MLCC簡介
MLCC是片式多層陶瓷電容器英文縮寫。主要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；***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)。
按照溫度特性、材質(zhì)、生產(chǎn)工藝。MLCC可以分成如下幾種：NPO、COG、Y5V、Z5U、X7R、X5R等。NPO、COG溫度特性平穩(wěn)、容值小、價(jià)格高；Y5V、Z5U溫度特性大、容值大、價(jià)格低；X7R、X5R則介于以上兩種之間。
按材料SIZE大小來分。大致可以分為3225、3216、2012、1608、1005、0603、0402數(shù)值越大。SIZE就更寬更厚。目前常用的最多為3225最小為0402。
目前在便攜產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的片式多層陶瓷電容器（MLCC）材料根據(jù)溫度特性，主要可分為兩大類：BME化的C0G產(chǎn)品和LOWESR選材的X7R（X5R）產(chǎn)品。
MLCC產(chǎn)品的主要特點(diǎn)
1、等效串聯(lián)電阻小，阻抗低
在0.1-10MHz范圍內(nèi)，4.7μF的MLCC遠(yuǎn)比10倍容量的鋁電解電容器及2倍以上容量的鉭電解電容器阻抗要小得多，因此，在高頻工作條件下，它有可能取代尺寸大或價(jià)格高的鋁電解電容器或鉭電解電容器，并有更好的性能。
2、額定紋波電流大
電容器的一個(gè)重要功能是用做平滑濾波器，因此額定紋波電流大小是一個(gè)重要性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)濾波電路中，電容器的額定紋波電流要大于電路的最大紋波電流。由于MLCC的ESR小，因此它的額定紋波電流大，大電流的充、放電不會使電容器因過熱而損壞。
3、品種、規(guī)格齊全
MLCC的品種、規(guī)格齊全。有耐高壓系列（500～5000V）、EMI濾波系列、低阻抗系列、有高精度調(diào)諧系列（RF頻段）及多個(gè)電容器陣列，適合各方面應(yīng)用。
4、尺寸小
MLCC中0402尺寸的電容器的容量可達(dá)0.047μF（X5R）、0.1μF（Y5V），0603尺寸的可達(dá)1μF（Y5V），0805尺寸的可達(dá)2.2μF（Y5V）。這對便攜產(chǎn)品節(jié)省空間具有很大意義，而且10V的耐壓也很適合便攜應(yīng)用。
5.無極性
由于無極性，其裝配將會更加方便。
MLCC選型要素解析
MLCC的選型過程中：首先MLCC參數(shù)要滿足電路要求，其次就是參數(shù)與介質(zhì)是否能讓系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)；再次，來料MLCC是否存在不良品，可靠性如何；最后，價(jià)格是否有優(yōu)勢，供應(yīng)商配合是否及時(shí)。許多設(shè)計(jì)工程師不重視無源元件，以為僅靠理論計(jì)算出參數(shù)就行，其實(shí)，MLCC的選型是個(gè)復(fù)雜的過程，并不是簡單的滿足參數(shù)就可以的。
選型要素：
參數(shù)：電容值、容差、耐壓、使用溫度、尺寸
材質(zhì)
直流偏臵效應(yīng)
失效
價(jià)格與供貨
不同介質(zhì)性能決定了MLCC不同的應(yīng)用：
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電容器溫度特性最差，但容量大，可取代低容鋁電解電容MLCC常用的有C0G（NP0）、X7R、Z5U、Y5V等不同的介質(zhì)規(guī)格，不同的規(guī)格有不同的特點(diǎn)和用途。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是一種最常用的具有溫度補(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)損耗最穩(wěn)定，使用溫度范圍也最寬，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。
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。
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)損耗最大為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電容器有最大的電容量，但它的電容量受環(huán)境和工作條件影響較大，它的老化率也是最大，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。
