MLCC(片狀多層陶瓷電容)選用
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)計工程師或生產(chǎn)、工藝人員對MLCC的認(rèn)識卻有不足的地方。以下談?wù)凪LCC選擇及應(yīng)用上的一些問題和注意事項。
MLCC雖然是比較簡單的，但是，也是失效率相對較高的一種器件。失效率高，一方面是MLCC結(jié)構(gòu)固有的可靠性問題，另外還有選型問題以及應(yīng)用問題。
由于電容算是“簡單”的器件，所以有的設(shè)計工程師由于不夠重視，從而對MLCC的獨有特性不了解。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。
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)都有自身的獨特性能特點。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)時容量變化為±15%。Y5V的工作溫度僅為-30°C至+85°C，在這個工作溫度范圍內(nèi)時其容量變化可達(dá)-22%至+82%。當(dāng)然，C0G、X7R、Y5V的成本也是依次減低的。在選型時，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，要求更高時必須選擇COG的。一般情況下，MLCC廠家都設(shè)計成使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，其容量都會下降。
僅僅了解上面知識的還不夠。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)驗的工程師，以為想要什么容量都有，選型時就會犯錯誤，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。其實只要仔細(xì)看了廠家的選型手冊，就不會犯這樣的錯誤。另外，對于入門不久的設(shè)計工程師，對元件規(guī)格的數(shù)序（E12、E24等）沒概念，會給出0.5uF之類的不存在的規(guī)格出來。即使是有經(jīng)驗的工程師，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，還會犯下面這種錯誤，比如選了一個0603/X7R/470pF/16V的電容，而事實上一般廠家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。
另外注意片狀電容的封裝有兩種表示方法，一種是英制表示法，一種是公制表示法。美國的廠家用英制的，日本廠家基本上都用公制的，而國產(chǎn)的廠家有用英制的也有用公制的。一個公司所用到的電容封裝，只能統(tǒng)一用一種制式來表示，不能這個工程師用英制那個工程師用公制。否則會搞混亂。極端的情況下，還會弄錯。比如說，英制的有0603的封裝，公制的也有0603的封裝，但是兩者實際上是完全不同的尺寸的。英制的0603封裝對應(yīng)公制的是1608，而公制的0603封裝對應(yīng)英制的卻是0201！其實英制封裝的數(shù)字大約乘以2.5（前2位后2位分開乘）就成為了公制封裝規(guī)格。現(xiàn)在流行的是用英制的封裝表達(dá)法。比如我們常說的0402封裝就是英制的表達(dá)法，其對應(yīng)的公制封裝為1005（1.0*0.5mm）。
另外，設(shè)計工程師除了要了解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缺點，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，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，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，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。事實上，高頻時，MLCC的ESL、ESR不可以忽略。一般C0G電容的諧振點能達(dá)上百MHz,一般X7R電容的諧振點能達(dá)幾十MHz,而Y5V電容的諧振點僅僅是數(shù)MHz甚至不到1MHz。諧振點意味著，超過了這個頻率，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)備不像個人消費品那樣追趕時髦且更新?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）。這點恰好與MLCC廠家追求小型化的方向不一致。這是個矛盾。這些高可靠性要求的電子設(shè)備的特點是量不是很大，但是價格昂貴（個別種類電源除外），可靠性要求也高。如果是知名的電子設(shè)備廠，日子會好過一點，因為MLCC廠會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。但是有一個注意事項是，所選用的規(guī)格不可以是獨家才有的規(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，還是優(yōu)先考慮小型化的MLCC。
