多層片式陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitors,MLCC)——簡稱貼片電容、片容,日本及臺灣地區常稱為積層電容或疊層電容,1960年代由美國人發明,1980年代被日本人發揚光大并實現用低成本賤金屬量產。
貼片電容發展簡史
作為電子整機中主要的被動貼片元件,MLCC的制作工藝復雜,應用范圍十分廣泛,通常被應用于各類電子產品和各種高、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,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,下面小編為大家簡單講解一下!
制造流程
貼片電容主要構造包括端電極、內電極和陶瓷介質三部分。
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,主要作用是與內電極連接,引出容量;阻擋層屬于鎳鍍層,其主要實現熱阻擋作用;焊接層屬于Sn層,其主要作用是提供焊接金屬層。
內電極位于貼片電容內部,主要提供電極板正對面積,它與陶瓷介質一般是交
而陶瓷介質的的作用在于在極化介電儲能,至于陶瓷介質的材料就很多了,比如貼片電容材質NPO、X7R.....等。
貼片電容結構:將一次性高溫燒結而成,印有內電極的陶瓷介質膜片以一定的錯位方式疊合而成。下面是貼片電容的制造流程圖:
尺寸系列
標準系列化的外形尺寸,最常用英寸單位系統來表示:
如,0603—"06"表示:長0.06 inch=1.6mm;
"03"表示:寬0.03 inch=0.8mm;
也有用國際單位系統表示:
如,1608—"16"表示:長1.6mm;
"08"表示:寬0.8mm
貼片電容全系列尺寸表
注意:最小規格尺寸01005(長0.25mm*寬0.125mm),目前只有少數幾家日本公司在批量生產;
0201、0402、0603是目前用量最大的尺寸規格,大型的MLCC企業均可批量生產。國內,深圳宇陽是專做小尺寸MLCC的廠家;
2220及以上尺寸規格產品,市場占有量很小,大型企業一般不生產,主要是中小MLCC企業在生產供應。
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,是最常規的產品;
100V~630V,中壓,一般是0805及以上尺寸規格;
1000V~3000V,高壓,一般是1206及以上尺寸規格;
4000V以上屬超高壓產品,對應的尺寸2220及以上尺寸規格。
日本品牌占據低壓高容產品大部份的市場份額,中高壓產品主要生產廠家有TDK、風華高科及禾申堂。
材質(陶瓷介質)
陶瓷貼片電容器(MLCC)使用的陶瓷介質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律類似,具體數值不同的具體介質材料。這兩類介質材料的介電常數會隨溫度的變化而變化,但變化幅度和規律完全不同,為此 EIA 制定了“I類瓷介容量溫度系數”和“II類瓷介容量溫度特性”兩套容量溫度特性標準。
I 類瓷介容量溫度系數
例:COG表示溫度系數為(0±30)ppm/℃,也就是MIL標準中的NPO(Negative-Positive-"0",負—正—零)。COG與NPO是不同標準體系的表示方式,是等同的。
II類瓷介容量溫度特性
例:X7R表示-55℃~125℃溫度區間內,以20℃為基準,容量允許變化范圍±15%
在實際應用中,主要是以下三種材質:
1)鋯酸鍶SrZrO3摻雜改性,主要制造NPO(COG)類MLCC。
此種材質MLCC電性能相當穩定,幾乎不隨溫度,電壓、頻率和時間的變化而變化:
-55℃~ 125℃時容量變化率為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。
通過優化設計制成的射頻電容器,使用頻率可高至3GHZ,其中美國ATC公司是RF-MLCC的標杠企業。
2)鈦酸鋇BaTiO3摻雜改性,是X7R、X5R類MLCC產品的制造主材料。
因NPO(COG)類MLCC能實現的容量不能滿足電路對更大電容量的要求,人們開發了此種鈦酸鋇基的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。
此種材質比NPO(COG)MLCC 穩定性差,X7R、X5R類MLCC的容量隨電壓、頻率條件和時間的變化而變化:
存在直流偏壓特性,即是說當電容器兩端加載較高直流電壓時,其有效容量會降低;
-55℃~125℃時容量變化率為+15%,變化曲線是非線性的;
大約每10年變化1%ΔC,表現為10年變化了約5%;
X7R、X5R類MLCC廣泛應用非高頻電路,是用量最大的一類電容器,占MLCC市場總量的60%以上。
3)鈦酸鍶鋇BaSrTiO3摻雜改性,是Z5U、Y5V類MLCC產品的制造主材料。
該類材質是為獲得比X7R、X5R類MLCC更大容量而開發應用的,這種材質能做到很高的容量,而且每單位容量成本較低。
Z5U、Y5V類MLCC其穩定性較差,對溫度電壓較敏感,使用溫度范圍較窄:
-30℃~85℃容量變化+ 22%~-82%;
存在很強烈的直流偏壓特性;
損耗大,達5%甚至更大;
盡管它的容量不穩定,但能實現可替代電解電容的容量級別,有一定的應用范圍,主要在退耦電路的應用中。
近年來由于X7R/X5R類產品制造技術的發展,通過不斷降低X7R/X5R類MLCC介質膜厚獲得的電容量已接近Y5V/Z5U MLCC的電容量水平。而Y5V/Z5U類材質因晶粒較大的特點,其介質厚度不能更進一步的降低,不能有效發展更高容量的產品。另外Y5V/Z5U類材質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。
容量及其誤差級別
NPO(COG)電容器
容量精度在5%左右,選用這種材質一般是做容量較小的,常規100PF 以下,10nF以上的產品也能批量生產,但成本會較高。下表列出該類產品常用規格電壓下的最大電容量。
NPO(COG)MLCC 量產容量極大值量
X7R 電容器
容量精度在10%左右,容量范圍較寬,常規100PF~47uF能生產。下表給出了X7R電容器可選取的容量范圍最大值。
X7R MLCC量產容量極大值
命名規則
貼片電容的命名一般含有以下參數:尺寸、溫度特性、標稱容量、容量誤差級別、額定電壓、端電極類型和包裝方式等。
典型命名規則如下:
以【0805X7R104K500NT】為例:
0805:尺寸大小,“08”長度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,前兩位是有效數字、后面的4 表示有多少個零104=10×10000 也就是= 1000PF;
K:容量值達到的誤差精度為10%,誤差精度與介質類型相關;
500:是要求電容承受的耐壓為50V ,500 前兩位是有效數字,后面是"0"的數量;
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則:
國際上主要的貼片電容(MLCC)制造商分布在亞太地區,以日本技術最為先進,韓國及中國臺灣次之。此外,美國也有很多知名的電容廠商。
MLCC主要生產廠家:日本村田、TDK、京瓷、太陽誘電;韓國三星;臺灣國巨、華新科;美國有威世、基美、ATCeramics等;大陸有名的則是風華高科、宇陽、火炬電子、三環集團等。
各制造商的產品規格命名規則形式上不盡相同,但規格代號中基本上都包括:尺寸、溫度特性、標稱容量、容量誤差級別、額定電壓和包裝方式等信息。
MLCC命名規則: