MLCC设计选型

片式多层陶瓷电容器设计选型内容提要MLCC的概念与应用领域MLCC产品分类与主要技术指标各类电子产品用MLCC的设计选型电容器的失效模式与常见故障MLCC国际间产业结构重组与变化宇阳的技术创新与发展规划1、MLCC的概念MLCC(Multi-LayerCeramicChipCapacitor)片式多层陶瓷电容器的英文缩写MLCC内部结构示意图MLCC制造工艺流程1、MLCC的应用微型化——便携式信息与通信终端的小型化、轻量化。包括移动电话、笔记本电脑、W-LAN、MP3、数码相机、摄像机等。高品质、低成本化——贱金属电极材料（BME）技术。质优价廉的计算机、通信及数字视听A&V产品迅速普及。高频/高压化——高可靠、片式化、高Q值、耐高压。适用于RF模块，电源滤波，LCD背光。1、MLCC的应用——IT及外设、网络1、MLCC的应用——通信1、MLCC的应用——数字视听（A&V）2、电容器的分类陶瓷介质类（1、2、3类）有机薄膜类（聚酯PET、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚碳酸酯PC、聚2,6萘乙烯酯PEN、聚苯硫醚PPS）电解类：钽、铝电解液、有机半导体络合盐TCNQ、导电聚合物阴极聚吡咯（PPY）\聚噻吩（PTN）其他类（云母、云母纸、空气）各类电容器的特点MLCC（1类）—微型化、高频化、超低损耗、低ESR、高稳定、高耐压、高绝缘、高可靠、无极性、低容值、低成本、耐高温。MLCC（2类）—微型化、高比容、中高压、无极性、高可靠、耐高温、低ESR、低成本。钽电解电容器—高容值、低绝缘、有极性、低耐压、高成本。铝电解电容器—超高容值、漏电流大、有极性。有机薄膜电容器—中容值、高耐压、低损耗、较稳定、无极性、高成本、耐高温性差。陶瓷介质电容器的分类1类陶瓷介质——顺电体，线性温度系数，热稳定型或热补偿型2类陶瓷介质——铁电体，非线性温度特性，高比体积电容，小型化、微型化3类陶瓷介质——阻挡层或晶界层型陶瓷，单层型圆片电容器介质1类瓷的标志代码（ANSI/EIA-198-E）(a)电容量温度系数有效位数（ppm/℃）0.00.30.80.91.01.52.23.34.77.5(b)(a)行有效数字母代码CBLAMPRSTU(c)对(a)行适用的倍数-1.0-10-100-1000-10000+1+10+100+1000+10000(d)(c)行倍数的数字代码0123456789(e)温度系数允许偏差±30±60±120±250±500±1000±2500(f)(e)行允许偏差字符代码GHJKLMN1类陶瓷介质温度系数EIA代码(简码)温度系数及其允许偏差C0G（NP0）0ppm/℃±30ppm/℃R2G(N220)-220ppm/℃±30ppm/℃U2J(N750)-750ppm/℃±120ppm/℃T3K(N4700)-4700ppm/℃±250ppm/℃M7G(P100)+100ppm/℃±30ppm/℃2类瓷的标志代码（ANSI/EIA-198-E）(a)下限类别温度/℃(b)（a）行的字母代码(c)上限类别温度/℃(d)（c）行的数字代码(e)在整个温度范围内ΔC/C极大值%(a)（e）行的字母代码+10-30-55ZYX+45+65+85+105+125+150+2002456789±1.0±1.5±2.2±3.3±4.7±7.5±10.0±15.0±22.0+22/-33+22/-56+22/-82ABCDEFPRSTUV2类陶瓷介质的温度特性X7R:ΔC/C±15%，(-55℃~125℃)X5R:ΔC/C±15%，(-55℃~85℃)Z5U:ΔC/C+22~-56%，(+10℃~+85℃)Y5V:ΔC/C+22~-82%，(-30℃~+85℃)1类瓷的标志代码（IEC60384-10、GB/T9324、JIS-C-5101-10）标称温度系数αppm/℃温度系数允许偏差ppm/℃字母代码温度系数α允许偏差+1000-33-75-150-220-330-470-750-1000-1500±30±30±30±30±30±30±60±60±120±250±250ACHLPRSTUQVGGGGGGHHJKK+140≥α≥-1000—SL—+250≥α≥-1750—UM—2类瓷的标志代码（IEC60384-10、GB/T9324、JIS-C-5101-10）温度特性组别的字母代码在上下限类别温度范围电容量的最大变化率上下限类别温度范围和对应的数字代码-55/125℃-55/85℃-40/85℃-25/85℃10/85℃123462B2C2D2E2F2R2X±10%±20%+20/-30%+22/-56%+30/-80%±15%±15%—OK———OKOKOKOK—OKOK——OKOK—OKOK——OK—OKOKOK—————OKOK——优先数系优先精度优先数系优先精度优先数系优先精度优先数系优先精度E3ZE6ME12KE24J1.02.24.7+80%～-20%1.01.52.23.34.76.8±20%1.01.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.2±10%1.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.29.1±5%E3、E6、E12、E24优先数系的电容量标称值及允许偏差MLCC电容量—交流测试电压特性MLCC电容量—直流偏置电压特性MLCC电容量老化衰减特性电容器的C/Tanδ—频率特性电容器的阻抗频率特性电容器的等效电路模型Z=R+jωL+1/jωCSRF=fs=1/2π(LC)1/2ESR=R=XC/Q=XCTanδfLC012钽电解电容器的阻抗频率特性MLCC的阻抗频率特性钽电解电容器/MLCC阻抗频率特性新型片式电容器的发展趋势MLCC率先实现片式化，适应SMT技术需求MLCC(NP0,X7R)大量取代有机电容器MLCC(NP0)大量取代云母电容器MLCC(X7R,Y5V)部分取代钽电解电容器MLCC小型化/微型化进程主流年代19801990199720022010型号规格12060805060304020201尺寸3.2mm×1.6mm2.0mm×1.25mm1.6mm×0.8mm1.0mm×0.5mm0.6mm×0.3mm面积/mm2面积比5.12100%2.4047%1.2825%0.5010%0.183.5%体积/mm3体积比6.14100%2.8847%1.0217%0.254%0.050.9%MLCC取代电解电容器的基础BME技术有效降低材料成本，扩展容值范围。