标签: mlcc

导语： 进入第二季度，MLCC龙头三环集团官宣涨价!风华高科紧随其后。车市价格战蔓延至芯片端，车厂开始砍单芯片，短短半年时间不到，车用芯片市场从价格飞涨和一片难求的背景，转为砍单与降价促销...更多详情请阅读本月行情资讯报道。 市场行情 【MLCC龙头官宣涨价！】 MLCC龙头三环集团4月发布二季度涨价函，表示Q2各月份套单实际交易价格全面上调，所有签约伙伴自4月份新提交的套单审批时同步同比例调整并执行。 继三环集团发布涨价函后，风华高科也有涨价信号。一位风华高科高管近期表示“我们公司主要是采取随行就市的方式，部分MLCC料号在涨价，但不是所有产品都在涨价”。问及具体涨价的情况，上述人士表示，因为目前终端各方面的需求还没有全面复苏，所以在不同的领域应用、不同的尺寸上，产品价格的涨价情况区别很大。 业界表示，2022年MLCC行业经历了降价、去库存的低谷后，随着车用、工业用MLCC需求回暖，库存去化逐渐完成，部分产品价格反弹，2023年MLCC市场有望迎来复苏。 【MCU订单回温，但降价压力仍在】 MCU已经进入第2季的传统旺季，开始订单回温，但整体情况一般，欧美市场还是太弱了。 同时，MCU市场价格在2023年开年由于终端市场需求不佳、库存仍高，多数MCU业者降价压力犹在。目前就库存水位来看，MCU将去化到第3季的基调已经确定。至于在价格部分，MCU由于多数为通用型产品，目前降价的压力仍存在，依照不同产品的库存、价格而定。 【车市价格战蔓延至芯片端，车厂开始砍单芯片】 据报道，车市价格战正蔓延至芯片端，因终端需求不振，车用芯片设计厂商将在第2季加码砍单，环比降幅约有10%-20%。被点名调节订单的产品包括PMIC、驱动IC、MOSFET、IGBT。对于上述芯片除了砍单外，也出现业者要求供货商降价的现象。 在去年消费电子芯片萎靡状况下，因为车市爆发，许多业者将汽车领域视为避风港，将产能转向车用芯片。但业者表示，短短半年时间不到，车用芯片市场从价格飞涨和一片难求的背景，转为砍单与降价促销。 但对此，半导体业内人士指出，英飞凌、NXP、ST、TI、瑞萨等国际车用IDM厂订单仍相对稳固。 【部分功率器件因新能源需求走热】 随着新能源车渗透率的提升，以及国家新能源产业建设的发展，部分功率器件获得更多需求。 比如，英飞凌的MOSFET IPD90P04P4L-04、TI的晶体管ULN2803ADWR和安森美的肖特基整流器MBRS340T3G热度增长，价格也有所上涨。 原厂动态 TI 目前，TI整体需求明显减少，价格持续下降，逐渐回归常态价位。德州仪器最新财报显示，2023年Q1营收43.79亿美元，较去年同期的49.05亿美元同比下降11%。 通用型号库存充足，常规物料现货价格逐渐回归至21年下半年左右现货价格，客户保持持续观望态度，订单量锐减。但MSP为首的MCU依旧供应紧张，TMS320为首的DSP个别供应紧张。大部分常规物料预计会在三季度左右回归至2020年的现货价格;缺货暴涨汽车物料个数会越来越少。 另外，TI推出全新Wi-Fi 6配套IC，预计今年四季度量产。 ST ST的整体需求仍然不算高，需求主要集中在车规料上，依旧处于“冰火两重天”的状态。 ST通用型MCU从去年下半年开始已经开始重回常态价，103、407系列交期缩短至16-24周，原厂有大量到货，部分型号较于1月初降价明显。而部分难以替换的汽车芯片依旧热门，交期目前52周起步，价格居高不下；即便有低价货流入市场也是被光速清货，如用于车身稳定系统的L9369、用于安全气囊的L9680等等。 ST把消费类产能转移至汽车类之后，有望在三季度看到交期回春转机。 另外，ST在4月官宣与采埃孚签署碳化硅器件多年供应协议，ST将提供数百万个碳化硅器件给采埃孚，用于新型模块化逆变器架构中。同时，本月ST还发布高集成度32通道超声波****——STHVUP32，其输出电流达到±800mA，用于对同轴电缆探头有更高的驱动能力要求的便携式系统。 Microchip Microchip需求整体较弱，代理端及市场端库存充足，价格明显回落，逐步趋于正常价格水平。需求集中在KSZ8999I、PIC32MX795F512、ATXMEGA128系列。 微芯整体交期也在逐步恢复，一些通用料的交期预计30周左右，估计在2023年下半年有望恢复至18周左右。但热门的ATMEL的8、16位MCU产能排期较无规律，如部分ATXMEGAx交期持续52周，热门料号的周期在今年恢复至常态还比较困难。 NXP 目前NXP品牌大部分物料交期已回归正常，但汽车和工业用芯片的需求仍具“韧性”。 