贴片式多层陶瓷电容器及其应用
随着表面贴装技术（SMT ）及便携式电子产品迅猛发展，近年来开发出各种尺寸小、性能好的贴片式元器件（SMD ），贴片式多层陶瓷电容器（MLCC ）就是十分出色的贴片式元件之一。由于它有极好的性能、多种不同的品种、规格齐全、尺寸小、价格便宜，并且有可能取代铝电解电容器及钽电解电容器等特点，得到极其广泛的应用。
本文介绍MLCC 的主要参数、特性、应用指南，便于用户正确选择及应用。
工作温度范围及温度特性
根据所用介质材料的不同，MLCC 的工作温度范围及温度特性（用温度系数或电容量变化百分比来表示）如表1所示，不同介质材料的温度特性曲线分别如图1～5所示。
按美国电工协会（EIA ）标准，不同介质材料的MLCC 按温度稳定性分成三类：超稳定级（工类）的介质材料为COG 或NPO ；稳定级（II 类）的介质材料为X7R ；能用级（Ⅲ）的介质材料Y5V 。
精度等级及代码
MLCC 的精度（允差）等级分成9级，如表2所示。这里要注意的是温度稳定性类别与允差是有关的，并且其电容量的基数也不同，如表2所示。电容量数如表3所示。
COG(NPO)I类的电容量较小，一般在2200pF 以下（最大值0.1μF ）；X7RⅡ类的电容量一般在100pF ～
2.2μF 之间；Y5VⅢ类的电容量范围较大，一般为1000pF ～100μF 。
额定电压（耐压）
MLCC 有耐高压品种，JOHANSON 公司有容量10pF ～0.68μF 、耐压范
围为500～5000V 的系列。一般常用的耐压范围为10～200V （250V ），但
最常用的耐压范围是10～50V 。
这里要注意的是，耐压高电容器的容量小，如耐压达200V ，其容量
小于 3.3μF ；大容量（25～100μF ）电容器，其耐压不超过25V 。所选的电容器的额定电压必须大于最大工作电压。
尺寸及尺寸代码
MLCC 的外形非常标准，如图6所示。常用的尺寸代码如表4所示（以JOHANSON 公司16～200V 产品为例）。
某些容量大的电容器要用两个或三个电容器堆叠并联而成（最多堆叠5个）。以NIPPON CHEMI-CON 公司的THP 系列为例，共有三种形式：A 、B 、C 其外形如图7所示，尺寸如表5所示。
THP 型1～100μF 电容器的不同耐压及封装型式如表6所示。
MLCC 的主要特点
1. 等效串联电阻（ESR ）小，阻抗（Z ）低
一种低阻抗型0.1μFMLCC （X7R ）在不同频率时的ESR 及Z 的特性曲线如图8所示。从图中可以看出：在10MHz 频率左右有较低的ESR （小于0.02Ω）及Z （0.04Ω）。图9是在额定电压和电容量相同的情况下，钽电解电容器与Y5V （III 类）MLCC 在不同频率下的ESR 的比较：在0.1～10Mhz 范围内，MLCC 的ESR 要比钽电解电容器小几十倍。图10是4.7μF 的MLCC ，47μF 的铝电解电容器及10μF 的钽电解电容器在不同频率时的阻抗（Z ）比较。从图中可以看出在0.1～10MHz 范围内，4.7μF 的MLCC 远比10倍容量的铝电解电容器及2倍以上容量的钽电解电容器阻抗要小得多。因此，在高频工作条件下，它有可能取代尺寸大或价格高的铝电解电容器或钽电解电容器，并有更好的性能。
2. 额定纹波电流大
电容器的一个重要功能是用做平滑滤波器，因此额定纹波电
流大小是一个重要性能指标。在设计滤波电路中，电容器的额定
纹波电流要大于电路的最大纹波电流。由于MLCC 的ESR 小，因
此它的额定纹波电流大。这里举一个实例来说明。1500μF/25V
的铝电解电容器的额定纹波电流（100kHz 、105℃）为1.95A ，
而THC 系列15μF/25V的MLCC 的额定纹波电流是2A （电容量要
差100倍！）。这是因为MLCC 在100kHz 时的ESR 小于0.01Ω，
大电流的充、放电不会使电容器因过热而损坏。
NIPPON CHEMI-CON公司的THC 系列的额定纹波电流与电容器的尺寸代码关系如表7所示。可以看出尺寸虽小但额定纹波电流不低。
