩(wěn)定,適用于各種旁路、耦合、濾波電路等,其容量精度主要為K級(±10%)。特殊情況下,可提供J級(±5%)精度的產(chǎn)品。
以Y5V、Z5U為介質(zhì)的低頻電容器,穩(wěn)定性較差,溫度系數(shù)較大。其電容量受溫度、電壓的改變較大,一般只適用于各種濾波電路中。其容量精度主要為Z級(-20%~+80%),也可選擇±20精度的產(chǎn)品。不過,這類MLCC容量大且價格低,可取代低容鋁電解電容。
因此,在選型時如果對工作溫度和溫度系數(shù)要求很低,可以考慮用Y5V或Z5U的,但是一般情況下要用X7R的,要求更高時必須選擇COG或NPO。通常,MLCC廠家都會把X7R、Y5V材質(zhì)的電容設(shè)計成在常溫附近的容量最大,但是隨著溫度上升或下降,其容量都會下降。
攻略三:看MLCC尺寸
按公制單位標(biāo)準(zhǔn),MLCC大致可以分為3225、3216、2012、1608、1005,數(shù)值越大,MLCC的尺寸就更寬更厚。目前常用的最大為3225(即1210),最小為01005。01005的MLCC尺寸僅0.4×0.2×0.2mm,非常適合5G手機(jī)、智能穿戴、和芯片內(nèi)置等行業(yè)應(yīng)用。
MLCC尺寸表
攻略四:選擇合適的生產(chǎn)廠商
MLCC選型最后落地采購時,離不開生產(chǎn)廠商。
目前全球MLCC產(chǎn)業(yè)分三級梯隊:第一梯隊主要以日系廠商村田、太陽誘電、TDK 為代表,日系以高端的車規(guī)和工控類 MLCC 見長,技術(shù)實力及生產(chǎn)規(guī)模都十分強(qiáng)大;第二梯隊是以三星電機(jī)、國巨、華新科為代表的韓國和中國臺灣企業(yè),MLCC產(chǎn)能規(guī)模較大,但技術(shù)水平相比日系廠商仍存在一定差距;第三梯隊是以風(fēng)華高科、三環(huán)電子為代表的國產(chǎn)廠商,技術(shù)和規(guī)模都與一、二梯隊均存在差距,以中低端MLCC 為主。
結(jié)語:
綜上,我們選擇MLCC時,至少必須考慮這5點因素:容量、容量誤差、耐壓值、材質(zhì)、尺寸。
例如 :< 100PF/J/50V/NPO/0603>,表示此MLCC的基礎(chǔ)參數(shù)為 : 100PF容值、容值允差為±5%、耐壓為50V、NPO材質(zhì)、0603尺寸。
不過,現(xiàn)實中的MLCC選型要更復(fù)雜些,它是綜合考慮多方面因素的結(jié)果。除了上述提到的選型要素,我們往往還需要從應(yīng)用本身出發(fā),可能要考慮MLCC的絕緣電阻、頻率特性、損耗等性能參數(shù),還要看看價格是否有優(yōu)勢,供應(yīng)商供貨是否及時等,才能確定最后的選型方案。
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MLCC
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