測(cè)量高容量MLCC時(shí)不要忽略了這六個(gè)因素

作為一個(gè)技術(shù)支持工程師，每天遇到客戶不同的技術(shù)問(wèn)題，其中有些客戶測(cè)量高容量MLCC時(shí)，往往未能獲得規(guī)格書上列明的標(biāo)稱電容量，直覺(jué)是壞料或是買錯(cuò)貨。再三仔細(xì)查問(wèn)他們的測(cè)量過(guò)程時(shí)，原來(lái)忽略了這些……

No.1

頻率和電壓

I類和II類MLCC電容的實(shí)際測(cè)量頻率和電壓各有不同。如I類MLCC產(chǎn)品，以Kemet C0402C330J3GACTU 為例，它的測(cè)量頻率為1MHz±10%，測(cè)量交流電壓為1.0±0.2Vrms。II類MLCC產(chǎn)品，如SamsungCL03A225MP3CRNC ，它的測(cè)量測(cè)量頻率為1KHz±10%，測(cè)量交流電壓為 0.5 ± 0.1Vrms。

表一 I類和II類MLCC的測(cè)量頻率和電壓

No.2

工作溫度

我們常常見(jiàn)到不同的MLCC有不同的TCC系數(shù)（電容溫度系數(shù)/Temperature Coefficient of Capacitance）。TCC是指在特定的溫度內(nèi)，溫度每變化1℃時(shí)，電容的變化數(shù)值與該溫度下的電容變化的比值。

圖一 I類和II類MLCC的溫度特性和隨溫度的電容變化

I類MLCC有較穩(wěn)定的TCC表現(xiàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的電容量隨溫度呈線性變化，但I(xiàn)I類MLCC的電容器是隨溫度呈不規(guī)則變化，這是由于鈦酸鋇（BaTiO 3）的介電材料的性質(zhì)。所以我們測(cè)量MLCC時(shí)必須在指定的工作溫度下進(jìn)行。

No.3

直流偏置

直流偏置是影響MLCC電容的重要電參數(shù)，特別是直流偏置會(huì)使II類MLCC電容隨著直流電壓增加而損耗。II類MLCC基于具有鐵電偶極子的BaTiO3，直流偏置會(huì)限制偶極運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致II類MLCC介電常數(shù)和電容的降低。盡管I類MLCC的介電常數(shù)比X5R，X7R和Y5V低, 但它電容量受直流電壓影響是比較穩(wěn)定的。 Y5V介電常數(shù)最高，但有很嚴(yán)重的老化。

圖二 直流偏置對(duì)MLCC影響

No.4

交流電壓

由于I類MLCC以順電材料組成，它的電容不會(huì)因交流電壓轉(zhuǎn)變而變化，但I(xiàn)I類MLCC電容是隨著交流電壓的增加而變化。在II類MLCC中，Y5V顯示交流電壓的變化比X5R/X7R更嚴(yán)重，這是由于鐵電材料的電壓對(duì)極化曲線的非線性特性。

圖三 10uF X7R 6.3V的電容量在不同交流電壓的轉(zhuǎn)變

請(qǐng)注意，如果過(guò)多電壓施加到電容器上，有可能導(dǎo)致由內(nèi)部電介質(zhì)層的斷裂而引起的短路。這持續(xù)施加過(guò)多電壓直到斷裂的時(shí)間性，是取決于電壓多少和環(huán)境溫度。

No.5

放置時(shí)間

II類MLCC的電容量隨室溫中長(zhǎng)時(shí)間放置呈對(duì)數(shù)關(guān)系減少，但I(xiàn)類MLCC由順電性質(zhì)的材料組成而不會(huì)有老化現(xiàn)象。老化本質(zhì)上是可逆的，但元件的老化是不能阻止的。在MLCC的試驗(yàn)性能前，我們需要進(jìn)行熱處理。即通過(guò)在居里點(diǎn)以上加熱（150℃至少1小時(shí)）并冷卻至室溫，將MLCC晶體結(jié)構(gòu)恢復(fù)到其最佳的無(wú)序排列，從而實(shí)現(xiàn)最大電容量。

圖四 不同電容的老化特性

No.6

合適的LCR測(cè)試儀

市場(chǎng)上大部份LCR測(cè)試儀操作簡(jiǎn)便，功能直接，能滿足我們工程師對(duì)元件的檢驗(yàn)和電子維修測(cè)試要求。但當(dāng)測(cè)試高容量MLCC時(shí)，推薦選用具有ALC（自動(dòng)電平控制/Automatic Level Control）功能的LCR測(cè)試儀。ALC是針對(duì)由于元件本身變化，環(huán)境引起工作點(diǎn)變化等，在測(cè)試電路中加入的穩(wěn)定電平的電路，從而自動(dòng)糾正偏移的電平回到要求的數(shù)值。B&K Precision895就是其中一款具有ALC功能的LCR測(cè)試儀。

圖五 B&K Precision 895和它的測(cè)量設(shè)置菜單

通過(guò)ALC功能，您可以保持施加到被測(cè)的MLCC的測(cè)量信號(hào)到恒定電壓水平。但如果沒(méi)有打開(kāi)ALC功能，很大可能會(huì)導(dǎo)致高容量MLCC讀數(shù)被錯(cuò)誤讀低。

最后的結(jié)論

綜上所述，大家在測(cè)試高容量MLCC性能時(shí)，請(qǐng)?zhí)貏e留意以下三點(diǎn)。

1)在測(cè)量前進(jìn)行熱處理

2)按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上的指定工作溫度，電壓和頻率進(jìn)行測(cè)試

3)推薦使用帶有ALC功能的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試