【正文】 MΩ） =106歐姆 1吉歐（ GΩ） =109歐姆 1太歐（ TΩ） =1012歐姆 表 4 Ri標準（極小值）與電容量的關(guān)系 電容量 Ri 極小值 (GΩ) Ri C極小值（ ΩF） 25℃ 1000 等更高容值 等 耐電壓與額定電壓 額定電壓 UR定義為可以連續(xù)施加在電容器上的最大直流電壓或脈沖電壓的峰值。在 125℃時不低于 100ΩF。國際電工委員會 IEC和中國國家標準 GB要求 MLCC在 25℃時 Ri C 不低于 100ΩF。這是因為電容量與漏電流是正比關(guān)系。測量電容器的絕緣電阻的時候，重要的是考慮絕緣電阻與容量的關(guān)系。 Q=1/Tanδ 絕緣電阻 絕緣電阻是在直流偏壓梯度作用下，材料抗漏電流能力的量度。如圖 5所示。它與理 想電流間的相位差角是一定的，這一角度的正切值定義為損耗角正切值 Tanδ或?qū)懽?Tgδ。 5% 損耗角正切值 施加在理想電容器兩端的電流超前于電壓的相位為 90176。 20% 177。 ）。對應的允許偏差分別為 C（177。 C0G組別 10pF 以下小容量規(guī)格有例外的情況。 5%）級精度；Z5U組別可采用 E6系列，對應于 M（177。換句話說，采用優(yōu)先系列數(shù)作為電容量的標稱值及其允許偏差，就不會出現(xiàn)電容量值的廢品。即，第一個優(yōu)先數(shù)允許偏差值的上限與第二個優(yōu)先數(shù)允許偏差值的下限恰好相互重合。 10%）精度 。 5%）。 20%）、 K（177。如圖 4所示。 15%， 55℃到 85℃）。用于 MLCC 制造最普遍 的中 K材料為 X7R組別（ ΔC/C 最大值177。 +22/33 +22/56 +22/82 A B C D E F P R S T U V 注意 (e)行電容量變化率極大值是在 0V直流偏壓下的測定標準。 177。 177。 177。 177。高 K 介質(zhì)材料的介電常數(shù)在 4000 到 20200 之間，由于居里點移到室溫，介電常數(shù)為極大值，溫度特性曲線很陡。這種材料的典型介電常數(shù)在 600到 5000 之間，符合 X7R特性。 a)“穩(wěn)定的中 K” 2類瓷，以 25℃為基點在 55℃到 125℃范圍內(nèi)最大電容量變化率 ΔC/C 為177。該種材料的介電常數(shù)比 1類瓷高得多，且隨溫度、偏壓、頻率和時間變化的穩(wěn)定性較差。電容量和介質(zhì)損耗隨電壓或頻率的變化為零或忽略不計。 250ppm/℃ （ N4700） M7G +100 ppm/℃ 177。 60ppm/℃ （ N330） U2J 750 ppm/℃ 177。 30 ppm/℃ （ NP0） R2G 220 ppm/℃ 177。如圖 3(a)所示為 C0G 介質(zhì)溫度系數(shù)。 1000 177。 250 177。 60 177。 表 1 1類瓷的 EIA標志代碼（ 55℃ ～ 125℃） (a) 電容量 溫度系數(shù) 有效位數(shù)（ ppm/℃） (b) (a)行 有效數(shù)字母代碼 C B L A M P R S T U (c) 對 (a)行適用的倍 數(shù) 10 100 1000 10000 +1 +10 +100 +1000 +10000 (d) (c)行倍 數(shù)的 數(shù)字代碼 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (e) 溫度系數(shù) 允許偏差 177。通過添加少量其它氧化物（包括鐵電體），如 CaTiO3或 SrTiO3，可擴展 1類瓷的介電常數(shù)上限至 700，甚至高達 1500。 