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【选型攻略】MLCC 选型,要注意些什么?易学易用

作者:元器件秋姐
  • 2022-11-09
    广东
  • 本文字数:2149 字

    阅读完需:约 7 分钟

【选型攻略】MLCC选型,要注意些什么?易学易用

MLCC,即片式多层陶瓷电容器(Multi-layer Ceramic Capacitors),当下电容主流产品。数据显示,MLCC 约占据整个电容产值的 93%,一年消耗量在万亿颗级别,单部 5G 手机采用的 MLCC 量高达 1000 颗。MLCC 主要优点为体积小、频率特性好、寿命长。为此,MLCC 被广泛大量应用于消费电子、精密电子领域。

不同类型的电容对比


MLCC 由印好电极的陶瓷介质膜片错位叠合而成,和其他电容一样,在电路中起到滤波、振荡、储能等作用。MLCC 表面看来非常简单,但是如果电路设计师和电气工程师对 MLCC 的认识不够深入,选择 MLCC 时就容易出错。下面,本文将重点讨论 MLCC 选型和要注意的相关细节。


MLCC 选型攻略,信息整理来源:华秋商城


攻略一:看 MLCC 的性能参数

首先,看容量及容量误差。选电容第一步要看的就是电容容量。电容容量指的是在给定电位差下的电荷储藏量,代表了电容容纳电荷的本领。MLCC 的容量选择范围较宽,低至 0.1pF,高至几百 uF,都可选。


相比于容量,很多人选型 MLCC 时更容易忽视容量误差。容量误差指的是实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。MLCC 多用作精密电容,一般允许误差选用较小的。


电容容量常用的误差等级


另外,选择容量时还要考虑 DC 偏压特性——MLCC 会因施加的电压不同而导致静电容量发生变化。根据介质材料与工艺技术的不同,MLCC 可分为两种类型:温度补偿型、高介电系数型。DC 偏压特性多在高介电系数型 MLCC 上出现,但在温度补偿型 MLCC 上几乎不会出现。


如上图所示,高介电系数型 MLCC 会因施加 DC 而发生容量降低现象,因此,选择容量需要考虑 DC 偏压特性。


其次,看耐电压(DWV)。电容的耐电压性能指其陶瓷介质在工作状态中能够承受的最大电压,即击穿电压,也是 MLCC 的极限电压。对于结构、介质、容量相同的 MLCC,耐压越高,体积越大。


在理想化的情况下,电容选型时主要考虑容量及耐压两个参数就够了。但是对于 MLCC,仅仅考虑这两个参数是远远不够的。还必须特别注意到介质材料、MLCC 尺寸、电路对 MLCC 的温度系数等参数的需求。

攻略二:看介质材料和温度系数

使用 MLCC,不能不了解 MLCC 的材质及对应的性能,不然所选用的电容就很有可能满足不了电路要求。

MLCC 的材质有很多种,每种材质都有自身的独特性能特点。一般而言,材料的介质常数(K 值)越高,电容的稳定性、可靠性和耐用性就越差。MLCC 最常用的介质材料主要是以下三类:NPO 或 COG、X7R 或 X5R、Y5V 或 Z5U。


MLCC 不同介质材料的特性对比


如上表所示,介质材料与 MLCC 的温度系数是息息相关的。温度系数指在一定温度范围内,温度每变化 1℃,电容量的相对变化值。MLCC 的温度系数越小越好。


以 NPO、COG 为介质的高频电容器,稳定性超高,温度系数较小。其温度特性和电容量都非常稳定,几乎不随温度、电压的改变而改变,主要应用于高频电子线路,如震荡、计时电路等。其容量精度主要为±5%,在容量低于 10pF 时,还可选用 B 级(±0.1pF)、C 级(±0.25pF)、D 级(±0.5pF)三种精度。但这类 MLCC 电容价格高、容量小。


以 X7R、X5R 为介质的中频电容器,稳定性一般,温度系数中等。其温度系数为±15%,电容量相对稳定,适用于各种旁路、耦合、滤波电路等,其容量精度主要为 K 级(±10%)。特殊情况下,可提供 J 级(±5%)精度的产品。


以 Y5V、Z5U 为介质的低频电容器,稳定性较差,温度系数较大。其电容量受温度、电压的改变较大,一般只适用于各种滤波电路中。其容量精度主要为 Z 级(-20%~+80%),也可选择±20 精度的产品。不过,这类 MLCC 容量大且价格低,可取代低容铝电解电容。


因此,在选型时如果对工作温度和温度系数要求很低,可以考虑用 Y5V 或 Z5U 的,但是一般情况下要用 X7R 的,要求更高时必须选择 COG 或 NPO。通常,MLCC 厂家都会把 X7R、Y5V 材质的电容设计成在常温附近的容量最大,但是随着温度上升或下降,其容量都会下降。

攻略三:看 MLCC 尺寸

按公制单位标准,MLCC 大致可以分为 3225、3216、2012、1608、1005,数值越大,MLCC 的尺寸就更宽更厚。目前常用的最大为 3225(即 1210),最小为 01005。01005 的 MLCC 尺寸仅 0.4×0.2×0.2mm,非常适合 5G 手机、智能穿戴、和芯片内置等行业应用。


MLCC 尺寸表


攻略四:选择合适的生产厂商

MLCC 选型最后落地采购时,离不开生产厂商。


目前全球 MLCC 产业分三级梯队:


第一梯队主要以日系厂商村田、太阳诱电、TDK 为代表,日系以高端的车规和工控类 MLCC 见长,技术实力及生产规模都十分强大;


第二梯队是以三星电机、国巨、华新科为代表的韩国和中国台湾企业,MLCC 产能规模较大,但技术水平相比日系厂商仍存在一定差距;


第三梯队是以风华高科、三环电子为代表的国产厂商,技术和规模都与一、二梯队均存在差距,以中低端 MLCC 为主。

结语:

综上,我们选择 MLCC 时,至少必须考虑这 5 点因素:容量、容量误差、耐压值、材质、尺寸


例如 :< 100PF/J/50V/NPO/0603>,表示此 MLCC 的基础参数为 : 100PF 容值、容值允差为±5%、耐压为 50V、NPO 材质、0603 尺寸。


不过,现实中的 MLCC 选型要更复杂些,它是综合考虑多方面因素的结果。除了上述提到的选型要素,我们往往还需要从应用本身出发,可能要考虑 MLCC 的绝缘电阻、频率特性、损耗等性能参数,还要看看价格是否有优势,供应商供货是否及时等,才能确定最后的选型方案。



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