MLCC(X7R,Y5V)在微型化、低ESR、高频化、高耐压、高绝缘、耐高温、高可靠、无极性方面占绝对优势。MLCC(X7R)在温度特性方面相当。MLCC(X7R,Y5V)部分取代钽、铝电解电容器用于去耦、滤波、时间常数。额定工作电压优先系列R5系列：1、1.6、2.5、4、6.3R10系列：1、1.25、1.6、2、2.5、3.2、4、5、6.3、8传统陶瓷介质电容器40V、63V、100V、160V、250V、630V、1KV、2KV、3KV、5KV、6KVMLCC（低电压小体积大容量，高频高Q，中高压高可靠）4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、100V、200V、300V、500V、630V、1KV、2KV、3KV、5KV、6KV、10KV、20KVA&V产品的需求特点DVD类MPEG-2/DTS解码及伺服电路。低电压、通用型。家用型电器产品。温度特性要求一般。低频电路。对Q值、ESR、SRF等高频特性无特殊要求。消费类电器产品。成本压力大。LCD类背光电路。耐高压、长距离跨槽装配。移动通信产品的需求特点GSM、CDMA蜂窝移动电话小型轻量化，要求微型化。GSM\DCS、CDMA\3G、BLUETOOTH、PHS、ISM等制式RF资源扩展900MHz\1.8GHz\1.9GHz\2.4GHz\5.8GHzRF电路对Q值、ESR、SRF等高频特性要求较高。个人消费类产品，温度特性要求一般。谐振回路、时间常数电路对温度特性要求较高。便携式产品二次电源低功耗要求低工作电压、高Q值。IT行业产品的需求特点全数字化电路，多层PCB板普及，表面贴装化。低频电路。对Q值、ESR、SFR等高频特性无特殊要求。通用/家用型终端产品。低电压型电路，温度特性要求一般。成本压力较大。谐振回路对温度稳定性要求较高。便携式终端产品对微型化要求较高。CRT/LCD显示器对于高压MLCC有强劲需求。3、MLCC的设计选型原则与趋势Y5V/Z5U逐渐退出高端应用领域，X7R/X5R在高性能产品的用量持续上升，并趋向于主导整个MLCC市场。0402成为主流产品尺寸规格，0201已崭露头角。电容量标称值的优先数系及允许偏差C0G——E24E12E6E3系列，J（±5%）X7R/X5R——E12E6E3系列，K（±10%）Y5V——E3系列，Z（-20%～+80%）3、IT网络产品用MLCC设计选型要点电容量标称值采用E3等优先系列。如：1.0、2.2、4.7。10pF以下规格允许使用整数标称值，如：1.0、2.0、3.0pF等。标称电容量允许偏差优选精度，并可适当降低C0G——J（±5%），X7R/X5R——K（±10%），Y5V——Z（-20%～+80%）RF电路定制品种：高Q值、低ESR、高SRF；E24系列结合整数标称值、高精度选配。低额定工作电压，降额50~70%设计，兼顾成本，就低不就高。温度特性C0G、X7R/X5R、Y5V，结合电容量标称值合理搭配。尺寸规格优选0402。注意0201新趋势。大容量品种部分取代钽电解电容器。CRT显示器/LCD显示器高压MLCC。LCD背光用MLCC：1808或1812-3KV-10~47pFJ（±5%）~K（±10%）4、电容器的失效模式λ（ｔ）ｔ初期故障領域ｍ＜1.0磨耗故障領域ｍ＞1.0偶発故障領域ｍ＝1.0Weibull分布R(t)=e-tm/t0の形状母数m4、电容器的失效模式与常见故障MLCC（2类）—SMT工艺不当导致断裂或绝缘失效；Y5V温度特性不佳导致电路故障。MLCC（1类）—RF设计选型匹配。MLCC尺寸微型化发展趋势预测MLCC尺寸规格构成比率推移图0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%1997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年比率(%)0100502010402060308051206其他MLCC尺寸规格产量推移图050010001500200025003000350040001997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年数量(亿个/年)0100502010402060308051206其他5、MLCC国际间产业结构重组与变化MLCC－产销全面进入0402时代。0402主体容量段：1R0-101-104。以日本企业为主导。产销量高。0603主体容量段：1R0-101-104。产销量高，单价低。韩国、中国大陆与台湾企业全面推进。日本企业逐步放弃。大容量105-107容量段：产销量适中，单价高。日本企业明显优势。引进并消化吸收国际最先进的产业化技术硬件与日本、美国同行间开展的联合开发与合作国内产学研方式技术合作与攻关自有专利技术自主研究开发技术创新体系（国内专业技术人才团队，国际一流研发与工艺技术支持）6、宇阳的技术基础6、宇阳的技术创新与发展BME微型MLCC材料体系与产品结构设计（价格低廉的镍、铜等贱金属电极材料）亚微米超细材料分散与相关工艺技术（纳米材料技术的前沿）还原性气氛烧结工艺（MLCC产品质优价廉的技术保证）高频高Q高压MLCC材