購買商品的一般決策邏輯是：能不能用，好不好用，耐不耐用，價格。其實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)工作在最佳狀態(tài)；再次，來料MLCC是否存在不良品，可靠性如何；最后，價格是否有優(yōu)勢，供應(yīng)商配合是否及時。許多設(shè)計工程師不重視無源元件，以為僅靠理論計算出參數(shù)就行，其實，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電容器溫度特性最差，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是一種最常用的具有溫度補(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)損耗最穩(wěn)定，使用溫度范圍也最寬，在溫度從-55℃到+125℃時容量變化為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℃時其容量變化為15%，需要注意的是此時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，并且電壓變化時其容量變化在可以接受的范圍內(nèi)，X7R的主要特點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)損耗最大為4%。Z5U電容器主要特點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電容器有最大的電容量，但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率也是最大，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，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)損耗最大為5%。Y5V材質(zhì)的電容，溫度特性不強(qiáng)，溫度變化會造成容值大幅變化，在-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。
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，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，要求更高時必須選擇C0G的。一般情況下，MLCC都設(shè)計成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量最大，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，能夠做出來的最大容量也是依次減少的。實際應(yīng)用中很多公司的開發(fā)設(shè)計工程師按理論計算，而不了解MLCC廠家的實際生產(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最高溫度只有85度，取代電解電容時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，但實際尺寸差別很大。
MLCC的直流偏置效應(yīng)
- 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)最常用電壓的綜合曲線
在選擇MLCC時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)計人員在考慮無源器件時，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1 kHz頻率、1V rms或0.5Vrms電壓下規(guī)定/測試的，但實際應(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(active passives)”之稱。例如，一個10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏置1.8V時測量值可能只有4μF。
陶瓷電容的基本計算公式如下：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)計人員為節(jié)省空間用0603電容代替0805電容時，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，他們不會同時給出兩條，但實際應(yīng)用恰恰需要兩條。應(yīng)該記住向生產(chǎn)廠商索要系統(tǒng)最常用電壓的綜合曲線。
檢測時容量不正常
- MLCC的長時間放置會導(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)常遇到檢測時容量偏差的問題，要么是不良品，要么是因為MLCC的長時間放置導(dǎo)致特性值的降低，可以使用燒結(jié)的方法恢復(fù)特性值。搬運與儲存時要注意防潮，Y5V與X7R產(chǎn)品存放時間太長，容量變化較大。
MLCC測試容量時，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，這點可以通過篩選優(yōu)秀的供應(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，長邊承受應(yīng)力大于短邊，容易發(fā)生裂紋。所以，