汽车MCU系列FSx、MCFx交期依旧紧张52周起步；Freescale的MK系列交期维持45-50周，较于2022年有所缓解；16位MCU中S9x系列供应紧张，现货价格在非常高位。 32位MCU之中，除老飞思卡尔的MK系列，其他系列像LPC系列等交期都得到了一些改善。恩智浦表示正在考虑在得克萨斯州进行产能扩张。 S32K产品线将替代MC系列的驱动芯片，所以今年MC系列的缺口将会变大，对应的芯片交期仍是52周起步。消息称NXP原厂及代理商已同大客户签定保供协议，并通过扩大产能以及产线优化，保供车企以及工控类客户，供货情况将会在2023年二季度得到大部分缓解。 英飞凌 近期消费类和工业类客户需求低迷，库存水位较高，随着太阳能逆变器和新能源汽车对IGBT的用量提升，半导体产业结构的调整，近期英飞凌IGBT相当火热，交货期在39-50周。 高端汽车MCU(以SAK开头)因无法替换一直比较紧俏，如SAK-TC277TP-64F200N、SAK-TC222S-16F133F AC较常态价均是高价。2023年车用产品产能已经全部预定，英飞凌产品的交货期普遍偏长，包括IPW和IPD系列，在现货市场上较为紧缺。 另外，英飞凌推出首款车用LPDDR闪存芯片——Infineon SEMPER X1，以满足下一代汽车E/E架构的新需求，预计将于2024年上市。 美光 近日有经销商透露，日前正式接获美光通知，从5月起DRAM及NAND Flash将不接受低于现阶段行情的询价，意味着美光将不再跟进跌价的要求。 美光对此表示不予置评。 另外，美光正在削减新工厂和设备的预算，目前预计2023财年的支出为70亿美元至75亿美元，低于此前高达120亿美元的目标。该公司还在放慢引进更先进制造技术的速度。 安森美 目前，安森美大部分型号市场价格有所下降，但车规市场需求仍处于增长趋势，图像传感器、MOSEFT和晶体管仍然有很大的短缺，目前交期都在50周以上。 MBRS系列现货市场价格持续上涨，热门型号有MBR0520LT1G、MMBT3906LT1G等。 瑞萨 瑞萨缺货主要在个别较冷门型号，以R5Fxx/ISLxx等系列居多。服务器以及消费类客户群体需求低迷，客户不再急于找现货，可以等3-4周甚至12周或更长时间。 瑞萨常规物料排单已恢复正常，大部分交期回到16-24周，交期好转促使原厂和代理商库存水位不断上升，同时持续到货让代理和工厂倍感压力，很多工厂为回笼资金陆续抛售库存。 另外，瑞萨4月发布首颗22纳米MCU样片，能够在更小的裸片面积上实现相同的功能，从而实现了外设和存储的更高集成度，新产品预计第四季度全面上市。 行业风向 【三星将减产NAND闪存产能5%，西安厂为重点】 据韩媒报道，三星将在第二季度将其NAND产能调整为每月62万片12英寸晶圆。与去年第四季度相比下降了5.34%。 特别是在第二季度，三星在西安半导体工厂将大幅减产。就西安一厂而言，预计将减产至每月11万片，比去年第四季度的每月12.5万片减少12%。西安二厂预计将生产13.5万片，比之前的14.5万片减少了约7%。业界观察人士认为，三星选择砍掉部分NAND产能，因为当前内存市场形势惨淡。 【台积电28nm设备订单全部取消！】 4月消息，由于需求变化，台积电28nm设备订单全部取消！ 对于这一消息，台积电方面表示，相关制程技术与时间表依客户需求及市场动向而定，目前正处法说会前缄默期，不便多做评论，将于法说会说明。 目前28nm工艺代工市场一共就72亿美元左右，台积电一家就拿走了其中3/4的份额。如果消息属实，台积电面临客户的砍单情况将会比预期的还要严重。 【博世拟15亿收购芯片制造商TSI】 4月26日，博世宣布将收购美国芯片制造商TSI半导体公司，以扩大其碳化硅芯片(SiC)的半导体业务。TSI是专用集成电路(ASIC)的代工厂，主要开发和生产200毫米硅晶圆上的大量芯片，用于移动、电信、能源和生命科学行业的应用。这项收购包括在未来几年投资15亿美元，以升级TSI半导体在加州Roseville的生产设施。从2026年开始，第一批芯片将在基于碳化硅的200毫米晶圆上生产。 【欧盟就430亿欧元芯业补贴达成一致】 据路透社报道，欧盟已经同意一项总值430亿欧元的计划，以提升其半导体产业的竞争力，试图赶上美国和亚洲的水平。 这项计划被称为《欧洲芯片法案》，旨在增加欧盟在全球芯片产出中的份额，从目前的10%提高到2030年的20%，这项计划是在美国宣布了其芯片法案之后出台的。欧盟委员会最初只提议资助最先进的芯片工厂，但欧盟各国和议会已经将范围扩大到覆盖整个价值链，包括较老的芯片和研究设计设施。 【ASML第一季度营收67亿欧元，新增订单大幅下滑】 ASML最新财报显示，2023年Q1，ASML共售出100台光刻机，其中全新光刻机96台，二手光刻机4台;净销售额67亿欧元，净利润20亿欧元。 该季度ASML新增订单金额为37.5亿欧元，较上季度大幅下滑约40%。中国市场销售收入占比为8%，环比小幅下滑。ASML首席财务官Roger Dassen解释称，来自中国的订单仍占其未交付订单中超过20%的比例，这意味着随后的几个季度里，来自中国市场的营收将大幅增长。 【三星4nm良率接近台积电，开始提供MPW服务】 韩国业界指出，近期三星4nm良率大幅改善，与台积电4nm良率推估为80%左右相比，三星良率已从先前推估的60%提高到70%以上。三星此前表示，已确保4nm第二代和第三代的稳定良率，准备于2023年上半年量产。 此外，三星计划在2023年4月、8月、12月提供4nm的多项目晶圆(MPW)服务。这是2019年三星提供5nm制程MPW服务后，时隔4年提供更先进MPW服务，证明了良率的稳定化成果。 本期分享就到这里，搜索“华秋商城”了解更多芯片行情资讯。

三端子电容器（3 Terminal Capacitor）是一种特殊结构的电容器，在普通电容器基础上增加了一个引脚，其中两个引脚贯通了同一电极。虽然这是一个微小的改变，却从结构上缩短了信号环路，使电容器的滤波效果发生了明显的改善。 对于高频电路中的滤波应用，普通电容的引线电感是有害的。三端电容却巧妙地利用引线电感，构成了一个T型低通滤波器，使高频滤波效果大幅改善。如果在三端子电容的两根贯通引线上分别安装一个铁氧体磁珠，则会大大增加T型滤波器的滤波效果，成为一种常见的片状滤波器组件。 1、引线型三端电容器 电容器就像三明治，两个电极之间夹着一块电介质。由于其引线端子部分带有微小的电感（残留电感），作为旁路电容使用时会与地面产生电感。这个残留电感会产生干扰，降低频率性能，表现出V字型插入损耗曲线。 引线型二端子电容器构造 为改善二端子电容器的高频特性，业界对其引线端子的形状进行了改进，三端子电容器因此诞生。 电容器插入损耗频率特性 三端子电容器将两根引线分别连接至电源和信号线的输入、输出端，将相反一侧接地。通过这种连接方式，两根引线侧的引线电感将不进入大地侧，由此可极大地减小接地电感。 引线型三端子电容器构造 此外，由于两根引线侧的引线的电感作用类似T型滤波器的电感，能够起到降低干扰的作用。 2、片状三端子电容器 目前所使用的电容器多为片状多层陶瓷电容器（MLCC）。二端子MLCC夹着电介质薄片，分别与两侧外部电极连接的内部电极交错层叠。由于为片状结构，且无引线，因此该部分没有残留电感。然而，由于其内部还存在微量电感，因此在较高频率下将导致性能下降。 二端子MLCC电容器构造 与引线型的三端子电容器一样，三端子MLCC也可通过改变电极结构提高高频性能。三端子MLCC在芯片两端接地，夹住电介质，使贯通电极与接地电极交互层叠，从而形成类似于穿心电容器的结构。贯通电极的电感与引线型三端子电容器中的情况一样，起到类似于T型滤波器的电感作用，因此可减小残留电感的影响。此外，由于接地端连接距离较短，因此该部分的电感也非常微小。并且，由于接地端连接两端，因此呈并联连接状态，电感也将降低一半。 三端子多层陶瓷电容器构造 比较片状三端子电容器与片状二端子多层电容器发现，两者静电容量相同， 因此在低频范围内特性相同。但是二端子电容器在频率超过10MHz后性能便开始下降，而三端子电容器则在超过100MHz后才会出现性能下降。片状MLCC在一定高频范围内都不会出现性能下降，适用于需要去除高频干扰应用。 通过片状三端子MLCC电容器改善高频特性 实际上，三端子MLCC名为三端子，但实为四端结构。这是因为，虽然四端设计可减少接地端电感，但电气特性方面，无论哪个端子都具备相同电位。 3、三端MLCC安装方法 三端子MLCC具贯通端子与接地端子，因此与普通的二端子电容器相比，安装方法有所不同。 由于半导体器件是精细工艺制造的，要求电源和信号链路元件的引脚都表现出低阻抗。三端子MLCC作为旁路电容器安装时，应在切断信号或电源模式后，将MLCC连接上贯通电极，并在接地端子处准备好接地模式进行连接。为保持阻抗处于较低水平，必须尽量将接地模式短距离连接在稳定的接地层上。 在高速处理器、游戏台CPU/GPU、智能手机等数字设备中，一般使用多层板，这时PCB布线应尽量短，推荐以通孔方式将三端子MLCC连接至接地层。

​ 转载--工程师看海 --- EDA365电子论坛 2021-09-19 20:30 随着笔记本电脑、手机等设备的普及，由电容器振动所产生的“啸叫”问题越来越多的受到人们的关注，如何优化各电源架构的电容啸叫，让电容闭嘴，是一个有趣的问题。 ​ MLCC电容器发生啸叫主要是由陶瓷的压电效应引起的，MLCC电容器由于其特殊的结构，当施加在两端的电场变换时，可以引起成比例的机械应力的变化，此为逆压电效应，当振动频率落入人耳听觉范围内时，就会产生噪音，即所谓的“啸叫”。正压电效应相反，是受到力的作用，产生电场的过程。 ​ ​ 无论是笔记本电脑还是手机，对电源的要求越来越高，通常在电源网络上并联大量的MLCC电容，如BUCK、BOOST架构的电源，当设计异常或者负载工作模式异常时，就很容易产生“啸叫”。 在笔记本电脑中，当电脑处于休眠状态，或者启动摄像头时，容易产生啸叫。 ​ 在手机中，最典型的一个案例是GSM所用的PA电源，此电源线上的特点是功率波动大、波动频率为典型的217Hz，落入人耳听觉范围内(20Hz~20Khz)，当GSM通话时，用专用听诊器听此电源线上的电容，很容易听到“滋滋”啸叫音。 ​ 如何抑制？ 1. BUCK电源通常有PWM和PFM两种工作模式。PWM工作模式时纹波小，用在负载功耗比较高的条件下，为了避免BUCK在PWM工作模式时，给电容充电的开关频率进入人耳范围内引起啸叫，有的电源的开关频率会刻意避开20hz~20Khz这个开关频率。 ​ 2. 当电源处于轻载模式时，会间歇性的工作，间歇性输出几个脉冲，这个间歇性脉冲的频率，也有可能被人耳听到。所以也要从电源或者负载的角度，来优化PFM工作时间歇性脉冲的工作频率，避免啸叫。 ​ 3. 另一个是隐含的一个状态，在项目初期，系统往往不稳定，负载在正常和低功耗模式之间反复切换，电源也容易在PWM和PFM两个模式之间反复切换，这个切换的时隙，这也可能引起啸叫，需要软件优化系统的稳定性，避免负载工作模式异常切换来避免啸叫。 4. BUCK电感的饱和电流选取不合适时，有可能使得输出电流增加，会误触发电源进入过流保护，电源在正常工作模式和过流保护模式之间反复切换，有称打嗝模式，也有一定可能性引起啸叫，电感选取一定要合适。 ​ 5. 开关电源本身纹波就大，多相开关电源具有纹波小、电流大的优点，通过交错相位，可以有效减小电源的纹波进而抑制啸叫。 ​ ​ 6. 抑制啸叫，除了上述软件、参数、架构的修改之外，一个典型的方案是使用抗啸叫电容，比如村田KRM系列和ZRB系列。 ​ 其特殊的结构可降低电容器的啸叫现象，可吸收由热量和机械冲击引起的应力，实现高可靠性。相比于Ta电容，抗啸叫MLCC电压变动⊿V比初期小7～22%。 ​ 7. 在布局的时候，也可以优化布局，电容彼此之间交错排列，抑制振动。 8. 甚至有的人提出了在电容旁边挖槽，缓解啸叫的方案。 ​ 以上就是电容啸叫的原理以及规避建议。 文章 整理自硬件工程师看海 ​---end---

​ 转载--检测实验室 BCU智能电子制造研究中心 2020-09-29 09:30 Q：MLCC电容是什么结构的呢 ？ A： 多层陶瓷电容器是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）制成的电容。 ​ MLCC电容特点： 机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械强度特点。 热脆性：MLCC内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。 Q：MLCC电容常见失效模式有哪些 ？ A： ​ Q： 怎么区分 不同原因的缺陷呢？有什么预防措施呢？ 组装缺陷 1、焊接锡量不当 ​ 图1电容焊锡量示意图 ​ 图2焊锡量过多造成电容开裂 当温度发生变化时，过量的焊锡在贴片电容上产生很高的张力，会使电容内部断裂或者电容器脱帽，裂纹一般发生在焊锡少的一侧；焊锡量过少会造成焊接强度不足，电容从PCB板上脱离，造成开路故障。 2、墓碑效应 ​ 图3墓碑效应示意图 在回流焊过程中，贴片元件两端电极受到焊锡融化后的表面张力不平衡会产生转动力矩，将元件一端拉偏形成虚焊，转动力矩较大时元件一端会被拉起，形成墓碑效应。 原因： 本身两端电极尺寸差异较大；锡镀层不均匀；PCB板焊盘大小不等、有污物或水分、氧化以及焊盘有埋孔；锡膏粘度过高，锡粉氧化。 