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【讨论】多层片式陶瓷电容器耐电压容量温度特性TCC的理解

       近段时间收到较多关于多层片式陶瓷电容器基本电性能方面的问题,其中关于容量温度特性TCC难于短短几句话能阐明,特发此贴供大家参考。更多的资料请提供邮箱,及时为大家奉上!

A.温度系数(容量—温度特性):
通过调整配方将居里点尖峰移至室温附近的高K介质在25℃时展现出极高的介电常数,但同时,不管是升温还是降温,K值都会出现非常大的变化。而低K介质,其配方系统使得居里尖峰被压低和宽化,因此能如人们所希望的那样表现出更佳的稳定性。
Ⅰ类瓷的温度系数(T.C.)用ppm/℃表示,而Ⅱ类瓷用%ΔC。测量温度系数的方法是将片式电容器样品置于温度可控的温度实验室或“T.C.”实验室中,精确地读取不同温度(通常为-55℃、25℃、125℃)下的电容量。显然,精密的夹具和测试仪器就变得非常重要了,特别是测量小电容量时,其ppm/℃数值非常小,容量较基准值的变化往往远小于1皮法。由于存在去老化性,因此在测高K的Ⅱ类介质时就必须注意。如果在加热过程中对去老化的样品进行测量,其T.C.结果肯定是错误的;所以T.C.测量必须在对电容器去老化后至少一个小时才能进行。
采用下面的表达式就可以计算出任何给定的温度范围内Ⅰ类介质的温度系数,单位为ppm/℃:
T.C.(ppm/℃) = [(C2 – C1) / C1(T2 – T1)]106
这里: C1 = T1下的电容量
C2 = T2下的电容量
且 T2 > T1
举例:某一样品的电容量测量值如下:
-55℃,1997 pF
25℃,2000 pF
125℃,2004 pF
则-55℃到25℃范围内的T.C.斜率为:
T.C. = [(2000-1997)106] / 1997[25-(-55)] = 18.7 ppm/℃
25℃到125℃范围内的T.C.斜率为:
T.C. = [(2004-2000)106] / 2000(125-25) = 20.0 ppm/℃
Ⅱ类介质的温度系数是以在室温基准值上变化的百分数来表示的,其变化量较线性介质大了好几个数量级。
B.介质的分类
Ⅰ类介质由于其采用非铁电(顺电)配方,以TiO2为主要成分(介电常数小于150),因此具有Ⅰ类介质由于其采用非铁电(顺电)配方,以TiO2为主要成分(介电常数小于150),因此具有最稳定的性能。通过添加少量其他(铁电体)氧化物,如CaTiO3 或SrTiO3,构成“扩展型”
温度补偿陶瓷则可表现出近似线性的温度系数,介电常数增加至500。两种类型的介质都适用于电路中对稳定性要求很高的电容器,即介电常数无老化或老化可忽略不计,低损耗(DF<0.001,或对于扩展型T.C.介质DF<0.002),容量或介质损耗随电压或频率的变化为零或可忽略不计以及线性温度特性不超出规定的公差。
用“字母—数字—字母”这种代码形式来表示Ⅰ类陶瓷温度系数的方法已经被广泛应用,并被美国电子工业协会(EIA)标准198所采用。

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hk2007
LV.8
2
2011-03-31 09:27
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jmsanjv
LV.3
3
2011-03-31 11:43
@hk2007
感谢分享

团长客气了!