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)損耗最大為5%。Y5V材質(zhì)的電容，溫度特性不強(qiáng)，溫度變化會造成容值大幅變化，在-30℃到85℃范圍內(nèi)其容量變化可達(dá)+22%到-82%，Y5V會逐漸被溫度特性好的X7R、X5R所取代。各種不同材質(zhì)的比較從C0G到Y(jié)5V，溫度特性、可靠性依次遞減，成本也依次減低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最大，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，能夠做出來的最大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。
MLCC替代電解電容Z5U、Y5VMLCC可取代低容量鋁、鉭電解電容器取代電解電容要注意MLCC溫度特性是否合適。
英制與公制不能混用
與鋁電解電容，鉭電容相比，MLCC具有無極、ESR特性值小、高頻特性好等優(yōu)勢，而且MLCC正在朝小體積、大容量化發(fā)展，如Y5V可以做到較高的容量，通常1206表面貼裝Z5U、Y5V介質(zhì)電容器量甚至可以達(dá)到100μF，在某種意義上是取代低容量鋁、鉭電解電容器的有力競爭對手，但是也要注意這些電容的尺寸比較大，容易產(chǎn)生裂紋。另外，Y5V的MLCC最高溫度只有85度，取代電解電容時(shí)要注意溫度是否合適。
MLCC的尺寸是用一組數(shù)字來表示，例如0402、0603。表示方法有兩種，一種是英制表示法，一種是公制表示法。美國的廠家用英制，日本廠家基本上都用公制的，而國內(nèi)廠家有用英制表示的也有用公制表示的，所以要特別注意規(guī)格表中標(biāo)號對照尺寸的單位是英寸還是毫米。
國內(nèi)工程師一般習(xí)慣使用英制表示，但是也要注意工程師與采購之間要統(tǒng)一認(rèn)識，要用公制都用公制，用英制都用英制，避免發(fā)生誤會，例如說到0603，英制和公制表示里都有0603，但實(shí)際尺寸差別很大。MLCC的直流偏臵效應(yīng)
直流偏臵效應(yīng)會引起電容值改變小尺寸電容取代大尺寸電容不簡單
記住向供應(yīng)商索要系統(tǒng)最常用電壓的綜合曲線
在選擇MLCC時(shí)還必須考慮到它的直流偏臵效應(yīng)。電容選擇不正確可能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。直流偏臵效應(yīng)通常出現(xiàn)在鐵電電介質(zhì)（2類）電容中，如X5R、X7R、及Y5V類電容。設(shè)計(jì)人員在考慮無源器件時(shí)，他們會想到考量電容的容差，這在理論上是對的，陶瓷電容的容差是在1kHz頻率、1Vrms或0.5Vrms電壓下規(guī)定/測試的，但實(shí)際應(yīng)用的條件差異非常大。在較低的rms電壓下，電容額定值要小得多。在某一特定頻率下，在一個(gè)陶瓷電容上加直流偏臵電壓會改變這些元件的特性，故有“有源的無源器件（activepassives）”之稱。例如，一個(gè)10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏臵1.8V時(shí)測量值可能只有4μF。
陶瓷電容的基本計(jì)算公式如下：C=K×［（S×n）/t］
這里，C=電容量，K=介電常數(shù)，n=介電層層數(shù)，S=電極面積，t=介電層厚度
影響直流偏臵的因子有介電常數(shù)、介電層厚度、額定電壓的比例因子，以及材料的晶粒度。
容上的電場使內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“極化”，引起K常數(shù)的暫時(shí)改變，不幸的是，是變小。電容的外殼尺寸越小，由直流偏臵引起的電容量降量百分比就越大。若外殼尺寸一定，則直流偏臵電壓越大，電容量降量百分比也越大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員為節(jié)省空間用0603電容代替0805電容時(shí)，必須相當(dāng)謹(jǐn)慎。
因此，請記住應(yīng)該向廠商索取在應(yīng)用的預(yù)定直流偏臵電壓下的電容值曲線。電容器生產(chǎn)商往往喜歡出示單獨(dú)的曲線，如電容量隨溫度的變化曲線，另一條是電容量隨直流偏臵的變化曲線。不過，他們不會同時(shí)給出兩條，但實(shí)際應(yīng)用恰恰需要兩條。應(yīng)該記住向生產(chǎn)廠商索要系統(tǒng)最常用電壓的綜合曲線。檢測時(shí)容量不正常，MLCC的長時(shí)間放臵會導(dǎo)致特性值的降低檢測方法不當(dāng)也會引起容量偏差。
