Что такое MLCC конденсаторы. Как устроены многослойные керамические конденсаторы. Какие бывают типы диэлектриков в MLCC. Для чего применяются керамические конденсаторы разных классов. Какими преимуществами обладают MLCC перед другими типами конденсаторов.
Конструкция и принцип работы многослойных керамических конденсаторов
Многослойные керамические конденсаторы (MLCC — Multi-Layer Ceramic Capacitors) представляют собой современный тип конденсаторов, широко применяемых в электронике. Их конструкция существенно отличается от классических конденсаторов.
Классический конденсатор состоит из двух проводящих пластин-обкладок, разделенных диэлектриком. Емкость такого конденсатора определяется формулой:
C = εε0S/d
где ε — диэлектрическая проницаемость материала между обкладками, ε0 — электрическая постоянная, S — площадь перекрытия обкладок, d — расстояние между обкладками.
В MLCC используется принципиально иная конструкция:
- Множество тонких керамических слоев диэлектрика чередуются с металлическими электродами
- Электроды соединяются на торцах, образуя выводы конденсатора
- Выводы покрываются оловом для пайки
Такая многослойная структура позволяет существенно увеличить емкость при малых габаритах. Фактически MLCC представляет собой множество простых конденсаторов, соединенных параллельно.
Типы диэлектриков и классы керамических конденсаторов
Характеристики MLCC во многом определяются типом используемого керамического диэлектрика. По этому признаку выделяют два основных класса:
Класс 1 — высокостабильные конденсаторы
- Используют параэлектрические диэлектрики (например, NP0/C0G)
- Имеют линейную температурную зависимость емкости
- Обладают малыми потерями
- Применяются в прецизионных цепях (фильтры, генераторы)
Класс 2 — конденсаторы общего назначения
- Используют ферроэлектрические диэлектрики (X7R, X5R и др.)
- Имеют нелинейную температурную зависимость
- Обладают большей емкостью при тех же габаритах
- Применяются для развязки, фильтрации помех
Выбор класса конденсатора определяется требованиями конкретного применения.
Основные группы многослойных керамических конденсаторов
Производители выпускают несколько специализированных групп MLCC для различных применений:
Средне- и высоковольтные конденсаторы
- Рабочее напряжение 100-3000 В
- Применяются в импульсных источниках питания, снабберах
- Имеют увеличенную толщину диэлектрика
Конденсаторы с мягкими выводами (Soft-term)
- Обладают повышенной механической прочностью
- Выдерживают изгиб платы до 5 мм
- Применяются в мобильных устройствах
Конденсаторы с высокой эффективной емкостью
- Минимальный эффект снижения емкости от постоянного напряжения
- Пониженное старение диэлектрика
- Стабильная емкость в течение срока службы
Правильный выбор типа MLCC позволяет оптимизировать характеристики электронных устройств.
Преимущества многослойных керамических конденсаторов
MLCC обладают рядом важных преимуществ по сравнению с другими типами конденсаторов:
- Высокая удельная емкость — до 39 раз выше, чем у танталовых конденсаторов того же размера
- Широкий диапазон рабочих температур — от -55°C до +125°C и выше
- Низкие потери на высоких частотах
- Высокая надежность и длительный срок службы
- Возможность работы при значительных механических нагрузках (для Soft-term)
- Отсутствие эффекта самовосстановления после пробоя
Эти преимущества обусловили широкое применение MLCC в современной электронике.
Особенности применения керамических конденсаторов
При использовании MLCC следует учитывать некоторые их особенности:
Зависимость емкости от напряжения
Для конденсаторов класса 2 характерно существенное снижение емкости при приложении постоянного напряжения. Этот эффект необходимо учитывать при расчетах.
Пьезоэффект
Керамические диэлектрики обладают пьезоэлектрическими свойствами. Это может вызывать микрофонный эффект в некоторых схемах.
Старение диэлектрика
Емкость конденсаторов класса 2 постепенно снижается со временем из-за процессов в диэлектрике. Этот эффект нужно учитывать при долговременной эксплуатации.
Температурная зависимость
Емкость конденсаторов класса 2 существенно зависит от температуры. Для ответственных применений рекомендуется использовать более стабильные конденсаторы класса 1.
Грамотный учет этих особенностей позволяет максимально эффективно использовать преимущества MLCC в электронных устройствах.
Области применения многослойных керамических конденсаторов
Благодаря своим уникальным свойствам, MLCC нашли применение практически во всех областях современной электроники:
- Мобильные устройства (смартфоны, планшеты)
- Компьютерная техника
- Промышленная электроника
- Автомобильная электроника
- Медицинское оборудование
- Телекоммуникационные системы
- Бытовая техника
В этих применениях MLCC используются для:
- Развязки по питанию
- Фильтрации помех
- Накопления энергии
- Формирования RC-цепей
- Создания колебательных контуров
Широкий ассортимент MLCC различных типов позволяет подобрать оптимальный вариант практически для любой задачи.
Перспективы развития технологии MLCC
Технология многослойных керамических конденсаторов продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования:
- Увеличение удельной емкости
- Повышение рабочего напряжения
- Улучшение температурной стабильности
- Снижение зависимости от постоянного напряжения
- Уменьшение потерь на высоких частотах
Это позволяет расширять области применения MLCC, постепенно вытесняя другие типы конденсаторов во многих приложениях.
Таким образом, многослойные керамические конденсаторы являются одним из ключевых компонентов современной электроники. Их уникальные характеристики обеспечивают широкие возможности применения при создании разнообразных электронных устройств.
Преимущества танталовых и керамических конденсаторов
Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (МКК) – два типа широко распространенных конденсаторов, которые применяются в широком ряде электронных устройств. Хотя обе эти технологии выполняют одинаковую функцию, конденсаторы очень различаются по конструкции, использованным материалам и эффективности при разных условиях. Следовательно, разработчик должен понимать их относительные преимущества друг перед другом, чтобы сделать правильный выбор.
