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中國SMD資訊-貼片式電子元器件大全
貼片式多層陶瓷電容器及其應用

引言
  隨著表面貼裝技術(SMT)及便攜式電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展,近年來開發(fā)出各種尺寸小、性能好的貼片式元器件(SMD),貼片式多層陶瓷電容器(MLCC)就是十分出色的貼片式元件之一。由于它有極好的性能、多種不同的品種、規(guī)格齊全、尺寸小、價格便宜,并且有可能取代鋁電解電容器及鉭電解電容器等特點,得到極其廣泛的應用。
  本文介紹MLCC的主要參數(shù)、特性、應用指南,便于用戶正確選擇及應用。
工作溫度范圍及溫度特性
  根據(jù)所用介質(zhì)材料的不同,MLCC的工作溫度范圍及溫度特性(用溫度系數(shù)或電容量變化百分比來表示)如表1所示,不同介質(zhì)材料的溫度特性曲線分別如圖1~5所示。
  按美國電工協(xié)會(EIA)標準,不同介質(zhì)材料的MLCC按溫度穩(wěn)定性分成三類:超穩(wěn)定級(工類)的介質(zhì)材料為COG或NPO;穩(wěn)定級(II類)的介質(zhì)材料為X7R;能用級(Ⅲ)的介質(zhì)材料Y5V。





精度等級及代碼
  MLCC的精度(允差)等級分成9級,如表2所示。這里要注意的是溫度穩(wěn)定性類別與允差是有關的,并且其電容量的基數(shù)也不同,如表2所示。電容量數(shù)如表3所示。
  COG(NPO)I類的電容量較小,一般在2200pF以下(最大值0.1μF);X7RⅡ類的電容量一般在100pF~2.2μF之間;Y5VⅢ類的電容量范圍較大,一般為1000pF~100μF。
額定電壓(耐壓)
  MLCC有耐高壓品種,JOHANSON公司有容量10pF~0.68μF、耐壓范圍為500~5000V的系列。一般常用的耐壓范圍為10~200V(250V),但最常用的耐壓范圍是10~50V。


  這里要注意的是,耐壓高電容器的容量小,如耐壓達200V,其容量小于 3.3μF;大容量(25~100μF)電容器,其耐壓不超過25V。所選的電容器的額定電壓必須大于最大工作電壓。


尺寸及尺寸代碼
  MLCC的外形非常標準,如圖6所示。常用的尺寸代碼如表4所示(以JOHANSON公司16~200V產(chǎn)品為例)。
  某些容量大的電容器要用兩個或三個電容器堆疊并聯(lián)而成(最多堆疊5個)。以NIPPON CHEMI-CON公司的THP系列為例,共有三種形式:A、B、C其外形如圖7所示,尺寸如表5所示。
  THP型1~100μF電容器的不同耐壓及封裝型式如表6所示。
MLCC
的主要特點
  1.等效串聯(lián)電阻(ESR)小,阻抗(Z)低
  一種低阻抗型0.1μFMLCC(X7R)在不同頻率時的ESR及Z的特性曲線如圖8所示。從圖中可以看出:在10MHz頻率左右有較低的ESR(小于 0.02Ω)及Z(0.04Ω)。圖9是在額定電壓和電容量相同的情況下,鉭電解電容器與Y5V(III類)MLCC在不同頻率下的ESR的比較:在 0.1~10Mhz范圍內(nèi),MLCC的ESR要比鉭電解電容器小幾十倍。圖10是4.7μF的MLCC,47μF的鋁電解電容器及10μF的鉭電解電容器在不同頻率時的阻抗(Z)比較。從圖中可以看出在0.1~10MHz范圍內(nèi),4.7μF的MLCC遠比10倍容量的鋁電解電容器及2倍以上容量的鉭電解電容器阻抗要小得多。因此,在高頻工作條件下,它有可能取代尺寸大或價格高的鋁電解電容器或鉭電解電容器,并有更好的性能。


    

 


  2.額定紋波電流大
  電容器的一個重要功能是用做平滑濾波器,因此額定紋波電流大小是一個重要性能指標。在設計濾波電路中,電容器的額定紋波電流要大于電路的最大紋波電流。由于MLCC的ESR小,因此它的額定紋波電流大。這里舉一個實例來說明。1500μF/25V的鋁電解電容器的額定紋波電流(100kHz、105℃)為1.95A,而THC系列15μF/25V的MLCC的額定紋波電流是2A(電容量要差100倍!)。這是因為MLCC在100kHz時的ESR小于 0.01Ω,大電流的充、放電不會使電容器因過熱而損壞。
  NIPPON CHEMI-CON公司的THC系列的額定紋波電流與電容器的尺寸代碼關系如表7所示。可以看出尺寸雖小但額定紋波電流不低。
  3.品種、規(guī)格齊全

  MLCC的品種、規(guī)格齊全。有耐高壓系列(500~5000V)、EMI濾波系列、低阻抗系列、有高精度調(diào)諧系列(RF頻段)及多個電容器陣列,適合各方面應用。
  4.尺寸?。蛪?0V)
  MLCC中0402尺寸的電容器的容量可達0.047μF(X5R)、0.1μF(Y5V),0603尺寸的可達1μF(Y5V),0805尺寸的可達2.2μF(Y5V)。這對便攜產(chǎn)品節(jié)省空間具有很大意義,而且10V的耐壓也很適合便攜應用。
  5.無極性
  由于無極性,其裝配更為方便。

  這里將幾種電容器的ESR及漏電流作一個比較,如表8所示。
應用領域
  MLCC可適用于各種電路,如振蕩電路、定時或延時電路、耦合電路、去耦電路、平濾濾波電路、抑制高頻噪聲電路、旁路等。近年來還在DC/DC變換器電路、電荷泵變換器電路中得到了極其廣泛的應用。這些電源電路中的工作頻率已提高到1~3MHz,在這個頻率范圍內(nèi)MLCC有極好的性能,它不僅減小了能量損耗、紋波電壓,提高了轉(zhuǎn)換頻率,并且體積小,成本低(取代了鉭電解),這對便攜產(chǎn)品具有重要意義。


  



選用及應用指南
  選擇MLCC有六個參數(shù):電容量、耐壓、介質(zhì)材料、精度等級、尺寸代碼及包裝(與裝配機械協(xié)調(diào))。本文已介紹前五個參數(shù),可以根據(jù)電容器在電路中的工作溫度、工作電壓、電路精度要求等條件,參數(shù)上述表格、資料選擇合適的MLCC。
  在應用中要設計焊盤尺寸,并確定焊接工藝以保證焊接質(zhì)量。這里介紹焊盤尺寸及三種不同焊接的溫度特性。
  MLCC的焊盤尺寸設計可參考圖11及表9。
  MLCC的焊接可采用回流焊、氣相同流焊及波峰焊,其加溫特性如圖12~圖14所示。
  有少數(shù)設計者在選擇電容器時提出過高的精度要求及耐壓要求;時有選擇電容量較偏僻的情況。這樣往往會造成成本過高或延長采購周期。因此,在設計過程中應充分了解市場供應情況,以免造成生產(chǎn)周期的延長及生產(chǎn)成本的增加。