最全面陶瓷貼片電容終極學習篇(乾貨值得收藏)

2021-01-15 電子發燒友

最全面陶瓷貼片電容(MLCC)知識篇章，值得電子工程師們珍藏。

多層片式陶瓷電容器

——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

MLCC—Multi-Layer Ceramic Capacitors

1960’s 由美國人發明，1980’s日本人發揚光大並實現用低成本賤金屬量產。

製造流程

內部結構

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：

0603—"06"表示:長0.06inch=1.6mm，

"03"表示:寬0.03inch=0.8mm

也有用國際單位系統表示：

1608—"16"表示:長1.6mm

"08"表示:寬0.8mm

表一 貼片電容全系列尺寸表

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，市場佔有量很小，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：

3.3V、6.3V、10V、16V、25V、50V ；

100V、200V、250V、500V、630V ；

1000V、2000V、3000V ；

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。

日本品牌佔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類瓷介容量溫度係數」和「II類瓷介容量溫度特性」兩套容量溫度特性標準。

表二 I 類瓷介容量溫度係數

例:COG表示溫度係數為(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。

表三 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,容量允許變化範圍±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，主要製造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於±0.3ΔC；

電容量的漂移或滯後小於±0.05%；

電容量相對使用壽命的變化小於±0.1%；

NPO（COG）類MLCC適用於各種電路，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。

通過優化設計製成的射頻電容器，使用頻率可高至3GHZ，其中美國ATC公司是RF-MLCC的標槓企業。

（2）鈦酸鋇BaTiO3摻雜改性，是X7R、X5R類MLCC產品的製造主材料

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，佔MLCC市場總量的60%以上。

（3）鈦酸鍶鋇BaSrTiO3摻雜改性，是Z5U、Y5V類MLCC產品的製造主材料

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，使用溫度範圍較窄：

-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；

儘管它的容量不穩定，但能實現可替代電解電容的容量級別，有一定的應用範圍，主要在退耦電路的應用中。

近年來由於X7R/X5R類產品製造技術的發展，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。

表四 NPO（COG）MLCC 量產容量極大值量

X7R 電容器

容量精度在10%左右，容量範圍較寬，常規100PF~47uF能生產。

下表給出了X7R電容器可選取的容量範圍最大值.

表五 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：

0805X7R104K500NT

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、後面的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，後面是"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）製造商分布在亞太地區，以日本技術最為先進，臺灣、韓國次之，主要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；大陸有名的則是風華高科、宇陽。

各製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。

主要品牌製造商MLCC命名規則：

貼片電容的選購

選用貼片電容般需提供的參數要有尺寸的大小、要求的精度、電壓的要求、容量值,更進一步的可要求損耗大小、瓷體強度、直流偏壓特性等。

關於價格

價格由成本決定，MLCC的成本與生產批量大小有很大的關係，尺寸、容量和電壓均是標準系列化且連續大批量生產的規格，其成本一定低，價格自然會低。

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