Базовые сведения
Понимание рабочих характеристик танталовых и многослойных керамических конденсаторов, в т. ч. надежности использования и реакции на изменение температуры и напряжения, типовых параметров испытаний и того, как были усовершенствованы конденсаторы каждого из этих типов, позволяет создавать дееспособные электронные устройства.
Начнем с базовых понятий. Для расчета емкости конденсатора используется формула:
C = εR ∙ ε0 ∙ (S/d),
где C – емкость, Ф; S – площадь перекрытия двух пластин, м2; εR – относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума; d – расстояние между пластинами (или толщина диэлектрика), м.
Танталовые конденсаторы
Высокая емкость танталовых конденсаторов достигается за счет сочетания нескольких факторов, включая использование пятиокиси тантала (Ta2O5, εR = 27) в качестве диэлектрика, большой площади поверхности пластин и очень тонкому слою диэлектрика. Положительно заряженная пластина танталового конденсатора состоит из прессованного и спекшегося в виде гранул танталового порошка. Эти гранулы обладают хорошей пористой структурой, суммарно обеспечивая большую поверхностную площадь пластины (см. рис. 1). Коэффициент осаждения диэлектрического слоя Ta2O5 составляет 17 Å/В. Поскольку толщина диэлектрика пропорциональна приложенному напряжению, создается очень тонкий диэлектрические слой, что обеспечивает большое значение емкости.
Рис. 1. Поверхностная площадь диэлектрика анода танталового конденсатора в сравнении с его исходным размером
Виды танталовых конденсаторов
Для приложений с поверхностным монтажом на плату компания AVX выпускает танталовые конденсаторы двух видов с катодами на основе двуокиси марганца MnO2, благодаря чему обеспечивается функция самовосстановления (см.
рис. 2). В прессованном конденсаторе, имеющем более традиционную конфигурацию, танталовый провод впрессован в обкладки, благодаря чему создается положительное соединение со схемой. Более новая и компактная конфигурация в виде микросхемы (см. рис. 2б) появилась на рынке позже. Конденсаторы с этой конфигурацией применяются в системах с высокой плотностью компонентов. В этой конфигурации, в которой используется подложка с танталовым прессованным и запеченным на ее поверхности порошком, положение отдельных анодов задается с помощью высокоточной резки.
а) формованный конденсатор;
б) танталовый конденсатор в виде микросхемы
У конденсаторов обоих рассматриваемых типов – одинаковые базовые элементы. Эти конденсаторы, предназначенные для высокоточных систем, обеспечивают максимальную надежность.
Керамические конденсаторы
В отличие от танталовых, у керамических конденсаторов меньше суммарная площадь пластин и значительно толще слои (см.
рис. 3). Однако эти недостатки компенсируются диэлектрическими материалами с намного большей диэлектрической проницаемостью. Диоксид титана (εR ~ 86–173) и титанат бария (εR ~ 1250–10000) – два наиболее распространенных диэлектрика, используемых в МКК.
Керамические конденсаторы Class 1 и Class 2
Керамические конденсаторы Class 1 имеют наибольшую стабильную емкость относительно приложенного напряжения, температуры и до некоторой степени – частоты. Базовыми элементами этих конденсаторов являются параэлектрики, например диоксид титана, модифицированные такими добавками как цинк, цирконий и ниобий, которые обеспечивают требуемую характеристику емкости, свойственную танталу. Удельная емкость керамических конденсаторов Class 1 – наименьшая среди других керамических конденсаторов за счет относительно низкой диэлектрической проницаемости (6–200) параэлектрика. У этих компонентов также сравнительно малая емкость.
Керамические конденсаторы Class 2, в которых применяются ферроэлектрики, например титанат бария (BaTiO), модифицируются с помощью силиката алюминия, силиката магния и оксида алюминия. У этих материалов – более высокая диэлектрическая проницаемость, чем у конденсаторов Class 1 (~ 200–14000 в зависимости от напряженности поля), и более высокая удельная емкость. Однако у конденсаторов Class 2 больше отклонения емкости от номинальных значений и хуже стабильность. Емкость этих конденсаторов имеет нелинейный характер, который зависит от рабочей температуры, приложенного напряжения и изменяется с течением времени, что может отражаться на характеристиках изделия.
Коды диэлектриков у керамических конденсаторов
Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехсимвольным кодом EIA, в котором указывается стабильность емкости материала в установленном температурном диапазоне. Например, керамические конденсаторы, в которых используются диэлектрики X5R, работают в диапазоне температуры –55…85°C при допустимых вариациях емкости ±15% в указанном диапазоне и имеют небольшую нелинейность.
Конденсатор с материалом, использование которого обеспечивает устройству ту же, что и у X7R, или лучшую температурную характеристику, изменение емкости в пределах ±15% в диапазоне –55…125°C, можно считать конденсатором X7R. У X7R, как и у конденсатора с диэлектриком любого другого типа, отсутствует спецификация на коэффициент напряжения. Производитель может называть конденсаторы в соответствии с диэлектрическими кодами X7R, X5R и т. д. и их температурным коэффициентом независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения. В таблице 1 приведены коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов. Например, требуется выбрать конденсатор, у которого емкость, указанная при 25°C, повышается или уменьшается не более чем на 7,5% в диапазоне температуры –30…85°C. Этому требованию соответствует конденсатор с кодом Y5F.
| RS198 | Диапазон температуры |
| Х7 | –55…125°С |
| Х6 | –55…105°С |
| Х5 | –55…85°С |
| Y5 | –30…85°С |
| Z5 | 10…85°С |
| Код | Изменение емкости, % |
| D | ±3,3 |
| E | ±4,7 |
| F | ±7,5 |
| P | ±10 |
| R | ±15 |
| S | ±22 |
| T | 22, –33 |
| U | 22, –56 |
| V | 22, –82 |
Температурные характеристики танталовых и керамических конденсаторов
На рисунке 4 показана типовая температурная характеристика танталового конденсатора, а также керамического конденсатора Class 2 (X7R) и керамического конденсатора Class 1 (NP0 или C0G).
