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贴片电容器——终极学习篇

作者: 发布日期:2018-03-07 10:16:30

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贴片电容器——终极学习篇
最全面陶瓷贴片电容(MLCC)知识篇章,值得电子工程师们珍藏。
多层片式陶瓷电容器
——简称贴片电容、片容
日本及台湾地区常称为积层电容或叠层电容
MLCC—Multi-LayerCeramicCapacitors
1960’s由美国人发明,1980’s日本人发扬光大并实现用低成本贱金属量产。
制造流程
内部结构
尺寸系列
标准系列化的外形尺寸
最常用英寸单位系统来表示:
0603—"06"表示:长0.06inch=1.6mm,
"03"表示:宽0.03inch=0.8mm
也有用国际单位系统表示:
1608—"16"表示:长1.6mm
"08"表示:宽0.8mm
表一 贴片电容全系列尺寸表
最小规格尺寸01005(长0.25mm*宽0.125mm),目前只有少数几家日本公司在批量生产;
0201、0402、0603是目前用量最大的尺寸规格,大型的MLCC企业均可批量生产。国内,深圳宇阳是专做小尺寸MLCC的厂家;
2220及以上尺寸规格产品,市场占有量很小,大型企业一般不生产,主要是中小MLCC企业在生产供应。
额定电压系列
电压系列有:
3.3V、6.3V、10V、16V、25V、50V ;
100V、200V、250V、500V、630V ;
1000V、2000V、3000V ;
4000V 、5000V、8000V
3.3V~16V,低压,一般是高容品替代电解电容;
25V~50V,是最常规的产品;
100V~630V,中压,一般是0805及以上尺寸规格;
1000V~3000V,高压,一般是1206及以上尺寸规格;
4000V以上属超高压产品,对应的尺寸2220及以上尺寸规格。
日本品牌占据低压高容产品大部份的市场份额;中高压产品主要生产厂家有TDK、风华高科及禾申堂。
材 质(陶瓷介质)
陶瓷贴片电容器(MLCC)使用的陶瓷介质材料主要分为顺电体(I类)和铁电体(II类)两大类,它们下面均有很多种容量温度特性规律类似,具体数值不同的具体介质材料。这两类介质材料的介电常数会随温度的变化而变化,但变化幅度和规律完全不同,为此 EIA 制定了“I类瓷介容量温度系数”和“II类瓷介容量温度特性”两套容量温度特性标准。
表二I类瓷介容量温度系数
例:COG表示温度系数为(0±30)ppm/℃,也就是MIL标准中的NPO(Negative-Positive-"0",负—正—零)。COG与NPO是不同标准体系的表示方式,是等同的。
表三II类瓷介容量温度特性
例:X7R表示-55℃~125℃温度区间内,以20℃为基准,容量允许变化范围±15%
在实际应用中,主要是以下三种材质
(1)锆酸锶SrZrO3掺杂改性,主要制造NPO(COG)类MLCC
此种材质MLCC电性能相当稳定,几乎不随温度,电压、频率和时间的变化而变化:
-55℃~ 125℃时容量变化率为0±30ppm/℃;
电容量随频率的变化小于±0.3ΔC;
电容量的漂移或滞后小于±0.05%;
电容量相对使用寿命的变化小于±0.1%;
NPO(COG)类MLCC适用于各种电路,包括稳定性要求要的高频电路,常用于振荡器、谐振器的槽路电容,以及高频电路中的耦合电容。
通过优化设计制成的射频电容器,使用频率可高至3GHZ,其中美国ATC公司是RF-MLCC的标杠企业。
(2)钛酸钡BaTiO3掺杂改性,是X7R、X5R类MLCC产品的制造主材料