3. 品种、规格齐全
MLCC 的品种、规格齐全。有耐高压系列（500～5000V ）、EMI 滤波系列、低阻抗系列、有高精度调谐系列（RF 频段）及多个电容器阵列，适合各方面应用。
4. 尺寸小（耐压10V ）
MLCC 中0402尺寸的电容器的容量可达0.047μF(X5R)、0.1μF(Y5V)，0603尺寸的可达1μF （Y5V ），0805尺寸的可达2.2μF （Y5V ）。这对便携产品节省空间具有很大意义，而且10V
的耐压也很适合便携应
用。
5. 无极性
由于无极性，其装配更为方便。
6. 漏电流小
这里将几种电容器的ESR 及漏电流作一个比较，如表8所示。
应用领域
MLCC 可适用于各种电路，如振荡电路、定时或延时电路、耦合电路、去耦电路、平滤滤波电路、抑制高频噪声电路、旁路等。近年来还在DC/DC变换器电路、电荷泵变换器电路中得到了极其广泛的应用。这些电源电路中的工作频率已提高到1～3MHz ，在这个频率范围内MLCC 有极好的性能，它不仅减小了能量损耗、纹波电压，提高了转换频率，并且体积小，成本低（取代了钽电解），这对便携产品具有重要意义。
选用及应用指南
选择MLCC 有六个参数：电容量、耐压、介质材料、精度等级、尺寸代码及包装（与装配机械协调）。本文已介绍前五个参数，可以根据电容器在电路中的工作温度、工作电压、电路精度要求等条件，参数上述表格、资料选择合适的MLCC 。
在应用中要设计焊盘尺寸，并确定焊接工艺以保证焊接质量。这里介绍焊盘尺寸及三种不同焊接的温度特性。
MLCC 的焊盘尺寸设计可参考图11及表9。
MLCC 的焊接可采用回流焊、气相同流焊及波峰焊，其加温特性如图12～图14所示。
有少数设计者在选择电容器时提出过高的精度要求及耐压要求；时有选择电容量较偏僻的情况。这样往往会造成成本过高或延长采购周期。因此，在设计过程中应充分了解市场供应情况，以免造成生产周期的延长及生产成本的增加。
贴片式多层陶瓷电容器及其应用
随着表面贴装技术（SMT ）及便携式电子产品迅猛发展，近年来开发出各种尺寸小、性能好的贴片式元器件（SMD ），贴片式多层陶瓷电容器（MLCC ）就是十分出色的贴片式元件之一。由于它有极好的性能、多种不同的品种、规格齐全、尺寸小、价格便宜，并且有可能取代铝电解电容器及钽电解电容器等特点，得到极其广泛的应用。
本文介绍MLCC 的主要参数、特性、应用指南，便于用户正确选择及应用。
工作温度范围及温度特性
根据所用介质材料的不同，MLCC 的工作温度范围及温度特性（用温度系数或电容量变化百分比来表示）如表1所示，不同介质材料的温度特性曲线分别如图1～5所示。
按美国电工协会（EIA ）标准，不同介质材料的MLCC 按温度稳定性分成三类：超稳定级（工类）的介质材料为COG 或NPO ；稳定级（II 类）的介质材料为X7R ；能用级（Ⅲ）的介质材料Y5V 。
精度等级及代码
MLCC 的精度（允差）等级分成9级，如表2所示。这里要注意的是温度稳定性类别与允差是有关的，并且其电容量的基数也不同，如表2所示。电容量数如表3所示。
COG(NPO)I类的电容量较小，一般在2200pF 以下（最大值0.1μF ）；X7RⅡ类的电容量一般在100pF ～
2.2μF 之间；Y5VⅢ类的电容量范围较大，一般为1000pF ～100μF 。
额定电压（耐压）
MLCC 有耐高压品种，JOHANSON 公司有容量10pF ～0.68μF 、耐压范
围为500～5000V 的系列。一般常用的耐压范围为10～200V （250V ），但
最常用的耐压范围是10～50V 。
这里要注意的是，耐压高电容器的容量小，如耐压达200V ，其容量
小于 3.3μF ；大容量（25～100μF ）电容器，其耐压不超过25V 。所选的电容器的额定电压必须大于最大工作电压。
尺寸及尺寸代码
MLCC 的外形非常标准，如图6所示。常用的尺寸代码如表4所示（以JOHANSON 公司16～200V 产品为例）。
