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多层片式陶瓷电容器基础再学习

A.电容量
电容器的基本特性是能够储存电荷(Q),而Q值与电容量(C)和外加电压(V)成正比。
Q = CV
因此充电电流被定义为:
= dQ/dt = CdV/dt
当外加在电容器上的电压为1伏特,充电电流为1安培,充电时间为1秒时,我们将电容量定义为1法拉。
C = Q/V = 库仑/伏特 = 法拉
由于法拉是一个很大的测量单位,在实际使用中很难达到,因此通常采用的是法拉的分数,即:
皮法(pF) = 10-12F
纳法(nF) = 10-9F
微法(mF)= 10-6F
B.电容量影响因素
对于任何给定的电压,单层电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和介电常数:
C = KA/f(t)
K = 介电常数
A = 电极面积
t = 介质层厚度
f = 换算因子
在英制单位体系中,f = 4.452,尺寸A和t的单位用英寸,电容量用皮法表示。单层电容器为例,电极面积1.0×1.0″,介质层厚度0.56″,介电常数2500,
C = 2500(1.0)(1.0)/4.452(0.56)= 10027 pF
如果采用公制体系,换算因子f = 11.31,尺寸单位改为cm,
C = 2500(2.54)(2.54)/11.31(0.1422)= 10028 pF
正如前面讨论的电容量与几何尺寸关系,增大电极面积和减小介质层厚度均可获得更大的电容量。然而,对于单层电容器来说,无休止地增大电极面积或减小介质层厚度是不切实际的。因此,平行列阵迭片电容器的概念被提出,用以制造具有更大比体积电容的完整器件,如下图所示。
在这种“多层”结构中,由于多层电极的平行排列以及在相对电极间的介质层非常薄,电极面积A得以大大增加,因此电容量C会随着因子N(介质层数)的增加和介质层厚度t’的减小而增大。这里A’指的是交迭电极的重合面积。
C = KA’N/4.452(t’)
以前在1.0×1.0×0.56″的单片电容器上所获得的容量,现在如果采用相同的介质材料,以厚度为0.001″的30层介质相迭加成尺寸仅为0.050×0.040×0.040″的多层元件即可获得(这里重合电极面积A’为0.030×0.020″)。
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hk2007
LV.8
2
2011-04-08 14:46

请教一下:我有两颗smd电容,

一个规格为:1nF,50V,0603 ,X7R ;   

另一个规格为:1nF,50V,0805,X7R

请问这两种贴片电容有啥区别(除了尺寸)?

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jmsanjv
LV.3
3
2011-04-08 16:02
@hk2007
请教一下:我有两颗smd电容,一个规格为:1nF,50V,0603,X7R;   另一个规格为:1nF,50V,0805,X7R请问这两种贴片电容有啥区别(除了尺寸)?

 如是同一厂家,同一材料技术体系设计制造,在电性能上,一 般地0805的ESR要低一些,发热要小一些,散热性较好一些,SMT焊接上立碑不良要少很多。当然成本上,0805要高一些。

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hk2007
LV.8
4
2011-04-08 16:09
@jmsanjv
 如是同一厂家,同一材料技术体系设计制造,在电性能上,一般地0805的ESR要低一些,发热要小一些,散热性较好一些,SMT焊接上立碑不良要少很多。当然成本上,0805要高一些。
谢谢您的解答
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jmsanjv
LV.3
5
2011-04-08 16:17
@hk2007
谢谢您的解答
团长客气了!
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hlp330
LV.9
6
2011-04-08 17:47
@jmsanjv
团长客气了!
最近用瓷片电容发现一个问题,就是过炉后,有一定的概率断裂,不知道为什么?
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jmsanjv
LV.3
7
2011-04-09 01:06
@hlp330
最近用瓷片电容发现一个问题,就是过炉后,有一定的概率断裂,不知道为什么?

是回流焊炉,还是波峰焊炉?如是波峰焊炉,要注意一下预热温度足够高时间足够长.大规格1206及以上尺寸产品,用波峰焊极易出现开裂,只推荐回流焊. 当然,MLCC设计制造不良,尤其材料不匹配,即使加强预热,亦难以避免芯片开裂,这点通过耐焊接热试验鉴别出来.

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cheng111
LV.11
8
2011-04-09 14:24
@jmsanjv
是回流焊炉,还是波峰焊炉?如是波峰焊炉,要注意一下预热温度足够高时间足够长.大规格1206及以上尺寸产品,用波峰焊极易出现开裂,只推荐回流焊. 当然,MLCC设计制造不良,尤其材料不匹配,即使加强预热,亦难以避免芯片开裂,这点通过耐焊接热试验鉴别出来.

0603封装的电容,在手工焊接时温度一般多少合适?

我前面遇到这么一个现象,0603的电容,用了一段时间后发现已经裂开了。不知道是什么原因?

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jmsanjv
LV.3
9
2011-04-10 16:01
@cheng111
0603封装的电容,在手工焊接时温度一般多少合适?我前面遇到这么一个现象,0603的电容,用了一段时间后发现已经裂开了。不知道是什么原因?

样品试用阶段难免要使用手工焊接,手工焊接时注意温度不能太高,尽量低于280deg.c,且焊头不能接触到瓷体.否则,易出现焊接裂纹,严重的焊接裂纹肉眼可见,微小焊接裂纹在电应力下会扩大致芯片失效.