У танталового конденсатора емкость изменяется линейно в зависимости от температуры: с –5% при –55°C до более чем 8% при 125°C. У керамических конденсаторов Class 2 – самая нелинейная зависимость от температуры, однако ее можно сделать линейной в приложениях, работающих в узком температурном диапазоне, учтя эту характеристику при проектировании схемы.
Зависимость от напряжения
У танталовых конденсаторов не только линейная температурная характеристика, но и отсутствует нестабильность емкости в зависимости от приложенного напряжения. В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов Class 2 меняется с приложенным напряжением, т. к. диэлектрическая проницаемость их материала падает с ростом напряжения (см. рис. 5). Поскольку эти изменения относительно линейные, их легко учесть при проектировании, однако в некоторых случаях из-за применения материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью емкость может меняться более чем на 70% от исходной величины при работе вблизи номинального напряжения.
Износ танталовых и керамических конденсаторов
Емкость керамических конденсаторов Class 2 с течением времени уменьшается по логарифмическому закону, что обусловлено их износом (см. рис. 6). Из-за деградации поляризованных участков ферроэлектриков со временем уменьшается диэлектрическая проницаемость, в результате чего уменьшается емкость керамических конденсаторов Class 2. У танталовых конденсаторов старение не происходит – на текущий момент нет известного нам механизма износа, аналогичного тому, который наблюдается у керамических конденсаторов.
Сопротивлением изоляции (IR) является сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения емкости (и, следовательно, площади диэлектрического материала), IR увеличивается. Этот показатель (IR∙C, или RC) часто указывается в единицах Ом∙Ф, а чаще как МОм.
Ток утечки определяется путем деления номинального напряжения на сопротивление изоляции. В таблице 2 сравниваются значения сопротивления изоляции керамических конденсаторов.
| Производитель | Изделие | Диэлектрик | Сопротивление изоляции | Эквивалент DCL/C∙V* |
| AVX | – | X7R | 1000 МОм∙мкФ | 0,001C∙V |
| AVX | – | X5R | 0,002C∙V | |
| B | коммерческое (COTS) | X7R | 0,002C∙V | |
| B | коммерческое | X7R | 0,002C∙V | |
| B | коммерческое | X5R | 0,002C∙V | |
| C | высоконадежное | X7R | 0,001C∙V | |
| C | высоконадежное | X5R | 0,001C∙V | |
| C | коммерческое | X7R | 0,002C∙V | |
| C | коммерческое | X5R | 0,002C∙V | |
Тип. | коммерческое | Ta2O5 | – | 0,01C∙V |
| Высоконадежный танталовый AVX | HRC5000/HRC6000 | Ta2O5 | – | 0,0025C∙V |
* DCL – утечка постоянного тока; C∙V – произведение номинальной емкости на номинальное напряжение.
Для керамических конденсаторов, как правило, указывается сопротивление изоляции, а для танталовых компонентов – утечка постоянного тока (DCL). Эти единицы измерения являются эквивалентными, а соответствующее преобразование осуществляется с помощью закона Ома.
Испытания на износ
В таблице 3 описаны условия проведения испытаний на износ керамических и танталовых конденсаторов разных типов, выполненные несколькими производителями, а также представлены допустимые изменения сопротивления изоляции и величины DCL/C∙V. Видно, что условия проведения этих испытаний не стандартизованы, и потому напрямую трудно сравнивать с высокой точностью параметры керамических конденсаторов разных производителей, а прямые сравнения между керамическими и танталовыми конденсаторами фактически невозможны за исключением нескольких компонентов с очень высокой номинальной емкостью.
| AVX | X7R | 125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч | 0,3 ∙ исходное предельное значение | 0,003C∙V |
| AVX | X5R | 85°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч | 0,3 ∙ исходное предельное значение | 0,006C∙V |
| B | X7R | 125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч | 0,1 ∙ исходное предельное значение | 0,020C∙V |
| B | X5R | 85°С, 2 ∙ ном. В*, 1000 ч | 0,1 ∙ исходное предельное значение | 0,020C∙V |
| C | X7R | 125°С, 2 ∙ ном. В**, 1000 ч | 100 Ом∙Ф | 0,1C∙V |
| C | X5R | 85°С, 2 ∙ ном. В***, 1000 ч | 100 Ом∙Ф | 0,1C∙V |
| Тип. танталовый | Ta2O5 | – | 0,01C∙V в течение 2000 ч | – |
| Высоконадежный танталовый AVX | Ta2O5 | – | 0,0025C∙V в течение 1000 ч; | – |
* 1,5 ∙ ном.
В для 0603 ≥ 1 мкФ; 0805 ≥ 4,7 мкФ; 1206 ≥ 2,2 мкФ.
** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 1 мкФ, 10 и 16 В; 0805 ≥ 4,7 мкФ, 10 В.
*** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 4,7 мкФ, 6,3 и 10 В; 0805 ≥ 22 мкФ, 6,3 В; 1206 ≥ 47 мкФ 6,3 В.
В таблице 4 сравниваются основные параметры танталовых и керамических конденсаторов.
| Параметр | Танталовый конденсатор | Керамический конденсатор |
| ESR | – | × |
| Удельная эффективность | × | – |
| Диапазон температуры | × | – |
| Малая индуктивность | × | |
| Зависимость от смещения по постоянному току | × | – |
| Микрофонный (пьезоэлектрический) эффект | × | – |
| Фильтрация высокой частоты | – | × |
| Характеристика износа | × | – |
Из-за того, что между большинством методов испытаний танталовых и керамических конденсаторов имеются существенные различия, прямое сравнение их характеристик трудно провести на основе данных, полученных из специальной литературы и технических описаний.
