多層片式陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitors,MLCC)——簡(jiǎn)稱貼片電容、片容,日本及臺(tái)灣地區(qū)常稱為積層電容或疊層電容,1960年代由美國(guó)人發(fā)明,1980年代被日本人發(fā)揚(yáng)光大并實(shí)現(xiàn)用低成本賤金屬量產(chǎn)。
貼片電容發(fā)展簡(jiǎn)史
作為電子整機(jī)中主要的被動(dòng)貼片元件,MLCC的制作工藝復(fù)雜,應(yīng)用范圍十分廣泛,通常被應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品和各種高、低頻電容中,它具有高可靠性、高精度、高集成、低功耗、大容量、小體積和低成本等特點(diǎn),起到退耦、耦合、濾波、旁路和諧振等作用。
很多人不了解貼片電容的制作工藝和流程,下面小編為大家簡(jiǎn)單講解一下!
制造流程
貼片電容主要構(gòu)造包括端電極、內(nèi)電極和陶瓷介質(zhì)三部分。
端電極一般包括基層、阻擋層、焊接層三部分。其中基層常為銅金屬電極或銀金屬電極,主要作用是與內(nèi)電極連接,引出容量;阻擋層屬于鎳鍍層,其主要實(shí)現(xiàn)熱阻擋作用;焊接層屬于Sn層,其主要作用是提供焊接金屬層。
內(nèi)電極位于貼片電容內(nèi)部,主要提供電極板正對(duì)面積,它與陶瓷介質(zhì)一般是交
而陶瓷介質(zhì)的的作用在于在極化介電儲(chǔ)能,至于陶瓷介質(zhì)的材料就很多了,比如貼片電容材質(zhì)NPO、X7R.....等。
貼片電容結(jié)構(gòu):將一次性高溫?zé)Y(jié)而成,印有內(nèi)電極的陶瓷介質(zhì)膜片以一定的錯(cuò)位方式疊合而成。下面是貼片電容的制造流程圖:
尺寸系列
標(biāo)準(zhǔn)系列化的外形尺寸,最常用英寸單位系統(tǒng)來表示:
如,0603—"06"表示:長(zhǎng)0.06 inch=1.6mm;
"03"表示:寬0.03 inch=0.8mm;
也有用國(guó)際單位系統(tǒng)表示:
如,1608—"16"表示:長(zhǎng)1.6mm;
"08"表示:寬0.8mm
貼片電容全系列尺寸表
注意:最小規(guī)格尺寸01005(長(zhǎng)0.25mm*寬0.125mm),目前只有少數(shù)幾家日本公司在批量生產(chǎn);
0201、0402、0603是目前用量最大的尺寸規(guī)格,大型的MLCC企業(yè)均可批量生產(chǎn)。國(guó)內(nèi),深圳宇陽是專做小尺寸MLCC的廠家;
2220及以上尺寸規(guī)格產(chǎn)品,市場(chǎng)占有量很小,大型企業(yè)一般不生產(chǎn),主要是中小MLCC企業(yè)在生產(chǎn)供應(yīng)。
額定電壓系列
電壓系列有:
1、3.3V、6.3V、10V、16V、25V、50V ;
2、100V、200V、250V、500V、630V ;
3、1000V、2000V、3000V ;
4、4000V 、5000V、8000V
3.3V~16V,低壓,一般是高容品替代電解電容;
25V~50V,是最常規(guī)的產(chǎn)品;
100V~630V,中壓,一般是0805及以上尺寸規(guī)格;
1000V~3000V,高壓,一般是1206及以上尺寸規(guī)格;
4000V以上屬超高壓產(chǎn)品,對(duì)應(yīng)的尺寸2220及以上尺寸規(guī)格。
日本品牌占據(jù)低壓高容產(chǎn)品大部份的市場(chǎng)份額,中高壓產(chǎn)品主要生產(chǎn)廠家有TDK、風(fēng)華高科及禾申堂。
材質(zhì)(陶瓷介質(zhì))
陶瓷貼片電容器(MLCC)使用的陶瓷介質(zhì)材料主要分為順電體(I類)和鐵電體(II類)兩大類,它們下面均有很多種容量溫度特性規(guī)律類似,具體數(shù)值不同的具體介質(zhì)材料。這兩類介質(zhì)材料的介電常數(shù)會(huì)隨溫度的變化而變化,但變化幅度和規(guī)律完全不同,為此 EIA 制定了“I類瓷介容量溫度系數(shù)”和“II類瓷介容量溫度特性”兩套容量溫度特性標(biāo)準(zhǔn)。
I 類瓷介容量溫度系數(shù)
例:COG表示溫度系數(shù)為(0±30)ppm/℃,也就是MIL標(biāo)準(zhǔn)中的NPO(Negative-Positive-"0",負(fù)—正—零)。COG與NPO是不同標(biāo)準(zhǔn)體系的表示方式,是等同的。
II類瓷介容量溫度特性
例:X7R表示-55℃~125℃溫度區(qū)間內(nèi),以20℃為基準(zhǔn),容量允許變化范圍±15%
在實(shí)際應(yīng)用中,主要是以下三種材質(zhì):
1)鋯酸鍶SrZrO3摻雜改性,主要制造NPO(COG)類MLCC。
此種材質(zhì)MLCC電性能相當(dāng)穩(wěn)定,幾乎不隨溫度,電壓、頻率和時(shí)間的變化而變化:
-55℃~ 125℃時(shí)容量變化率為0±30ppm/℃;
電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC;