對于剛?cè)胄械牟少徎蛘哌x型工程師來說，可能會經(jīng)常遇到檢測時(shí)容量偏差的問題，要么是不良品，要么是因?yàn)镸LCC的長時(shí)間放臵導(dǎo)致特性值的降低，可以使用燒結(jié)的方法恢復(fù)特性值。
搬運(yùn)與儲存時(shí)要注意防潮，Y5V與X7R產(chǎn)品存放時(shí)間太長，容量變化較大。MLCC測試容量時(shí)，檢測方法要正確，容量會因檢測設(shè)備的不同而有偏差。
MLCC的失效問題
MLCC在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)空洞、裂紋、分層組裝過程中會引起哪些失效？哪些過程會引起失效？有的裂紋很難檢測出來
MLCC內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可以長時(shí)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(shí)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(diǎn)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。
另一種就是組裝時(shí)引入的缺陷，缺陷主要來自機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。MLCC的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。所以PCB板的彎曲也容易引起MLCC開裂。由于MLCC是長方體，焊端在短邊，PCB發(fā)生形變時(shí)，長邊承受應(yīng)力大于短邊，容易發(fā)生裂紋。所以，排板時(shí)要考慮PCB板的變形方向與MLCC的安裝方向。在PCB可能產(chǎn)生較大形變的地方都盡量不要放臵電容，比如PCB定位鉚接、單板測試時(shí)測試點(diǎn)機(jī)械接觸等位臵都容易產(chǎn)生形變。
厚的PCB板彎曲小于薄的PCB板，所以使用薄PCB板時(shí)更要注意形變問題常見應(yīng)力源有：工藝過程中電路板操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；通孔元器件的插入；電路測試、單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿45℃角向器件內(nèi)部擴(kuò)展。該類缺陷也是實(shí)際發(fā)生最多的一種類型缺陷。
同樣材質(zhì)、尺寸和耐壓下的MLCC，容量越高，介質(zhì)層數(shù)就越多，每層也越薄，并且相同材質(zhì)、容量和耐壓時(shí)，尺寸小的電容每層介質(zhì)更薄，越容易斷裂。裂紋的危害是漏電，嚴(yán)重時(shí)引起內(nèi)部層間錯(cuò)位短路等安全問題。裂紋通常可以使用ICT設(shè)備完成檢測，有的裂紋比較隱蔽，無法保證100%的檢測效果。溫度沖擊裂紋主要由于器件在焊接特別是波峰焊時(shí)承受溫度沖擊所致。焊接時(shí)MLCC受熱不均，容易從焊端開始產(chǎn)生裂紋，大尺寸MLCC尤其如此。這是因?yàn)榇蟪叽绲碾娙輰?dǎo)熱沒有小尺寸的好，造成電容受熱不均，膨脹幅度不同，從而產(chǎn)生破壞性應(yīng)力。另外，在MLCC焊接過后的冷卻過程中，MLCC和PCB的膨脹系數(shù)不同，也會產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致裂紋。相對于回流焊，波峰焊時(shí)這種失效會大大增加。要避免這個(gè)問題，回流焊、波峰焊時(shí)需要有良好的焊接溫度曲線，一般器件工藝商都會提供相關(guān)的建議曲線。通過組裝良品率的積累和分析，可以得到優(yōu)化的溫度曲線。
IBIS模型是一種基于V/I曲線對I/OBUFFER快速準(zhǔn)確建模方法，是反映芯片驅(qū)動和接收電氣特性一種國際標(biāo)準(zhǔn)，它提供一種標(biāo)準(zhǔn)文件格式來記錄如驅(qū)動源輸出阻抗、上升/下降時(shí)間及輸入負(fù)載等參數(shù)，非常適合做振蕩和串?dāng)_等高頻效應(yīng)計(jì)算與仿真。
