貼片電容選用一般規(guī)則

兄弟，加油~！MLCC片狀多層陶瓷電容現(xiàn)在已經(jīng)成為了電子電路最常用的元件之一.MLCC表面看來，非常簡單，可是，很多情況下，設(shè)計(jì)工程師或生產(chǎn)、工藝人員對MLCC的認(rèn)識卻有不足的地方.以下談?wù)凪LCC選擇及應(yīng)用上的一些問題和注意事項(xiàng).MLCC雖然是比較簡單的，但是，也是失效率相對較高的一種器件.失效率高，一方面是MLCC結(jié)構(gòu)固有的可靠性問題，另外還有選型問題以及應(yīng)用問題.由于電容算是“簡單”的器件，所以有的設(shè)計(jì)工程師由于不夠重視，從而對MLCC的獨(dú)有特性不了解.在理想化的情況下，電容選型時，主要考慮容量及耐壓兩個參數(shù)就夠了.但是對于MLCC，僅僅考慮這兩個參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.使用MLCC，不能不了解MLCC的不同材質(zhì)和這些材質(zhì)對應(yīng)的性能.MLCC的材質(zhì)有很多種，每種材質(zhì)都有自身的獨(dú)特性能特點(diǎn).不了解這些，所選用的電容就很有可能滿足不了電路要求.舉例來說，MLCC常見的有C0G也稱NP0材質(zhì)，X7R材質(zhì)，Y5V材質(zhì).C0G的工作溫度范圍和溫度系數(shù)最好，在-55°C至+125°C的工作溫度范圍內(nèi)時溫度系數(shù)為0 ±30ppm/°C.X7R次之，在-55°C至+125°C的工作溫度范圍內(nèi)時容量變化為±15%.Y5V的工作溫度僅為-30°C至+85°C，在這個工作溫度范圍內(nèi)時其容量變化可達(dá)-22%至+82%.當(dāng)然，C0G、X7R、Y5V的成本也是依次減低的.在選型時，如果對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的，要求更高時必須選擇COG的.一般情況下，MLCC廠家都設(shè)計(jì)成使X7R、Y5V材質(zhì)的電容在常溫附近的容量最大，但是隨著溫度上升或下降，其容量都會下降.僅僅了解上面知識的還不夠.由于C0G、X7R、Y5V的介質(zhì)的介電常數(shù)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.有的沒經(jīng)驗(yàn)的工程師，以為想要什么容量都有，選型時就會犯錯誤，選了不存在的規(guī)格.比如想用0603/C0G/25V/3300pF的電容，但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF.其實(shí)只要仔細(xì)看了廠家的選型手冊，就不會犯這樣的錯誤.另外，對于入門不久的設(shè)計(jì)工程師，對元件規(guī)格的數(shù)序E12、E24等沒概念，會給出0.5uF之類的不存在的規(guī)格出來.即使是有經(jīng)驗(yàn)的工程師，對于規(guī)格的壓縮也沒概念.比如說，在濾波電路上，原來有人用到了3.3uF的電容，他的電路也能用3.3uF的電容，但他有可能偏偏選了一個沒人用過的4.7uF或2.2uF的電容規(guī)格.不看廠家選型手冊選型的人，還會犯下面這種錯誤，比如選了一個0603/X7R/470pF/16V的電容，而事實(shí)上一般廠家0603/X7R/470pF的電容只生產(chǎn)50V及其以上的電壓而不生產(chǎn)16V之類的電壓了.另外注意片狀電容的封裝有兩種表示方法，一種是英制表示法，一種是公制表示法.