電容量的漂移或滯后小于±0.05%;
電容量相對(duì)使用壽命的變化小于±0.1%;
NPO(COG)類MLCC適用于各種電路,包括穩(wěn)定性要求要的高頻電路,常用于振蕩器、諧振器的槽路電容,以及高頻電路中的耦合電容。
通過優(yōu)化設(shè)計(jì)制成的射頻電容器,使用頻率可高至3GHZ,其中美國(guó)ATC公司是RF-MLCC的標(biāo)杠企業(yè)。
2)鈦酸鋇BaTiO3摻雜改性,是X7R、X5R類MLCC產(chǎn)品的制造主材料。
因NPO(COG)類MLCC能實(shí)現(xiàn)的容量不能滿足電路對(duì)更大電容量的要求,人們開發(fā)了此種鈦酸鋇基的X7R、X5R類MLCC。它在相同的體積下電容量可以做的比較大,X7R、X5R類MLCC電容量可以做到很高,高至100uF。
此種材質(zhì)比NPO(COG)MLCC 穩(wěn)定性差,X7R、X5R類MLCC的容量隨電壓、頻率條件和時(shí)間的變化而變化:
存在直流偏壓特性,即是說當(dāng)電容器兩端加載較高直流電壓時(shí),其有效容量會(huì)降低;
-55℃~125℃時(shí)容量變化率為+15%,變化曲線是非線性的;
大約每10年變化1%ΔC,表現(xiàn)為10年變化了約5%;
X7R、X5R類MLCC廣泛應(yīng)用非高頻電路,是用量最大的一類電容器,占MLCC市場(chǎng)總量的60%以上。
3)鈦酸鍶鋇BaSrTiO3摻雜改性,是Z5U、Y5V類MLCC產(chǎn)品的制造主材料。
該類材質(zhì)是為獲得比X7R、X5R類MLCC更大容量而開發(fā)應(yīng)用的,這種材質(zhì)能做到很高的容量,而且每單位容量成本較低。
Z5U、Y5V類MLCC其穩(wěn)定性較差,對(duì)溫度電壓較敏感,使用溫度范圍較窄:
-30℃~85℃容量變化+ 22%~-82%;
存在很強(qiáng)烈的直流偏壓特性;
損耗大,達(dá)5%甚至更大;
盡管它的容量不穩(wěn)定,但能實(shí)現(xiàn)可替代電解電容的容量級(jí)別,有一定的應(yīng)用范圍,主要在退耦電路的應(yīng)用中。
近年來由于X7R/X5R類產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展,通過不斷降低X7R/X5R類MLCC介質(zhì)膜厚獲得的電容量已接近Y5V/Z5U MLCC的電容量水平。而Y5V/Z5U類材質(zhì)因晶粒較大的特點(diǎn),其介質(zhì)厚度不能更進(jìn)一步的降低,不能有效發(fā)展更高容量的產(chǎn)品。另外Y5V/Z5U類材質(zhì)存在著損耗較大和可靠性較差的問題,所以Y5V/Z5U有逐步被淘汰之勢(shì)。
容量及其誤差級(jí)別
NPO(COG)電容器
容量精度在5%左右,選用這種材質(zhì)一般是做容量較小的,常規(guī)100PF 以下,10nF以上的產(chǎn)品也能批量生產(chǎn),但成本會(huì)較高。下表列出該類產(chǎn)品常用規(guī)格電壓下的最大電容量。
NPO(COG)MLCC 量產(chǎn)容量極大值量
X7R 電容器
容量精度在10%左右,容量范圍較寬,常規(guī)100PF~47uF能生產(chǎn)。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍最大值。
X7R MLCC量產(chǎn)容量極大值
命名規(guī)則
貼片電容的命名一般含有以下參數(shù):尺寸、溫度特性、標(biāo)稱容量、容量誤差級(jí)別、額定電壓、端電極類型和包裝方式等。
典型命名規(guī)則如下:
以【0805X7R104K500NT】為例:
0805:尺寸大小,“08”長(zhǎng)度0.08 英寸、05 表示寬度為 0.05 英寸;
X7R :容量溫度特性;
104 :靜電容量,前兩位是有效數(shù)字、后面的4 表示有多少個(gè)零104=10×10000 也就是= 1000PF;
K:容量值達(dá)到的誤差精度為10%,誤差精度與介質(zhì)類型相關(guān);
500:是要求電容承受的耐壓為50V ,500 前兩位是有效數(shù)字,后面是"0"的數(shù)量;
N:端頭材料,一般的端頭是三層電極(銀/銅層)、鎳、錫 ;
T:包裝方式,T 表示編帶包裝。
MLCC主要品牌及其命名規(guī)則:
國(guó)際上主要的貼片電容(MLCC)制造商分布在亞太地區(qū),以日本技術(shù)最為先進(jìn),韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣次之。此外,美國(guó)也有很多知名的電容廠商。
MLCC主要生產(chǎn)廠家:日本村田、TDK、京瓷、太陽誘電;韓國(guó)三星;臺(tái)灣國(guó)巨、華新科;美國(guó)有威世、基美、ATCeramics等;大陸有名的則是風(fēng)華高科、宇陽、火炬電子、三環(huán)集團(tuán)等。
各制造商的產(chǎn)品規(guī)格命名規(guī)則形式上不盡相同,但規(guī)格代號(hào)中基本上都包括:尺寸、溫度特性、標(biāo)稱容量、容量誤差級(jí)別、額定電壓和包裝方式等信息。
MLCC命名規(guī)則: