MLCC的選擇標準 不要盲目依靠工具來選擇組件
發布時間:2022-03-27 來源:Rutronik 責任編輯:wenwei
【導讀】小型化一直是多層陶瓷片式電容器(MLCC)chanpinderemenqushi。dansuoxiaochicunbingfeiyishi,tebieshixuyaokaolvdaoxuduolinjietiaojian。suiranshuzigongjukeyiweiyonghutigonghenduodexiezhu,danruguoyonghuwanquanyilaizhexiegongju,zhuwanghuihulveyixieguanjiandejishuwenti。
多層陶瓷片式電容器(MLCC)的體積很小,有利於實現小型化。然而,考慮ESD保護、EM幹gan擾rao和he熱re管guan理li等deng因yin素su,以yi及ji與yu這zhe些xie因yin素su相xiang關guan的de典dian型xing特te性xing和he漂piao移yi,也ye是shi很hen重zhong要yao的de。雖sui然ran越yue來lai越yue多duo的de開kai發fa人ren員yuan使shi用yong數shu字zi工gong具ju來lai簡jian化hua選xuan擇ze組zu件jian的de過guo程cheng,但dan仍reng然ran需xu要yao考kao慮lv到dao上shang述shu各ge個ge方fang麵mian,才cai能neng夠gou快kuai速su實shi現xian設she計ji目mu標biao並bing避bi免mian不bu必bi要yao的de重zhong複fu設she計ji。
首先,建議用戶在縮小尺寸時,不要簡單地沿用MLCC的現值組合,尤其是在電容(C值)和電壓方麵,而是要根據應用的實際需求甚至單個組件的功能來做出決定。理想情況下,應當考慮供應商的首選型款。除了C值和電壓外,其他的重要數值還包括阻抗和等效串聯電阻(ESR)。
特別是對於高電容(hi-cap)器件,即C值以μF為單位的MLCCchanpin,qizhiliupianzhixiaoyingyeshixuyaokaolvdezhongyaoyinsu。zhiliupianzhishijiyushijiadezhiliudianyaerdaozhidianrongjiangdidexiaoying。zaiedingdianyaxia,dianrongyoukenengxiajiangdaobiaochengzhide20%左右,具體數值取決於組件,因此在操作期間必須注意絕對最小C值。
圖1顯示了多個直流偏置曲線示例,表明使用較小的組件可使直流偏置率提高很多。
圖1:較小結構MLCC具有較高的直流偏置率
圖源:村田
影響直流偏置性能的另一個因素是工作溫度,如圖2的圖表所示,對於標稱值較高的較小結構MLCC電容,直流偏置的剩餘電容和溫度遠遠高於標稱值較低的較大結構MLCC電容。
圖2:相比較大結構電容,較小結構電容具有更高的剩餘電容。圖源:村田
在針對標C值MLCC進行分級時,開發人員應根據基本指導數值(表1至3)進行選擇,這表示,在理想情況下應僅使用具有標準容差的首選數值。事實上,用戶已經不用再關注Z5U和Y5V陶瓷類型電容了,因為這類器件逐漸停產,實際上有些已經停產了。
表1:電容分級
表2:容差代碼
表3:首選MLCC參數組合(電容>1μF:首選E3係列)
除了直流偏置問題外,二類陶瓷電容器(如X7R 和X5R)還需要考慮溫度漂移和老化問題。
使用表4可以比較容易確定溫度漂移。例如,這個表格顯示X5RMLCC在–55°C至+85°C的溫度範圍內具有±15%的可預測溫度漂移。
表4:不同MLCC器件的溫度漂移
圖源:三星
圖3:將MLCC放置在非常高的溫度下一段時間之後,可以逆轉老化效應。圖源:三星
MLCC—它們也會老化
老化現象會導致MLCC的電容值隨著時間的推移而損失,在每個對數尺度差距(perlogarithmic decade)下的損失大約在1%到6%之間,這意味著我們可以按此估算1小時後、10小時後、100小時後的電容數值損失,依此類推。因此,MLCC的C值越高且內層越薄,MLCC就越容易老化。也就是說,與直流偏置和溫度漂移的影響相比,老化基本上是可以忽略不計的因素,盡管它在測量用於容差測試的C值時發揮關鍵作用。
與生物的老化不同,MLCC器件的老化是可逆轉的。適當的加熱處理可以逆轉老化效應。為了實現去老化,MLCC組件通常會放置在+150°C溫度下1小時,然後靜置24小時。電焊操作也可以去老化。
從整體來看各種C值漂移,很明顯應該提倡使用標稱容差範圍為±10%的二類電容器,而不是標準容差範圍為±5%的,即使一些供應商仍然提供和交付標準容差範圍為±5%dedianrongchanpin。zhehuiyinqiduiyushifouzunshourongchafanweidewuyiyibianlun。zaiceliangguochengzhong,yonghujingchangwufamanzuyouguanceliangshebeiheceliangtiaojiandeyaoqiu。liruceliangdianya(通常定義為1.0V的有效值)在測量過程中出現下降,從而導致顯示的電容值過低。
最好根據電壓要求留有餘地
指定電壓通常是直流電壓(即使沒有明確標示)。如果該數值為交流電壓則會標明,例如“250V AC”。供應商通常會在其詳細數據表或規格/應用信息中提供其他的詳細信息,例如與紋波電流或峰峰值相關的信息。需要注意的是,具有相同C值但介電強度更高(不考慮可預測性或錯誤率方麵)的MLCC往往具有更厚的內層,從而減弱了直流偏置效應。
也就是說,一些供應商繼續為目前支持50V電壓的電容器提供較低電壓規格。在這兩種情況中,規格超過電壓要求都不是問題,例如,對於16V電壓要求,可以使用指定規範電壓為25 V或50 V的MLCC電容器。
除了此處考慮的基本參數外,在選擇MLCC組件時還有許多其他方麵的因素,例如,取決於應用和使用領域的所需質量水平或特性。此類特性可能包括汽車等級要求(通常符合AEC-Q200標準)或軟端接要求(也稱為flexiterm、抗撓裂、樹脂外部電極和聚合物端接,以及其他類似表達),可以防止在彎曲PCB時形成明顯可見的裂縫(圖4)。
圖4:具有特定屬性的MLCC可以滿足特殊要求
圖源:村田
實現小型化的動力
小型化背後的動機還有其他含義;雖然業界一直推動現代電子產品提供越來越多的性能以滿足要求,這日益限製了PCB上的空間,然而,現今推動小型化的主要因素更有可能是供貨和成本效益(圖5),youqishizaigongyingshangzhijian。duiyukaifarenyuanlaishuo,zheyiweizhetamenyuelaiyuexuyaoshiyinggongyingshangdebufa,ruguotamenxiangbaochilinghuoxinghechengbenxiaoyi,jiubixuliuchuzugoudeyudi,yibianzaixuyaoshikezhaodaotidaipin,ershuanglaiyuancaigoushishixianzheyimubiaodeguanjian。zaichongmantiaozhandeshichangtiaojianxiayouqiruci,zhezhongqingkuangzongshihuichuxian,jishizhishizanshide。
圖 5:各種結構尺寸MLCC電容的成本效益比較
圖源:威世
(本文作者係儒卓力陶瓷電容器技術支持Jürgen Geier)
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