Компания AVX выполнила следующее тестирование, обеспечивающее более непосредственное сравнение характеристик этих компонентов.
Сравнительное тестирование танталовых и керамических конденсаторов
Инженеры компании AVX отобрали образцы танталовых и керамических конденсаторов с наиболее типовыми и часто используемыми параметрами. Эти компоненты применяются в медицинской технике и высоконадежных приложениях:
- танталовые конденсаторы TBCR106K016CRLB5000: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805;
- керамические конденсаторы MQ05YD106KGT1AN: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805, диэлектрик X5R.
Благодаря тому, что план тестирования был единым для всех компонентов, параметры испытаний (значения тестовой частоты и смещения по прямому току, время выдержки после испытаний на воздействие внешних факторов и т. д.) тщательно соблюдались, фиксировались и сравнивались для конденсаторов обоих типов:
- температурная стабильность (MILPRF‑55365) – 13 шт.;
- термический удар (MIL-STD‑202 Method 107) – 40 шт.
; - влагостойкость (MILSTD‑202 Method 106) – 40 шт.
;Большинство результатов испытаний показало сходство между керамическими и танталовыми конденсаторами. Например, у керамических конденсаторов выше температурная стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), и утечка постоянного тока (DCL) меньше зависит от температуры, тогда как у танталовых конденсаторов от температуры меньше зависит емкость. Емкость танталовых конденсаторов увеличивается при повышенной температуре, а у керамических компонентов она уменьшается при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термический удар показали устойчивую работу и тех, и других компонентов.
Выводы
Керамические и танталовые конденсаторы обладают теми несколькими преимуществами, которые востребованы в эффективных и высоконадежных электронных системах в разных областях применения. Поскольку конденсаторы обоих типов значительно различаются по своему составу, материалам и функциональным характеристикам, выбор той или иной технологии зависит от нужд конкретных приложений и требований.
Таким образом, инженеры должны принимать в расчет возможные последствия своего выбора уже на ранних этапах проектирования.
Многослойные керамические конденсаторы MLCC (MultiLayer Chip Capacitors) для поверхностного монтажа
Конструкция, материалы и особенности MLCC
Обычно конденсатор представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух пластин-электродов и слоя диэлектрика между ними (рисунок 1).
Ёмкость такого конденсатора будет прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между электродами.
В MLCC используется многослойная структура, состоящая из чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических пленочных электродов (рисунок 2). На краях металлические электроды соединяются и образуют торцевые выводы, которые покрываются оловом. Таким образом получается параллельное соединение простейших конденсаторов, количество которых пропорционально числу слоёв.
При этом увеличивается общая площадь, а значит – и повышается ёмкость. Итоговая емкость MLCC будет равна сумме емкостей простейших конденсаторов. Например для X7R MLCC с номинальным напряжением 100 В типоразмера 1812 возможно 39-кратное увеличение емкости по сравнению с ЧИП-танталовым конденсатором.
Характеристики MLCC определяются типом используемого диэлектрика. По типу диэлектрика MLCC делят на два класса (таблица 1).
Таблица 1. Характеристики различных типов диэлектриков
Класс |
Диэлектрик |
Диэлектрическая проницаемость |
Рабочая температура, ℃ |
Температурная погрешность |
|---|---|---|---|---|
Класс 1 |
C0G/NP0 |
6…400 |
-55…125 |
0 ±30 ppm/℃ |
Класс 2 |
X5R |
1,000…20,000 |
-55…85 |
±15% |
X6S |
-55…105 |
±22 |
||
X7R |
-55…125 |
±15% |
||
Y5V |
-30…85 |
-82…22% |
Класс 1 – конденсаторы с высокостабильным параэлектрическим диэлектриком, имеющим линейную температурную зависимость.
Примером таких конденсаторов являются NP0/C0G. Они применяются во времязадающих цепях и фильтрах, где основными требованиями являются малые потери и высокая стабильность емкости.
Класс 2 – конденсаторы с ферромагнитным диэлектриком с более высоким уровнем потерь и нелинейной зависимостью от температуры окружающей среды. Примерами таких конденсаторов являются X7R/X5R/Y5V/X6S. Они чаще всего используются как разделительные и блокировочные конденсаторы.
Группы MLCC
MLCC подразделяются на группы (рисунок 3):
Рис. 3. Группы многослойных керамических конденсаторов
На складе есть некоторые семейства MLCC конденсаторов:
Medium-High Voltage Capacitors – семейство средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения, которые характеризуются величиной рабочего напряжения 100…3000 В. Конденсаторы предназначены для работы в импульсных источниках питания, цепях подавления переходных процессов, балластных схемах, во входных фильтрах и так далее.
( C1608X7R2A103K080AA, CC1206KKX7RZBB103)
Для достижения высокого рабочего напряжения необходимо устранить возможность пробоя конденсатора — следует увеличить толщину диэлектрика и расстояние между внутренними электродами (рисунок 4).
Рис. 4. Конструкции стандартных и высоковольтных конденсаторов
Soft-term Capacitors – семейство конденсаторов с мягкими выводами, применяемых в случаях, когда требуется высокая устойчивость к механическим воздействиям, возникающим при изгибе платы в процессе эксплуатации.
В конструктиве конденсаторов с мягкими выводами между внутренними и внешними электродами помещен слой эластичного проводящего компаунда (рисунок 5), который демпфирует деформации и значительно повышает живучесть компонентов.
Рис. 5. Конструкции стандартных и Soft-term-конденсаторов с мягкими выводами
В настоящее время выпускаются конденсаторы с гибкими выводами, позволяющими выдерживать изгибы до 5 мм.
Конденсаторы с мягкими выводами применяются в автомобильных приложениях, в сотовых телефонах, планшетах, жестких дисках, ноутбуках и так далее. (AC0603KRX7R9BB473, AC0402KRX7R7BB104, AC0805KRX7R9BB104, AC0603KRX7R9BB222, CEU3E2X7R2A102K080AE, CGA3E2X7R1h323K080AA ).