IBIS本身只是一種文件格式，它說明在一標(biāo)準(zhǔn)IBIS文件中如何記錄一個(gè)芯片驅(qū)動器和接收器不同參數(shù)，但并不說明這些被記錄參數(shù)如何使用，這些參數(shù)需要由使用IBIS模型仿真工具來讀取。欲使用IBIS進(jìn)行實(shí)際仿真，需要先完成四件工作：獲取有關(guān)芯片驅(qū)動器和接收器原始信息源；獲取一種將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IBIS格式方法；提供用于仿真可被計(jì)算機(jī)識別布局布線信息；提供一種能夠讀取IBIS和布局布線格式并能夠進(jìn)行分析計(jì)算軟件工具。
IBIS模型優(yōu)點(diǎn)可以概括為：在I/O非線性方面能夠提供準(zhǔn)確模型，同時(shí)考慮了封裝寄生參數(shù)與ESD結(jié)構(gòu)；提供比結(jié)構(gòu)化方法更快仿真速度；可用于系統(tǒng)板級或多板信號完整性分析仿真?？捎肐BIS模型分析信號完整性問題包括：串?dāng)_、反射、振蕩、上沖、下沖、不匹配阻抗、傳輸線分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。IBIS尤其能夠?qū)Ω咚僬袷幒痛當(dāng)_進(jìn)行準(zhǔn)確精細(xì)仿真，它可用于檢測最壞情況上升時(shí)間條件下信號行為及一些用物理測試無法解決情況；模型可以免費(fèi)從半導(dǎo)體廠商處獲取，用戶無需對模型付額外開銷；兼容工業(yè)界廣泛仿真平臺。
IBIS模型核由一個(gè)包含電流、電壓和時(shí)序方面信息列表組成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非會聚是SPICE模型和仿真器一個(gè)問題，而在IBIS仿真中消除了這個(gè)問題。實(shí)際上，所有EDA供應(yīng)商現(xiàn)在都支持IBIS模型，并且它們都很簡便易用。大多數(shù)器件IBIS模型均可從互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)獲得?？梢栽谕粋€(gè)板上仿真幾個(gè)不同廠商推出器件。
中國MLCC行業(yè)市場發(fā)展概況
據(jù)立木信息咨詢發(fā)布的《中國MLCC行業(yè)調(diào)研與投資前景研究報(bào)告（2018版）》顯示：縱覽整條MLCC產(chǎn)業(yè)鏈，上游為原材料環(huán)節(jié)，包含兩類主要的原料，一類是MLCC陶瓷粉，主要集中在日本、韓國和***，另一類是構(gòu)成內(nèi)電極與外電極的金屬，主要集中在國內(nèi)；中游為器件制造環(huán)節(jié)，日韓臺的產(chǎn)品市占率較高；下游主要受消費(fèi)電子、工業(yè)，通信等應(yīng)用領(lǐng)域需求驅(qū)動，未來汽車領(lǐng)域與可轉(zhuǎn)換能源領(lǐng)域同樣有望成為新生增長點(diǎn)。
高端MLCC產(chǎn)品存在技術(shù)壁壘，國產(chǎn)MLCC器件加工精度尚存差距。工藝過程主要是將印制電極的陶瓷介質(zhì)膜片錯(cuò)位堆疊，一次性高溫?zé)Y(jié)形成后，在兩端封金屬層。MLCC海外領(lǐng)先企業(yè)目前已可以實(shí)現(xiàn)800-1000層的量產(chǎn)水平，介質(zhì)厚度接近1微米，而國內(nèi)企業(yè)MLCC量產(chǎn)產(chǎn)品普遍在300層左右，介質(zhì)厚度為3微米，加工精度方面與日韓等領(lǐng)先企業(yè)尚存差距。
當(dāng)前高端MLCC產(chǎn)能主要集中于村田、三星電機(jī)、太陽誘電、TDK等日韓領(lǐng)先企業(yè)手中。從全球出貨數(shù)量看，MLCC主要面向手機(jī)、音視頻設(shè)備、PC等消費(fèi)電子領(lǐng)域。消費(fèi)電子領(lǐng)域經(jīng)歷了數(shù)碼音視頻設(shè)備滲透、PC市場快速成長，智能手機(jī)普及等三波浪潮后，MLCC在消費(fèi)電子領(lǐng)域出貨量占比已達(dá)70%。
高端MLCC的需求主要來自于兩方面，其一是智能手機(jī)產(chǎn)品對微小化MLCC的需求，其二是汽車應(yīng)用場景下對高容MLCC的需求。全球智能手機(jī)用超小型MLCC需求量將從2016年的3763億顆增長到2020年的6325億顆，年復(fù)合增長率為13.9%。
汽車應(yīng)用場景下對高容MLCC的需求，我們根據(jù)每年各類型汽車的銷量和不同車型所需的MLCC數(shù)量來測算汽車應(yīng)用場景下對高容MLCC的需求量，2016年至2019年，汽車市場對高容MLCC的需求量分別為3495億顆、3787億顆、4267億顆、4582億顆。