MLCC電容嘯叫的機(jī)理及解決方案

嘯叫是指聽到來自PCB板的類似“嘰”或“吱”聲音的現(xiàn)象。例如，聽說有的便攜設(shè)備用的廉價充電器發(fā)出相當(dāng)大的嘯叫音。

可能有些設(shè)備或環(huán)境即使產(chǎn)生了嘯叫也未注意到，或者是不在意的現(xiàn)象，但如果在就寢時的安靜環(huán)境中，應(yīng)該可以注意到便攜設(shè)備充電器等的嘯叫聲。另外，音頻設(shè)備等聽到在播放聲音之外的聲音就是比較嚴(yán)重的問題了。

首先，講解一下嘯叫的機(jī)理：

高介電常數(shù)的陶瓷電容器具有給電介質(zhì)施加電壓時，電介質(zhì)變形（失真）的特性。這是壓電效應(yīng)的相反現(xiàn)象，被稱為“逆壓電效應(yīng)”。此外，有時也將具有這種特性表達(dá)為“壓電性”或“逆壓電性”。如果施加的是DC電壓，則僅產(chǎn)生相應(yīng)的失真，而如果是有振幅的電壓，則使MLCC周期性地變形并引起PCB板振動。如果其頻率是可聽頻段20Hz～20kHz，就可聽到聲音。

從開關(guān)電源考慮，輸出電壓是DC，包括開關(guān)頻率引起的紋波電壓。輸出紋波誘發(fā)被用作輸出電容器的MLCC的振 動。

在PCB板中，由于在MLCC兩端的電極為焊接，電極間的長度方向的變形（圖中藍(lán)色的雙箭頭）使PCB板表面（圖中黃綠色的雙箭頭）變形，如此反復(fù)導(dǎo)致振動。該振動通過PCB板的傳導(dǎo)被放大，成為人耳能聽到的程度的音壓是嘯叫。當(dāng)然，條件是振動的頻率為可聽頻段。

嘯叫是種典型的現(xiàn)象，有怎樣的對策呢？

①通過材料進(jìn)行改善
開發(fā)出使用了逆壓電效應(yīng)很低、即變形較小的電介質(zhì)材料的MLCC。基本上如右圖所示，低介電常數(shù)材料的失真更低。例如，有LD（Low Distortion）系列等可降低嘯叫的產(chǎn)品群。

②通過電路板設(shè)計(jì)進(jìn)行改善
這是PCB板方面的改善。例如，對于同一電源線，如圖所示，兩面安裝相同的MLCC。兩個MLCC的振動相反相互抵消，振動被緩解。

③通過結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善：LW（長度-寬度）逆轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)
MLCC的電極間的長度通常大于寬度。通過縮短電極間的長度，可減輕導(dǎo)致PCB板振動的電極間的變形。如圖所示，準(zhǔn)備了寬度較電極間寬的類型的MLCC。圖中稱為“RGC”的是逆轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)型。

④通過結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善：金屬框架型
在彎曲應(yīng)力的對策中提過的金屬框架型MLCC也有助于改善嘯叫。從結(jié)構(gòu)立刻可以想象到，金屬框架吸收MLCC的振動。

各種對策的效果是怎么樣的？

這四個對策之中，可以預(yù)期金屬框架有很好的效果?？丛囼?yàn)數(shù)據(jù)就一目了然了。從以下數(shù)據(jù)可以看出，金屬框架型與標(biāo)準(zhǔn)品相比，最大可改善約30dB的音壓。

關(guān)于嘯叫的對策，要注意的地方:

嘯叫如前面所提到的，不僅與MLCC的材料和形狀有關(guān)也與PCB板和安裝有關(guān)，因此有些情況需要從不同的角度來多方研究。不僅是改善效果的大小，為了改善嘯叫有可能要變更PCB板布局和元器件?，F(xiàn)實(shí)中，這些有可能是限制事項(xiàng)，有時需要權(quán)衡。
例如，雖然金屬框架型的改善效果很好，但對元器件的高度有限定時，可能無法使用。相反，如果因改善效果不錯、可解決高度問題而采用LW逆轉(zhuǎn)型，則需要變更布線模式和布局。下表總結(jié)了這些限制事項(xiàng)與對策的關(guān)系，僅供參考。

嘯叫被認(rèn)為對MLCC自身沒有影響。MLCC自身的振動非常小，僅為微米～納米級別。相比之下，利用壓電效應(yīng)的壓電蜂鳴器和陶瓷振蕩器等，是積極的利用了高達(dá)幾十倍振動的產(chǎn)品，具有充分的可靠性。從這點(diǎn)看也可以理解MLCC的逆壓電效應(yīng)對可靠性并沒有特別的影響。

審核編輯：湯梓紅