MLCC贴片电容选择及应用问题

MLCC片式电容器的选择和应用MLCC(片式多层陶瓷电容器)现在已经成为电子电路中最常用的元件之一。从表面上看，MLCC很简单，但在许多情况下，设计工程师或生产和工艺人员对MLCC了解不够。以下是MLCC在选择和应用中的一些问题和注意事项。MLCC相对简单，但它也是一个失败率相对较高的设备。一方面，失效率是MLCC结构固有的可靠性问题，另一方面，也存在选择问题和应用问题。由于电容是一种“简单”的器件，一些设计工程师不了解MLCC的独特之处，因为他们对它不够重视。在理想情况下，选择电容时主要考虑电容和耐压这两个参数就足够了。然而，对MLCC来说，仅仅考虑这两个参数是远远不够的。使用MLCC，人们不能不理解MLCC的不同材料和他们相应的表现。MLCC有多种材料，每种材料都有自己独特的性能特点。如果不了解这些，所选的电容可能无法满足电路要求。例如，MLCC通常有C0G(也称为NP0)材料、X7R材料、Y5V材料。C0G具有最佳的工作温度范围和温度系数。在-55C至125C的工作温度范围内，温度系数为0.30 ppm/c . X7R，在-55C至125C的工作温度范围内，容量变化为15%。Y5V的工作温度仅为-30C至85C，在此工作温度范围内，容量变化可达-22%至82%。当然，C0G、x7r、y5v的成本也依次降低。在选择过程中，如果对工作温度和温度系数的要求很低，可以考虑Y5V，但一般采用X7R，当要求较高时，必须选择COG。总的来说，MLCC制造商的设计是在接近正常温度的情况下最大化X7R和Y5V电容的容量，但容量会随着温度的升高或降低而降低。仅仅知道上述知识是不够的。随着C0G、X7R和Y5V介质的介电常数依次减小，在相同尺寸和耐受电压下能产生的最大容量也依次减小。一些没有经验的工程师认为他们有任何他们想要的能力，在选择上犯错误，选择不存在的规格。例如，他们想使用0603/C0G/25V/3300pF电容。然而，0603/C0G/25V的MLCC通常只能达到1000pF。事实上，如果你仔细阅读制造商的选择手册，你就不会犯这样的错误。此外，对于新设计的设计工程师来说，他们对组件规格的编号顺序(E12、E24等)没有任何概念。)，他们会给出不存在的规范，例如0.5uF。即使是有经验的工程师也没有任何规范压缩的概念。例如，在滤波器电路中，有人使用了3.3uF的电容，他的电路也可以使用3.3uF的电容，但他可能会选择4.7uF或2.2uF的电容规格，而没有人使用过。不看制造商选择手册的人也会犯以下错误，例如选择0603/X7R/470pF/16V的电容，而一般制造商的0603/X7R/470pF的电容只产生50V及以上的电压，不产生16V等电压。此外，请注意，芯片电容封装有两种表示形式，一种是英语，另一种是公制。美国制造商使用英语，日本制造商基本上使用公制，而国内制造商使用英语和公制。公司使用的电容器包装只能用一种格式表示，不能用英语和公制。否则，会造成混乱。在极端的情况下，会犯错误。例如，英语有0603包，公制有0603包，但实际上它们的尺寸完全不同。0603个英文包对应1608个公制包，0603个公制包对应0201个英文包！事实上，英文包的数量大约乘以2.5(前两位数字和第二位数字分别相乘)，成为公制包规格。目前流行的表达方式是英语包装。例如，我们经常说0402包是英国包，它对应的公制包是1005(1.0 * 0.5毫米)。此外，设计工程师除了了解MLCC的温度性能外，还应该了解更多。