MLCC(片狀多層陶瓷電容)現在已經成為了電子電路最常用的元件之一。MLCC表麵看來,非常簡單,可是,很多情況下,設計工程師對MLCC的認識卻有不足的地方。以下談談MLCC選擇上的一些問題和注意事項。
由於電容算是“簡單”的器件,所以有的設計工程師由於不夠重視,從而對MLCC的獨有特性不了解。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就夠了。但是對於MLCC,僅僅考慮這兩個參數是遠遠不夠的。

使用MLCC,不能不了解MLCC的不同材質和這些材質對應的性能。MLCC的材質有很多種,每種材質都有自身的獨特性能特點。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,X7R材質,Y5V材質。C0G的工作溫度範圍和溫度係數最好,在-55°C至+125°C的工作溫度範圍內時溫度係數為0 ±30ppm/°C。X7R次之,在-55°C至+125°C的工作溫度範圍內時容量變化為±15%。Y5V的工作溫度僅為-30°C至+85°C,在這個工作溫度範圍內時其容量變化可達-22%至+82%。當然,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係數要求很低,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廠家都設計成使X7R、Y5V材質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。
僅僅了解上麵知識的還不夠。由於C0G、X7R、Y5V的(de)介(jie)質(zhi)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)是(shi)依(yi)次(ci)減(jian)少(shao)的(de),所(suo)以(yi),同(tong)樣(yang)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)耐(nai)壓(ya)下(xia),能(neng)夠(gou)做(zuo)出(chu)來(lai)的(de)最(zui)大(da)容(rong)量(liang)也(ye)是(shi)依(yi)次(ci)減(jian)少(shao)的(de)。有(you)的(de)沒(mei)經(jing)驗(yan)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi),以(yi)為(wei)想(xiang)要(yao)什(shen)麼(me)容(rong)量(liang)都(dou)有(you),選(xuan)型(xing)時(shi)就(jiu)會(hui)犯(fan)錯(cuo)誤(wu),選(xuan)了(le)不(bu)存(cun)在(zai)的(de)規(gui)格(ge)。比(bi)如(ru)想(xiang)用(yong)0603/C0G/25V/3300pF的電容,但是0603/C0G/25V的MLCC一般隻做到1000pF。其實隻要仔細看了廠家的選型手冊,就不會犯這樣的錯誤。另外,對於入門不久的設計工程師,對元件規格的數序(E12、E24等)沒概念,會給出0.5uF之類的不存在的規格出來。即使是有經驗的工程師,對於規格的壓縮也沒概念。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的電容規格。不看廠家選型手冊選型的人,還會犯下麵這種錯誤,比如選了一個0603/X7R/470pF/16V的電容,而事實上一般廠家0603/X7R/470pF的電容隻生產50V及其以上的電壓而不生產16V之類的電壓了。
另外,設計工程師除了要了解MLCC的溫度性能外,還應該了解更多的性能。比如Y5V介jie質zhi的de電dian容rong,雖sui然ran容rong量liang很hen大da,但dan是shi,這zhe種zhong鐵tie電dian陶tao瓷ci有you一yi個ge缺que點dian,在zai就jiu是shi其qi靜jing態tai容rong量liang隨sui其qi直zhi流liu偏pian置zhi工gong作zuo電dian壓ya的de增zeng大da而er減jian少shao,最zui大da甚shen至zhi會hui下xia降jiang70%。比如一個Y5V/50V/10uF的電容,在50V的直流電壓下,其容量可能隻有3uF!當然,不同的廠家的特性有差異,有的下降可能沒這麼嚴重。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的那麼明顯。同時,MLCC尺寸越小,這種效應就越明顯。
不同的材質的頻率特性也不同。設計工程師必須了解不同材質的不同頻率特性。比如C0G(又稱高頻熱補償型介質)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。由於Y5V的性能較差,我一般都是不推薦使用的,要求設計工程師盡量考慮用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(等效串聯電感)、ESR(等效串聯電阻)小,是相對於電解電容(包括鉭電解電容)而言的。事實上,高頻時,MLCC的 ESL、ESR不可以忽略。一般C0G電容的諧振點能達上百MHz,一般X7R電容的諧振點能達幾十MHz,而Y5V電容的諧振點僅僅是數MHz甚至不到1MHz。諧振點意味著,超過了這個頻率,電容已經不是電容特性了,而是電感特性了。如果想使MLCC用於更高頻率,比如微波,那麼,就必須用專門的微波材料和工藝製造的MLCC。微波電容要求ESL、ESR必須更小。
MLCC一直在小型化的方向進展。現在0402的封裝已經是主流產品。但是小型化可能帶來其它的一些危害。事實上,不是所有的電子產品都是那麼在意和歡迎小型化MLCC的。在意小型化的電子產品,比如手機、數碼產品等等,這些產品成為MLCC小型化的主要推動力。對於MLCC廠家來說,小型化MLCC占有主要的出貨量。但是從整個電子業界來說,還有很多電子設備,對小型化不是那麼在乎,性能和可靠性才是關鍵考慮因素,MLCC小型化帶來了可靠性的隱患。比如通信設備、醫療設備、工控設備、電源等。這些電子設備空間夠大,對MLCC小型化不是很感興趣;而且,這些電子設備不像個人消費品那樣追趕時髦且更新換代快,而是更在乎長久使用的可靠性,所以對於元件的餘量要求更高(為了保證可靠性,餘量要大,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揮的空間)。這點恰好與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備的特點是量不是很大,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備廠,日子會好過一點,因為MLCC廠會為他們保存一些大尺寸的規格的MLCC生產。如果不是知名的電子設備廠,也不用那麼悲觀,畢竟,還有少數MLCC廠定位不同,依然會繼續生產大尺寸的電容。所以,作為這種電子設備的廠家,要善於尋找定位於高性能高可靠的較大尺寸的MLCC廠家。但是有一個注意事項是,所選用的規格不可以是獨家才有的規格,至少是有兩家滿足自己公司要求的MLCC廠家在生產這種規格。另外,對於小型化不影響性能和可靠性要求時,還是優先考慮小型化的MLCC.