- 排板時要考慮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、單板測試時測試點機(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。該類缺陷也是實際發(fā)生最多的一種類型缺陷。
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，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。
溫度沖擊裂紋主要由于器件在焊接特別是波峰焊時承受溫度沖擊所致。焊接時MLCC受熱不均，容易從焊端開始產(chǎn)生裂紋，大尺寸MLCC尤其如此。這是因為大尺寸的電容導(dǎo)熱沒有小尺寸的好，造成電容受熱不均，膨脹幅度不同，從而產(chǎn)生破壞性應(yīng)力。
另外，在MLCC焊接過后的冷卻過程中，MLCC和PCB的膨脹系數(shù)不同，也會產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致裂紋。相對于回流焊，波峰焊時這種失效會大大增加。要避免這個問題，回流焊、波峰焊時需要有良好的焊接溫度曲線，一般器件工藝商都會提供相關(guān)的建議曲線。通過組裝良品率的積累和分析，可以得到優(yōu)化的溫度曲線。
層陶瓷電容器MLCC是英文字母Multi-Layer Ceramic Capacitor的首寫字母。在英文表達(dá)中又有ChipMonolithic Ceramic Capacitor。兩種表達(dá)都是以此類電容器外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行，也就是內(nèi)部多層、整體獨石(單獨細(xì)小的石頭)的結(jié)構(gòu)，獨石電容包括多層陶瓷電容器、圓片陶瓷電容器等，由于元件小型化、貼片化的飛速發(fā)展，常規(guī)圓片陶瓷電容器逐步被多層陶瓷電容器取代，人們把多層陶瓷電容器簡稱為獨石電容或貼片電容。
選擇要點
(1)容量與誤差：實際電容量和標(biāo)稱電容量允許的最大偏差范圍。一般使用的容量誤差有：J級±5%，K級±10%，M級±20%。精密電容器的允許誤差較小，而電解電容器的誤差較大，它們采用不同的誤差等級。
常用的電容器其精度等級和電阻器的表示方法相同。用字母表示：D級—±0.5%；F級—±1%；G級—±2%；J級—±5%；K級—±10%；M級—±20%。
(2)額定工作電壓：電容器在電路中能夠長期穩(wěn)定、可靠工作，所承受的最大直流電壓，又稱耐壓。對于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、容量相同的器件，耐壓越高，體積越大。
(3)溫度系數(shù)：在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1℃，電容量的相對變化值。溫度系數(shù)越小越好。
(4)絕緣電阻：用來表明漏電大小的。一般小容量的電容，絕緣電阻很大，在幾百兆歐姆或幾千兆歐姆。電解電容的絕緣電阻一般較小。相對而言，絕緣電阻越大越好，漏電也小。
(5)損耗：在電場的作用下，電容器在單位時間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量。這些損耗主要來自介質(zhì)損耗和金屬損耗，通常用損耗角正切值來表示。
(6)頻率特性：電容器的電參數(shù)隨電場頻率而變化的性質(zhì)。在高頻條件下工作的電容器，由于介電常數(shù)在高頻時比低頻時小，電容量也相應(yīng)減小。損耗也隨頻率的升高而增加。另外，在高頻工作時，電容器的分布參數(shù)，如極片電阻、引線和極片間的電阻、極片的自身電感、引線電感等，都會影響電容器的性能。所有這些，使得電容器的使用頻率受到限制。
不同材質(zhì)電容器，最高使用頻率不同。COG(NPO)材質(zhì)特性溫度頻率穩(wěn)定性最好，X7R次之，Y5V(Z5U)最差。
如何理解電容器的靜電容量
A.電容量
電容器的基本特性是能夠儲存電荷(Q)，而Q值與電容量(C)和外加電壓(V)成正比。
Q = CV
因此充電電流被定義為：
= dQ/dt = CdV/dt
當(dāng)外加在電容器上的電壓為1伏特，充電電流為1安培，充電時間為1秒時，我們將電容量定義為1法拉。
C = Q/V =庫侖/伏特=法拉
由于法拉是一個很大的測量單位，在實際使用中很難達(dá)到，因此通常采用的是法拉的分?jǐn)?shù)，即：
皮法(pF) = 10-12F
納法(nF) = 10-9F
微法(mF)= 10-6F
B.電容量影響因素
對于任何給定的電壓，單層電容器的電容量正比于器件的幾何尺寸和介電常數(shù)：
C = KA/f(t)
K =介電常數(shù)
A =電極面積
t =介質(zhì)層厚度
f =換算因子
在英制單位體系中，f = 4.452，尺寸A和t的單位用英寸，電容量用皮法表示。單層電容器為例，電極面積1.0×1.0"，介質(zhì)層厚度0.56"，介電常數(shù)2500，C = 2500(1.0)(1.0)/4.452(0.56)= 10027pF
如果采用公制體系，換算因子f = 11.31，尺寸單位改為cm，C = 2500(2.54)(2.54)/11.31(0.1422)= 10028pF
