解決MLCC電容嘯叫的4個(gè)對(duì)策

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(jià)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(shí)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(shí)，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(shí)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(dòng)。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(dòng)。

在PCB板中，由于在MLCC兩端的電極為焊接，電極間的長(zhǎng)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(dòng)。該振動(dòng)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(dòng)的頻率為可聽頻段。

嘯叫是種典型的現(xiàn)象，有怎樣的對(duì)策呢？

嘯叫不僅與電介質(zhì)材料和電容器的形狀有關(guān)，也與PCB板的尺寸和安裝狀態(tài)等有關(guān)，實(shí)際上需要進(jìn)行電容器自身的對(duì)策和布局兩方面的探討。不管怎樣，讓嘯叫完全消失是相當(dāng)難的，可采用改善到容許范圍內(nèi)的方法。

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?；旧先缬覉D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(duì)于同一電源線，如圖所示，兩面安裝相同的MLCC。兩個(gè)MLCC的振動(dòng)相反相互抵消，振動(dòng)被緩解。

③通過結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善：LW（長(zhǎng)度-寬度）逆轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

MLCC的電極間的長(zhǎng)度通常大于寬度。通過縮短電極間的長(zhǎng)度，可減輕導(dǎo)致PCB板振動(dòng)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(duì)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(dòng)。

各種對(duì)策的效果是怎么樣的？

這四個(gè)對(duì)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(duì)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。現(xiàn)實(shí)中，這些有可能是限制事項(xiàng)，有時(shí)需要權(quán)衡。

例如，雖然金屬框架型的改善效果很好，但對(duì)元器件的高度有限定時(shí)，可能無法使用。相反，如果因改善效果不錯(cuò)、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(duì)策的關(guān)系，僅供參考。

電容器制造商可以采取包括這些方法在內(nèi)的綜合嘯叫對(duì)策，所以咨詢制造商也是良策。

另外，嘯叫對(duì)于疊層陶瓷電容器自身的可靠性有不良影響嗎？例如，如果響聲不是問題，可以對(duì)響聲置之不理地繼續(xù)使用下去嗎？

嘯叫被認(rèn)為對(duì)MLCC自身沒有影響。MLCC自身的振動(dòng)非常小，僅為微米～納米級(jí)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(dòng)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(duì)可靠性并沒有特別的影響。

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審核編輯 黃昊宇