美國的廠家用英制的，日本廠家基本上都用公制的，而國產(chǎn)的廠家有用英制的也有用公制的.一個公司所用到的電容封裝，只能統(tǒng)一用一種制式來表示，不能這個工程師用英制那個工程師用公制.否則會搞混亂.極端的情況下，還會弄錯.比如說，英制的有0603的封裝，公制的也有0603的封裝，但是兩者實(shí)際上是完全不同的尺寸的.英制的0603封裝對應(yīng)公制的是1608，而公制的0603封裝對應(yīng)英制的卻是0201!其實(shí)英制封裝的數(shù)字大約乘以2.5前2位后2位分開乘就成為了公制封裝規(guī)格.現(xiàn)在流行的是用英制的封裝表達(dá)法.比如我們常說的0402封裝就是英制的表達(dá)法，其對應(yīng)的公制封裝為10051.0*0.5mm.另外，設(shè)計(jì)工程師除了要了解MLCC的溫度性能外，還應(yīng)該了解更多的性能.比如Y5V介質(zhì)的電容，雖然容量很大，但是，這種鐵電陶瓷有一個缺點(diǎn)，在就是其靜態(tài)容量隨其直流偏置工作電壓的增大而減少，最大甚至?xí)陆?0%.比如一個Y5V/50V/10uF的電容，在50V的直流電壓下，其容量可能只有3uF!當(dāng)然，不同的廠家的特性有差異，有的下降可能沒這么嚴(yán)重.如果你一定要用Y5V的電容，除了要知道其容量隨溫度的變化曲線圖外，還必須向廠家索取其容量隨直流偏置電壓變化的曲線圖甚至是要容量溫度直流偏置綜合圖.使用Y5V電容要有足夠的電壓降額.X7R的容量隨其直流偏置工作電壓的增大也減少，不過沒有Y5V的那么明顯.同時，MLCC尺寸越小，這種效應(yīng)就越明顯.不同的材質(zhì)的頻率特性也不同.設(shè)計(jì)師必須了解不同材質(zhì)的不同頻率特性.比如C0G又稱高頻熱補(bǔ)償型介質(zhì)的高頻特性好，X7R的次之，Y5V的差.在做平滑電源濾波用途時，要求容量盡量大，所以可用Y5V電容，也就是說，Y5V電容可以取代電解電容.在做旁路用途時，比如IC的VCC引腳旁的旁路電容，至少要選用X7R電容.而振蕩電路則必須用C0G電容.由于Y5V的性能較差，我一般都是不推薦使用的，要求設(shè)計(jì)工程師盡量考慮用X7R電容或X5R電容.如果對容量體積比要求高的場合，則考慮用鉭電容而盡量避免用Y5V電容.當(dāng)然，如果你們公司要求不高，還是可以考慮Y5V電容，但是要特別小心.一般說MLCC的ESL等效串聯(lián)電感、ESR等效串聯(lián)電阻小，是相對于電解電容包括鉭電解電容而言的.事實(shí)上，高頻時，MLCC的ESL、ESR不可以忽略.一般C0G電容的諧振點(diǎn)能達(dá)上百M(fèi)Hz，一般X7R電容的諧振點(diǎn)能達(dá)幾十MHz，而Y5V電容的諧振點(diǎn)僅僅是數(shù)MHz甚至不到1MHz.諧振點(diǎn)意味著，超過了這個頻率，電容已經(jīng)不是電容特性了，而是電感特性了.如果想使MLCC用于更高頻率，比如微波，那么，就必須用專門的微波材料和工藝制造的MLCC.微波電容要求ESL、ESR必須更小.MLCC一直在小型化的方向進(jìn)展.現(xiàn)在0402的封裝已經(jīng)是主流產(chǎn)品.但是小型化可能帶來其它的一些危害.事實(shí)上，不是所有的電子產(chǎn)品都是那么在意和歡迎小型化MLCC的.在意小型化的電子產(chǎn)品，比如手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等等，這些產(chǎn)品成為MLCC小型化的主要推動力.對于MLCC廠家來說，小型化MLCC占有主要的出貨量.