贴片电容介质不同之处？

多层陶瓷电容器有多种尺寸和额定电压。它们还提供多种电介质类型，每种类型都描述了额定电容如何随温度变化。很多时候，成功的工程是在设备特性与应用需求之间谨慎权衡。为应用选择正确的 贴片电容也不例外，必须清楚了解电容介质之间的差异才能做出该决定。

陶瓷温度系数

在工程师第一次接触 MLCC 后不久，他们很快就会遇到由字母和数字组成的字母词语：C0G、X7R、X5R、U2J 等。它们都是什么意思？它们指的是什么东西？这些字母的含义是根据电子工业联盟标准编号 198 创建的，该标准定义了所谓的电容温度系数或 TCC。

I类：C0G和U2J

I 类电容器是那些在各种条件下都被认为是“超稳定”的电容器。I 类电容器主要由锆酸钙制成，这是一种在温度范围内非常稳定但相对介电常数比 II 类低得多的介电材料，因此总电容低得多。-55C 至 125C 温度范围内的电容容差以 PPM 为单位测量。例如，使用上面的解码表，C0G 在该温度范围内的电容容差为 -30ppm，而 U2J 在该温度范围内的容差为 -750ppm。U2J 的电容比 C0G 大，大约是 2 到 4 倍，但仍远低于 II 类。通常，具有更大的电容是以牺牲温度稳定性为代价的。

II 类：X7R 和 X5R

虽然看起来相似，但 II 类的温度系数指定不同，主要是因为材料组完全不同。这些类型的电容器是使用钛酸钡制成的（稍后会详细介绍）。这种材料的介电常数比 I 类材料高得多，大约是 I 类材料的 1,000 到 10,000 倍。如此大的电容是有代价的，它在温度范围内并不是那么稳定。解码字母汤的方法比他们的 I 类同行稍微容易一些。在这种情况下，第一个字母是温度下限，第二个字母是温度上限，最后一个字母是该范围内的电容容差。因此，使用该解码器，X7R 从 -55C 到 125C 的电容容差为 +-15%。

III 类：Z5U 和 Y5V

存在第三类 MLCC 电介质。这种类型有两个特点，它非常高的电容和它的温度不稳定性。虽然仍然由钛酸钡制成，就像 X7R 和 X5R 一样，但它们的稳定性远不如 II 级。例如，Z5U 在 10C 到 85C 的相对较窄的范围内可以变化多达 -56%。但是如果它们是用相同的材​​料制成的，它们怎么会如此不同呢？嗯，这就是不同制造商应用他们在材料科学方面的专业知识的地方。某些掺杂剂被添加到钛酸钡材料中，以使相对介电常数与温度的曲线变平，从而使其在整个温度范围内变得更加稳定。
 

陶瓷电容器物理

温度范围内的温度系数和容差都很好，但要完全解释下一个效应需要深入研究介电材料本身的物理甚至化学。

III 类：Z5U 和 Y5V

存在第三类 MLCC 电介质。这种类型有两个特点，它非常高的电容和它的温度不稳定性。虽然仍然由钛酸钡制成，就像 X7R 和 X5R 一样，但它们的稳定性远不如 II 级。例如，Z5U 在 10C 到 85C 的相对较窄的范围内可以变化多达 -56%。但是如果它们是用相同的材料制成的，它们怎么会如此不同呢？嗯，这就是不同制造商应用他们在材料科学方面的专业知识的地方。某些掺杂剂被添加到钛酸钡材料中，以使相对介电常数与温度的曲线变平，从而使其在整个温度范围内变得更加稳定。
 

陶瓷电容器物理

温度范围内的温度系数和容差都很好，但要完全解释下一个效应需要深入研究介电材料本身的物理甚至化学。

都是关于偶极子的

电容器的许多魅力来自于电介质材料本身。有些人会将电介质描述为防止两个电极短路的绝缘体。的确如此，但电介质的作用远不止于此。一句话，偶极子。快速的维基百科搜索将显示电介质是“一种可以通过施加外部电场极化的电绝缘体”。一块橡胶是很好的绝缘体，但它是一种可怕的电介质。你不能极化橡胶（非常有效）。正是由于介电材料中存在这些偶极子，才构成了有效的电容器。KEMET 使用两种主要类型的陶瓷电介质材料。你准备好接受一些带你回到化学课的短语了吗？首先是钛酸钡（BaTiO3），用于我们的 II/III 类电介质。这些是我们的 X5R 和 X7R，等等。接下来是我们的锆酸钙，这就是我们在 I 类电介质中使用的材料。那将是 C0G 和 U2J。这就是事情变得真正有趣的地方，锆酸钙是顺电的，而钛酸钡是铁电的。这些特性与早期物理课中介绍的顺磁性和铁磁性的概念有些相似。
 
在铁电材料中，偶极子永久存在并且会与电场对齐。在顺电材料中，偶极子随着外部电场的应用而自发排列。II 类电介质产生的偶极子是钛酸钡本身的材料和结构的结果。
 
当新鲜烧制和烧结时，钛酸钡的微晶结构是面心立方 (FCC) 结构，钛原子位于晶格中间。随着材料尺寸缩小，钛原子从立方体中心的位置移开，并在整个结构中产生电荷密度差异。这是 II 类 MLCC 中偶极子的起源。整个陶瓷材料不会在同一方向均匀极化，因为陶瓷材料自身对齐，由于颗粒尺寸的缺陷和差异而形成晶界。这形成了具有一般极化方向的域。正是这些域通常与电场对齐并有助于电容。这完全是因为在 II 类电介质中发现了移动的钛原子。

使用 II 类陶瓷电容器进行设计和工程

II 类电介质的铁电性质带来的影响对依赖 II 类电容器的工程和电路产生影响。所谓的直流偏置效应、微音和老化都是由于钛酸钡中钛原子位移产生的偶极子。

电容随施加电压的变化

术语“直流偏置”和“电压系数”是指外加电压下的电容损失。这种效应发生在铁电材料中，例如大多数 X5R 和 X7R 电容器中使用的钛酸钡。根据介电配方的不同，这些电容器在施加电压时可能会损失其额定电容的 70% 以上！在保持相同电容水平的同时实现更小的芯片尺寸的一种方法是减小电介质厚度。这种设计差异导致更高的电压应力，从而导致更多的电容损失。

陶瓷电容老化

老化是铁电体或 II 类和 III 类电介质表现出的另一个特征。在制造陶瓷电容器时，电介质暴露在超过 1000°C 的温度下。对于钛酸钡器件，居里温度可以在 130°C 到 150°C 的范围内，具体取决于特定的配方。当暴露于居里温度时，晶体结构与四方图案对齐。一旦冷却，陶瓷的晶体结构就会变成立方体。随着这种结构的变化，材料的介电常数也会发生变化。
随着时间的推移，电容将继续下降。可以通过“重置”材料来重置这个老化周期，方法是将其暴露于通常在回流期间发生的居里温度。通常，您可以在目录中找到特定零件类型的老化率。以下是老化率的示例：
例如，新烧制的 22uF X5R 电容器在 5,000 小时或大约半年后将具有 16.8uF 的电容。
最后，钛酸钡的晶体结构赋予陶瓷压电或微音特性。当外部应力施加到介电材料时，钛分子来回振荡。电信号可以机械地扭曲电介质。这种失真或移动会产生一种特有的“嗡嗡声”噪声，有些客户在其设计中使用陶瓷电容器时会遇到这种噪声。这种机械失真会与 PCB 本身产生共振，从而导致可听范围内的声音。