Transcript BME电极材料MLCC情况介绍

片式多层陶瓷电容器基础知识培训
Multi-Layer Ceramic Chip Capacitor
内容提要




电容器基础
MLCC的概念
MLCC的基本电性能
MLCC的发展趋势
一、电容器基础
电容器基本模型是一种中间被电介质材料隔
开的双层导体电极所构成的单片器件，如图
所示。这种介质必须是纯绝缘材料，它的特
性在很大程度上决定了器件的电性能。
一、电容器基础
通常，电容器采用的介质材料主要包括：
空气（介电常数K几乎与真空相同，定义为1）；
天然介质：如云母，介电常数（K）为4～8；
有机薄膜类：如聚酯PET， K为3；
合成材料：如陶瓷，K值范围由9～1500。
电容器所用陶瓷介质是以钛酸盐为主要成份，可以
通过配方调整制成具有极高介电常数和其他适当电
特性的介质材料。这是陶瓷电容器，尤其是片式多
层陶瓷电容器（MLCC）技术的基础。
一、电容器基础
电容器的基本特性是能够储存电荷（Q）。储存电荷
量Q与电容量（C）和外加电压（V）成正比。Q=CV
因此，充电电流被定义为：I=dQ/dt=C dV/dt
当电容器外加电压为1伏特，充电电流为1安培，充电时
间为1秒时，电容量定义为1法拉。
C=Q/V=库仑/伏特=法拉
由于法拉是一个很大的测量单位，在实用中不会遇到，
常用的是法拉的分数，即：
微 法 (μF) = 10-6F、
毫微法，又称为：纳法 (nF) = 10-9F、
微微法，又称为：皮法 (pF) = 10-12F
一、电容器基础
单片电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和相对
介电常数：C=KA/f t
在这里C=电容量；K=相对介电常数，简称介电常
数；A=电极层面积；t=介质厚度；f=换算因子（在
基础科学领域：相对介电常数用εr表示。在工程应
用中以K表示，简称为介电常数）
在英制度量单位体系中，f=4.452，尺寸A和t用英
寸，电容量值用pF表示。采用公制体系，换算因子
f=11.31，尺寸用cm，容值也用微微法（pF）表示
一、电容器基础
可见，电容量和几何尺寸的关系是很明确的，增
大电极面积和减少介质厚度，均可获得较大容量
值。然而，无休止地增大单层电容器的面积或减
少介质的厚度是不切合实际的。因此，提出了平
行阵列式迭层型电容器的新概念，按这种方式可
以制造比体积电容很大的单个器件
一、电容器基础
在这种“多层”结构中，由于平行地排列了多层
电极，使电极有效面积A’得以增大，而在电极间
的介质厚度t ’则有可能进一步减薄，因此，电容
量C随介质层数N的增大和介质厚度t ’的减小而增
大。这里，A ’是两两相对的交错电极重合面积：
C=KN A ’ /f t ’
对介质材料的要求是，具有高介电常数，并且在
制成薄层结构后仍保持良好的绝缘电阻和介质抗
电强度等。
二、 MLCC的概念

