【干貨分享】溫度對(duì)MLCC的影響有哪些?
發(fā)布時(shí)間:2020-04-16 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】MLCC溫度特性由EIA規(guī)格與JIS規(guī)格等制定。分類表,如上圖所示,5U/Y5V 、Z5U/Z5V 也已經(jīng)改為歸為第二類,其實(shí)也很多場(chǎng)景不再使用。所以,通用MLCC大致可分為I類(低電容率系列、順電體)和II類(高電容率系列、鐵電體)兩類。
MLCC溫度特性由EIA規(guī)格與JIS規(guī)格等制定。分類表,如上圖所示,5U/Y5V 、Z5U/Z5V 也已經(jīng)改為歸為第二類,其實(shí)也很多場(chǎng)景不再使用。所以,通用MLCC大致可分為I類(低電容率系列、順電體)和II類(高電容率系列、鐵電體)兩類。
一類為溫度補(bǔ)償類NP0電介質(zhì)這種電容器電氣性能最穩(wěn)定,基本上不隨溫度、電壓、時(shí)間的改變,屬超穩(wěn)定型、低損耗電容材料類型,適用在對(duì)穩(wěn)定性、可靠性要求較高的高頻、特高頻、甚高頻電路中。
二類包括X5R、X8R、X6S、Y5V等,主材均是鈦酸鋇,只是添加的貴金屬不一樣。X7R電介質(zhì)由于X7R是一種強(qiáng)電介質(zhì),因而能制造出容量比NPO介質(zhì)更大的電容器。這種電容器性能較穩(wěn)定,隨溫度、電壓時(shí)間的改變,其特有的性能變化并不顯著,屬穩(wěn)定電容材料類型,使用在隔直、耦合、傍路、濾波電路及可靠性要求較高的中高頻電路中。Y5V電介質(zhì)這種電容器具有較高的介電常數(shù),常用于生產(chǎn)比容較大、標(biāo)稱容量較高的大容量電容器產(chǎn)品。但其容量穩(wěn)定性較X7R差,容量、損耗對(duì)溫度、電壓等測(cè)試條件較敏感,主要用在電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波及旁路電路中。
MLCC常用的規(guī)格有C0G(NP0)、X7R、Z5U、Y5V等,不同的規(guī)格有不同的特點(diǎn)和用途。
C0G電容器具有高溫度補(bǔ)償特性,適合作旁路電容和耦合電容
X7R電容器是溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器,適合要求不高的工業(yè)應(yīng)用
Z5U電容器特點(diǎn)是小尺寸和低成本,尤其適合應(yīng)用于去耦電路
Y5V電容器溫度特性最差,但容量大,可取代低容鋁電解電容
C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要區(qū)別是它們的填充介質(zhì)不同。在相同的體積下由于填充介質(zhì)不同所組成的電容器的容量就不同,隨之帶來的電容器的介質(zhì)損耗、容量穩(wěn)定性等也就不同,所以在使用電容器時(shí)應(yīng)根據(jù)電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器。
C0G(NP0)電容器
C0G是一種最常用的具有溫度補(bǔ)償特性的MLCC。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。C0G電容量和介質(zhì)損耗最穩(wěn)定,使用溫度范圍也最寬,在溫度從-55℃到+125℃時(shí)容量變化為0±30ppm/℃,電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC。C0G電容的漂移或滯后小于±0.05%,相對(duì)大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計(jì)的。其典型的容量相對(duì)使用壽命的變化小于±0.1%。
C0G電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同,大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。C0G電容器適合用于振蕩器、諧振器的旁路電容,以及高頻電路中的耦合電容。
下圖中,為1206封裝、C0G溫度特性、25V耐壓、0.22μF電容的電容值隨溫度的變化曲線。在全部規(guī)格要求的溫度范圍之類,電容的最小值為0.21996μF,最大0.22016μF,誤差非常小。
X7R電容器
X7R電容器被稱為溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器。X7R電容器溫度特性次于C0G,當(dāng)溫度在-55℃到+125℃時(shí)其容量變化為15%,需要注意的是此時(shí)電容器容量變化是非線性的。
X7R電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下也是不同的,它隨時(shí)間的變化而變化,大約每10年變化1%ΔC,表現(xiàn)為10年變化了約5%。
X7R電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用,并且電壓變化時(shí)其容量變化在可以接受的范圍內(nèi),X7R的主要特點(diǎn)是在相同的體積下電容量可以做的比較大。
X5R與X7R主要是上限溫度沒有那么高,也是大量被使用。
為1206封裝、X7R溫度特性、25V耐壓、0.22μF電容的電容值隨溫度的變化曲線。在全部規(guī)格要求的溫度范圍之類,電容的最小值為0.204μF,最大0.224μF,誤差相對(duì)C0G大了一個(gè)數(shù)量級(jí),但是溫度特性表現(xiàn)還是非常不錯(cuò)的。
Z5U電容器
Z5U電容器稱為“通用”陶瓷單片電容器。這里要注意的是Z5U使用溫度范圍在+10℃到+85℃之間,容量變化為+22%到-56%,介質(zhì)損耗最大為4%。Z5U電容器主要特點(diǎn)是它的小尺寸和低成本。對(duì)于上述兩種MLCC來說在相同的體積下,Z5U電容器有最大的電容量,但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大,它的老化率也是最大,可達(dá)每10年下降5%。
盡管它的容量不穩(wěn)定,由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感(ESL)和等效串聯(lián)電阻(ESR)低、良好的頻率響應(yīng)等特點(diǎn),使其具有廣泛的應(yīng)用范圍,尤其是在去耦電路中的應(yīng)用。
在一些廠家的官網(wǎng)已經(jīng)找不到相應(yīng)的選型規(guī)格。下圖為NP0、X7R、Y5V、Z5U的溫度特性對(duì)比曲線。
Y5V電容器
Y5V電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器,Y5V介質(zhì)損耗最大為5%。Y5V材質(zhì)的電容,溫度穩(wěn)定性不好,溫度變化會(huì)造成容值大幅變化,設(shè)計(jì)時(shí)候一定要考慮到,在-30℃到85℃范圍內(nèi)其容量變化可達(dá)+22%到-82%,Y5V會(huì)逐漸被溫度特性好的X7R、X5R所取代。在一些廠家的官網(wǎng)已經(jīng)找不到相應(yīng)的選型規(guī)格。下圖為網(wǎng)友實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
C0G、X7R、Z5U、Y5V的溫度特性、可靠性依次遞減,成本也是依次減低的。在選型時(shí),如果對(duì)工作溫度和溫度系數(shù)要求很低,可以考慮用Y5V的,但是一般情況下要用X7R,要求更高時(shí)必須選擇C0G的。一般情況下,MLCC都設(shè)計(jì)成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量最大,容量相對(duì)溫度的變化軌跡是開口向下的拋物線,隨著溫度上升或下降,其容量都會(huì)下降。
并且C0G、X7R、Z5U 、Y5V介質(zhì)的介電常數(shù)也是依次減少的,所以,同樣的尺寸和耐壓下,能夠做出來的最大容量也是依次減少的。實(shí)際應(yīng)用中很多公司的開發(fā)設(shè)計(jì)工程師按理論計(jì)算,而不了解MLCC廠家的實(shí)際生產(chǎn)狀況,常常列出一些很少生產(chǎn)甚至不存在的規(guī)格,這樣不但造成采購成本上升而且影響交期。比如想用0603/C0G/25V/3300pF的電容,但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF。
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