例如，Y5V介质的电容非常大，但是这种铁电陶瓷的缺点在于，其静态电容随着其DC偏置工作电压的增加而降低，甚至降低70%。例如，在50V DC电压下，Y5V/50V/10uF的电容可能只有3uF的容量！当然，不同制造商的特点是不同的，有些下降可能不会那么严重。如果您必须使用Y5V电容，除了了解其电容与温度的关系曲线外，您还必须询问制造商其电容与DC偏置电压的关系曲线(甚至电容温度和DC偏置的综合曲线)。使用Y5V电容以获得足够的压降。X7R的容量也随着其DC偏置工作电压的增加而降低，但不如Y5V明显。同时，MLCC规模越小，这种效应将越明显。不同的材料有不同的频率特性。设计师必须了解不同材料的不同频率特性。例如，C0G(也称为高频热补偿介质)具有良好的高频特性，其次是X7R和Y5V。对于平滑(电力滤波器)应用，要求容量尽可能大，因此可以使用Y5V电容器，即Y5V电容器可以代替电解电容器。用于旁路应用，如集成电路VCC引脚旁的旁路电容。至少应使用X7R电容。C0G电容器必须用于振荡电路。由于Y5V性能不佳，我一般不建议使用X7R电容(或X5R电容)，并要求设计工程师考虑尽可能使用X7R电容(或X5R电容)。如果容量的体积比很高，考虑使用钽电容代替Y5V电容。当然，如果你公司的要求不高，你仍然可以考虑Y5V电容，但要特别小心。一般来说，MLCC的等效串联电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)较小，这与电解电容(包括钽电解电容)有关。事实上，在高频时，MLCC的ESL和ESR是不可忽视的。一般来说，C0G电容的谐振点可以达到几百兆赫，而X7R电容的谐振点可以达到几十兆赫。然而，Y5V电容器的谐振点只有几兆赫，甚至小于1兆赫。谐振点意味着超过这个频率，电容不再是电容特性，而是电感特性。如果MLCC要用于更高的频率，如微波，那么MLCC必须用特殊的微波材料和工艺制造。微波电容需要较小的等效串联电阻和等效串联电阻。MLCC一直朝着小型化的方向发展。现在0402包装是主流产品。然而，小型化可能会带来其他一些危害。事实上，并不是所有的电子产品都如此关心和欢迎小型化的MLCC。关心小型化的电子产品，如手机、数码产品等，这些产品已经成为MLCC小型化的主要驱动力。对于MLCC制造商来说，小型化MLCC占了大部分出货量。然而，从整个电子工业的角度来看，仍然有许多电子设备不太关心小型化。性能和可靠性是主要考虑因素。MLCC的小型化带来了可靠性的隐患。例如，通信设备、医疗设备、工业控制设备、电源等。这些电子设备有足够的空间，对MLCC的小型化不太感兴趣。此外，这些电子设备并不像个人消费品那样紧跟时尚和快速更新，而是更关心长期使用的可靠性，所以对元件裕量的要求更高(为了保证可靠性，裕量很大，所以MLCC用较大的尺寸就可以满足要求。此外，更大的尺寸给了MLCC制造商更大的空间来提高电容器的可靠性。这与MLCC制造商对小型化的追求完全不一致。这是一个矛盾。这些具有高可靠性要求的电子设备的特点是数量少但价格高(除了某些类型的电源)和高可靠性要求。如果他们是知名的电子设备工厂，他们会有更好的生活。因为MLCC工厂将为他们保留一些大规模的MLCC生产。如果不是知名的电子设备厂，就没有必要这么悲观。毕竟，仍有一些MLCC工厂将继续生产大型siz一些公司对MLCC的应用也有一些误解。有些人认为MLCC是一个非常简单的组成部分，所以工艺要求不高。事实上，MLCC是一个非常脆弱的组成部分，因此必须注意其应用。在MLCC厂家的生产过程中，如果技术不好，可能会有隐患。