MLCC选型要素解析

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；电路板定位铆接；螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿45℃角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。

同样材质、尺寸和耐压下的MLCC，容量越高，介质层数就越多，每层也越薄，并且相同材质、容量和耐压时，尺寸小的电容每层介质更薄，越容易断裂。裂纹的危害是漏电，严重时引起内部层间错位短路等安全问题。裂纹通常可以使用ICT设备完成检测，有的裂纹比较隐蔽，无法保证100%的检测效果。

温度冲击裂纹主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致。焊接时MLCC受热不均，容易从焊端开始产生裂纹，大尺寸MLCC尤其如此。这是因为大尺寸的电容导热没有小尺寸的好，造成电容受热不均，膨胀幅度不同，从而产生破坏性应力。

另外，在MLCC焊接过后的冷却过程中，MLCC和PCB的膨胀系数不同，也会产生应力导致裂纹。相对于回流焊，波峰焊时这种失效会大大增加。要避免这个问题，回流焊、波峰焊时需要有良好的焊接温度曲线，一般器件工艺商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。