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[提问] 【选型攻略】MLCC选型,要注意些什么?易学易用!

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发表于 2022-11-8 19:35:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
关键词: MLCC , 元器件选型 , 华秋商城 , 元器件电商平台
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。
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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。


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图片信息整理:华秋商城《MLCC选型攻略》

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。

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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。

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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。

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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。

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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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