原创 MLCC电容器的介质类别和温度系数(TCC)

2022-5-26 10:15 375 0 分类: 物联网

温度系数指温度变化时,电子元件特定物理量的相对变化,单位为ppm/°C,最常见的是电阻温度系数(temperature coefficient of resistance,TCR)和电容温度系数(temperature character of capacitor,TCC)。前者较直观,如MCR01S电阻器的TCR在-55~+155温度范围内为±400ppm/°C,这容易理解。



BOM表中的MLCC


MLCC电容器的温度特性有些繁杂,常以C0G、X5R、X7R、X7T、X8R、X6S、Y5V、Z5U等字母组合表示。这些代码由美国电工协会(EIA)标准确定,分别代表了不同温度特性的电容器类别。


陶瓷电容器类别


根据电容器使用的陶瓷介质不同,EIA-198标准把陶瓷电容器分为两类,I类陶瓷电容器、II类陶瓷电容器。



MLCC的温度特性



I类陶瓷电容器

I类陶瓷电容器采用EIA I类材料——C0G(NP0)电介质,这是一种添加有铷、钐和一些其它稀有氧化物的高性能陶瓷材料。

这种陶瓷的电容器电气性能最稳定,容量较基准值变化往往远小于1pF,基本上不随温度、电压、时间的改变,属超稳定型、低损耗电容材料类型,适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。

EIA标准采用“字母+数字+字母”代码表示Ⅰ类陶瓷温度系数(TCC)。比如常见的C0G陶瓷电容器的意义是:

C:表示电容温度系数的有效数字为0ppm/℃;

0:表示有效数字的倍乘因数为-1(即10的0次方);

G:表示随温度变化的容差为±30ppm。



Ⅰ类陶瓷电容器的温度特性代码



这样,C0G电容器的温度系数(TCC)为:0×(-1)ppm/℃±30ppm/℃。而相应的其他Ⅰ类陶瓷的温度系数,例如U2J电容TCC为:-750 ppm/℃±120 ppm/℃。



II类陶瓷电容器

II类陶瓷电容器采用EIA II类温度稳定型电介质。这些电介质包括X5R、X7R、X8R、X6S、Y5V、Z5U等,其主体材料均是钛酸钡,只是添加的贵金属不一样。



II类陶瓷电容器的温度特性代码



例如,X7R是一种强电介质,比容量较C0G大。这种电容器性能较稳定,随温度、电压时间的改变,其特有的性能变化并不显著,属稳定电容材料类型,使用在隔直、耦合、旁路、滤波及可靠性要求较高的中高频电路中。

Y5V材料具有较高的介电常数,常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。这种电容器的容量稳定性较X7R差,容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感,主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。

Ⅱ类陶瓷电容器又分为稳定级和可用级。X5R、X7R属于Ⅱ类稳定级陶瓷电容器,而Y5V和Z5U属于可用级。

Ⅱ类陶瓷电容器的温度系数(TCC)也按照EIA标准以“字母+数字+字母”代码表示,例如X5R、X7R、Y5V、Z5U。以X7R为例:

X:代表电容工作温度下限为-55℃;

7:代表电容工作温度上限为+125℃;

R:代表容值随温度的变化为±15%。


同样,Y5V正常工作温度范围在-30℃~+85℃, 对应的电容容量变化为+22~82%;而Z5U 正常工作温度范围在+10℃~+85℃,对应的电容容量变化为+22~-56%。


注意事项


C0G电容器性能最高,可用到几十MHZ,但频率再高的话Q值急剧下降并由电容器变为感性元件。所以,高频场合一般采用专门设计的射频高Q贴片电容,使用频率可达几十GHZ。

X7R与X5R是大量使用的MLCC陶瓷电容器,其温度特性次于C0G,当温度在-55℃到+85℃(+125℃)时其容量变化为15%,需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。X7R电容器主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大,其容量在不同的电压和频率条件下也是不同的,会随时间的变化而变化,大约10年变化5%。

Y5V电容器的温度稳定性不好,容值会随温度变化大幅变化,在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%,设计时候一定要注意到,或考虑用X7R与X5R来取代Y5V电容器。

Z5U电容器温度稳定性也不好,但尺寸小,成本低。对于相同体积的MLCC来说,Z5U电容器能实现的电容量最大,可取代特定应用中作为旁路、滤波用途的铝电解电容器。

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