贴片式多层陶瓷电容器及其应用

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欢迎访问e展厅 展厅 4 电容器展厅 电解电容, 超级电容器, 薄膜电容, 贴片电容, 安规电容, ... 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、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)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/14/2008)