High Effective Capacitance Capacitors – семейство конденсаторов общего назначения с минимальным эффектом смещения при постоянном напряжении и минимальном старении. ( CC1206JKNPOCBN101, CC1206KKX7RDBB471, CC1210KKX5RGBB106)
Емкость конденсаторов класса 1 почти не изменяется. Емкость конденсаторов класса 2 изменяется в течение времени (рисунок 6).
Рис. 6. Изменение емкости конденсаторов с течением времени
Использование «устаревших» конденсаторов ограничено. Если «постаревший» диэлектрик разогреть выше температуры Кюри, а затем охладить до комнатной температуры, его диэлектрическая проницаемость восстанавливается.
Рис. 7. Изменение диэлектрической проницаемости BaTiO3 с течением времени
В качестве диэлектрика в MLCC класса 2 используется титанат бария BaTiO3.
Температура Кюри для этого материала приблизительно + 130° С (рисунок 7).
Итоги:
- Увеличенная удельная (по отношению к размерам) ёмкость MLCC – до 39-кратного по сравнению с ЧИП-танталовыми конденсаторами. ( CL10A106KP8NNNC , CL21A476MQYNNNG, CL21B106KPQNNNG, CL21A106KAYNNNG)
- Возможность изгиба платы при использовании MLCC с гибкими выводами. Допускается изгиб вывода элемента до 2…5 мм. (AC0603KRX7R9BB473, AC0402KRX7R7BB104, AC0805KRX7R9BB104, AC0603KRX7R9BB222)
- Вероятно термовосстановление MLCC с диэлектриком класса 2 после длительного хранения (GRM32DR72J473KW01L, 1808HC152KAT1A, C0805C105K4RAC7800 )
В настоящее время на складе «Промэлектроники» имеются в продаже многослойные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа от ведущих производителей, таких как AVX, KEMET, Samsung, TDK и Yageo.
Посмотреть весь ассортимент многослойных конденсаторов
конденсатор%20106%2016v техническое описание и примечания по применению
org/Product»>
org/Product»>конденсатор%20106%2016v Листы данных Context Search
| Каталог Лист данных | MFG и тип | ПДФ | Теги документов |
|---|---|---|---|
2002 — конденсатор Реферат: 275 В 593 BC варистор VARISTOR NTC 33 VARISTOR NTC 120 2322 156 226 конденсатор smd конденсатор mkt 344 КОНДЕНСАТОР SMD керамический конденсатор 2222 655 2222 | Оригинал | ||
2012 — MCCA001399 Аннотация: конденсатор | Оригинал | элемент14 МССА001399 конденсатор | |
конденсатор Резюме: smd резистор 151 резистор smd 103 резистор smd 104 smd диод 132 конденсатор smd 106 smd диод 104 103 smd резистор КОНДЕНСАТОР SMD SMD 106 КОНДЕНСАТОР | OCR-сканирование | ||
2011 — Конденсатор 100мкФ 50В Резюме: 100 мкФ 35 В конденсатор 100 мкФ 35 В конденсатор SMD конденсатор 220 мкФ 50 В КОНДЕНСАТОР 220 мкФ 63 В | Оригинал | элемент14 конденсатор 100мкФ 50В Конденсатор 100мкФ 35В Конденсатор смд 100мкФ 35В конденсатор 220мкф 50в КОНДЕНСАТОР 220мкФ 63В | |
2011 — конденсатор 47мкф 16в Аннотация: конденсатор 100мкФ/25В | Оригинал | 120 Гц) конденсатор 47мкф 16в конденсатор 100мкФ/25В | |
1999 — Активный максимально плоский полосовой фильтр Резюме: MAX7414 MAX7402 MAX7408 руководство по проектированию аналогового maxim 12 3RD 3-контактный конденсатор MAX7400 техническое описание MAX7400 MAX7401 MAX7410 | Оригинал | МАКС7415 MAX74xx 15 кГц МАКС7410 МАКС7410 20сал 1000-up активный максимально плоский полосовой фильтр МАКС7414 МАКС7402 МАКС7408 Руководство по аналоговому проектированию maxim 12 3RD 3-контактный конденсатор Техническое описание MAX7400 МАКС7400 МАКС7401 | |
2012 — Конденсатор 10 16s smd Реферат: Конденсатор 226 smd RSM 2322 2222 632 конденсатор серии MOV 103 M 3 KV 336 smd КОНДЕНСАТОР 2312 344 7 резистор SMD 474 2222 631 конденсатор серии SMD электролитический конденсатор | Оригинал | ||
2012 — конденсатор 3,3 кОм 630 Резюме: нет абстрактного текста | Оригинал | элемент14 конденсатор 3,3 к 630 | |
конденсатор Реферат: 477 танталовый конденсатор smd диод 27 E диод smd 86 DIODE SMD CE резистор smd 102 керамический конденсатор 102 SMD 157 диод smd резистор 151 SMD диод NC | OCR-сканирование | ||
ЗНР 471 Реферат: 103 2KV pm3a104k подробная схема vfd для трехфазного двигателя 710 оптопара 16T202DA1 DA1 7805 KA78L05BP 100 мкФ 16 В электролитический конденсатор TLP521 | Оригинал | КДС226
100кФ
KRC101S
2Н2222
КА5Х0280Р
474/AC275V
PM3A104K
471 ЗНР
103 2КВ
pm3a104k
подробная схема vfd для трехфазного двигателя
оптопара 710
16Т202ДА1
ДА1 7805
KA78L05BP
Электролитический конденсатор 100 мкФ 16 В. TLP521 | |
2012 — электролитический конденсатор 100 мкФ 16 В Реферат: электролитический конденсатор 100мкФ 50в ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ 220мкФ 25В конденсатор 820мкФ 25В КОНДЕНСАТОР 47мкФ 25В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ 470мкФ, 16в электролитический конденсатор конденсатор электролитический 220мкФ 35В 470мкФ 50В конденсатор | Оригинал | 120 Гц) 120 Гц\ элемент14 Электролитический конденсатор 100 мкФ 16 В. электролитический конденсатор 100мкф 50в ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ 220мкФ 25В конденсатор 820 мкФ 25В КОНДЕНСАТОР 47 мкФ 25 В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ Электролитический конденсатор 470 мкФ, 16 В. конденсатор электролитический 220 мкФ 35В Конденсатор 470мкФ 50В | |