某些容量大的电容器要用两个或三个电容器堆叠并联而成（最多堆叠5个）。以NIPPON CHEMI-CON 公司的THP 系列为例，共有三种形式：A 、B 、C 其外形如图7所示，尺寸如表5所示。
THP 型1～100μF 电容器的不同耐压及封装型式如表6所示。
MLCC 的主要特点
1. 等效串联电阻（ESR ）小，阻抗（Z ）低
一种低阻抗型0.1μFMLCC （X7R ）在不同频率时的ESR 及Z 的特性曲线如图8所示。从图中可以看出：在10MHz 频率左右有较低的ESR （小于0.02Ω）及Z （0.04Ω）。图9是在额定电压和电容量相同的情况下，钽电解电容器与Y5V （III 类）MLCC 在不同频率下的ESR 的比较：在0.1～10Mhz 范围内，MLCC 的ESR 要比钽电解电容器小几十倍。图10是4.7μF 的MLCC ，47μF 的铝电解电容器及10μF 的钽电解电容器在不同频率时的阻抗（Z ）比较。从图中可以看出在0.1～10MHz 范围内，4.7μF 的MLCC 远比10倍容量的铝电解电容器及2倍以上容量的钽电解电容器阻抗要小得多。因此，在高频工作条件下，它有可能取代尺寸大或价格高的铝电解电容器或钽电解电容器，并有更好的性能。
2. 额定纹波电流大
电容器的一个重要功能是用做平滑滤波器，因此额定纹波电
流大小是一个重要性能指标。在设计滤波电路中，电容器的额定
纹波电流要大于电路的最大纹波电流。由于MLCC 的ESR 小，因
此它的额定纹波电流大。这里举一个实例来说明。1500μF/25V
的铝电解电容器的额定纹波电流（100kHz 、105℃）为1.95A ，
而THC 系列15μF/25V的MLCC 的额定纹波电流是2A （电容量要
差100倍！）。这是因为MLCC 在100kHz 时的ESR 小于0.01Ω，
大电流的充、放电不会使电容器因过热而损坏。
NIPPON CHEMI-CON公司的THC 系列的额定纹波电流与电容器的尺寸代码关系如表7所示。可以看出尺寸虽小但额定纹波电流不低。
3. 品种、规格齐全
MLCC 的品种、规格齐全。有耐高压系列（500～5000V ）、EMI 滤波系列、低阻抗系列、有高精度调谐系列（RF 频段）及多个电容器阵列，适合各方面应用。
4. 尺寸小（耐压10V ）
MLCC 中0402尺寸的电容器的容量可达0.047μF(X5R)、0.1μF(Y5V)，0603尺寸的可达1μF （Y5V ），0805尺寸的可达2.2μF （Y5V ）。这对便携产品节省空间具有很大意义，而且10V
的耐压也很适合便携应
用。
5. 无极性
由于无极性，其装配更为方便。
6. 漏电流小
这里将几种电容器的ESR 及漏电流作一个比较，如表8所示。
应用领域
MLCC 可适用于各种电路，如振荡电路、定时或延时电路、耦合电路、去耦电路、平滤滤波电路、抑制高频噪声电路、旁路等。近年来还在DC/DC变换器电路、电荷泵变换器电路中得到了极其广泛的应用。这些电源电路中的工作频率已提高到1～3MHz ，在这个频率范围内MLCC 有极好的性能，它不仅减小了能量损耗、纹波电压，提高了转换频率，并且体积小，成本低（取代了钽电解），这对便携产品具有重要意义。
选用及应用指南
选择MLCC 有六个参数：电容量、耐压、介质材料、精度等级、尺寸代码及包装（与装配机械协调）。本文已介绍前五个参数，可以根据电容器在电路中的工作温度、工作电压、电路精度要求等条件，参数上述表格、资料选择合适的MLCC 。
在应用中要设计焊盘尺寸，并确定焊接工艺以保证焊接质量。这里介绍焊盘尺寸及三种不同焊接的温度特性。
MLCC 的焊盘尺寸设计可参考图11及表9。
MLCC 的焊接可采用回流焊、气相同流焊及波峰焊，其加温特性如图12～图14所示。
有少数设计者在选择电容器时提出过高的精度要求及耐压要求；时有选择电容量较偏僻的情况。这样往往会造成成本过高或延长采购周期。因此，在设计过程中应充分了解市场供应情况，以免造成生产周期的延长及生产成本的增加。