MLCC选型:仅仅满足参数还远远不够
与铝电解电容,钽电容相比,MLCC具有无极、ESR特性值小、高频特性好等优势,而且MLCC正在朝小体积、大容量化发展,如Y5V可以做到较高的容量,通常1206表面贴装Z5U、Y5V介质电容器量甚至可以达到100μF,在某种意义上是取代低容量铝、钽电解电容器的有力竞争对手,但是也要注意这些电容的尺寸比较大,容易产生裂纹。另外,Y5V的MLCC最高温度只有85度,取代电解电容时要注意温度是否合适。
MLCC的尺寸是用一组数字来表示,例如0402、0603。表示方法有两种,一种是英制表示法,一种是公制表示法。美国的厂家用英制,日本厂家基本上都用公制的,而国内厂家有用英制表示的也有用公制表示的,所以要特别注意规格表中标号对照尺寸的单位是英寸还是毫米。
国内工程师一般习惯使用英制表示,但是也要注意工程师与采购之间要统一认识,要用公制都用公制,用英制都用英制,避免发生误会,例如说到0603,英制和公制表示里都有0603,但实际尺寸差别很大。
MLCC的直流偏置效应
直流偏置效应会引起电容值改变
小尺寸电容取代大尺寸电容不简单
记住向供应商索要系统最常用电压的综合曲线
在选择MLCC时还必须考虑到它的直流偏置效应。电容选择不正确可能对系统的稳定性造成严重破坏。直流偏置效应通常出现在铁电电介质(2类)电容中,如X5R、X7R、及Y5V类电容。
设计人员在考虑无源器件时,他们会想到考量电容的容差,这在理论上是对的,陶瓷电容的容差是在1 kHz频率、1V rms或0.5V rms电压下规定/测试的,但实际应用的条件差异非常大。在较低的rms电压下,电容额定值要小得多。在某一特定频率下,在一个陶瓷电容上加直流偏置电压会改变这些元件的特性,故有"有源的无源器件(active passives)"之称。例如,一个10μF,0603,6.3V的电容在-30°C下直流偏置1.8V时测量值可能只有4μF。
陶瓷电容的基本计算公式如下: C=K×[(S×n)/t]
这里,C=电容量,K=介电常数,n=介电层层数,S=电极面积,t=介电层厚度
影响直流偏置的因子有介电常数、介电层厚度、额定电压的比例因子,以及材料的晶粒度。
电容上的电场使内部分子结构产生"极化",引起K常数的暂时改变,不幸的是,是变小。电容的外壳尺寸越小,由直流偏置引起的电容量降量百分比就越大。若外壳尺寸一定,则直流偏置电压越大,电容量降量百分比也越大。系统设计人员为节省空间用0603电容代替0805电容时,必须相当谨慎。
因此,请记住应该向厂商索取在应用的预定直流偏置电压下的电容值曲线。电容器生产商往往喜欢出示单独的曲线,如电容量随温度的变化曲线,另一条是电容量随直流偏置的变化曲线。不过,他们不会同时给出两条,但实际应用恰恰需要两条。应该记住向生产厂商索要系统最常用电压的综合曲线。
检测时容量不正常
MLCC的长时间放置会导致特性值的降低
检测方法不当也会引起容量偏差
对于刚入行的采购或者选型工程师来说,可能会经常遇到检测时容量偏差的问题,要么是不良品,要么是因为MLCC的长时间放置导致特性值的降低,可以使用烧结的方法恢复特性值。搬运与储存时要注意防潮,Y5V与X7R产品存放时间太长,容量变化较大。
MLCC测试容量时,检测方法要正确,容量会因检测设备的不同而有偏差。
MLCC的失效问题
MLCC在生产中可能出现空洞、裂纹、分层
组装过程中会引起哪些失效?
哪些过程会引起失效?
有的裂纹很难检测出来
MLCC内在可靠性十分优良,可以长时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷,则会对其可靠性产生严重影响。例如,MLCC在生产时可能出现介质空洞、烧结纹裂、分层等缺陷。分层和空洞、裂纹为重要的MLCC内在缺陷,这点可以通过筛选优秀的供应商,并对其产品进行定期抽样检测等来保证。
另一种就是组装时引入的缺陷,缺陷主要来自机械应力和热应力。MLCC的特点是能够承受较大的压应力,但抵抗弯曲能力比较差。所以PCB板的弯曲也容易引起MLCC开裂。由于MLCC是长方体,焊端在短边,PCB发生形变时,长边承受应力大于短边,容易发生裂纹。所以, 排板时要考虑PCB板的变形方向与MLCC的安装方向在PCB可能产生较大形变的地方都尽量不要放置电容,比如PCB定位铆接、单板测试时测试点机械接触等位置都容易产生形变
厚的PCB板弯曲小于薄的PCB板,所以使用薄PCB板时更要注意形变问题
常见应力源有:工艺过程中电路板操作;流转过程中的人、设备、重力等因素;通孔元器件的插入;电路测试、单板分割;电路板安装;
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