容量是可以储存电量的容器,容量的基本原理是使用相互平行且不接触的两块金属,中间以空气和其他材料为绝缘体,将两块金属中的一块连接到电池的正极,另一块连接到负极已知可以在金属片中存储电荷的装置被称为电容器。但是,本文主要阐明MLCC(多层陶瓷容量)。
如下图所示,在两个金属片间的电位差为1V、储存电荷量为1库伦的情况下,电容器的容量为1法拉(Farad),用C=Q/V表示。
Q:贮藏在金属薄板中电荷量,单位是库伦。
V:金属片间的电压,单位是伏特。
C:电容器的容量、单位是法拉。
因此,电容器的容量与金属片的面积成比例,但与两个金属片之间的距离成反比,与金属片之间的绝缘介电质dielectric常数有关。容量可以用以下公式表示。
C = epsilon;A/L
(A:金属片的电气及面积;L:金属片电极之间的距离;epsilon;电极间绝缘物的介电常数。
多层陶瓷容量原理:
另一方面,多层陶瓷电容(MLCC、Multi-Layer Cermic Capacitor)可以做成薄片状,因此与“电解电容”相比,可以以相同的体积MLCC大幅度提高电容的容量。
MLCC的电容量式可以如下表示。
C:电容量、F(法拉)单位、MLCC的容量值为PF、nF、micro;F是主要部分。
epsilon;:电极间绝缘物的介电常数是法拉/米单位。
K:介电常数(根据陶瓷的种类不同)
A:导电面积(产品大小和印刷面积不同)
D:介电层厚度(薄带厚度)
n:层数(层叠数)
MLCC产品的种类和规格的介绍:
1、根据温度特性分类:当容量值根据温度而变化时,可分为COGNPO、X7R、Z5U、Y5V等。
COG是EIA标淮,温度是?来自55deg。来自C 125deg;C容量值的变化(25deg;C的容量值基淮,COG+/-30ppm/deg;C 。
NPO是COG一般常用的,N被称为“负(negative)”、P表“正positive”、O表“0”,表示在该电容器的使用温度范围内,其容量变化量小且几乎为零。
X7R:表示-55deg。C(X)~125deg;C(7)其容量变化(25deg;C基淮)必须是plusmn。15%以内。
Y5V:表示-30deg。C(Y)~85 deg;C(5)其容量变化(25deg;C基淮为+22?必须在82%(V)以内。
以下是表示MLCC温度特性的符号,仅供参考。
2、MLCC按产品尺寸分类:0202;0603 ; 0805 ; 1206等。
3、电容量、例如10PF、100p、1nF、1micro;F, 10 micro;F等。
4、根据动作电压来区分:例如10V、16V、25V、50V、100V、200V、500V、1KV、2KV、3KV。同一系列的产品,其工作电压越高,其介电层的厚度越厚,其容量值也越低。
例如,Y5V/0603/100nF产品的工作电压可以达到25V(层叠数:约20层,介电层厚度:12micro;m)。Y5V/0603/1micro;F产品的工作电压仅为10v(层叠数:约76层,介电层厚度:7micro;m)。
5、根据容许值允差区别:例如plusmn;0.1PF(B值)、plusmn;0.25PF(C值)、plusmn;0.5PF(D值)、plusmn;1%(F值)、plusmn;2%(G值)、plusmn;5%(J值)、plusmn;10%(K值)、plusmn;20%((M值)、-20%~+80%(Z值)。
因此,一个完整的MLCC产品必须至少在标准描述中包括上述所有特性。
例如,lt;NPO/0603/100PF/J/50Vgt;
该产品的规格为NPO材质、0603尺寸法、100PF容量值、容量值允差为plusmn、5%、耐压为50V。
MLCC的制造过程:
MLCC主体的介电材料以钛酸钡、氧化钛、钛酸镁、钛酸锶等为主,根据产品的种类(NPO、X7R、Y5V)来决定不同的烧结温度和烧结气氛。
MLCC内、外电极材料列表:
一、厚膜层叠技术:
生胚成形:带状生胚,厚度:5micro;m ndash; 25 micro;m。
电极印刷:导电电极印刷,根据尺寸。
迭代技术:4ndash;在250楼。
切断技术:Knifecutting,Laser cutting,Sawing。
二、陶瓷共烧技术:
陶瓷及金属电极材料:使用匹配材料。
主体烧结技术:温度(950~1300deg;C)及氛围控制(空气、氮气/氢混合气体)。
末端电极技术:高温烧结(750~900 deg;C)及氛围控制(铜电极)。
电镀技术(镀镍、锡/铅),纯锡电镀。
MLCC的制造过程大致如下。
MLCC根据材料特性分为NME(NobleMetal Electrode、贵金属电极)和BME(BaseMetal Electrode、卑金属电极两种工艺技术,其生成运用特性也稍有不同。NME作为稳定、耐高压的产品经常被使用,价格也很高。BME是低成本的产品,允差相对较大,一般用于比较无可挑剔的产品。
MLCC最大的问题是太脆弱了,因为一个使用或处理不小心容易破裂crack,所以一般在MLCC工厂出厂时,特别明确这些撒娇的孩子怎么做handle。解开焊接或焊接时,必须注意主体不要产生应力。不那样做的话,就会“破裂”。参考以下两篇文章,MLCC可以给出关于破裂的知识。
MLCC多层陶瓷容量破裂的原因
陶瓷电容(MLCC)落下后破裂及落下分析(应力)