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jmsanjv
LV.3
10
2011-05-05 10:16
@hk2007
请教一下:我有两颗smd电容,一个规格为:1nF,50V,0603,X7R;   另一个规格为:1nF,50V,0805,X7R请问这两种贴片电容有啥区别(除了尺寸)?
铁电体陶瓷电容器的容量和介质损耗会展现出随时间延长而衰减的趋势。这种被称为老化的现象是可逆的,其产生的原因在于铁电体晶体结构随温度而变化。
铁电介质以钛酸钡(BaTiO3)为主要成分,加入一定的氧化物以改变材料晶体惯态和对称性,产生出铁电畴。在居里点(120℃)附近,BaTiO3晶体结构由四方相转变为立方相,自发极化不再发生。而当冷却通过居里点时,材料晶体结构又重新由立方相转变为四方相,其点阵结构中不存在对称中心。Ti4+离子可以占据两个非对称位置中的一个,从而导致永久性电偶极。由于相邻晶胞相互作用的影响足以建立起极化畴,因此这些电偶极是自发产生和略微有序的。平行极化畴是随机取向的(在没有外加电场作用的情况下),给系统提供应变能。而应变能的松弛正是材料介电常数老化的原因,具有下列时间关系:
K = K0 -m log t
这里 K = 任意时间t处的介电常数
K0 = 时间t0(t0 < t)处的介电常数
m = 衰减速率
上面公式是对数关系,如果采用半对数图处理所得数据,其结果将会近似于一条直线。每十倍时内K(或电容量)变化的百分数可以通过计算得出,用做衡量瓷料优劣的一个指标。
与微观结构有关,进而对极化产生影响的的因素(材料纯度、晶粒尺寸、烧结情况、晶界、空隙率,内应力)同样也决定了畴壁移动和重新取向的自由程度。
例 (a) 老化速率 = -5% / 5 十倍时 = 1.0% / 十倍时(小时)
例 (b) 老化速率 = -15% / 6 十倍时 = 2.5% / 十倍时(小时)
由此可知,材料老化的速率与材料组分和工艺过程密切相关,同时对那些影响材料介电常
数的因素也非常敏感。
铁电体容量的时间损耗是不可避免的,尽管通过把介质加热到居里点以上,使材料晶体结构变回“顺电”立方态的方法可以得到恢复。但一旦冷却下来,材料晶体结构再次转变为四方相,自发极化再次出现,产生的新极化畴使得老化过程重新开始。
顺电体,例如NPO,中由于不存在自发极化的机制,因此观察不到老化现象。老化速率受电容器“电压状态”的影响。元件在高温(低于居里温度)直流偏压负荷试验中表现出了容量损耗,但老化速率很低。从理论上讲,高温下的电压负荷会促进极化畴的的弛豫。当然,如果实际温度超过了居里点,电压效应则会消失。
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jmsanjv
LV.3
11
2011-11-24 16:13
@jmsanjv
铁电体陶瓷电容器的容量和介质损耗会展现出随时间延长而衰减的趋势。这种被称为老化的现象是可逆的,其产生的原因在于铁电体晶体结构随温度而变化。铁电介质以钛酸钡(BaTiO3)为主要成分,加入一定的氧化物以改变材料晶体惯态和对称性,产生出铁电畴。在居里点(120℃)附近,BaTiO3晶体结构由四方相转变为立方相,自发极化不再发生。而当冷却通过居里点时,材料晶体结构又重新由立方相转变为四方相,其点阵结构中不存在对称中心。Ti4+离子可以占据两个非对称位置中的一个,从而导致永久性电偶极。由于相邻晶胞相互作用的影响足以建立起极化畴,因此这些电偶极是自发产生和略微有序的。平行极化畴是随机取向的(在没有外加电场作用的情况下),给系统提供应变能。而应变能的松弛正是材料介电常数老化的原因,具有下列时间关系:K=K0-mlogt这里K=任意时间t处的介电常数K0=时间t0(t0

关于贴片电容裂纹原因分析,已发新贴。请查阅“阴魂不散的贴片电容裂纹”

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cheng111
LV.11
12
2011-11-24 20:44
@jmsanjv
样品试用阶段难免要使用手工焊接,手工焊接时注意温度不能太高,尽量低于280deg.c,且焊头不能接触到瓷体.否则,易出现焊接裂纹,严重的焊接裂纹肉眼可见,微小焊接裂纹在电应力下会扩大致芯片失效.
啊,我一般都是350度,要速度,就这样了。
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jmsanjv
LV.3
13
2011-11-26 08:52
@cheng111
啊,我一般都是350度,要速度,就这样了。[图片]
这样的焊接条件确是容易产生电容热裂纹的,尤其是X7R类多层片式陶瓷电容。
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cheng111
LV.11
14
2011-11-26 13:09
@jmsanjv
这样的焊接条件确是容易产生电容热裂纹的,尤其是X7R类多层片式陶瓷电容。
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2011-11-26 16:57
@jmsanjv
关于贴片电容裂纹原因分析,已发新贴。请查阅“阴魂不散的贴片电容裂纹”
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cheng111
LV.11
16
2011-11-27 08:04
@jmsanjv
关于贴片电容裂纹原因分析,已发新贴。请查阅“阴魂不散的贴片电容裂纹”
期待LZ继续更新。
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xy_k8299
LV.6
17
2012-04-13 21:08
@jmsanjv
是回流焊炉,还是波峰焊炉?如是波峰焊炉,要注意一下预热温度足够高时间足够长.大规格1206及以上尺寸产品,用波峰焊极易出现开裂,只推荐回流焊. 当然,MLCC设计制造不良,尤其材料不匹配,即使加强预热,亦难以避免芯片开裂,这点通过耐焊接热试验鉴别出来.
被贴片电容困扰过的飘过。
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jmsanjv
LV.3
18
2012-04-22 11:51
@xy_k8299
被贴片电容困扰过的飘过。

不知曾被贴片电容那类问题困扰过,现在是否已解决了?

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