做座贴片式多层陶瓷电容器及其应用

贴片式多层陶瓷电容器及其应用

引言

随着表面贴装技术（SMT）及便携式电子产品迅猛发展，近年来开发出各种尺寸小、性能好的贴片式元器件（SMD），贴片式多层陶瓷电容器（MLCC）就是十分出色的贴片式元件之一。由于它有极好的性能、多种不同的品种、规格齐全、尺寸小、价格便宜，并且有可能取代铝电解电容器及钽电解电容器等特点，得到极其广泛的应用。

本文介绍MLCC的主要参数、特性、应用指南，便于用户正确选择及认真实行社会应用。

工作温度范围及温度特性

根据所用介质材料的不同，MLCC的工作温度范围及温度特性（用温度系数或电容量变化百分比来表示）如表1所示，不同介质材料的温度特性曲线分别如图1～5所示。

按美国电工协会（EIA）标准，不同介质材料的MLCC按温度稳定性分成三类：超稳定级（工类）的介质材料为COG或NPO；稳定级（II类）的介质材料为X7R；能用级（Ⅲ）的介质材料Y5V。

精度等级及代码

MLCC的精度（允差）等级分成9级，如表2所示。这里要注意的是温度稳定性类别与允差是有关的，并且其电容量的基数也不同，如表2所示。电容量数如表3所示。

COG(NPO)I类的电容量较小，一般在2200pF以下（最大值0.1μF）；X7RⅡ类的电容量一般在100pF～2.2μF之间；Y5VⅢ类的电容量范围较大，一般为1000pF～100μF。

额定电压（耐压）

MLCC有耐高压品种，JOHANSON公司有容量10pF～0.68μF、耐压范围为500～5000V的系列。一般常用的耐压范围为10～200V（250V），但最常用的耐压范围是10～50V。

这里要注意的是，耐压高电容器的容量小，如耐压达200V，其容量小于 3.3μF；大容量（25～100μF）电容器，其耐压不超过25V。所选的电容器的额定电压必须大于最大工作电压。

尺寸及尺寸代码

MLCC的外形非常标准，如图6所示。常用的尺寸代码如表4所示（以JOHANSON公司16～200V产品为例）。

某些我省传统产业范围大容量大的电容器要用两个或三个电容器堆叠并联而成（最多堆叠5个）。以NIPPON CHEMI-CON公司的THP系列为例，共有三种形式：A、B、C其外形如图7所示，尺寸如表5所示。

THP型1～100μF电容器的不同耐压及封装型式如表6所示。

MLCC的主要特点

1.等效串联电阻（ESR）小，阻抗（Z）低

一种低阻抗型0.1μFMLCC（X7R）在不同频率时的ESR及Z的特性曲线如图8所示。从图中可以看出：在10MHz频率左右有较低的ESR（小于 0.02Ω）及Z（0.04Ω）。图9是在额定电压和电容量相同的情况下，钽电解电容器与Y5V（III类）MLCC在不同频率（3）先进基础材料下的ESR的比较：在 0.1～10Mhz范围内，MLCC的ESR要比钽电解电容器小几十倍。图10是4.7μF的MLCC，47μF的铝电解电容器及10μF的钽电解电容器在不同频率时的阻抗（Z）比较。从图中可以看出在0.1～10MHz范围内，4.7μF的MLCC远比10倍容量的铝电解电容器及2倍以上容量的钽电解电容器阻抗要小得多。BuB因此，在高频工作条件下，它有可能取代尺寸大或价格高的铝电解电容器或钽电解电容器，并有更好的性能。

2.额定纹波电流大

电容器的一个重要功能是用做平滑滤波器，因此额定纹波电流大小是一个重要性能指标。在设计滤波电路中，电容器的额定纹波电流要大于电路的最大纹波电流。由于MLCC的ESR小，因此它的额定纹波电流大。这里举一个实例来说明。1500μF/25V的铝电解电容器的额定纹波电流（100kHz、105℃）为1.95A，而THC系列15μF/25V的MLCC的额定纹波电流是2A（电容量要差100倍！）。这是因为MLCC在100kHz时的ESR小于 0.01Ω，大电流的充、放电不会使电容器因过热而损坏。

NIPPON CHEMI-CON公司的THC系列的额定纹波电流与电容器的尺寸代码关系如表7所示。可以看出尺寸虽小但额定纹波电流不低。

3.品种、规格齐全

MLCC的品种、规格齐全。有耐高压系列（500～5000V）、EMI滤波系列、低阻抗系列、有高精度调谐系列（RF频段）及多个电容器阵列，适合各方面应用。

4.尺寸小（耐压10V）

MLCC中0402尺寸的电容器的容量可达0.047μF(X5R)、0.1μF(Y5V)，0603尺寸的可达1μF（Y5V），0805尺寸的可达2.2μF（Y5V）。这对便携产品节省空间具有很大意义，而且10V的耐压也很适合便携应用。

5.无极性

由于无极性，其装配更为方便。

这里将几种电容器的ESR及漏电流作一个比较，如表8所示。

应用领域

MLCC可适用于各种电路，如振荡电路、定时或延时电路、耦合电路、去耦电路、平滤滤波电路后来他们又为半导体行业做电子级氢氟酸、抑制高频噪声电路、旁路等。近年来还在DC/DC变换器电路、电荷泵变换器电路中得到了极其广泛的应用。这些电源电路中的工作频率已提高到1～3MHz，在这个频率范围内MLCC有极好的性能，它不仅减小了能量损耗、纹波电压，提高了转换频率，并且体积小，成本低（取代了钽电解），这对便携产品具有重要意义。

选用及应用指南

选择MLCC有六个参数：电容量、耐压、介质材料、精度等级、尺寸代码及包装（与装配机械协调）。本文已介绍前五个参数，可以根据电容器在电路中的工作温度、工作电压、电路精度要求等条件，参数上述表格、资料选择合适的MLCC。

在应用中要设计焊盘尺寸，并确定焊接工艺以保证焊接质量。这里介绍焊盘尺寸及三种不同焊接的温度特性。

MLCC的焊盘尺寸设计可参考图11及表9。

MLCC的焊接可采用回流焊、气相同流焊及波峰焊，其加温特性如图12～图14所示。

有少数设计者在选择电容器时提出过高的精度要求及耐压要求；时有选择电容量较偏僻的情况。这样往往会造成成本过高或延长采购周期。因此，在设计过程中应充分了解市场供应情况，以免造成生产周期的延长及生产成本的增加。(end)