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ttkx365
LV.5
4
2011-03-31 12:08
请教:如何测量多层片式陶瓷电容的耐压?市面上有太多更换标签的事情发生,对于误用了低等级耐压的这类电容,长期运行的可靠性将大大减小。对于整体产品的隐患十分严重。
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jmsanjv
LV.3
5
2011-03-31 12:37
@ttkx365
请教:如何测量多层片式陶瓷电容的耐压?市面上有太多更换标签的事情发生,对于误用了低等级耐压的这类电容,长期运行的可靠性将大大减小。对于整体产品的隐患十分严重。
首先我们理解一下电容介质击穿强度
介质强度
介质强度表征的是介质材料承受高强度电场作用而不被电击穿的能力,通常用伏特/密尔(V/mil)或伏特/厘米(V/cm)表示.
当外电场强度达到某一临界值时,材料晶体点阵中的电子克服电荷恢复力的束缚并出现场致电子发射,产生出足夠多的自由电子相互碰撞导致雪崩效应,进而导致突发击穿电流击穿介质,使其失效.除此之外,介质失效还有另一种模式,高压负荷下产生的热量会使介质材料的电阻率降低到某一程度,如果在这个程度上延续足夠长的时间,将会在介质最薄弱的部位上产生漏电流.这种模式与温度密切相关,介质强度隨温度提高而下降.
任何绝缘体的本征介质强度都会因为材料微结构中物理缺陷的存在而出现下降,而且和绝缘电阻一样,介质强度也与几何尺寸密切相关.由于材料体积增大会导致缺陷隨机出現的概率增大,因此介质强度反比于介质层厚度.类似地,介质强度反比于片式电容器內部电极层数和其物理尺寸.基於以上考虑,进行片式电容器留边量设计时需要确保在使用过程中和在进行耐压测试(一般为其工作电压的2.5倍)時,不发生击穿失效.
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jmsanjv
LV.3
6
2011-03-31 12:51
@ttkx365
请教:如何测量多层片式陶瓷电容的耐压?市面上有太多更换标签的事情发生,对于误用了低等级耐压的这类电容,长期运行的可靠性将大大减小。对于整体产品的隐患十分严重。

其次,我们具体一下多层片式陶瓷电容的耐压耐压测试方法:

一般地,Ur<100V  MLCC其耐压水平BDV一般都能达到Ur值的5~8倍,甚至更高。为准确测试MLCC 耐压值,应购置耐压测试仪,国产的就很好用了,一般2000~3000元一台,一定要配手持夹具,方便灵活具准确。要设置好测试最高电压和升压时间,尤其是大容量产品,设定过小的升压时间会影响测试结果,一般 0---2S---5000V. 如果测量Ur>250VMLCC产品,应洼油保护测试,避免表面电弧影响对介质耐压的评价。

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jmsanjv
LV.3
7
2011-03-31 12:54
@ttkx365
请教:如何测量多层片式陶瓷电容的耐压?市面上有太多更换标签的事情发生,对于误用了低等级耐压的这类电容,长期运行的可靠性将大大减小。对于整体产品的隐患十分严重。
最后,说明一下,耐压BDV与长期可靠性有一定的关联,但高耐压BDV的产品其长期可靠性不一定高。长期运行的可靠性需要用另一套系统方法评价。
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ttkx365
LV.5
8
2011-03-31 13:20
@jmsanjv
其次,我们具体一下多层片式陶瓷电容的耐压耐压测试方法:一般地,Ur250VMLCC产品,应洼油保护测试,避免表面电弧影响对介质耐压的评价。

谢谢回复!

我想说的意思是如果工作电压是25V,如果考虑到因为温升、电流冲击等因素,按照常规,一般会选择35V耐压的元件来作为工作电压是25V环境下长期可靠运行的选择标准。

而现在有不少不良商人,因为各种原因,将实际额定电压25V甚至16V电压等级的元件用更换该元件标签的方式,以额定电压35V的产品规格卖给用户,虽然MLCC的耐压一般能达到5、6倍,甚至10倍,但长期可靠性将下降,所以,想请问:有没有什么比较简单的、可靠的方式测试出MLCC真正的工作电压是什么等级的?

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jmsanjv
LV.3
9
2011-03-31 14:23
@ttkx365
谢谢回复!我想说的意思是如果工作电压是25V,如果考虑到因为温升、电流冲击等因素,按照常规,一般会选择35V耐压的元件来作为工作电压是25V环境下长期可靠运行的选择标准。而现在有不少不良商人,因为各种原因,将实际额定电压25V甚至16V电压等级的元件用更换该元件标签的方式,以额定电压35V的产品规格卖给用户,虽然MLCC的耐压一般能达到5、6倍,甚至10倍,但长期可靠性将下降,所以,想请问:有没有什么比较简单的、可靠的方式测试出MLCC真正的工作电压是什么等级的?