MLCC (Multi-Layer Ceramic Chip Capacitor)
片式多层陶瓷电容器的英文缩写
MLCC内部结构示意图
MLCC制造工艺流程
配料---流延---印刷---叠层---层压--切割---排胶---烧结---倒角---封端--烧端---电镀---外观---测试---编带
MLCC介质材料分类
在工业生产中，介质材料是根据电容量温度系数
来进行区别和分类的。片式多层陶瓷电容器通常
采用两大类别材料生产，即1类陶瓷介质和2类陶
瓷介质。用环境试验箱测量由室温（25℃）变化
到一定温度时的容量变化即可确定温度系数。温
度系数αC表示为温度每变化1摄氏度，电容量较
初始值的变化率，单位百万分之一（ppm/℃）
MLCC介质材料分类
1类瓷介电容器具有线性温度系数，可根据αC规定
其特性组别。温度系数αC的计算方法如下：
αC（ppm/℃）
= （C2－C1/ C1*（T2－T1） ×106
2类瓷介电容器的容量随环境温度呈非线性关系变
化，无法用线性化的温度系数来表征。其温度特性
（TC）只能以电容量较初始值的变化（ΔC/C）的
百分率（%）来表示。
1类瓷
1类瓷温度系数用字母—数字—字母的三位代码来
定义。在MLCC中最普遍采用的1类瓷是C0G，即温
度系数为0ppm/℃±30 ppm/℃，简称NP0（正—
负—零）。
1类瓷介电容器适用于电路要求高稳定性或温度补
偿的功能，其介电常数无老化或老化率极低可忽略
不计，且损耗极低。电容量和介质损耗随电压或频
率的变化为零或忽略不计。
1类瓷的标志代码（ ANSI/EIA -198-E）
(a)
(b)
(c)
电容量
温度系数
有效位数
（ppm/℃）
(a)行有效数
字母代码
对(a)行适用
的倍数
(d)
(c)行倍数的
数字代码
0.0
0.3
0.8
0.9
1.0
1.5
2.2
3.3
4.7
7.5
C
B
L
A
M
P
R
S
T
U
-1.0
-10
-100
-1000
-10000
+1
+10
+100
+1000
+10000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(e)
(f)
温度系数
允许偏差
(e)行
允许偏差
字符代码
±30
±60
±120
±250
±500
±1000
±2500
G
H
J
K
L
M
N
1类陶瓷介质温度系数
EIA代码(简码) 温度系数及其允许偏差
C0G （NP0） 0 ppm/℃±30 ppm/℃
R2G (N220) -220 ppm/℃±30 ppm/℃
U2J (N750) -750 ppm/℃±120ppm/℃
T3K(N4700) -4700 ppm/℃±250ppm/℃
M7G(P100) +100 ppm/℃±30 ppm/℃
2类瓷
2类陶瓷介质是铁电体材料。该种材料的介电常数
比1类瓷高得多，且随温度、偏压、频率和时间变
化的稳定性较差。
2类瓷的标志代码（ ANSI/EIA -198-E）
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(a)
下限类别温度
/℃
（a）行的
字母代码
上限类别温度
/℃
（c）行的
数字代码
在整个温度范围内
ΔC/C极大值
%
（e）行的
字母代码
+10
-30
-55
Z
Y
X
+45
+65
+85
+105
+125
+150
+200
2
4
5
6
7
8
9
±1.0
±1.5
±2.2
±3.3
±4.7
±7.5
±10.0
±15.0
±22.0
+22/-33
+22/-56
+22/-82
A
B
C
D
E
F
P
R
S
T
U
V
2类陶瓷介质的温度特性
X7R:ΔC/C±15%，
55℃~125℃)
(-
X5R:ΔC/C±15%，
55℃~85℃)
(-
Y5V:ΔC/C+22~-82%，(30℃~+85℃)
Z5U:ΔC/C+22~-56%，
(+10℃~+85℃)
三、 MLCC的基本电性能
1、标称电容量及其允许偏差
电容量的标称值优先采用E6、E12、E24系列，对
应的允许偏差分别为M(±20%)、K(±10%)、J（±5%）。
例如：
Z5U组别采用E6系列，对应于M（±20%）级精度。6个优先
系列数之间的范围被设定的允许偏差值覆盖。即，第一个优
先数允许偏差值的上限与第二个优先数允许偏差值的下限恰
好相互重合。采用优先系列数作为电容量的标称值及其允许
偏差，就不会出现电容量值的废品。如：6.8±20% 的上下
限分别8.16、5.44，4.7±20% 的 上下限5.64、3.76
三、 MLCC的基本电性能
1、标称电容量及其允许偏差
Y5V可优选E3系列，则对应Z（-20%～+80%）精度。
依此类推，X7R组别采用E12系列，对应于K(±10%)
精度；
C0G组别采用E24系列，对应于J（±5%）级精度。
E3、E6、E12、E24优先数系的
电容量标称值及允许偏差
优先数
系
优先精
度
优先数系
优先精度
优先数系
优先精度
优先数系
优先精度
E3
Z
E6
M
E12
K
E24
J
1.0
2.2
4.7
+80%
～
-20%
1.0
1.5
2.2
3.3
4.7
6.8
±20%
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.7
3.3
3.9
4.7
5.6
6.8
8.2
±10%
1.0
1.1
1.2
1.3
1.5
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.7
3.0
3.3
3.6
3.9
4.3
4.7
5.1
5.6
6.2
6.8
7.5
8.2
9.1
±5%
三、 MLCC的基本电性能
2、电容器损耗角正切（Tanδor tgδ ）



从理论上讲，施加在理想电容器两端的电流超
前于电压的相位为90°。
但由于电容器电阻部份的存在，加在实际电容
器两端电流超前于电压的相位不足90°，它与
理想电流间的相位差角是一定的，这一角度的
正切值，定义为损耗角正切值Tanδ或写作tgδ。
在高频应用时，常用损耗角正切值的倒数，称
为“Q值”，即：品质因数。
电压与电流的矢量图
三、 MLCC的基本电性能
3、绝缘电阻（IR）
绝缘电阻是在直流偏压梯度作用下，材料抗漏电流能力
的量度。物理量表示为Ri，英文缩写IR。测量电容器的绝
缘电阻的时候，重要的是考虑绝缘电阻与容量的关系。
容量值与绝缘电阻成反比，即容量大，绝缘电阻低。这
是因为电容量与漏电流是正比关系。
三、 MLCC的基本电性能
4、额定电压和耐压
额定电压UR定义为可以连续施加在电容器上的最大直流
电亚或脉冲电压的峰值。
电容器的耐电压取决于介质材料的抗电强度以及电容
器的结构，主要是介质厚度。耐电压的测试标准为2.5倍
额定电压UR。抗电强度是介质材料所能承受的最大电场
强度，而不发生电击穿的能力的测定值，通常用KV/um
表示。
因此，测量电容器的击穿电压UBD可直接评估器件性能，
也能间接反映介质材料的抗电强度。目前，对于MLCC，
UBD可达额定电压UR的10倍，甚至更高。
电容器在电路中的作用






滤波；
储能；
耦合、去耦；
谐振、时间常数（定时）；
隔离、抗干扰、保护；
驱动
滤波

利用电容和电感的阻抗特性，将整流后
的单向脉动电流中的交流分量滤去，使
单向脉动电流变换成平滑的直流电流。
实例：整流滤波电路（方框图）
谐振
当接收电路的固有频率跟接
收到的电磁波的频率相同时，
接收电路中产生的振荡电流
最强。
这种现象就叫做电谐振
五、MLCC的发展趋势




MLCC率先实现片式化，
适应SMT技术需求
MLCC(NP0,X7R)大量取
代有机电容器
MLCC(NP0)大量取代云
母电容器
MLCC(X7R,Y5V)部分取
代钽电解电容器
MLCC 小型化/微型化进程
主流
年代
1980
1990
1997
2002
型号
规格
1206
0805
0603
0402
尺寸
3.2mm
×
1.6mm
2.0mm
×
1.25mm
1.6mm
×
0.8mm
1.0mm
×
0.5mm
面积/mm2
面积比
5.12
100%
2.40
47%
1.28
25%
0.50
10%
体积/mm3
体积比
6.14
100%
2.88
47%
1.02
17%
0.25
4%
微型MLCC的构成比例剧增