措施： ①焊接之前对PCB板进行清洗烘干，去除表面污物及水分； ②进行焊前检查，确认左右焊盘尺寸相同； ③锡膏放置时间不能过长，焊接前需进行充分的搅拌。 本体缺陷—内在因素 1、陶瓷介质内空洞 ​ 图4陶瓷介质空洞图 原因： ① 介质膜片表面吸附有杂质； ② 电极印刷过程中混入杂质； ③内电极浆料混有杂质或有机物的分散不均匀。 2、电极内部分层 ​ 图5电极内部分层 原因： 多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率不同，在烧结成瓷过程中，芯片内部产生应力，使MLCC产生再分层。 预防措施： 在MLCC的制作中，采用与瓷粉匹配更好的内浆，可以降低分层开裂的风险。 3、浆料堆积 ​ 图6 浆料堆积缺陷 原因： ① 内浆中的金属颗粒分散不均匀； ② 局部内电极印刷过厚； ③ 内电极浆料质量不佳。 本体缺陷—外在因素 1、机械应力裂纹 ​ ​ 图7MLCC受机械应力开裂示意图 原因： 多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抗弯曲能力比较差。当PCB板发生弯曲变形时，MLCC的陶瓷基体不会随板弯曲，其长边承受的应力大于短边，当应力超过MLCC的瓷体强度时，弯曲裂纹就会出现。电容在受到过强机械应力冲击时，一般会形成45度裂纹和Y型裂纹。 ​ 图8 典型机械裂纹电容 常见应力源： 工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试，单板分割；电路板安装；电路板点位铆接；螺丝安装等。 ​ 图9流转过程受力开裂示意图 措施： ①选择合适的PCB厚度。 ②设计PCBA弯曲量时考虑MLCC能承受的弯曲量。比较重的元器件尽量均匀摆放，减少生产过程中由于重力造成的板弯曲。 ③优化MLCC在PCB板的位置和方向，减小其在电路板上的承受的机械应力，MLCC应尽量与PCB上的分孔和切割线或切槽保持一定的距离，使得MLCC在贴装后分板弯曲时受到的拉伸应力最小。 ​ 图10PCB板应力分布比较 ④MLCC的贴装方向应与开孔、切割线或切槽平行，以确保MLCC在PCB分板弯曲时受到的拉伸应力均匀，防止切割时损坏。 ⑤MLCC尽量不要放置在螺丝孔附近，防止锁螺丝时撞击开裂。在必须放置电容的位置，可以考虑引线式封装的电容器。 ​ 图11合理使用支撑杆示意图 ⑥测试时合理使用支撑架，避免板受力弯曲。 2、热应力裂纹 ​ 图12 典型热应力开裂电容 电容在受到过强热应力冲击时，产生的裂纹无固定形态，可分布在不同的切面，严重时会导致在电容侧面形成水平裂纹。 原因： 热应力裂纹产生和电容本身耐焊接热能力不合格与生产过程中引入热冲击有关。可能的原因包括：烙铁返修不当、SMT炉温不稳定、炉温曲线变化速率过快等。 措施： ①工艺方法应多考虑MLCC的温度特性和尺寸，1210以上的大尺寸MLCC容易造成受热不均匀，产生破坏性应力，不宜采用波峰焊接； ②注意焊接设备的温度曲线设置。参数设置中温度跳跃不能大于150℃，温度变化不能大于2℃/s，预热时间应大于2 min，焊接完毕不能采取辅助降温设备，应自然随炉温冷却。 ③手工焊接前，应增加焊接前的预热工序，手工焊接全过程中禁止烙铁头直接接触电容电极或本体。复焊应在焊点冷却后进行，次数不得超过2次 3、电应力裂纹 ​ 图13 典型电应力开裂电容 过电应力导致产品发生不可逆变化，表现为耐压击穿，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。遭受过度电性应力伤害的MLCC，裂纹从内部开始呈爆炸状分散。 措施： ①在器件选型时应注意实际工作电压不能高 于器件的额定工作电压； ②避免浪涌、静电现象对器件的冲击。 Q： 怎么进行 MLCC失效分析呢？ A： 整个过程分为5个大阶段: 外观观察、电性测量分析、无损分析、破环性分析、成分分析，过程中需要进行外观检查、电性测试、内部结构检查、失效点定位、失效原因分析、失效点局部的成分分析，整个 MLCC 的失效分析的流程如图： ​ 图14MLCC失效分析流程图 ​ 图15 超景深数码显微镜立体外观观察 首先使用超景深数码显微镜进行外观立体观察，检查电容表面是否有开裂，多角度检查引脚侧面焊锡爬升情况。电容外观完好，没有外部裂纹，焊锡爬升良好。 ​ 图16X-ray检查 对失效电容进行X射线检查，在电容右侧发现裂纹。 ​ 图17 切片分析超景深数码显微镜观察截面 ​ 图18切片分析SEM观察截面裂纹形貌 对电容进行金相切片处理，可以清楚地看出，电容内部裂纹起源于焊端附近，呈Y字型，这是典型的机械应力裂纹形貌，对照可能的应力源排查，规范操作过程，最终解决电容开裂问题。 参考： 【1】王天午. MLCC电容失效分析总结 . 电声技术, 2018, 042(002):36-40,70. 【2】刘锐, 陈亚兰等. 片式多层陶瓷电容失效模式研究 . 微电子学, 2013(3):449-452. 【3】张伟, 闫迎军. MLCC的装焊质量控制探讨 . 电子工艺技术, 2017(5). ---end--- ​

