1、MLCC概述

MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多層陶瓷電容器英文縮寫。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨(dú)石電容器。

MLCC誕生于上世紀(jì)60年代，最先由美國公司研制成功。目前，MLCC主要生產(chǎn)廠家：美國基美（KEMET）；日本村田、京瓷、丸和、TDK；韓國三星；臺灣國巨、華新科、禾伸堂；大陸有名的則是宇陽、風(fēng)華高科、三環(huán)。其中，值得自豪的是，國內(nèi)廠商---宇陽科技的MLCC（01005、0201、0402尺寸)產(chǎn)量比超過90%，位居世界第一位，總產(chǎn)量也躍居全球前三，目前宇陽已成為國內(nèi)產(chǎn)能最大和全球微型化前三的MLCC廠商。因為MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高頻率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特點，因此它得到到極其廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，目前已經(jīng)成為國際上用量最大、發(fā)展最快的片式元件之一！

2、MLCC結(jié)構(gòu)和工作原理

如下圖所示，MLCC電容結(jié)構(gòu)較簡單，由陶瓷介質(zhì)、內(nèi)電極金屬層和外電極三層構(gòu)成。

MLCC的電容量公式可以如下表示：

C : 電容量，以 F (法拉) 為單位，而MLCC 之電容值 以 PF, nF,和 ?F 為主。

ε：電極間絕緣物的介質(zhì)常數(shù)，單位為法拉／公尺。

K : 介電常數(shù) (依陶瓷種類而不同)

A : 導(dǎo)電面積 (產(chǎn)品大小及印刷面積而不同)

D : 介電層厚度 (薄帶厚度)

n：層數(shù) (堆棧層數(shù))

我們都知道，電容就是可以儲存電量的容器，它基本原理就是使用兩片互相平行但未接觸在一起的金屬，中間以空氣或是其它材料作為為絕緣物，將兩片金屬的一片接在電池的正極，另一片接在負(fù)極，金屬片上就能儲存電荷。相比常見的電解電容，MLCC（多層陶瓷電容器）因為可以作成薄片（n堆棧層數(shù)很多），因此在同樣的體積下MLCC可以大大提升其電容器的容量。

3、MLCC的分類

3.1 根據(jù)所采用的陶瓷介質(zhì)的類型，MLCC可劃分為兩大類：Class 1和Class 2兩類。

※Class 1類：

具有極高的穩(wěn)定性，其電容量幾乎不隨時間、交流信號、外加直流偏壓的變化而改變，同時具有極低的介質(zhì)損耗，即高Q值。適用于對容量高精度和應(yīng)用頻率要求較高的諧振電路。根據(jù)電容量的溫度系數(shù)，有可分為溫度穩(wěn)定型和溫度補(bǔ)償型兩種。

※Class 2類：

具有很高的體積比容量，適用于旁路、耦合、濾波以及對容量穩(wěn)定性要求不高的鑒頻電路。在DC-DC（AC）變換器和開關(guān)電源濾波電路中逐步取代鉭電解電容、鋁電解電容。

3.2 按照溫度特性、材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、填充介質(zhì)的不同，MLCC可以分成如下幾種：NPO、COG、Y5V、Z5U、X7R、X5R等。它們的主要區(qū)別如下：

-C0G、NPO電容器具有高溫度補(bǔ)償特性，適合作旁路電容和耦合電容

-X7R電容器是溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器，適合要求不高的工業(yè)應(yīng)用

-Z5U電容器特點是小尺寸和低成本，尤其適合應(yīng)用于去耦電路

-Y5V電容器溫度特性最差，但容量大，可取代低容鋁電解電容

可見，在相同的體積下由于填充介質(zhì)不同所組成的電容器的容量就不同，隨之帶來的電容器的介質(zhì)損耗、容量穩(wěn)定性等也就不同，所以在使用電容器時應(yīng)根據(jù)電容器在電路中作用不同來選用不同的電容器：NPO、COG溫度特性平穩(wěn)、容值小、價格高；Y5V、Z5U溫度特性大、容值大、價格低；X7R、X5R則介于以上兩種之間。

