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MLCC的選擇標準：不要盲目地依靠工具選擇元件

作者 : Jürgen Geier，儒卓力陶瓷電容器技術支援

微型化一直是多層陶瓷電容器(MLCC)產品的熱門趨勢。然而縮小尺寸並不是一個簡單的過程，特別是需要考慮到許多邊界條件。雖然數位工具可以提供很多的協助，但用戶如果完全依賴這些工具，往往會忽略了一些關鍵的技術問題。

多層陶瓷電容器(MLCC)的體積很小，可用於實現小型化。然而，考慮ESD保護、EMI干擾和熱管理等因素，以及與這些因素相關的典型特性和漂移，也是非常重要的。雖然開發人員逐漸使用數位工具來簡化選擇元件的過程，但仍然需要考慮到上述各個方面，才能夠快速實現設計目標，並且避免不必要的重複設計工作。

首先，我們建議在縮小尺寸時，不要簡單地沿用MLCC的現有參數組合，尤其是電容(又稱C值)和電壓，而是要根據應用的實際需求、甚至是個別元件的功能來做決定。理想情況下，應當考慮供應商最好的型款。除了電容和電壓外，其他的重要參數還包括阻抗和等效串聯電阻(ESR)。

特別是對於高電容(hi-cap)元件，也就是C值以μF為單位的MLCC產品，其直流偏壓(DC bias)效應也是需要考慮的重要因素。直流偏壓是由於所施加的直流電壓而導致電容降低的效應。在額定電壓下，電容可能下降到標稱C值的20%左右，具體數值取決於元件本身，因此在操作期間必須注意絕對最小C值。

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圖1顯示多個直流偏壓曲線範例，顯示使用較小型元件可使直流偏壓率大幅提高。

圖1：較小型MLCC具有較高的直流偏壓率。(圖片來源：Murata)

影響直流偏壓性能的另一個因素是工作溫度，如圖2的圖表所示，對於標稱C值較高的小型MLCC電容，直流偏壓的剩餘電容和溫度遠遠高於標稱C值較低的大型MLCC電容。

圖2：與較大型電容相比，小型電容具有更高的剩餘電容。(圖片來源：Murata)

在針對標稱C值為MLCC進行分級時，開發人員應根據基本指導數值(表1至表3)進行選擇，這表示，在理想情況下應該只使用具有標準容差的最佳數值。事實上，我們已經不用對Z5U和Y5V陶瓷類型電容有所期待，因為這類元件逐漸停產，其中有些實際上已經停產了。

表1：電容分級。

表2：容差代碼。

表3：最佳MLCC參數組合。(電容> 1μF：E3系列最佳)

除了直流偏壓問題外，二類陶瓷電容器(如X7R和X5R)還需要考慮溫度漂移和老化問題。

使用表4可以比較容易確定溫度漂移。例如，這個表格顯示X5R MLCC在–55℃至+85℃的溫度範圍內具有±15%的可預測溫度漂移。

表4：不同MLCC元件的溫度漂移。(資料來源：Samsung)

圖3：將MLCC放置在非常高的溫度下一段時間之後，可以逆轉老化效應。(圖片來源：Samsung)

MLCC也會老化

老化現象會導致MLCC的電容值隨著時間的推移而降低，呈對數關係差距(per logarithmic decade)減少，大約在1%到6%之間，這意味著我們可以按此估算1小時後、10小時後、100小時後的電容損耗，依此類推。因此，MLCC的C值越高且內層越薄，MLCC就越容易老化。也就是說，與直流偏壓和溫度漂移的影響相較，老化基本上是可以忽略不計的因素，儘管它在測量用於容差測試的C值時發揮關鍵作用。

MLCC元件的老化與生物的老化不同，本質上是可逆的。適當的熱處理可以逆轉老化效應。為了實現去老化，MLCC元件通常會放置在150℃下1小時，然後靜置24小時。電焊操作也可以去老化。

從整體來看各種C值漂移，很明顯，建議使用±10%標準容差的二類電容器，將會比±5%標稱容差的好，即便是有些供應商仍然供應和交貨±5%標稱容差的電容產品。結果是引起了對於遵守容差範圍的無意義辯論。在測量過程中，經常無法滿足有關測量裝置和測量條件的要求，例如測量電壓(通常定義1.0 V為有效值)在測量過程中出現下降，從而導致顯示的電容值過低。

最好根據電壓要求留有餘地

即使沒有明確標示，指定電壓通常是直流電壓。如果該數值為交流電壓，則會標明例如‘250V AC’。供應商通常會在詳細資料表、或是在規格或應用資訊中提供其他詳細資訊，例如與紋波電流或峰對峰值(peak-to-peak)等相關資訊。請注意，具有相同C值但介電強度更高(不考慮可預測性或錯誤率方面)的MLCC往往具有更厚的內層，因此降低了直流偏壓效應。

也就是說，有些供應商會繼續為目前支援50V電壓的電容器提供較低的電壓規格。在這兩種情況中，規格超過電壓要求最終都不是問題，例如，對於16V電壓要求，可以使用指定電壓為25V或50V的MLCC電容器。

除了此處考慮的基本參數外，在選擇MLCC元件時還有許多其他方面的因素，例如，取決於應用和使用領域的所需品質水準或特性。此類特性可能包括汽車等級要求(通常符合AEC-Q200標準)或軟端子要求(也稱為flexiterm、撓性端子、樹脂外電極端子、聚合物端子、以及其他類似表現)，可以防止在彎曲PCB時形成明顯可見的裂縫(圖4)。

圖 4：具有特定屬性的MLCC以滿足特殊要求。(圖片來源：Murata)

實現小型化的動力

小型化的背後動機還有其他含義。雖然業界一直在推動現代電子產品提供更多性能以滿足要求，但這樣一來也逐漸限制了PCB上面的空間。今日推動微型化的主要因素更可能是因為供貨和成本效益(圖5)，對供應商而言尤其如此。對於開發人員來說，這意味著他們要持續不斷去適應供應商的步伐，如果他們想保持靈活性和成本效益，就必須為其他替代元件保留足夠的空間，而雙來源採購則成為實現這一目標的關鍵。在充滿挑戰的市場條件下尤其如此，這種情況總是會出現，即使只是暫時的。