正如前面討論的電容量與幾何尺寸關(guān)系，增大電極面積和減小介質(zhì)層厚度均可獲得更大的電容量。然而，對于單層電容器來說，無休止地增大電極面積或減小介質(zhì)層厚度是不切實際的。因此，平行列陣迭片電容器的概念被提出，用以制造具有更大比體積電容的完整器件。
在這種“多層”結(jié)構(gòu)中，由于多層電極的平行排列以及在相對電極間的介質(zhì)層非常薄，電極面積A得以大大增加，因此電容量C會隨著因子N(介質(zhì)層數(shù))的增加和介質(zhì)層厚度t’的減小而增大。這里A’指的是交迭電極的重合面積。
C = KA’N/4.452(t’)
以前在1.0×1.0×0.56″的單片電容器上所獲得的容量，現(xiàn)在如果采用相同的介質(zhì)材料，以厚度為0.001″的30層介質(zhì)相迭加成尺寸僅為0.050×0.040×0.040″的多層元件即可獲得(這里重合電極面積A’為0.030×0.020")。
C = 2500(0.030)(0.020)30/4.452(0.01)= 10107 pF
上面的實例表明在多層結(jié)構(gòu)電容器尺寸相對于單層電容器小700倍的情況下仍能提供相同的電容量。因此通過優(yōu)化幾何尺寸，選擇有很高介電常數(shù)和良好電性能(能在形成薄層結(jié)構(gòu)后保持良好的絕緣電阻和介質(zhì)強(qiáng)度)的介質(zhì)材料即可設(shè)計和制造出具有最大電容量體積系數(shù)的元件。
有的公司在MLCC的應(yīng)用上也會有一些誤區(qū)。有人以為MLCC是很簡單的元件，所以工藝要求不高。其實，MLCC是很脆弱的元件，應(yīng)用時一定要注意。
MLCC廠家在生產(chǎn)過程中，如果工藝不好，就有可能會有隱患。比如介質(zhì)空洞、燒結(jié)紋裂、分層等都會帶來隱患。這點只能通過篩選優(yōu)秀的供應(yīng)商來保證（后面還會談到供應(yīng)商選擇問題）。
另外就是陶瓷本身的熱脆性和機(jī)械應(yīng)力脆性的故有可靠性，導(dǎo)致電子設(shè)備廠在使用MLCC時，使用不當(dāng)也容易失效。
MLCC現(xiàn)在做到幾百層甚至上千層了，每層是微米級的厚度。所以稍微有點形變就容易使其產(chǎn)生裂紋。另外同樣材質(zhì)、尺寸和耐壓下的MLCC，容量越高，層數(shù)就越多，每層也越薄，于是越容易斷裂。另外一個方面是，相同材質(zhì)、容量和耐壓時，尺寸小的電容要求每層介質(zhì)更薄，導(dǎo)致更容易斷裂。裂紋的危害是漏電，嚴(yán)重時引起內(nèi)部層間錯位短路等安全問題。而且裂紋有一個很麻煩的問題是，有時比較隱蔽，在電子設(shè)備出廠檢驗時可能發(fā)現(xiàn)不了，到了客戶端才正式暴露出來。所以防止MLCC產(chǎn)生裂紋意義重大。
MLCC受到溫度沖擊時，容易從焊端開始產(chǎn)生裂紋。在這點上，小尺寸電容比大尺寸電容相對來說會好一點，其原理就是大尺寸的電容導(dǎo)熱沒這么快到達(dá)整個電容，于是電容本體的不同點的溫差大，所以膨脹大小不同，從而產(chǎn)生應(yīng)力。這個道理和倒入開水時厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂一樣。另外，在MLCC焊接過后的冷卻過程中，MLCC和PCB的膨脹系數(shù)不同，于是產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋。要避免這個問題，回流焊時需要有良好的焊接溫度曲線。如果不用回流焊而用波峰焊，那么這種失效會大大增加。MLCC更是要避免用烙鐵手工焊接的工藝。然而事情總是沒有那么理想。烙鐵手工焊接有時也不可避免。比如說，對于PCB外發(fā)加工的電子廠家，有的產(chǎn)品量特少，貼片外協(xié)廠家不愿意接這種單時，只能手工焊接；樣品生產(chǎn)時，一般也是手工焊接；特殊情況返工或補(bǔ)焊時，必須手工焊接；修理工修理電容時，也是手工焊接。無法避免地要手工焊接MLCC時，就要非常重視焊接工藝。首先必須告知工藝和生產(chǎn)人員電容熱失效問題，讓其思想上高度重視這個問題。其次，必須由專門的熟練工人焊接。還要在焊接工藝上嚴(yán)格要求，比如必須用恒溫烙鐵，烙鐵不超過315°C（要防止生產(chǎn)工人圖快而提高焊接溫度），焊接時間不超過3秒選擇合適的焊焊劑和錫膏，要先清潔焊盤，不可以使MLCC受到大的外力，注意焊接質(zhì)量，等等。最好的手工焊接是先讓焊盤上錫，然后烙鐵在焊盤上使錫融化，此時再把電容放上去，烙鐵在整個過程中只接觸焊盤不接觸電容（可移動靠近），之后用類似方法（給焊盤上的鍍錫墊層加熱而不是直接給電容加熱）焊另一頭。
機(jī)械應(yīng)力也容易引起MLCC產(chǎn)生裂紋。由于電容是長方形的（和PCB平行的面），而且短的邊是焊端，所以自然是長的那邊受到力時容易出問題。于是，排板時要考慮受力方向。比如分板時的變形方向于電容的方向的關(guān)系。在生產(chǎn)過程中，凡是PCB可能產(chǎn)生較大形變的地方都盡量不要放電容。比如PCB定位鉚接、單板測試時測試點機(jī)械接觸等等都會產(chǎn)生形變。另外半成品PCB板不能直接疊放，等等。
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
