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[问答] 高容量MLCC测试需要注意什么?
221 MLCC 电容器
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作为一个技术支持工程师,每天遇到客户不同的技术问题,其中有些客户测量高容量MLCC时,往往未能获得规格书上列明的标称电容量,直觉是坏料或是买错货。再三仔细查问他们的测量过程时,原来忽略了这些……



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2019-8-12 08:28:25   评论 分享淘帖 邀请回答
3个回答
No.1 频率和电压
I类和II类MLCC电容的实际测量频率和电压各有不同。如I类MLCC产品,以KemetC0402C330J3GACTU为例,它的测量频率为1MHz±10%,测量交流电压为1.0±0.2Vrms。II类MLCC产品,如Samsung CL03A225MP3CRNC,它的测量测量频率为1KHz±10%,测量交流电压为 0.5 ± 0.1Vrms。      


标称电容量

测量频率

*测量电压(AC)

直流偏置

(DC Bias)

I类MLCC

≤ 1,000Pf

1MHz ± 10%

0.5〜5Vrms

(通常为1Vrms)

没有直流偏置

> 1,000pF

1KHz ± 10%

II类 MLCC

≤ 10uF

1KHz ± 10%

1.0 ± 0.2Vrms

(有些是0.5 ± 0.1Vrms)

没有直流偏置

> 10uF

120Hz ± 20%

0.5 ± 0.1Vrms
*请参阅有关电容器在网站上的规格
表一,I类和II类MLCC的测量频率和电压
2019-8-12 15:35:22 评论

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No.2 工作温度
我们常常见到不同的MLCC有不同的TCC系数(电容温度系数/Temperature Coefficient of Capacitance)。TCC是指在特定的温度内,温度每变化1℃时,电容的变化数值与该温度下的电容变化的比值。


图一,I类和II类MLCC的温度特性和随温度的电容变化
I类MLCC有较稳定的TCC表现,你会发现它的电容量随温度呈线性变化,但II类MLCC的电容器是随温度呈不规则变化,这是由于钛酸钡(BaTiO 3)的介电材料的性质。所以我们测量MLCC时必须在指定的工作温度下进行。
No.3 直流偏置
直流偏置是影响MLCC电容的重要电参数,特别是直流偏置会使II类MLCC电容随着直流电压增加而损耗。II类MLCC基于具有铁电偶极子的BaTiO3,直流偏置会限制偶极运动,导致II类MLCC介电常数和电容的降低。尽管I类MLCC的介电常数比X5R,X7R和Y5V低, 但它电容量受直流电压影响是比较稳定的。 Y5V介电常数最高,但有很严重的老化。

图二,直流偏置对MLCC影响
No.4 交流电压
由于I类MLCC以顺电材料组成,它的电容不会因交流电压转变而变化,但II类MLCC电容是随着交流电压的增加而变化。在II类MLCC中,Y5V显示交流电压的变化比X5R/X7R更严重,这是由于铁电材料的电压对极化曲线的非线性特性。

图三,10uF X7R 6.3V的电容量在不同交流电压的转变
请注意,如果过多电压施加到电容器上,有可能导致由内部电介质层的断裂而引起的短路。这持续施加过多电压直到断裂的时间性,是取决于电压多少和环境温度。
2019-8-12 15:35:34 评论

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No.5 放置时间
II类MLCC的电容量随室温中长时间放置呈对数关系减少,但I类MLCC由顺电性质的材料组成而不会有老化现象。老化本质上是可逆的,但元件的老化是不能阻止的。在MLCC的试验性能前,我们需要进行热处理。即通过在居里点以上加热(150℃至少1小时)并冷却至室温,将MLCC晶体结构恢复到其最佳的无序排列,从而实现最大电容量。

图四   不同电容的老化特性
No.6 合适的LCR测试仪
市场上大部份LCR测试仪操作简便,功能直接,能满足我们工程师对元件的检验和电子维修测试要求。但当测试高容量MLCC时,推荐选用具有ALC(自动电平控制/Automatic Level Control)功能的LCR测试仪。ALC是针对由于元件本身变化,环境引起工作点变化等,在测试电路中加入的稳定电平的电路,从而自动纠正偏移的电平回到要求的数值。B&K Precision895就是其中一款具有ALC功能的LCR测试仪。

图五,B&K Precision 895和它的测量设置菜单
通过ALC功能,您可以保持施加到被测的MLCC的测量信号到恒定电压水平。但如果没有打开ALC功能,很大可能会导致高容量MLCC读数被错误读低。
最后的结论
综上所述,大家在测试高容量MLCC性能时,请特别留意以下三点。
1)在测量前进行热处理
2)按照数据手册上的指定工作温度,电压和频率进行测试
3)推荐使用带有ALC功能的测试设备进行测试
2019-8-12 15:35:36 评论

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