​ 转载-- 21ic电子网 2021-03-04 17:25 1 、 前言 电子元器件之一电容种类繁多，而陶瓷电容是用得最多种类，没有之一，因此硬件工程师必须熟练的掌握其特性。 作为一个工作多年的硬件工程师，笔者结合自身经验，通过查阅各种资料，针对硬件设计需要掌握的重点及难点，总结了此文档。通过写文档，目的是能够使自己的知识更具有系统性，温故而知新，同时也希望对读者有所帮助，大家一起学习和进步。 2、电容的定义 2.1 电容的本质 两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。 ​ 2.2 电容量的大小 电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母C表示电容元件。 电容量的大小公式： ​ ：两极板间介质的介电常数 S：两极板间的正对面积 k：静电常数，等于k=8.987551×10^9N·m^2/C^2 d：两极板间的距离 化简后的公式是： ​ 想使电容容量大，有三种方法： ①使用介电常数高的介质 ②增大极板间的面积 ③减小极板间的距离。 3 、MLCC陶瓷电容物理结构 ​ MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。 ​ 可以看到，内部电极通过一层层叠起来，来增大电容两极板的面积，从而增大电容量。 陶瓷介质即为内部填充介质，不同的介质做成的电容器的特性不同，有容量大的，有温度特性好的，有频率特性好的等等，这也是为什么陶瓷电容有这么多种类的原因。 4 、陶瓷电容的基本参数 4.1 电容的单位 电容的基本单位是：F（法），此外还有μF（微法）、nF、pF（皮法），由于电容F的容量非常大，所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位，而不是F的单位。 它们之间的具体换算如下： 1F＝1000000μF 1μF=1000nF=1000 000pF 4.2 电容容量 常用陶瓷电容容量范围：0.5pF~100uF。 实际生产的电容的陶瓷容量值也是离散的，常用电容容量如下表： ​ 陶瓷电容容量从0.5pF起步，可以做到100uF，并且根据电容封装（尺寸）的不同，容量也会不同。 选购电容器不能一味的选择大容量，选择合适的才是正确的，例如0402电容可以做到10uF/10V，0805的电容可以做到47uF/10V，但是为了好采购、成本低，一般都不会顶格选电容 一般推荐0402选4.7uF-6.3V，0603选22uF/6.3，0805选47uF/6.3V，其它更高耐压需要对应降低容量。 满足要求的情况下，选择主要就看是否常用，价格是否低廉。 4.3 额定电压 陶瓷电容常见的额定电压有：2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV等等。 4.4 电容类型 同介质种类由于它的主要极化类型不一样，其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。在相同的体积下的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类，即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器， NPO属于Ⅰ类陶瓷，而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都属于Ⅱ类陶瓷。 MLCC陶瓷电容主要分为2大类：高节介电常数型和温度补偿型 ​ 国内：风华FH、宇阳科技EYANG、信昌电陶PSA、三环CCTC等等。村田muRata、松下PANASONIC、三星SAMSUNG、太诱TAIYO YUDEN、TDK、威世VISHAY、国巨YAGEO等等。