但是從整個電子業(yè)界來說，還有很多電子設(shè)備，對小型化不是那么在乎，性能和可靠性才是關(guān)鍵考慮因素，MLCC小型化帶來了可靠性的隱患.比如通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工控設(shè)備、電源等.這些電子設(shè)備空間夠大，對MLCC小型化不是很感興趣;而且，這些電子設(shè)備不像個人消費(fèi)品那樣追趕時髦且更新?lián)Q代快，而是更在乎長久使用的可靠性，所以對于元件的余量要求更高為了保證可靠性，余量要大，所以尺寸更大的MLCC才滿足要求.另外，更大的尺寸使得MLCC廠家在提高電容的可靠性上更有發(fā)揮的空間.這點(diǎn)恰好與MLCC廠家追求小型化的方向不一致.這是個矛盾.這些高可靠性要求的電子設(shè)備的特點(diǎn)是量不是很大，但是價格昂貴個別種類電源除外，可靠性要求也高.如果是知名的電子設(shè)備廠，日子會好過一點(diǎn)，因?yàn)镸LCC廠會為他們保存一些大尺寸的規(guī)格的MLCC生產(chǎn).如果不是知名的電子設(shè)備廠，也不用那么悲觀，畢竟，還有少數(shù)MLCC廠定位不同，依然會繼續(xù)生產(chǎn)大尺寸的電容.所以，作為這種電子設(shè)備的廠家，要善于尋找定位于高性能高可靠的較大尺寸的MLCC廠家.但是有一個注意事項(xiàng)是，所選用的規(guī)格不可以是獨(dú)家才有的規(guī)格，至少是有兩家滿足自己公司要求的MLCC廠家在生產(chǎn)這種規(guī)格.另外，對于小型化不影響性能和可靠性要求時，還是優(yōu)先考慮小型化的M LCCC.有的公司在MLCC的應(yīng)用上也會有一些誤區(qū).有人以為MLCC是很簡單的元件，所以工藝要求不高.其實(shí)，MLCC是很脆弱的元件，應(yīng)用時一定要注意.MLCC廠家在生產(chǎn)過程中，如果工藝不好，就有可能會有隱患.比如介質(zhì)空洞、燒結(jié)紋裂、分層等都會帶來隱患.這點(diǎn)只能通過篩選優(yōu)秀的供應(yīng)商來保證后面還會談到供應(yīng)商選擇問題.另外就是陶瓷本身的熱脆性和機(jī)械應(yīng)力脆性的故有可靠性，導(dǎo)致電子設(shè)備廠在使用MLCC時，使用不當(dāng)也容易失效.MLCC現(xiàn)在做到幾百層甚至上千層了，每層是微米級的厚度.所以稍微有點(diǎn)形變就容易使其產(chǎn)生裂紋.另外同樣材質(zhì)、尺寸和耐壓下的MLCC，容量越高，層數(shù)就越多，每層也越薄，于是越容易斷裂.另外一個方面是，相同材質(zhì)、容量和耐壓時，尺寸小的電容要求每層介質(zhì)更薄，導(dǎo)致更容易斷裂.裂紋的危害是漏電，嚴(yán)重時引起內(nèi)部層間錯位短路等安全問題.而且裂紋有一個很麻煩的問題是，有時比較隱蔽，在電子設(shè)備出廠檢驗(yàn)時可能發(fā)現(xiàn)不了，到了客戶端才正式暴露出來.所以防止MLCC產(chǎn)生裂紋意義重大.MLCC受到溫度沖擊時，容易從焊端開始產(chǎn)生裂紋.在這點(diǎn)上，小尺寸電容比大尺寸電容相對來說會好一點(diǎn)，其原理就是大尺寸的電容導(dǎo)熱沒這么快到達(dá)整個電容，于是電容本體的不同點(diǎn)的溫差大，所以膨脹大小不同，從而產(chǎn)生應(yīng)力.這個道理和倒入開水時厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂一樣.