產品應用

積層陶瓷電容MLCC


何謂多層陶瓷電容(Multi-Layer Ceramic Capacitor) MLCC 電容

介紹MLCC是什麼之前,先看下圖示,了解Ceramic陶瓷材料製成的電容器,在市場各類材料製成的電容中,依各分別材料特性,而Ceramic材料製成的電容器規格座落區塊。

MLCC 陶瓷電容
不同型態的陶瓷電容:

mlcc smdmlcc radialmlcc radial discmlcc Leaded Stacked Chip

一.電容定義:

電容(Capacitor)基本上就是可以儲存電(荷)量的容器,而電容的基本原理則是使用兩片互相平行但未接觸在一起之導電物質(金屬),中間以空氣或是其他材料填充作為絕緣物,將兩片金屬層的一片接在電池的正極,另一片接在負極,金屬片上就能儲存電荷,這種能儲存電荷的裝置就被稱之為[電容器]。
當兩金屬片間之電位差為1V,儲存之電荷量為1庫倫(Coulomb)時,電容器的容量就是1法拉(Farad),以公式表示如下:C = Q / V
電容器的容量與金屬層電極的面積成正比,所以如何以最小的體積,做出最大儲存電荷的金屬面積,就可以用最小體積做出最大電容值的電容。
而多層陶瓷電容(MLCC,Multi-Layer Ceramic Capacitor)正因為其可以將儲存材料,利用網版印刷堆疊技術作成薄片,且因為材料物理特性有耐高電壓和高熱、運作溫度範圍廣,且能夠晶片化使體積小,且電容量大、頻率特性佳、高頻使用時損失率低、適合大量生產、價格低廉及穩定性高等優點,缺點為電容值較小,遠不及鋁質電解電容,但因陶瓷薄膜堆疊技術越來越進步,電容值含量也越高,電氣特性也不斷改進,應用上已可以取代低電容值的鋁質電容,和價格偏高的鉭質電容。它比起傳統的「電解電容」在同樣的體積下,MLCC可以藉著薄片的結構,大大地提昇其電容器的容量,讓電子產品可以朝向更輕薄短小前進。
MLCC的電容量公式可以用如下公式來表示:
MLCC 陶瓷電容

C : 電容量,以 F (法拉) 為單位,而MLCC之電容值單位標示以 PF, nF,和 µF 為主。
ε:電極間絕緣物的介質常數,單位為法拉/公尺。
K : 介電常數 (依陶瓷材料種類而不同)
A : 導電面積 (產品大小及印刷面積而不同)
D : 介電層厚度 (薄帶厚度)
n:層數(堆疊層數)

二.MLCC 電容​結構剖面圖:


三.分類:

MLCC介質材料不同區分:不同介質種類由於它的主要極化類型不一樣,其對電場變化的響應速度和極化率亦不一樣。 在相同的體積下的容量就不同,隨之帶來的電容器的介質損耗、容量穩定性等也就不同。介質材料劃按容量的溫度穩定性可以分為兩類,即Ⅰ類陶瓷電容器和Ⅱ類陶瓷電容器, C0G(NPO)屬於Ⅰ類陶瓷,而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都屬於Ⅱ類陶瓷。

3.1)什麼是Ⅰ類陶瓷:

Ⅰ類陶瓷電容器(ClassⅠceramic capacitor),過去稱高頻陶瓷電容器(High-frequency ceramic capacitor)溫度容量特性(TCC)非常小,單位往往在ppm/℃。比如常見的C0G(NP0)。C0G是I類陶瓷中介質損耗小、絕緣電阻高、溫度穩定性最好的一種,溫度特性近似為0。特別適用于振盪器、諧振迴路、高頻電路中的耦合電容,以及其他要求損耗小和電容量穩定的電路,或用於溫度補償。

3.2)什麼是Ⅱ類陶瓷:

Ⅱ類陶瓷電容器(Class Ⅱ ceramic capacitor)過去稱為為低頻陶瓷電容器(Low frequency ceramic capacitor),這類電容器的電容值大,但電容量隨溫度呈非線性變化,損耗較大,常在電子設備中用於旁路、耦合或用於其它對損耗和電容量穩定性要求不高的電路中。 其中Ⅱ類陶瓷電容器又分為穩定級和可用級。X5R、X7R屬於Ⅱ類陶瓷的穩定級,而Y5V和Z5U屬於可用級。
依照【溫度】特性分類:電容值隨溫度變化,可分為 C0G(NP0)、U2J、X7R、Y5V 、Z5U等。
C0G:為EIA標準,其表示溫度從 -55°C到125°C電容值變化(以25°C之電容值為基準),C0G為 +/- 30ppm/°C。
NP0:為C0G的一般常用稱呼,N為「負(negative)」,P表「正(positive)」,0表「零」,表示此電容器在使用溫度範圍中,電容溫度特性很好,不隨正負溫度變化而出現容值漂移。其電容變化量很小幾乎為零。
U2J:其表示溫度從 -55°到125°C電容值變化(以25°C之電容值為基準),和0VDC(TCC)下的電容變化為-750±120ppm/ºC。
X7R:表示-55°C(X)~125°C(7),其容量變化(以25°C為基準)必須在 ±15%(R) 以內。
Y5V : 表示-30°C(Y) ~到 85°C(5),其容量變化(以25°C為基準)必須在+22~-82%(V)以內。
Z5U : 表示+10°C(Z) ~到 85°C(5),其容量變化(以25°C為基準)必須在+22~-56%(U)以內。


四.各類材料的介電常數:

 

五.陶瓷電容MLCC的優點:
  • 耐高電壓和高熱
  • MLCC體積小,容量大
  • 頻率特性佳,高頻使用時損失率低
  • 穩定性高
  • 可自動化大量生產、價格具競爭力
六.陶瓷電容MLCC的缺點:
  • MLCC缺點為電容值較小,遠不及鋁質電解電容
  • 噪音產生
  • 高硬度,易脆,注意板彎應力
  • 老化問題
  • 耐電壓及電流能力較弱
七.陶瓷電容MLCC應用:

不同性質特性的MLCC應用:
1.C0G 電容具有高溫度補償特點,適合作旁路電容和耦合電容.
2.Z5U 電容尺寸小和成本低,適合應用於去耦電路.
3.Y5V 電容溫度特性較差,但儲能容量大,用於取代低容電解電容.
4.X7R 電容工作溫度穩定,適合要求不高的工業應用

MLCC常用的有C0G,Z5U,X7R,Y5V等不同的性質規格,不同的特點和用途。 C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要區別是它們的填充介質不同。在同體積下填充介質不同所組成的電容的容量就會不同,電容器的介質損耗、容量穩定性等也就不同,所以在使用電容器時應根據電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器。

MLCC在電路中作為濾波、退耦、旁路、耦合等作用,但有時電容容量太小的就要用並聯了。主要應用在消費性電子領域,手機(5G手機用更多)、PC、車用(電動車更愛用) 、網路通訊、工業、航太、軍事用途.

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