4.5 5 、陶瓷电容的特点 5.1 电容实际电路模型 电容作为基本元器件之一，实际生产的电容都不是理想的，会有寄生电感，等效串联电阻存在，同时因为电容两极板间的介质不是绝对绝缘的，因此存在数值较大的绝缘电阻。 所以，实际的电容模型等下如下图： ​ 5.2 阻抗-频率特性 根据上述电容模型，我们可以得到电容的复阻抗公式： ​ 实际陶瓷电容的绝缘电阻时非常大的，是兆欧姆级别的，所以R远大于，所以简化公式为： ​ 其中为容抗，为感抗，为等效串联电阻。很容易看出，在频率比较低（比较小）的时候，容抗远大于感抗，电容主要成容性，在频率比较高的时候，电容主要呈感性。 而当，即谐振的时候，阻抗等于等效串联电阻，此时阻抗达到最小值，如果是用来滤波的话，此时效果最好。 某村田10uF电容的阻抗频率曲线如下图： ​ 注意，这个坐标系是对数坐标系，纵轴为复阻抗的模。 5.3 谐振频率 从上小节可知，电容在谐振频率处阻抗最低，滤波效果最好，那么各种规格的电容的谐振频率是多少呢？ 下图是村田常用电容的谐振频率表： ​ 频率曲线如下图： ​ 5.4 等效串联电阻ESR 从上小节可以看出，陶瓷的等效串联电阻并不是恒定的，它是跟频率有很大的关系。上述10uF电容在100hz的时候，ESR是3Ω，在700Khz的时候达到最小，ESR是3mΩ，相差了1000倍，是非常大的。 我们非常关心陶瓷电容的ESR到底是多大，特别用在开关电源的时候，需要用来计算纹波的大小。那么各中电容型号的ESR是多少呢？ 下图为村田普通电容的ESR表。 ​ ES频率曲线如下图： ​ 5.5 精度大小 相对于电阻的精度来说，电容的精度要低很多，以下是一般电容的精度。 同一类型的电容精度一般厂家会生产2~4种精度的档次共选择。 电容类型 精度档次 NP0（C0G）(0.5pF~4.9pF) B(±0.1pF); C(±0.25pF) NP0（C0G）(5.0pF~9.9pF) D(±0.5pF) NP0（C0G）(≥10pF) F(±1%), G(±2%), J(±5%),K(±10%) X7R J(±5.0%)；K(±10%)；M(±20%)； X5R J(±5.0%)；K(±10%)；M(±20%)； Y5V M(±20%)；Z(-20%,+80%) 5.6 温度特性 不同类型的电容的工作温度范围是不同的、并且其容量随温度的变化也不同，相差非常大，如下表 温度特性对照表 电容型号 工作温度范围 容量随温度变化值 C0G(NP0) -55~125℃ 0±30ppm/℃ X7R -55~125℃ ±15% X6S -55~105℃ ±22% X5R -55~85℃ ±15% Y5U -30~85℃ +22%/-56% Y5V -30~85℃ +22%/-82% Z5U 10~85℃ +22%/-56% Z5V 10~85℃ +22%/-82% 在设计电路的时候，需要考虑不同电容的温度系数，按照使用场景选择符合要求的电容。在一些对电容容量由要求的地方，就不能选择Y或者Z系列的电容。 ​ 5.7 直流偏压特性 陶瓷电容的另外一个特性是其直流偏压特性。 对于在陶瓷电容器中又被分类为高诱电率系列的电容器(X5R、X7R特性)，由于施加直流电压，其静电容量有时会不同于标称值，因此应特别注意。 例如，如下图所示，对高介电常数电容器施加的直流电压越大，其实际静电容量越低。 容值越高的电容，直流偏压特性越明显，如47uF-6.3V-X5R的电容，在6.3V电压处，电容量只有其标称值的15%左右，而100nF-6.3V-X5R的电容容值为其标称值的，如下图。 ​ 那么，DC偏压特性的原理是怎样的呢？ 陶瓷电容器中的高诱电率系列电容器，现在主要使用以BaTiO3 (钛酸钡) 作为主要成分的电介质。 BaTiO3具有如下图所示的钙钛矿（perovskite）形的晶体结构，在居里温度以上时，为立方晶体（cubic），Ba2+离子位于顶点，O2-离子位于表面中心，Ti4+离 子位于立方体中心的位置。 ​ 上图是在居里温度（约125℃）以上时的立方晶体（cubic）的晶体结构，在此温度以下的常温领域，向一个轴（Ｃ轴）延长，其他轴略微缩短的正方体（tetragonal）晶体结构。 此时，作为Ti4+离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果，产生极化，不过，这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生，因此，称为自发极化（spontaneous polarization）。像这样，具有自发极化，而且可以根据外部电场转变自发极化的朝向的特性，被称为强诱电型（ferro electricity）。 ​ 与单位体积内的自发极化的相转变相同的是电容率，可视为静电容量进行观测。 当没有外加直流电压时，自发极化为随机取向状态，但当从外部施加直流电压时，由于电介质中的自发极化受到电场方向的束缚，因此不易发生自发极化时的自由相转变。其结果导致，得到的静电容量较施加偏压前低。 这就是当施加了直流电压后，静电容量降低的原理。 此外，对于温度补偿用电容器 (CH、C0G特性等) ，以常诱电性陶瓷作为主要原料，静电容量不因直流电压特性而发生变化。 5.8 漏电流和绝缘电阻 陶瓷电容绝缘电阻比较大，漏电流小。 绝缘电阻主要与容量有关，容量越大，漏电流越大，下面列出村田的几种普通电容的绝缘电阻表格，可供参考。 电容型号 绝缘电阻 额定电压下漏电流 10pF_CH_0603_50V ≥10000MΩ ≤0.005uA 100pF_C0G_0603_50V ≥10000MΩ ≤0.005uA 1nF_X7R_0603_50V ≥10000MΩ ≤0.005uA 10nF_X7R_0603_50V ≥10000MΩ ≤0.005uA 100nF_X7R_0603_50V ≥500MΩ ≤0.1uA 1uF_X7R_0603_25V ≥50MΩ ≤0.5uA 10uF_X5R_0603_10V ≥5MΩ ≤2uA 47uF_X5R_0805_6.3V ≥1.06MΩ ≤5.94uA 尽管陶瓷电容的漏电流不大，但是大电容的电容量也达到了微安级别，如果是做超低功耗的产品的话，也需要好好选择一些绝缘电阻大的电容 6 、常见问题 6.1 机械应力导致电容失效 陶瓷电容最坑的失效就是短路了，一旦陶瓷电容短路，产品无法正常使用，危害非常大，那么造成短路失效的原因是什么呢？ 答案是机械应力、机械应力会产生裂纹，从而是电容容量变小或者是短路。 ​ 为什么会产生扭曲裂纹呢？这是由于贴片是焊接在电路板上的。对电路板施加过大的机械力、使得电路板弯曲或老化，从而产生了扭曲裂纹。 ​ 扭曲裂纹从下面的外部电极的一端延伸到上面的外部电极的话，容量就会下降，使得电路呈现出开路状态（开放）。因此，即使裂纹不是十分严重，如果到达贴片内部电极，焊剂中的有机酸和湿气会通过裂纹的缝隙侵入，导致绝缘电阻性能降低。另外，电压负荷会变高，电流的流量过大时，最糟糕的情况会导致短路。 一旦出现了扭曲裂纹，是很难从外面将其去除的，因此为了防止裂纹的产生，应当控制不要施加过大的机械力。 一般电容封装越大，越容易产生机械应力失效。 6.1.2 机械应力行为 那么，常见会出现应力的行为有哪些呢？ ①贴片原因：贴片机拾取电容力度过大，施力点不在中心，电容不平都可能碰坏电容。 ②过量焊锡：当温度变化时，过度的焊锡在贴片电容器上面产生很高的张力，从而是电容器断裂，焊锡不足时又会使电容器从PCB上剥离。 ​ ③PCB弯曲：焊接到PCB板上后，PCB弯曲，拉动瓷片电容，过应力后损坏。 ​ ④跌落、碰撞：PCB/成品跌落导致振动或变形，使电容受到机械应力。 ⑤手工焊接：突然加热或冷却导致张力比较大（解决办法是先预热） 6.1.3 PCB设计注意事项 电容放置方向平行于PCB弯曲方向，放置位置远离PCB大形变位置。避免电容在长边受力，如下图，右边的电容摆放就就左边要好。 ​ D ​ 电容也需要远离螺丝孔、减小应力。 ​ 6.2 啸叫 一般温度特性为X5R/B，X7R/R的高介电常数陶瓷电容器中，电介质材料使用强介电性的钛酸钡系的陶瓷，具有压电效应。 在施加交流电压时，独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩，而因电路板的振动而产生了噪声。贴片及电路板的振幅仅为1pm～1nm左右，但发出的声响却十分大。 其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声，但将其安装于电路板后振动会随之增强，振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz～20kHz)，所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到"ji----"、"ki----""pi----"等声响。 ​ 陶瓷电容器的"啸叫"现象，其振动变化仅为1pm～1nm左右，为压电应用产品的1/10至几十分之一，非常之小，因此我们可以判断这种现象对独石陶瓷电容器本身及周围元器件产生的影响，不存在可靠性问题。 ---end--- ​