Многослойные керамические конденсаторы MLCC (MultiLayer Chip Capacitors) для поверхностного монтажа

Конструкция, материалы и особенности MLCC

Обычно конденсатор представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух пластин-электродов и слоя диэлектрика между ними (рисунок 1).

Ёмкость такого конденсатора будет прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между электродами.

В MLCC используется многослойная структура, состоящая из чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических пленочных электродов (рисунок 2). На краях металлические электроды соединяются и образуют торцевые выводы, которые покрываются оловом. Таким образом получается параллельное соединение простейших конденсаторов, количество которых пропорционально числу слоёв. При этом увеличивается общая площадь, а значит – и повышается ёмкость. Итоговая емкость MLCC будет равна сумме емкостей простейших конденсаторов. Например для X7R MLCC с номинальным напряжением 100 В типоразмера 1812 возможно 39-кратное увеличение емкости по сравнению с ЧИП-танталовым конденсатором.

Характеристики MLCC определяются типом используемого диэлектрика. По типу диэлектрика MLCC делят на два класса (таблица 1).

Таблица 1. Характеристики различных типов диэлектриков

Класс 1 – конденсаторы с высокостабильным параэлектрическим диэлектриком, имеющим линейную температурную зависимость. Примером таких конденсаторов являются NP0/C0G. Они применяются во времязадающих цепях и фильтрах, где основными требованиями являются малые потери и высокая стабильность емкости.

Класс 2 – конденсаторы с ферромагнитным диэлектриком с более высоким уровнем потерь и нелинейной зависимостью от температуры окружающей среды. Примерами таких конденсаторов являются X7R/X5R/Y5V/X6S. Они чаще всего используются как разделительные и блокировочные конденсаторы.

Группы MLCC

MLCC подразделяются на группы (рисунок 3):

Рис. 3. Группы многослойных керамических конденсаторов

На складе есть некоторые семейства MLCC конденсаторов:

Medium-High Voltage Capacitors – семейство средне- и высоковольтных конденсаторов общего назначения, которые характеризуются величиной рабочего напряжения 100…3000 В. Конденсаторы предназначены для работы в импульсных источниках питания, цепях подавления переходных процессов, балластных схемах, во входных фильтрах и так далее. ( C1608X7R2A103K080AA, CC1206KKX7RZBB103) 

Для достижения высокого рабочего напряжения необходимо устранить возможность пробоя конденсатора - следует увеличить толщину диэлектрика и расстояние между внутренними электродами (рисунок 4).

Рис. 4. Конструкции стандартных и высоковольтных конденсаторов

Soft-term Capacitors – семейство конденсаторов с мягкими выводами, применяемых в случаях, когда требуется высокая устойчивость к механическим воздействиям, возникающим при изгибе платы в процессе эксплуатации.

В конструктиве конденсаторов с мягкими выводами между внутренними и внешними электродами помещен слой эластичного проводящего компаунда (рисунок 5), который демпфирует деформации и значительно повышает живучесть компонентов.

Рис. 5. Конструкции стандартных и Soft-term-конденсаторов с мягкими выводами

В настоящее время выпускаются  конденсаторы с гибкими выводами, позволяющими выдерживать изгибы до 5 мм. Конденсаторы с мягкими выводами применяются в автомобильных приложениях, в сотовых телефонах, планшетах, жестких дисках, ноутбуках и так далее. (AC0603KRX7R9BB473, AC0402KRX7R7BB104, AC0805KRX7R9BB104, AC0603KRX7R9BB222, CEU3E2X7R2A102K080AE, CGA3E2X7R1H223K080AA ).

High Effective Capacitance Capacitors – семейство конденсаторов общего назначения с минимальным эффектом смещения при постоянном напряжении и минимальном старении.  ( CC1206JKNPOCBN101, CC1206KKX7RDBB471, CC1210KKX5RGBB106) 

Емкость конденсаторов класса 1 почти не изменяется. Емкость конденсаторов класса 2 изменяется в течение времени (рисунок 6).

Рис. 6. Изменение емкости конденсаторов с течением времени

Использование «устаревших» конденсаторов ограничено. Если «постаревший» диэлектрик разогреть выше температуры Кюри, а затем охладить до комнатной температуры, его диэлектрическая проницаемость восстанавливается.

Рис. 7. Изменение диэлектрической проницаемости BaTiO₃ с течением времени

В качестве диэлектрика в MLCC класса 2 используется титанат бария BaTiO₃. Температура Кюри для этого материала приблизительно + 130° С (рисунок 7).

Итоги:

1. Увеличенная удельная (по отношению к размерам) ёмкость MLCC – до 39-кратного по сравнению с ЧИП-танталовыми конденсаторами. ( CL10A106KP8NNNC , CL21A476MQYNNNG, CL21B106KPQNNNG, CL21A106KAYNNNG)
2. Возможность изгиба платы при использовании MLCC с гибкими выводами. Допускается изгиб вывода элемента до 2…5 мм. (AC0603KRX7R9BB473, AC0402KRX7R7BB104, AC0805KRX7R9BB104, AC0603KRX7R9BB222) 
3. Вероятно термовосстановление MLCC с диэлектриком класса 2 после длительного хранения (GRM32DR72J473KW01L, 1808HC152KAT1A, C0805C105K4RAC7800 ) 

В настоящее время на складе «Промэлектроники» имеются в продаже многослойные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа от ведущих производителей, таких как AVX, KEMET, Samsung, TDK и Yageo.

Посмотреть весь ассортимент многослойных конденсаторов