2012 — конденсатор 47мкф 16в Аннотация: 22UF 50V Тантал | Оригинал | элемент14 конденсатор 47мкф 16в 22 мкФ 50 В Тантал | |
1999 — МАКС7408 Аннотация: фильтр MAX7410 MAX293 max263 max263 MAX281 MAX7400 техническое описание MAX74xx MAX7400 MAX7401 | Оригинал | МАКС7415 МАКС7411 MAX74xx 15 кГц МАКС7410 1000-up МАКС7408 МАКС7410 МАКС293 фильтр max263 макс263 МАКС281 Техническое описание MAX7400 MAX74xx МАКС7400 МАКС7401 | |
2003 — керамический конденсатор 100нФ 104 Реферат: конденсатор 100нФ 104 шунтирующий резистор схема стиральная машина 104 конденсатор 100нф конденсатор 100нф керамический конденсатор 104 конденсатор керамический конденсатор 1мкф 600в конденсатор 104 керамический 100мкф 16в электролитический конденсатор | Оригинал | 220 мкФ
керамический конденсатор 100нФ 104
конденсатор 100нФ 104
шунтирующий резистор
схема стиральных машин
104 конденсатор 100нФ
конденсатор 100nf керамический конденсатор
104 конденсатор
керамический конденсатор 1мкф 600в
конденсатор 104 керамический
Электролитический конденсатор 100 мкФ 16 В. | |
2011 — конденсатор 2200 мкФ 25 В Резюме: 4700 мкФ 25 В конденсатор 2200 мкФ 16 В конденсатор 4700 мкФ 35 В 2200 мкФ КОНДЕНСАТОР 6,3 В MCGPR35V336M5X11 2200 мкФ 50 В конденсатор MCGPR35V337M10X16 конденсатор 1000 мкФ 25 В 63 В конденсатор 4700 мкФ | Оригинал | элемент14 Конденсатор 2200мкФ 25В Конденсатор 4700мкФ 25В конденсатор 2200мкФ 16В конденсатор 4700мкф 35в КОНДЕНСАТОР 2200 мкФ 6,3 В МКГПР35В336М5С11 Конденсатор 2200мкФ 50В МКГПР35В337М10Х16 конденсатор 1000мкФ 25В Конденсатор 63В 4700мкФ | |
2003 — конденсатор 100нф 100 Реферат: Резистор из углеродной пленки 1N4937 | Оригинал | 220 мкФ конденсатор 100нф 100 1Н4937 углеродный пленочный резистор | |
конденсатор Аннотация: стеклянный конденсатор ETR10 CYR10 CYR15 CYR51 MIL-C-11272 стекло CY10 et10 стекло | Оригинал | CYR10 CYR15 CYR51 CYR52 CYR53 конденсатор ЭТР10 стеклянный конденсатор CYR10 CYR15 CYR51 МИЛ-С-11272 стакан CY10 стекло эт10 | |
2002 — конденсатор 33мкф 35в Аннотация: Конденсатор 100 мкФ/16 В Fairchild 902 1N4937 220 мкФ 16 В Конденсатор Конденсатор 104 U Конденсатор 100 нФ 104 Диод 1n4937 | Оригинал | 100 мкФ 220 мкФ конденсатор 33мкф 35в конденсатор 100мкФ/16В Фэирчайлд 902 1Н4937 Конденсатор 220мкФ 16В конденсатор 104 U конденсатор 100нФ 104 Диод 1н4937 | |
2000 — принципиальная схема преобразователя RGB в VGA Резюме: ЖК-дисплей Siemens C75 d триггер 7475 принципиальная схема схема 74f86d PHILIPS конденсатор 100nf многослойный резистор R1206 74f74d tda8752b информация о приложениях Philips Capacitor datasheet | Оригинал | -TDA8752BТРОЙНОЙ АН/00070 TDA8752B TDA8752B R0805 принципиальная схема конвертера RGB в VGA ЖК-дисплей Siemens C75 Схема d-триггера 7475 74f86d схема PHILIPS конденсатор 100нф многослойный Резистор R1206 74f74d информация о приложениях tda8752b Спецификация конденсатора Philips | |
2012 — Недоступно Резюме: нет абстрактного текста | Оригинал | элемент14 | |
Недоступно Резюме: нет абстрактного текста | OCR-сканирование | ||
2001 — нет в наличии Резюме: нет абстрактного текста | Оригинал | прошлое80-539-1501 S-TMSM00M301-R | |
киа7805р Реферат: dg1u dg1u реле 104j конденсатор C517 транзистор KIA7806P угольный резистор KIA7815PI KIA7806PI t1.6a 250v | Оригинал | РСП-1066
kHF902
Т315мА/250В)
Х-1330-04
CP404
CN903
Т2А/250В)
CP407
CN602
CP602
киа7805р
дг1у
реле дг1у
конденсатор 104Дж
Транзистор С517
КИА7806П
угольный резистор
КИА7815ПИ
КИА7806ПИ
т1. 6а 250в | |
2006 — АН-9035 Резюме: шунтирующий резистор ток двигателя FSBB20CH60 керамический конденсатор 100 нФ 104 керамический конденсатор 1 мкФ 600 В инвертор от 12 до 220 100 Вт AN9035 трехфазный двигатель 18 кВт 100 нф 16 В конденсатор 100 Вт инвертор схема | Оригинал | ФЭБ154-001 ФСББ20Ч60) Ан-9035 шунтирующий резистор ток двигателя ФСББ20Ч60 керамический конденсатор 100нФ 104 керамический конденсатор 1мкф 600в инвертор 12 на 220 100Вт AN9035 трехфазный двигатель 18кВт Конденсатор 100 нф 16 В Схема инвертора 100w | |
JIS-C-5101-1 Реферат: EECEN0F204A JISC-5101 JIS-C-5101 золотой конденсатор электрические компоненты EEC-EN0F204A 2F 1 маркировка Matsushita Electrolytic Capacitors описание конденсатора | Оригинал | 2003E121P EECEN0F204A РКР-2370 JIS-C-5101-1 EECEN0F204A JISC-5101 JIS-C-5101 золотой конденсатор электрические компоненты EEC-EN0F204A 2F 1 маркировка Электролитические конденсаторы Matsushita описание конденсатора | |
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»>
org/Product»> Предыдущий
1
2
3
.
