Технология PCBA - Проблема упаковки деталей при проектировании PCB

Температурные характеристики MLCC определяются спецификациями EIA и JIS. Согласно классификации (как указано выше), 5U/Y5V и Z5U/Z5V также были отнесены ко второму классу. На практике многие из этих типов сегодня используются реже.

В целом MLCC можно разделить на два класса:

Класс I (серия с низкой диэлектрической проницаемостью, парамагнитные материалы)

Класс II (серия с высокой диэлектрической проницаемостью, сегнетоэлектрические материалы)

Конденсаторы класса I обладают стабильными электрическими характеристиками и практически не изменяются под воздействием температуры, напряжения и времени. Это сверхстабильные и малопотерьные материалы, подходящие для высокочастотных, сверхвысокочастотных печатные платы и схем с очень высокими требованиями к стабильности и надёжности.

Конденсаторы класса II

Ко второму классу относятся X5R, X7R, X8R, X6S, Y5V и др. Основной материал — титанат бария, однако добавляемые благородные металлы различаются.

X7R

Поскольку X7R является сильным диэлектриком, он позволяет получать большую ёмкость по сравнению с диэлектриком NP0 (C0G).

Температурный диапазон: −55°C…+125°C

Изменение ёмкости: ±15% (нелинейное)

Старение: около 1% δC за 10 лет (порядка 5% за 10 лет)

Характеристики относительно стабильны, изменения под воздействием температуры, напряжения и времени не слишком значительны. Используется в цепях развязки, связи, байпаса, фильтрации и в средне- и высокочастотных схемах с требованиями к надёжности.

Y5V

Конденсаторы Y5V имеют высокий коэффициент диэлектрической проницаемости и позволяют получать большую удельную ёмкость.

Однако стабильность хуже, чем у X7R. Ёмкость и потери сильно зависят от температуры, напряжения и условий испытаний.

Температурный диапазон: −30°C…+85°C

Изменение ёмкости: +22% / −82%

Диэлектрические потери: 5%

Применяются в генераторных, связующих, фильтрующих и байпасных цепях в электронной аппаратуре.

Наиболее распространённые типы MLCC

C0G (NP0)

X7R

Z5U

Y5V

Каждый тип имеет собственные характеристики и область применения.

C0G (NP0)

C0G — распространённый MLCC с температурной компенсацией. Наполнитель содержит рубидий, самарий и другие редкоземельные оксиды.

Температурный диапазон: −55°C…+125°C

Изменение ёмкости: 0 ± 30 ppm/°C

Изменение по частоте: < ±0,3 δC

Дрейф: < ±0,05%

Изменение за срок службы: < ±0,1%

Ёмкость и диэлектрические потери зависят от размера корпуса; крупные корпуса обладают лучшими частотными характеристиками.

Пример (1206, 25V, 0,22 μF): в заданном температурном диапазоне ёмкость изменяется всего от 0,21996 μF до 0,22016 μF — погрешность минимальна.

Применение: байпасные конденсаторы генераторов и резонаторов, связующие элементы ВЧ-схем.

X7R

X7R называют температурно-стабильным керамическим конденсатором.

Температурный диапазон: −55°C…+125°C

Изменение ёмкости: ±15%

Ёмкость зависит от напряжения и частоты

Старение: ~1% δC за 10 лет

Главное преимущество — возможность получить относительно большую ёмкость при одинаковом размере.

Пример (1206, 25V, 0,22 μF): изменение ёмкости от 0,204 μF до 0,224 μF — значительно больше, чем у C0G, но считается приемлемым.

X5R и X7R широко используются при умеренных требованиях к температуре.

Z5U

Z5U называют «универсальным» монолитным керамическим конденсатором.

Температурный диапазон: +10°C…+85°C

Изменение ёмкости: +22% / −56%

Диэлектрические потери: 4%

Старение: до −5% за 10 лет

Преимущества: малый размер и низкая стоимость.

Недостаток: высокая чувствительность к температуре и условиям эксплуатации.

Тем не менее, благодаря низким ESL и ESR и хорошему частотному отклику широко применяется в цепях развязки.

Y5V

Y5V — универсальный тип с ограниченной температурной стабильностью.

Температурный диапазон: −30°C…+85°C

Изменение ёмкости: +22% / −82%

Диэлектрические потери: 5%

Из-за плохой температурной стабильности постепенно заменяется X7R и X5R.

Сравнение

По убыванию температурной стабильности и надёжности:

C0G → X7R → Z5U → Y5V

Стоимость уменьшается в том же порядке.

Высокие требования → C0G

Общие применения → X7R

Низкие требования → Z5U / Y5V

Обычно ёмкость X7R и Y5V нормируется при комнатной температуре. Зависимость ёмкости от температуры имеет форму параболы, открытой вниз: при повышении или понижении температуры ёмкость уменьшается.

Диэлектрическая проницаемость также уменьшается в порядке:

Y5V → Z5U → X7R → C0G

Следовательно, при одинаковых размерах и напряжении максимальная достижимая ёмкость уменьшается в этом же порядке.

Практическое замечание

Многие инженеры рассчитывают параметры теоретически, не учитывая реальные возможности производства MLCC. В результате в спецификациях указываются редкие или практически не выпускаемые позиции, что увеличивает стоимость и сроки поставки.

Например, если требуется 0603 / C0G / 25V / 3300 pF, на практике MLCC 0603 / C0G / 25V обычно выпускаются максимум до 1000 pF, а вариант 3300 pF может отсутствовать в серийном производстве.