PCB設(shè)計(jì)中的器件封裝問題分享

　　MLCC溫度特性由 EIA 規(guī)格與 JIS 規(guī)格等制定。分類表，如上圖所示，5U/Y5V 、Z5U/Z5V 也已經(jīng)改為歸為第二類，其實(shí)也很多場景不再使用。所以，通用 MLCC 大致可分為 I 類（低電容率系列、順電體）和 II 類（高電容率系列、鐵電體）兩類。

　　一類為溫度補(bǔ)償類 NP0 電介質(zhì)這種電容器電氣性能穩(wěn)定，基本上不隨溫度、電壓、時(shí)間的改變，屬超穩(wěn)定型、低損耗電容材料類型，適用在對穩(wěn)定性、可靠性要求較高的高頻、特高頻、甚高頻電路中。

　　二類包括 X5R、X8R、X6S、Y5V 等，主材均是鈦酸鋇，只是添加的貴金屬不一樣。X7R 電介質(zhì)由于 X7R 是一種強(qiáng)電介質(zhì)，因而能制造出容量比 NPO 介質(zhì)更大的電容器。這種電容器性能較穩(wěn)定，隨溫度、電壓時(shí)間的改變，其特有的性能變化并不顯著，屬穩(wěn)定電容材料類型，使用在隔直、耦合、傍路、濾波電路及可靠性要求較高的中高頻電路中。Y5V 電介質(zhì)這種電容器具有較高的介電常數(shù)，常用于生產(chǎn)比容較大、標(biāo)稱容量較高的大容量電容器產(chǎn)品。但其容量穩(wěn)定性較 X7R 差，容量、損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，主要用在電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波及旁路電路中。

　　MLCC 常用的規(guī)格有 C0G（NP0）、X7R、Z5U、Y5V 等，不同的規(guī)格有不同的特點(diǎn)和用途。

　　C0G 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(diǎn)是小尺寸和低成本，尤其適合應(yīng)用于去耦電路

　　Y5V 電容器溫度特性差，但容量大，可取代低容鋁電解電容

　　C0G、X7R、Z5U 和 Y5V 的主要區(qū)別是它們的填充介質(zhì)不同。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(shí)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。

　　C0G（NP0）電容器

　　C0G 是一種常用的具有溫度補(bǔ)償特性的 MLCC。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。C0G 電容量和介質(zhì)損耗穩(wěn)定，使用溫度范圍也寬，在溫度從 -55℃到+125℃時(shí)容量變化為 0±30ppm/℃，電容量隨頻率的變化小于±0.3ΔC。C0G 電容的漂移或滯后小于±0.05%，相對大于±2%的薄膜電容來說是可以忽略不計(jì)的。其典型的容量相對使用壽命的變化小于±0.1%。

　　C0G 電容器隨封裝形式不同其電容量和介質(zhì)損耗隨頻率變化的特性也不同，大封裝尺寸的要比小封裝尺寸的頻率特性好。C0G 電容器適合用于振蕩器、諧振器的旁路電容，以及高頻電路中的耦合電容。

　　下圖中，為 1206 封裝、C0G 溫度特性、25V 耐壓、0.22μF 電容的電容值隨溫度的變化曲線。在全部規(guī)格要求的溫度范圍之類，電容的值為 0.21996μF， 0.22016μF，誤差非常小。

　　X7R 電容器

　　X7R 電容器被稱為溫度穩(wěn)定型陶瓷電容器。X7R 電容器溫度特性次于 C0G，當(dāng)溫度在 -55℃到+125℃時(shí)其容量變化為 15%，需要注意的是此時(shí)電容器容量變化是非線性的。

　　X7R 電容器的容量在不同的電壓和頻率條件下也是不同的，它隨時(shí)間的變化而變化，大約每 10 年變化 1%ΔC，表現(xiàn)為 10 年變化了約 5%。

　　X7R 電容器主要應(yīng)用于要求不高的工業(yè)應(yīng)用，并且電壓變化時(shí)其容量變化在可以接受的范圍內(nèi)，X7R 的主要特點(diǎn)是在相同的體積下電容量可以做的比較大。

　　X5R 與 X7R 主要是上限溫度沒有那么高，也是大量被使用。

　　為 1206 封裝、X7R 溫度特性、25V 耐壓、0.22μF 電容的電容值隨溫度的變化曲線。在全部規(guī)格要求的溫度范圍之類，電容的值為 0.204μF， 0.224μF，誤差相對 C0G 大了一個(gè)數(shù)量級，但是溫度特性表現(xiàn)還是非常不錯(cuò)的。

　　Z5U 電容器

　　Z5U 電容器稱為“通用”陶瓷單片電容器。這里要注意的是 Z5U 使用溫度范圍在+10℃到+85℃之間，容量變化為+22%到 -56%，介質(zhì)損耗為 4%。Z5U 電容器主要特點(diǎn)是它的小尺寸和低成本。對于上述兩種 MLCC 來說在相同的體積下，Z5U 電容器有的電容量，但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率也是，可達(dá)每 10 年下降 5%。

　　盡管它的容量不穩(wěn)定，由于它具有小體積、等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）低、良好的頻率響應(yīng)等特點(diǎn)，使其具有廣泛的應(yīng)用范圍，尤其是在去耦電路中的應(yīng)用。

　　在一些廠家的已經(jīng)找不到相應(yīng)的選型規(guī)格。下圖為 NP0、X7R、Y5V、Z5U 的溫度特性對比曲線。

　　Y5V 電容器

　　Y5V 電容器是一種有一定溫度限制的通用電容器，Y5V 介質(zhì)損耗為 5%。Y5V 材質(zhì)的電容，溫度穩(wěn)定性不好，溫度變化會(huì)造成容值大幅變化，設(shè)計(jì)時(shí)候一定要考慮到，在 -30℃到 85℃范圍內(nèi)其容量變化可達(dá)+22%到 -82%，Y5V 會(huì)逐漸被溫度特性好的 X7R、X5R 所取代。在一些廠家的已經(jīng)找不到相應(yīng)的選型規(guī)格。下圖為網(wǎng)友實(shí)測數(shù)據(jù)。

　　C0G、X7R、Z5U、Y5V 的溫度特性、可靠性依次遞減，成本也是依次減低的。在選型時(shí)，如果對工作溫度和溫度系數(shù)要求很低，可以考慮用 Y5V 的，但是一般情況下要用 X7R，要求更高時(shí)必須選擇 C0G 的。一般情況下，MLCC 都設(shè)計(jì)成使 X7R、Y5V 材質(zhì)的電容在常溫附近的容量，容量相對溫度的變化軌跡是開口向下的拋物線，隨著溫度上升或下降，其容量都會(huì)下降。

　　并且 C0G、X7R、Z5U 、Y5V 介質(zhì)的介電常數(shù)也是依次減少的，所以，同樣的尺寸和耐壓下，能夠做出來的容量也是依次減少的。實(shí)際應(yīng)用中很多公司的開發(fā)設(shè)計(jì)工程師按理論計(jì)算，而不了解 MLCC 廠家的實(shí)際生產(chǎn)狀況，常常列出一些很少生產(chǎn)甚至不存在的規(guī)格，這樣不但造成采購成本上升而且影響交期。比如想用 0603/C0G/25V/3300pF 的電容，但是 0603/C0G/25V 的 MLCC 一般只做到 1000pF。