例如，中空隙、烧结颗粒裂纹、分层等都会带来隐患。这只能通过选择优秀的供应商来保证(供应商选择的问题将在后面讨论)。另一个是陶瓷的热脆性和机械应力脆性导致的可靠性，这导致电子设备工厂在不恰当地使用MLCC时出现故障。MLCC现在有数百层甚至数层，每层都有微米厚。因此，轻微的变形很容易导致裂缝。此外，MLCC用同样的材料，大小和承受电压将有更多的层，每一层将更薄，所以它将更容易打破。另一方面，在材料、容量和耐压相同的情况下，小电容要求每层介质更薄，导致更容易断裂。裂缝的损坏是渗漏。在严重情况下，可能会导致内部层间错位和短路等安全问题。此外，该裂纹还有一个麻烦的问题，即它有时是隐藏的，并且在电子设备的工厂检查期间可能不会被发现，并且直到客户端才会被正式暴露。因此，防止MLCC产生裂缝具有重要意义。当MLCC受到温度影响时，很容易从焊接端开裂。在这一点上，小尺寸电容器相对好于大尺寸电容器。其原理是大型电容器的热传导不会很快到达整个电容器，所以电容器本体不同点的温差很大，所以膨胀大小不同，从而产生应力。这个原理与倒开水时厚玻璃比薄玻璃更容易破裂是一样的。此外，在MLCC焊接后的冷却过程中，MLCC和印刷电路板的膨胀系数不同，导致应力和裂纹。为了避免这个问题，回流焊过程中需要良好的焊接温度曲线。如果用波峰焊代替回流焊，这种故障将大大增加。MLCC尤其需要避免用烙铁手工焊接。然而，事情总是不太理想。用烙铁手工焊接有时是不可避免的。例如，对于向外加工印刷电路板的电子制造商来说，有些产品数量非常少，补丁外包制造商不愿意接受这种单一焊接，而只能手动完成。生产样品时，通常用手工焊接。特殊情况下返工或补焊时，需要手工焊接。维修人员维修电容器时，也要手工焊接。当MLCC不可避免地被手工焊接时，他们必须非常重视焊接过程。首先，必须告知工艺和生产人员电容热故障问题，以便他们从思想上高度重视该问题。其次，它们必须由专业技术工人焊接。在焊接过程中也必须严格要求，例如，必须使用恒温烙铁，烙铁不得超过315摄氏度(防止生产工人快速拉拔和提高焊接温度)，焊接时间不得超过3秒，必须选择合适的焊剂和焊膏，必须首先清洁焊盘，MLCC不得受到大的外力。注意焊接质量等。最好的手工焊接方法是先焊接焊盘，然后将焊料焊接在焊盘上，熔化锡，然后将电容器放在焊盘上。在整个过程中，焊料只接触焊盘，不接触电容器(它可以靠近)。然后，用类似的方法焊接另一端(加热焊盘上的镀锡焊盘，而不是直接加热电容器)。在MLCC，机械应力也容易导致裂缝。由于电容器是矩形的(平行于印刷电路板的平面)，短边是焊接端，当长边受力时，自然容易引起问题。因此，在布置电路板时应考虑应力方向。例如，在分割板期间的变形方向和电容器的方向之间的关系。在生产过程中，电容器不应放在印刷电路板可能有大变形的任何地方。例如，印刷电路板定位铆接，机械公司作为一个相对低端的组件，欧美制造商通常不愿意生产MLCC或者被日本品牌收购。只有极少数美国制造商仍在生产MLCC，但市场份额小，保质期长。因此，最好的MLCC是由日本品牌制造的。当然，台湾和大陆也有一些知名厂商在MLCC有很好的市场份额。就通用规格而言。台湾和大陆著名MLCC的技术和质量几乎与日本制造商相近。然而，如果你想使用一些技术和质量更好的MLCC，你可能不得不选择美国和日本品牌。总的来说，MLCC有许多制造商可供选择。由于MLCC不贵，它仍然很乐意选择知名企业和一般公司。如果你选择一流企业的产品，它自然会很容易使用。但是，如果你对一个品牌的MLCC质量没有信心或者不是一流