3.3 MLCC按材料SIZE封裝大小來分。大致可以分為3225、3216、2012、1608、1005、0603、0402，0201，01005等等。 數(shù)值越大，SIZE就更寬更厚。

4、MLCC的制造流程

5、MLCC常見的問題&應(yīng)對

※ MLCC在工作一段時間后出現(xiàn)容值偏低的問題

正常情況下，MLCC在是存在老化問題，但其容值損失也不會超過90%，一般是兩年后容值有10%-20%的遞減。MLCC在耐壓測試后損耗顯著增大主要有兩方面原因：一是電容的溫度在經(jīng)過耐壓測試后變高了，電容發(fā)熱會減小容量。二是在高電壓的測試下,陶瓷內(nèi)部微小分子單元結(jié)構(gòu)輕微發(fā)生變化(比如形成微小的電流通道),容值會出現(xiàn)變小的現(xiàn)象。

※ MLCC的失效問題

MLCC的失效問題 MLCC在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)空洞、裂紋、分層，MLCC內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可以長時間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程中引入缺陷，則會對其可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，MLCC在生產(chǎn)時可能出現(xiàn)介質(zhì)空洞、燒結(jié)紋裂、分層等缺陷。分層和空洞、裂紋為重要的MLCC內(nèi)在缺陷，這點可以通過篩選優(yōu)秀的供應(yīng)商，并對其產(chǎn)品進(jìn)行定期抽樣檢測等來保證。

※ MLCC的設(shè)計要點1

陶瓷電容器的一個潛在的缺陷是，他們具有相對較小的電容和低ESR。在頻域和時域中，這會帶來一些問題。如果它們被用作某個電源的輸入濾波電容器，則它們很容易隨輸入互連電感諧振，形成一個振蕩器。

在這些系統(tǒng)中，電源通過大互連電感連接至負(fù)載。負(fù)載通過一個開關(guān)實現(xiàn)開啟，并可能會使用陶瓷電容構(gòu)建旁路。這種旁路電容器和互連電感可以形成一個高Q諧振電路。由于負(fù)載電壓振鈴可以高達(dá)電源電壓的兩倍，因此在負(fù)載下關(guān)閉開關(guān)會形成一個過電壓狀態(tài)。這會引起意外電路故障。例如，在POE中，負(fù)載組件的額定電壓變化可以高達(dá)電壓額定電壓的兩倍。

※ MLCC的設(shè)計要點2

陶瓷電容器的另外一個潛在的缺陷是陶瓷電容器的壓電式。也就是說，當(dāng)電容器電壓變化時，其物理尺寸改變，從而產(chǎn)生可聽見的噪聲。例如，我們將這種電容器用作輸出濾波電容器時（存在大負(fù)載瞬態(tài)電流），或者在"綠色"電源中，其在輕負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)入突發(fā)模式，

這種問題的變通解決方案如下：

轉(zhuǎn)而使用更低介電常數(shù)的陶瓷材料，例如：COG等。

使用不同的電介質(zhì)，例如：薄膜等。

使用加鉛和表面貼裝技術(shù)（SMT）組件，可緊密貼合印制線路板（PWB）。

使用更小體積器件，降低電路板應(yīng)力。

使用更厚組件，降低施加電壓應(yīng)力和物理變形。

此外，貼片陶瓷電容器在做SMT加工時，存在的一個問題是：PCB彎曲時，由于電容器和PB之間存在的熱膨脹系數(shù)（TCE）錯配，它們的軟焊接頭往往會裂開。

您可以采取一些預(yù)防措施來減少這種問題的發(fā)生：

封裝尺寸限制為1210。

使電容器遠(yuǎn)離高曲率地區(qū)，例如：拐角區(qū)等。

使電容器朝向電路板短方向。

使電路板安裝點遠(yuǎn)離邊角。