【硬缸·EP1】MLCC

笔者语:

这是硬缸系列的第一集,又是没啥创意的谐音梗。所谓硬缸就是硬着头皮把硬件知识收集到一个大缸里。硬件的东西是学不完的,硬缸系列会一直更新下去,欢迎关注后续呀!

MLCC虽然很好用,但是有挺多需要注意的地方。这里就做个笔记本吧!

长期连载,这个系列的其他集点击这里

写这篇文章的时候,我参考了大量的文章,这些文章通常来自值得信赖的电子元件公司或权威的EE杂志。在一些地方,我引用了他们的 图片(假如您是图片的作者,觉得不合适,可以及时的E-MAIL我),感谢这些工程师的工作。有一些文章,没有做出引用但是同样很有帮助,我也一并放在下面(小服务器放不下,大家可以自行搜索,后续有时间可能会做一些翻译工作,到时候再放出)。

参考资料:

ADI:

1、AN136:《PCB Layout Considerations for Non-Isolated Switching Power Supplies》

Kemet:

1、《VCC: Capacitance Change vsVoltage in Ceramic Capacitors

MAXIM:

1、TUTORIALS 5527:《TEMPERATURE AND VOLTAGE VARIATION OF CERAMIC CAPACITORS, OR WHY YOUR 4.7ΜF CAPACITOR BECOMES A 0.33ΜF CAPACITOR》
2、TUTORIALS 6014:《HOW TO MEASURE CAPACITY VERSUS BIAS VOLTAGE ON MLCCS》

ROHM:

1、No.13027EAY07:《The Important Points of Multi-layer Ceramic Capacitor Used in Buck Converter circuit》

TI:

1、高 K 陶瓷电容器形成的信号失真

一、MLCC材质

常见的有比较好的有:COG,NPO,U2J,还有一些别的参见下表更详细的:

低温

高温

容量变化

X: -55 °C

4: +65 °C

A: ±1.0%

Y: -30 °C

5: +85 °C

B: ±1.5%

Z: +10 °C

6: +105 °C

C: ±2.2%

7: +125 °C

D: ±3.3%

8: +150 °C

E: ±4.7%

9: +200 °C

F: ±7.5%

P: ±10%

R: ±15%

S: ±22%

T: +22% -33%

U: +22% -56%

V: +22% -82%

二、MLCC封装

不考虑AVX等厂做的MLCC阵列——那种奇怪(买不起)的封装,MLCC常见的封装有:0201,0306,0603,0805,1203,1206,1210,1812,2512等

一般来说:

1、小封装且容值不大(<0603/<1uf)会用好的材质,因为一般来说用于容值不用大,但又要求容值精准且稳定的场合(主要是造假没必要)。

2、0805及以下少见大于50V耐压的。

3、人类的技术是有限的,好的材质、大的容量,高的耐压是不可能同时在同一个电容上实现的。那么我怎么知道卖家的”X7R,50V,100uf,0805″是真的呢?

请您打开世界顶级MLCC制造商,比如村田的产品线列表(https://psearch.cn.murata.com/capacitor/spec/smd/?intcid5=com_xxx_xxx_hm_ms3_xxx),假如村田这样的顶级厂家都生产不出来,那么基本就可以认定是假的了(有些厂家技能书相当的歪,比如AVX的MLCC蜈蚣阵(AVX也确实可以算MLCC的TOP品牌,不过常见封装基本可以拿村田做基准线)。

4、通常来说,小体积电容会有更低的寄生参数,但是电压系数会变差。

与此同时,大体积的电容电压系数相当优秀(同材质横向比较),但是寄生参数会变大,而且更加容易发生断裂(受热不均,机械应力等)。

三、MLCC电气性能

MLCC性能最大的影响因素是钱;同材质,同封装,同耐压,同容量,大厂一定又贵又好(不考虑人为因素,比如某些厂组织的炒作以及部分型号太俏了和部分型号太冷门导致的市场调控作用)。

下面一段话会顺便把一些测试方法也介绍出来,不单独列出。

1、温漂

温漂的主要影响因素是材质,一般NPO=C0G>U2J,剩下请参考上文表格。

2、电压

MLCC一般能在短时间内承受高于耐压值很多倍的电压而不损坏(可能会有一定的电气性能的损失)。所以很多奸商会把低耐压的当高耐压卖。

常见耐压有6.3V、10V、16V、25V、30V、35V、50V、100V、200V、250V、500V、1000V

通常来说高耐压的MLCC会使用好的材质(>=X5R)

3、容值

①标称容值见2.3节的介绍

②讲一讲很多人不知道的VCC(电压系数)。一般来说,除了I类MLCC,MLCC都会有一定的电压系数。严重时,额定电压下,容量仅为标称值的20%。VCC不仅与材质有关,还与厂商的良心或者你的预算成反比。比较典型的是,许多人都会忽视的一点是,所谓的比如X7R,他只是规定了电容的温漂系数,也就是说,还有可能有某型号的X7R的电压系数甚至不如别人的低端的电容的。(在我所获得的样品中,不管是来自淘宝野生店铺还是合格的代理商,标称50V 106 1206 X7R的电容(因为这个参数我几乎每个牌子都买了一些),都表现出了明显的和价格呈正相关的性能)。

关于VCC,Kemet有详细的解读:《VCC: Capacitance Change vsVoltage in Ceramic Capacitors》

也有一些公司推出了可以按直流偏置来进行搜索的功能,比如村田:https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=zh-cn&boot=revsch

4、寄生参数

视情况而定可以无视也会让你的板子瞎出问题。

太多了,也许要开单(tiao)章(piao)。

不同陶瓷 SMT 电容尺寸与寄生电感的关系

尺寸 ESL(nH)
0603 0.6
0805 0.8
0508 0.2
1206 1.0
0612 0.2
1210 1.0

四、MLCC应用注意事项

1、失效

村田等公司的大部分MLCC的datasheet都会对MLCC的机械应力和焊接的问题给出建议,比如这篇:https://search.murata.co.jp/Ceramy/image/img/A01X/G101/ENG/KCM_C0G_630V_E.pdf

①、机械应力

MLCC几乎是堪称完美的电容器,可惜他不仅被炒作了还是个脆皮,毕竟它层与层之间只有几十um,焊接端子也是电镀上去的,一不小心就失效了。

解决方法:轻拿轻放;布局时与板子边沿成平行放置;注意考虑焊盘的尺寸与形状,防止焊接时冷却速度不一导致的受力不均;MLCC的焊盘尽可能不飞线。

②、焊接

焊接的失效主要来自受热不均导致的断裂,当然也不排除手工焊接时把他夹碎的。

所以一般推荐热风枪之类的可以进行均匀加热的方法焊接大单体(>1206)。
MLCC焊接技术要领——>     MLCC焊接技术要领.PDF

2、布局

请参考ADI的AN136.

了起

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