При создании многослойных керамических конденсаторов (MLCC) инженеры-электрики часто выбирают два типа диэлектрика в зависимости от применения: класс 1, диэлектрики из несегнетоэлектрических материалов, такие как C0G/NP0, и класс 2, диэлектрики из сегнетоэлектрических материалов, такие как X5R и X7R.Ключевое различие между ними заключается в том, сохраняет ли конденсатор при повышении напряжения и температуры хорошую стабильность.Для диэлектриков класса 1 емкость остается стабильной при приложении постоянного напряжения и повышении рабочей температуры;Диэлектрики класса 2 имеют высокую диэлектрическую проницаемость (К), но емкость менее стабильна при изменении температуры, напряжения, частоты и во времени.
Хотя емкость можно увеличить за счет различных конструктивных изменений, таких как изменение площади поверхности слоев электродов, количества слоев, значения K или расстояния между двумя слоями электродов, емкость диэлектриков класса 2 в конечном итоге резко упадет, когда подается напряжение постоянного тока.Это связано с наличием явления, называемого смещением постоянного тока, которое приводит к тому, что сегнетоэлектрические составы класса 2 в конечном итоге испытывают падение диэлектрической проницаемости при приложении напряжения постоянного тока.
Для более высоких значений K диэлектрических материалов эффект смещения постоянного тока может быть еще более серьезным: конденсаторы потенциально теряют до 90% или более своей емкости, как показано на диаграмме.
Диэлектрическая прочность материала, то есть напряжение, которое может выдержать материал данной толщины, также может изменить влияние смещения постоянного тока на конденсатор.В США электрическая прочность обычно измеряется в вольт/мил (1 мил равен 0,001 дюйма), в других странах она измеряется в вольт/микрон и определяется толщиной диэлектрического слоя.В результате разные конденсаторы с одинаковой емкостью и номинальным напряжением могут работать существенно по-разному из-за разной внутренней структуры.
Стоит отметить, что когда приложенное напряжение превышает диэлектрическую прочность материала, через материал будут проходить искры, что приведет к потенциальному возгоранию или небольшому риску взрыва.
Практические примеры того, как генерируется смещение постоянного тока
Если мы рассмотрим изменение емкости из-за рабочего напряжения в сочетании с изменением температуры, то мы обнаружим, что потери емкости конденсатора будут больше при конкретной температуре применения и напряжении постоянного тока.Возьмем, к примеру, MLCC из X7R с емкостью 0,1 мкФ, номинальным напряжением 200 В постоянного тока, количеством внутренних слоев 35 и толщиной 1,8 мил (0,0018 дюйма или 45,72 микрона). Это означает, что при работе при 200 В постоянного тока диэлектрик Слой испытывает напряжение всего 111 вольт/мил или 4,4 вольт/микрон.По приблизительным расчетам, венчурная капитализация составит -15%.Если температурный коэффициент диэлектрика составляет ±15%ΔC, а ВК составляет -15%ΔC, то максимальное значение TVC составляет +15–30%ΔC.
Причина такого изменения кроется в кристаллической структуре используемого материала класса 2 – в данном случае титаната бария (BaTiO3).Этот материал имеет кубическую кристаллическую структуру при достижении температуры Кюри или выше.Однако когда температура возвращается к температуре окружающей среды, возникает поляризация, поскольку понижение температуры приводит к изменению структуры материала.Поляризация происходит без какого-либо внешнего электрического поля или давления, и это известно как спонтанная поляризация или сегнетоэлектричество.Когда к материалу прикладывается постоянное напряжение при температуре окружающей среды, спонтанная поляризация связана с направлением электрического поля постоянного напряжения, и происходит изменение спонтанной поляризации на противоположное, что приводит к уменьшению емкости.
В настоящее время, даже несмотря на наличие различных инструментов проектирования для увеличения емкости, емкость диэлектриков класса 2 по-прежнему значительно снижается при приложении постоянного напряжения из-за присутствия явления смещения постоянного тока.Следовательно, чтобы обеспечить долгосрочную надежность вашего приложения, при выборе MLCC необходимо учитывать влияние смещения постоянного тока на компонент в дополнение к номинальной емкости MLCC.
Компания Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., основанная в 2010 году, является профессиональным производителем, специализирующимся на машинах для захвата и размещения SMT, печах для оплавления, машинах для трафаретной печати, производственных линиях SMT и других продуктах SMT.У нас есть собственная команда исследований и разработок и собственная фабрика, мы используем собственный богатый опыт исследований и разработок, хорошо обученное производство и завоевали отличную репутацию среди клиентов по всему миру.
Мы верим, что отличные люди и партнеры делают NeoDen великой компанией, и что наша приверженность инновациям, разнообразию и устойчивому развитию гарантирует, что автоматизация SMT доступна каждому любителю во всем мире.
Время публикации: 05 мая 2023 г.