1類陶瓷介質(zhì)是以順電體為主晶相的線性介質(zhì)。 30 ppm/℃，簡稱 NP0（正 — 負 — 零）。 5 1類陶瓷介質(zhì) 根據(jù)美國電子工業(yè)協(xié)會標準（ EIA）暨美國國家標準（ ANSI）ANSI/EIA198E1997 規(guī)定， 1 類瓷溫度系數(shù)用字母 — 數(shù)字 — 字母的三位代碼來定義，如表 1 所示。其溫度特性（ TC）只能以電容量較初始值的變化（ ΔC/C）的百 分率（ %）來表示。溫度系數(shù) αC的計算方法如下： C2－ C1 αC（ ppm/℃） = 106 C1（ T2－ T1） 這里 C1=T1的電容量， C2=T2的電容量。溫度系數(shù) αC表 示為溫度每變化 1 攝氏度，電容量較初始值的變化率，單位以百萬分之一（ ppm/℃）計。第三種（ 3類瓷）是用于制造單層型圓片電容器的阻檔層或晶界層型陶瓷介質(zhì)（即：半導體陶瓷介質(zhì)）。 四、電容量的分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，介質(zhì)材料是根據(jù)電容量溫度系數(shù)來進行區(qū)別和分類的。因此，通過優(yōu)化幾何尺寸，選擇 具有優(yōu)良電性能的介質(zhì)材料，設計制造的片式多層電容器即可具有極大的比體積電容。迭層結(jié)構(gòu)所需尺寸僅為 英寸 英寸，電極重合面積 A ’為 英寸。 在這種“多層”結(jié)構(gòu)中，由于平行地排列了多層電極，使電極有效面積 A’得以增大，而在電極間的介質(zhì)厚度 t ’則有可能進一步減薄，因此，電容量 C隨介質(zhì)層數(shù) N的增大和介質(zhì)厚度 t ’的減小而增大。然而，無休止地增大單層電容器的面積或減少介質(zhì)的厚度是不切合實際的。 例如：圖 1 所示器件，面積 ，介質(zhì)厚度為 英寸，介電常數(shù)為 2500。 C=Q/V=庫侖 /伏特 =法拉 由于法拉是一個很大的測量單位，在實用中不會遇到，常用的是法拉的分數(shù)，即： 微 法 (μF) = 106F 毫微法，又稱為：納法 (nF) = 109F 微微法，又稱為：皮法 (pF) = 1012F 三、影響電容量的因素 施加電壓的單片電容器如圖 1，其電容量正比于器件的幾何 尺寸和相對介電常數(shù)： C=KA/f t 在這里 C=電容量； K=相對介電常數(shù)，簡稱介電常數(shù)； A=電極層面積； t=介質(zhì)厚度； f=換算因子（在基礎(chǔ)科學領(lǐng)域：相對介電常數(shù)用εr表示。儲存電 荷量 Q 與電容量（ C）和外加電壓（ V）成正比。 MLCC 制造過程中的所有工藝和其它材料的確定原則都趨向于實現(xiàn)其介電性能的最優(yōu)化。 電容器所用陶瓷介質(zhì)是以鈦酸鹽為主要成份，可以通過配方調(diào)整制成具有極高介電常數(shù)和其他適當電特性的介質(zhì)材料。 介質(zhì)特性取決于電介質(zhì)材料對電荷的儲存能力（介電常數(shù)）和對外電場的本征響應，也就是電容量，損耗特性、絕緣電阻、介質(zhì)抗電強度、老化速率以及上述性能的溫度特性。 1 片式多層陶瓷電容器 （ MLCC） 基礎(chǔ)知識 宇陽科技發(fā)展有限公司 向 勇 一、電容器基礎(chǔ) 電容器基本模型是一種中間被電介質(zhì)材料隔開的雙層導體電極所構(gòu)成的單片器件，如圖 1所示。這種介質(zhì)必須是純絕緣材料，它的特性在很大程度上決定了器件的電性能。 