因NPO(COG)类MLCC能实现的容量不能满足电路对更大电容量的要求,人们开发了此种钛酸钡基的X7R、X5R类MLCC。它在相同的体积下电容量可以做的比较大,X7R、X5R类MLCC电容量可以做到很高,高至100uF。
此种材质比NPO(COG)MLCC 稳定性差,X7R、X5R类MLCC的容量随电压、频率条件和时间的变化而变化:
存在直流偏压特性,即是说当电容器两端加载较高直流电压时,其有效容量会降低;
-55℃~125℃时容量变化率为+15%,变化曲线是非线性的;
大约每10年变化1%ΔC,表现为10年变化了约5%;
X7R、X5R类MLCC广泛应用非高频电路,是用量最大的一类电容器,占MLCC市场总量的60%以上。
(3)钛酸锶钡BaSrTiO3掺杂改性,是Z5U、Y5V类MLCC产品的制造主材料
该类材质是为获得比X7R、X5R类MLCC更大容量而开发应用的,这种材质能做到很高的容量,而且每单位容量成本较低。
Z5U、Y5V类MLCC其稳定性较差,对温度电压较敏感,使用温度范围较窄:
-30℃~85℃容量变化+22%~-82%;
存在很强烈的直流偏压特性;
损耗大,达5%甚至更大;
尽管它的容量不稳定,但能实现可替代电解电容的容量级别,有一定的应用范围,主要在退耦电路的应用中。
近年来由于X7R/X5R类产品制造技术的发展,通过不断降低X7R/X5R类MLCC介质膜厚获得的电容量已接近Y5V/Z5U MLCC的电容量水平。而Y5V/Z5U类材质因晶粒较大的特点,其介质厚度不能更进一步的降低,不能有效发展更高容量的产品。另外Y5V/Z5U类材质存在着损耗较大和可靠性较差的问题,所以Y5V/Z5U有逐步被淘汰之势。
容 量及其误差级别
NPO(COG)电容器
容量精度在5%左右,选用这种材质一般是做容量较小的,常规100PF 以下,10nF以上的产品也能批量生产,但成本会较高。下表列出该类产品常用规格电压下的最大电容量。
表四 NPO(COG)MLCC 量产容量极大值量
X7R 电容器
容量精度在10%左右,容量范围较宽,常规100PF~47uF能生产。
下表给出了X7R电容器可选取的容量范围最大值.
表五 X7R MLCC量产容量极大值
命名规则
贴片电容的命名一般含有以下参数:尺寸、温度特性、标称容量、容量误差级别、额定电压、端电极类型和包装方式等。
典型命名规则如下:
0805X7R104K500NT
0805:尺寸大小,“08”长度0.08 英寸、05 表示宽度为 0.05 英寸;
X7R :容量温度特性;
104 :静电容量,前两位是有效数字、后面的4 表示有多少个零104=10×10000 也就是= 1000PF;
K:容量值达到的误差精度为10%,误差精度与介质类型相关;
500:是要求电容承受的耐压为50V ,500 前两位是有效数字,后面是"0"的数量。
N:端头材料,一般的端头是三层电极(银/铜层)、镍、锡 ;
T:包装方式,T 表示编带包装。
MLCC主要品牌及其命名规则:
国际上主要的贴片电容(MLCC)制造商分布在亚太地区,以日本技术最为先进,台湾、韩国次之,主要MLCC主要生产厂家:
日本村田、TDK、京瓷、太阳诱电;韩国三星;台湾国巨、华新科;大陆有名的则是风华高科、宇阳。
各制造商的产品规格命名规则形式上不尽相同,但规格代号中基本上都包括:尺寸、温度特性、标称容量、容量误差级别、额定电压和包装方式等信息。
主要品牌制造商MLCC命名规则:
贴片电容的选购
选用贴片电容般需提供的参数要有尺寸的大小、要求的精度、电压的要求、容量值,更进一步的可要求损耗大小、瓷体强度、直流偏压特性等。
关于价格
价格由成本决定,MLCC的成本与生产批量大小有很大的关系,尺寸、容量和电压均是标准系列化且连续大批量生产的规格,其成本一定低,价格自然会低。
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