另外，在MLCC焊接過后的冷卻過程中，MLCC和PCB的膨脹系數(shù)不同，于是產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋.要避免這個問題，回流焊時需要有良好的焊接溫度曲線.如果不用回流焊而用波峰焊，那么這種失效會大大增加.MLCC更是要避免用烙鐵手工焊接的工藝.然而事情總是沒有那么理想.烙鐵手工焊接有時也不可避免.比如說，對于PCB外發(fā)加工的電子廠家，有的產(chǎn)品量特少，貼片外協(xié)廠家不愿意接這種單時，只能手工焊接;樣品生產(chǎn)時，一般也是手工焊接;特殊情況返工或補(bǔ)焊時，必須手工焊接;修理工修理電容時，也是手工焊接.無法避免地要手工焊接MLCC時，就要非常重視焊接工藝.首先必須告知工藝和生產(chǎn)人員電容熱失效問題，讓其思想上高度重視這個問題.其次，必須由專門的熟練工人焊接.還要在焊接工藝上嚴(yán)格要求，比如必須用恒溫烙鐵，烙鐵不超過315°C要防止生產(chǎn)工人圖快而提高焊接溫度，焊接時間不超過3秒選擇合適的焊焊劑和錫膏，要先清潔焊盤，不可以使MLCC受到大的外力，注意焊接質(zhì)量，等等.最好的手工焊接是先讓焊盤上錫，然后烙鐵在焊盤上使錫融化，此時再把電容放上去，烙鐵在整個過程中只接觸焊盤不接觸電容可移動靠近，之后用類似方法給焊盤上的鍍錫墊層加熱而不是直接給電容加熱焊另一頭.機(jī)械應(yīng)力也容易引起MLCC產(chǎn)生裂紋.由于電容是長方形 的和PCB平行的面，而且短的邊是焊端，所以自然是長的那邊受到力時容易出問題.于是，排板時要考慮受力方向.比如分板時的變形方向于電容的方向的關(guān)系.在生產(chǎn)過程中，凡是PCB可能產(chǎn)生較大形變的地方都盡量不要放電容.比如PCB定位鉚接、單板測試時測試點(diǎn)機(jī)械接觸等等都會產(chǎn)生形變.另外半成品PCB板不能直接疊放.等等.下面談?wù)凪LCC的廠家選擇與樣品認(rèn)證.MLCC作為相對低端的元件，歐美廠家一般不太愿意生產(chǎn)了或被日本品牌收購了.美國只剩下極少數(shù)的廠家還在生產(chǎn)MLCC，但是市場占有量少，貨期長.所以，MLCC做得最好的是日本品牌.當(dāng)然，臺灣和大陸也有一些知名廠家的MLCC市場占有率不錯.在普通的規(guī)格上，臺灣和大陸的名牌MLCC的技術(shù)和質(zhì)量差不多向日本的廠家靠攏了.但是如果要用一些技術(shù)和質(zhì)量更優(yōu)良的MLCC，可能只能選擇美國和日本的品牌.總體來說，MLCC可供選擇的廠家很多，由于MLCC價格不高，所以，選擇知名企業(yè)一般公司還是很樂意的.如果選擇的是一流企業(yè)的產(chǎn)品，那用起來自然是省心.但是，如果對一個品牌的MLCC質(zhì)量不放心，或不是一流企業(yè)，那么選擇供應(yīng)商時就必須對他們的產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證.電容不貴，樣品數(shù)量可以多要點(diǎn).要測試樣品的溫度特性、頻率特性、直流偏置電壓特性等等.有的參數(shù)自己的公司測不了，可以到供應(yīng)商處測，或讓他們出測試報告.事實(shí)上，MLCC的可靠性才是最關(guān)鍵的.通過上面的內(nèi)容可知，MLCC的失效主要是熱應(yīng)力失效和機(jī)械應(yīng)力失效.那么，樣品也重點(diǎn)要測這些性能:抗熱沖擊和抗彎曲能力測試.注意，產(chǎn)生裂紋時，電容的容量等普通參數(shù)可能還是好的.這時主要是要測漏電特別是有潮氣進(jìn)入時才能測出來.心血啊，希望能幫到您~！