圖 1 單層平板電容器 通常，電容器采用的介質(zhì)材料主要包括：空氣（介電常數(shù) K 幾乎與真空相同，定義為 1）；天然介質(zhì)：如云母，介電常數(shù)（ K）為 4～8；合成材料：如陶瓷， K值范圍由 9～ 1500。這是陶瓷電容器，尤其是片式多層陶瓷電容器（ MLCC）技術(shù)的基礎(chǔ)。 二、電容量 電容器的基本特性是能夠儲存電荷（ Q）。 Q=CV 因此，充電電流被定義為： I=dQ/dt=Q dV/dt 2 當電容器外加電壓為 1 伏特，充電電流為 1安培，充電時間為 1秒時，電容量定義為 1法拉。在工程應用中以 K表示，簡稱為介電常數(shù)） 在英制度量單位體系中， f=，尺寸 A和 t 用英寸，電容量值用微微法表示。 2500 () C = = 10027 pF 對于同一電容器，采用公制體系，換算因子 f=，尺寸用 cm，容值也用微微法（ pF）表示 ,，則： 3 2500 C = =10028pF 可見，電容量和幾何尺寸的關(guān)系是很明確的，增大電極面積和減少介質(zhì)厚度，均可獲得較大容量值。因此，提出了平行陣列式迭層型電容器的新概念， 按這種方式可以制造比體積電容很大的單個器件，如圖 2所示。這里， A ’是兩兩相對的交錯電極重合面積： 圖 2 MLCC結(jié)構(gòu)圖 KA’N C = ’ 用同樣的介質(zhì)材料，過去在 電容器上所獲得的容量，現(xiàn)在以 30 層介質(zhì)厚度為 英寸的多層電容器即可獲得。 2500 C = =10107 pF 4 這一實例表明多層結(jié)構(gòu)在提供同樣大容量的情況下，體積較單層器件縮小 700 倍。對介質(zhì)材料的要求是，具有高介電常數(shù)，并且在制成薄層結(jié)構(gòu)后仍保持良好的絕緣電阻和介質(zhì)抗電強度等。片式多層陶瓷電容器通常采用兩大類別材料生產(chǎn)，即 1類陶瓷介質(zhì)和 2 類陶瓷介質(zhì)。 用環(huán)境試驗箱測量由室溫（ 25℃）變化到一定溫度時的容量變化即可確定溫度系數(shù)。 1類瓷介電容器具有線性溫度系數(shù)，可根據(jù) αC規(guī)定其特性組別。 2類瓷介電容器的容量隨環(huán)境溫度呈非線性關(guān)系變化，無法用線性化的溫度系數(shù)來表征。在 EIA、 MIL、 GB、 IEC、JIS 等標準溫度范圍（ 55℃ ～ 85℃、 55℃ ～ 125℃等）內(nèi)的 TC 特性通常用 ΔC/CT曲線來表示。在 MLCC 中最普遍采用的 1 類瓷是C0G，即溫度系數(shù)為 0ppm/℃177。其溫度系數(shù)最穩(wěn)定，用曲線圖示也最為平坦，而被稱之為熱穩(wěn)定型陶瓷 。這種材料通常是以 TiO2為主，介電常數(shù)一般不超過 150的非鐵電體，性能非常穩(wěn)定。溫度系數(shù)近似于線性，最高達 5600ppm/℃，被稱之為溫度補償型陶瓷。 30 177。 120 177。 500 177。 2500 (f) (e)行 允許偏差字符代碼 G H J K L M N 6 所謂溫度系數(shù)及其允許偏差的含義為： 電容器實測的溫度系數(shù)值并非嚴格的線性關(guān)系，但只要數(shù)值不超過 EIA 代碼最后一個字母所規(guī)定的允許偏差范圍就可以接受。表 2 中其它特性組別舉例如下，并示于圖 3(b)： EIA代碼 溫度系數(shù)及其允許偏差 簡碼 C0G 0 ppm/℃177。 30 ppm/℃ （ N220） S2H 330 ppm/℃ 177。 120ppm/℃ （ N750） T3K 4700 ppm/℃ 177。 30 ppm/℃ （ P100） (a) (b) 圖 3 C0G及其它 1類陶瓷介質(zhì)溫度系數(shù) 兩種