您好!您所述情况,甚是理解。但简单地测试元件的耐电压并不能可靠地评价出MLCC的Ur等级。有这样的实际情况:

 “A“品牌设计制造的MLCC  Ur=16V的产品 ,其耐压可以高达350V,而“B“品牌设计制造的MLCC  Ur=35V的产品 ,其耐压则只有100V左右。其实,”A“、”B“两个品牌的产品耐压水平均符合EIA标准。在设计制造中,”A“品牌的产品是可以考虑评级为”25V”或“35”V甚至更高标称电压出厂的,实际中,几乎所有的设计制造工厂确实存在相同基准介质厚度设计(决定耐电压的关键),不同标称等级电压的,但都必须通过按至少1.5Ur负载电压,上限工作温度的条件的寿命试验(一般地民用产品48小时足以考验)。

标称电压的等级,BDV>2.5Ur是基本标准,其关键还需要加速(HALT)寿命试验评价,也一般地认为上述两条件是充要条件。

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ttkx365
LV.5
10
2011-03-31 15:50
@jmsanjv
您好!您所述情况,甚是理解。但简单地测试元件的耐电压并不能可靠地评价出MLCC的Ur等级。有这样的实际情况: “A“品牌设计制造的MLCC Ur=16V的产品 ,其耐压可以高达350V,而“B“品牌设计制造的MLCC Ur=35V的产品 ,其耐压则只有100V左右。其实,”A“、”B“两个品牌的产品耐压水平均符合EIA标准。在设计制造中,”A“品牌的产品是可以考虑评级为”25V”或“35”V甚至更高标称电压出厂的,实际中,几乎所有的设计制造工厂确实存在相同基准介质厚度设计(决定耐电压的关键),不同标称等级电压的,但都必须通过按至少1.5Ur负载电压,上限工作温度的条件的寿命试验(一般地民用产品48小时足以考验)。标称电压的等级,BDV>2.5Ur是基本标准,其关键还需要加速(HALT)寿命试验评价,也一般地认为上述两条件是充要条件。

感谢您详尽的指导!

看来要简单、可靠地得到MLCC真正的工作电压值还真不少件容易的事。除了直接从厂家、正规代理商处购买。

谢谢您的解答!

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jmsanjv
LV.3
11
2011-03-31 16:34
@ttkx365
感谢您详尽的指导!看来要简单、可靠地得到MLCC真正的工作电压值还真不少件容易的事。除了直接从厂家、正规代理商处购买。谢谢您的解答!

强烈建议,建立元件的耐久性检测过程,这是甑选厂家、品牌、选型及周期性质量确认的最有效方法。(硬件费用投入不高)

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ttkx365
LV.5
12
2011-03-31 22:02
@jmsanjv
强烈建议,建立元件的耐久性检测过程,这是甑选厂家、品牌、选型及周期性质量确认的最有效方法。(硬件费用投入不高)
谢谢!请问硬件费用大约要多少?
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jmsanjv
LV.3
13
2011-03-31 22:47
@ttkx365
谢谢!请问硬件费用大约要多少?

高温老化试验箱一台(8000~15000元/一台)+智能型恒压源2~3台(2000~4000元/台)+元件夹具若干套(3000元足够).总体而言,2~3万可配备.如动点心思还能多省点.

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ttkx365
LV.5
14
2011-04-01 11:22
@jmsanjv
高温老化试验箱一台(8000~15000元/一台)+智能型恒压源2~3台(2000~4000元/台)+元件夹具若干套(3000元足够).总体而言,2~3万可配备.如动点心思还能多省点.
谢谢信息!虽然花费不多,但对于普通用户来说还是费时、费力的。
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jmsanjv
LV.3
15
2011-04-01 12:28
@ttkx365
谢谢信息!虽然花费不多,但对于普通用户来说还是费时、费力的。

的确,知名大公司基本上都有元件来料的耐久性测试过程,像华为、中兴等公司甚至有一个非常强大的元件专家组,而许多规模不大的公司对元件质量的监控都较简易,甚至不监控。

实际上,如果产品选型、产品来料未把握好质量水平,使用了不良元件,其带来的损失往往是惨重的。去年就接触过一宗为通用做汽车电子配件的因使用耐久性不良质量事故,这家公司因此遭受重大索赔并停产系列产品。事后建立了元件的可靠性过程。

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2011-04-01 14:16
@jmsanjv
最后,说明一下,耐压BDV与长期可靠性有一定的关联,但高耐压BDV的产品其长期可靠性不一定高。长期运行的可靠性需要用另一套系统方法评价。
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jmsanjv
LV.3
17
2011-04-01 14:53
@电源网-源源
[图片]

“知识,是人类进步的阶梯” 。

”三人行,必有我师“

”讨论沟通是知识传播的有效途径“

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2011-04-09 20:53
@jmsanjv
“知识,是人类进步的阶梯”。”三人行,必有我师“”讨论沟通是知识传播的有效途径“
看了这些贴片,我这个电容专家都受益非浅。
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2013-12-05 16:24
@电容专家
看了这些贴片,我这个电容专家都受益非浅。
MARK
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