..
23
24
25
Далее
Основы и преимущества танталовых конденсаторов по сравнению с керамическими
Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (MLCC) — две широко распространенные технологии изготовления конденсаторов, которые можно использовать в самых разных электронных устройствах.
Несмотря на то, что обе технологии выполняют одну и ту же основную функцию, они сильно различаются с точки зрения методов строительства, материалов и производительности в различных условиях, поэтому важно понимать потенциальное влияние выбора одной из них на другую.
Руководство по сравнительному выбору
Понимание присущих характеристик как танталовых конденсаторов, так и MLCC, включая их надежность и поведение при изменении температуры и напряжения, типовые возможности тестирования и последние разработки для каждого из них помогут сделать правильный выбор.
Рисунок 1: Площадь диэлектрической поверхности анода танталового конденсатора по сравнению с его окончательным размером Основы конденсаторовОсновная формула для емкости: емкость в фарадах (Ф)
Танталовые конденсаторы
Танталовые конденсаторы обеспечивают высокие значения емкости благодаря сочетанию факторов, включая пятиокись тантала (Ta 2 O 5, ) электрическую площадь пластины = (A, ) , и очень малая толщина диэлектрика (d). Положительно заряженная диэлектрическая пластина танталового конденсатора изготовлена из чистого порошка тантала элементарного качества, который прессуется и спекается в гранулы. Эти гранулы чрезвычайно пористые и, как таковые, позволяют площади поверхности каждой отдельной частицы в совокупности составлять площадь эквивалентной пластины конденсатора. Кроме того, Та 2 O 5 диэлектрический слой формируется со скоростью 17 ангстрем на вольт, с толщиной, пропорциональной приложенному напряжению, что приводит к очень тонкому диэлектрическому слою и способствует большим значениям емкости.
Типы танталовых конденсаторов
Для приложений с поверхностным монтажом AVX производит два типа танталовых конденсаторов, оба из которых содержат катод на основе MnO 2 , чтобы воспользоваться преимуществами его характеристик самовосстановления, и показаны на рис.
2. Формованная конструкция (вверху) является более традиционной конфигурацией и использует танталовую проволоку, встроенную в таблетку для создания положительного соединения с цепью. Более новая, меньшая конфигурация в стиле микрочипа (внизу) была представлена на рынке совсем недавно и используется в приложениях с высокой плотностью компонентов и минимальным доступным пространством на плате. Конфигурация в виде микрочипа имеет танталовую пластину с танталовым порошком, спрессованным и спеченным на ее поверхности, и определяет отдельные аноды с использованием операции высокоточного распила. Оба типа конденсаторов имеют одни и те же основные элементы, и оба доказали свою пригодность для приложений с высочайшей надежностью в течение десятилетий производства и испытаний.
Рис. 2a и 2b: Литой танталовый конденсатор (вверху) и танталовый конденсатор в виде микрочипа (внизу) слоев, но компенсируют такие недостатки за счет использования диэлектрических материалов с гораздо более высокой диэлектрической проницаемостью.
Диоксид титана (εr ~ 86–173) и титанат бария (εr ~ 1250–10000) являются двумя наиболее популярными диэлектрическими материалами, используемыми для изготовления MLCC, и каждый материал включает в себя свой класс конденсаторов.
Рисунок 3: Многослойный керамический конденсатор
Керамические конденсаторы класса 1 и класса 2
Керамические конденсаторы класса 1 обладают наиболее стабильной емкостью по отношению к приложенному напряжению, температуре и, в некоторой степени, частоте. Основные элементы керамических конденсаторов класса 1 состоят из параэлектрических материалов, таких как диоксид титана, которые модифицированы добавками, включая цинк, цирконий и ниобий, для достижения требуемых характеристик линейной емкости, присущих танталу. Керамические конденсаторы класса 1 также имеют самый низкий объемный КПД среди керамических конденсаторов из-за относительно низкой диэлектрической проницаемости (εr ~ 6–200) используемых параэлектрических материалов и, как таковые, имеют значения емкости в нижнем диапазоне.
В керамических конденсаторах класса 2 используются ферроэлектрические диэлектрические материалы, такие как титанат бария (BaTiO), и они модифицированы добавками, включая силикат алюминия, силикат магния и оксид алюминия. Эти материалы имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, чем конденсаторы класса 1 (εr ~ 200–14 000 в зависимости от напряженности поля), и обеспечивают лучшую объемную эффективность, но демонстрируют более низкую точность и стабильность. Конденсаторы класса 2 также имеют нелинейные значения емкости, которые зависят как от рабочих температур, так и от приложенного напряжения, и со временем изнашиваются, что может повлиять на производительность.
Коды диэлектриков керамических конденсаторов
Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехзначным кодом EIA, который определяет стабильность емкости материала в указанном диапазоне температур. Например, керамические конденсаторы, изготовленные с использованием диэлектрических материалов X5R, имеют диапазон рабочих температур от -55°C до +85°C с допустимым изменением емкости ±15% в этом диапазоне и демонстрируют нелинейную стабильность значения емкости в этом диапазоне.
Аналогично, любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, изменение емкости ±15% в диапазоне температур от -55°C до +125°C, может называться X7R. Спецификации коэффициента напряжения для X7R или любого другого типа диэлектрика отсутствуют. Поставщик может назвать конденсатор X7R, X5R или любым другим кодом диэлектрика, если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения.
Рисунок 4: Таблица кодов EIA для керамического конденсатора Dielectrics
Tantalum против Ceramic Compacitor. конденсаторы, керамические конденсаторы класса 2 (X7R) и керамические конденсаторы класса 1 (NP0 или C0G). Танталовый конденсатор демонстрирует линейное изменение емкости в зависимости от температуры: изменение емкости от -5% при -55°C до 8+% при 125°C. Керамические конденсаторы класса 2 демонстрируют наиболее нелинейную реакцию на температуру, но могут быть созданы для достижения аналогичной желаемой линейной характеристики в приложениях с узким диапазоном рабочих температур (например, медицинские имплантируемые устройства) за счет учета температурной реакции при проектировании схемы.
Рисунок 5: Изменение емкости в зависимости от температуры для тантала, керамики класса 1 и керамических диэлектрических материалов класса 2
Тантал и керамический конденсатор. демонстрируют нестабильность емкости по отношению к приложенному напряжению. В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов класса 2 изменяется в зависимости от приложенного напряжения, потому что диэлектрическая проницаемость диэлектрика уменьшается в ответ на более высокие приложенные напряжения. Эти изменения относительно линейны и поэтому легко учитываются при проектировании схем, но некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять до 70% или более своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении или близком к нему.
Рис. 6. Изменение емкости керамического конденсатора класса 2 (X5R) при перенапряжении
Сравнение тантала и керамического конденсатора со старением как старение.
Деградация поляризованных доменов в этих сегнетоэлектрических диэлектриках со временем снижает диэлектрическую проницаемость, вызывая уменьшение емкости керамических конденсаторов класса 2 по мере старения компонента. Танталовые конденсаторы не подвержены подобному старению и не имеют известного механизма износа.
Рис. 7. Изменение емкости диэлектрических конденсаторов класса 2 X7R и X5R с течением времени
Танталовый и керамический конденсаторы IR и DCL
Сопротивление изоляции — это сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения значений емкости (и, следовательно, площади диэлектрика) IR уменьшается. Таким образом, произведение (C x IR или RC) часто указывается в омах, фарадах или, чаще, в мегаомах. Ток утечки определяется путем деления номинального напряжения на IR (по закону Ома). Керамические конденсаторы обычно определяют сопротивление изоляции, тогда как танталовые конденсаторы классифицируются по утечке постоянного тока (или DCL).
Эти единицы эквивалентны, и преобразование из одной меры в другую производится с использованием закона Ома.
Рисунок 8: Сравнение ИК -керамических конденсаторов с DCL из конденсаторов Tantalum
Tantalum против Ceramic Conpacitor Testing6666.s.s.tancal Tant -CAPACAC 9063 2
666666.s.s.tancaL. условия испытаний на срок службы для различных типов керамических и танталовых конденсаторов, изготовленных несколькими разными производителями, и допустимое изменение сопротивления изоляции и/или DCL/CV. Как показано, условия ресурсных испытаний не стандартизированы, поэтому прямое сравнение керамических конденсаторов, изготовленных различными производителями, трудно провести с высокой степенью достоверности, а прямое сравнение керамических конденсаторов с танталовыми практически невозможно, за исключением несколько очень высоких рейтингов емкости.
Рис. 9. Различия в испытаниях на срок службы керамических и танталовых конденсаторов
Из-за заметных различий между большинством методов испытаний, используемых для оценки танталовых и керамических конденсаторов, прямое сравнение их относительных характеристик с помощью продукта получить непросто.
литературные и технические данные. Таким образом, AVX провела следующее тестирование, чтобы обеспечить более прямое сравнение их соответствующей производительности.
Сравнительные испытания тантала и керамики
Команда AVX отобрала образцы керамических и танталовых конденсаторов, которые представляют собой общие характеристики для обеих технологий и обычно используемые значения для медицинских и других высоконадежных приложений.
- Танталовый конденсатор (TBCR106K016CRLB5000)
- 10 мкФ, 16 В
- 0805 размер корпуса
- Керамический конденсатор (MQ05YD106KGT1AN)
- 10 мкФ, 16 В
- 0805 размер корпуса
- X5R диэлектрик
Команда отправила все детали в один и тот же план испытаний, чтобы гарантировать, что специальные требования к испытаниям (например, частота испытаний емкости и смещение по постоянному току, время выдержки после испытаний в условиях окружающей среды и т.
д.) можно было точно наблюдать, собирать и сравнивать для обоих основных типов продуктов. .
- Термостойкость (MIL-PRF-55365) – 13 шт.
- Термический удар (MIL-STD-202, метод 107) – 40 шт.
- Влагостойкость (MIL-STD-202, метод 106) – 40 шт. Большинство результатов испытаний показали одинаковые характеристики керамических и танталовых конденсаторов. Например, температурная стабильность показала, что керамические конденсаторы более стабильны в отношении эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и DCL, в то время как танталовые конденсаторы более стабильны в отношении значения емкости при изменении температуры. Танталовые конденсаторы также показали увеличение емкости при повышенной температуре, в то время как емкость керамических конденсаторов уменьшилась при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термоудар обеспечивают стабильную работу обеих технологий.
Рисунок 10: Сравнение параметров танталовых и керамических конденсаторов
ЗаключениеВ заключение следует отметить, что как танталовые, так и керамические конденсаторы обладают рядом преимуществ и выгод, которые помогают в производстве эффективной и высоконадежной электроники в широком диапазоне ассортимент рынков.
