Κατά την κατασκευή πολυστρωματικών κεραμικών πυκνωτών (MLCC), οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί επιλέγουν συχνά δύο τύπους διηλεκτρικών ανάλογα με την εφαρμογή – Κατηγορία 1, διηλεκτρικά μη σιδηροηλεκτρικών υλικών όπως C0G/NP0 και Κατηγορία 2, διηλεκτρικά σιδηροηλεκτρικών υλικών όπως X5R και X7R.Η βασική διαφορά μεταξύ τους είναι αν ο πυκνωτής, με την αύξηση της τάσης και της θερμοκρασίας, εξακολουθεί να έχει καλή σταθερότητα.Για τα διηλεκτρικά κλάσης 1, η χωρητικότητα παραμένει σταθερή όταν εφαρμόζεται τάση DC και αυξάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας.Τα διηλεκτρικά κατηγορίας 2 έχουν υψηλή διηλεκτρική σταθερά (K), αλλά η χωρητικότητα είναι λιγότερο σταθερή σε αλλαγές στη θερμοκρασία, την τάση, τη συχνότητα και με την πάροδο του χρόνου.
Αν και η χωρητικότητα μπορεί να αυξηθεί με διάφορες αλλαγές σχεδιασμού, όπως αλλαγή της επιφάνειας των στρωμάτων ηλεκτροδίων, του αριθμού των στρωμάτων, της τιμής Κ ή της απόστασης μεταξύ των δύο στρωμάτων ηλεκτροδίων, η χωρητικότητα των διηλεκτρικών κλάσης 2 θα μειωθεί τελικά απότομα όταν εφαρμόζεται τάση DC.Αυτό οφείλεται στην παρουσία ενός φαινομένου που ονομάζεται προκατάληψη DC, το οποίο αναγκάζει τα σιδηροηλεκτρικά σκευάσματα Κλάσης 2 να εμφανίσουν τελικά πτώση της διηλεκτρικής σταθεράς όταν εφαρμόζεται τάση DC.
Για υψηλότερες τιμές Κ διηλεκτρικών υλικών, η επίδραση της πόλωσης DC μπορεί να είναι ακόμη πιο σοβαρή, με τους πυκνωτές να χάνουν δυνητικά έως και 90% ή περισσότερο της χωρητικότητάς τους, όπως φαίνεται στο διάγραμμα.
Η διηλεκτρική αντοχή ενός υλικού, δηλαδή η τάση που μπορεί να αντέξει ένα δεδομένο πάχος υλικού, μπορεί επίσης να αλλάξει την επίδραση της πόλωσης DC σε έναν πυκνωτή.Στις ΗΠΑ, η διηλεκτρική ισχύς μετριέται συνήθως σε volts/mil (1 mil ισούται με 0,001 ίντσα), αλλού μετριέται σε volts/micron και προσδιορίζεται από το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος.Ως αποτέλεσμα, διαφορετικοί πυκνωτές με την ίδια χωρητικότητα και την ίδια ονομαστική τάση μπορεί να αποδίδουν σημαντικά διαφορετικά λόγω των διαφορετικών εσωτερικών τους δομών.
Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν η εφαρμοζόμενη τάση είναι μεγαλύτερη από τη διηλεκτρική αντοχή του υλικού, σπινθήρες θα περάσουν μέσα από το υλικό, οδηγώντας σε κίνδυνο ανάφλεξης ή μικρής κλίμακας κίνδυνο έκρηξης.
Πρακτικά παραδείγματα για το πώς δημιουργείται η μεροληψία DC
Αν λάβουμε υπόψη τη μεταβολή της χωρητικότητας λόγω της τάσης λειτουργίας σε συνδυασμό με τη μεταβολή της θερμοκρασίας, τότε διαπιστώνουμε ότι η απώλεια χωρητικότητας του πυκνωτή θα είναι μεγαλύτερη στη συγκεκριμένη θερμοκρασία εφαρμογής και στην τάση DC.Πάρτε για παράδειγμα ένα MLCC κατασκευασμένο από X7R με χωρητικότητα 0,1 μF, ονομαστική τάση 200 VDC, αριθμό εσωτερικών στρωμάτων 35 και πάχος 1,8 mils (0,0018 ίντσες ή 45,72 μικρά), αυτό σημαίνει ότι όταν λειτουργεί σε 200 VDC το die Το στρώμα έχει μόνο 111 volts/mil ή 4,4 volts/micron.Ως χονδρικός υπολογισμός, το VC θα ήταν -15%.Εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας του διηλεκτρικού είναι ±15%ΔC και ο VC είναι -15%ΔC, τότε η μέγιστη TVC είναι +15% – 30%ΔC.
Ο λόγος για αυτήν την παραλλαγή έγκειται στην κρυσταλλική δομή του χρησιμοποιούμενου υλικού Κατηγορίας 2 – σε αυτήν την περίπτωση το τιτανικό βάριο (BaTiO3).Αυτό το υλικό έχει κυβική κρυσταλλική δομή όταν η θερμοκρασία Curie επιτευχθεί ή μεγαλύτερη.Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία επιστρέφει στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, εμφανίζεται πόλωση καθώς η μείωση της θερμοκρασίας προκαλεί το υλικό να αλλάξει τη δομή του.Η πόλωση συμβαίνει χωρίς εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο ή πίεση και αυτό είναι γνωστό ως αυθόρμητη πόλωση ή σιδηροηλεκτρισμός.Όταν εφαρμόζεται τάση συνεχούς ρεύματος στο υλικό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, η αυθόρμητη πόλωση συνδέεται με την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου της τάσης συνεχούς ρεύματος και εμφανίζεται μια αντιστροφή της αυθόρμητης πόλωσης, με αποτέλεσμα τη μείωση της χωρητικότητας.
Σήμερα, ακόμη και με τα διάφορα σχεδιαστικά εργαλεία που είναι διαθέσιμα για την αύξηση της χωρητικότητας, η χωρητικότητα των διηλεκτρικών Κλάσης 2 εξακολουθεί να μειώνεται σημαντικά όταν εφαρμόζεται τάση DC λόγω της παρουσίας του φαινομένου της πόλωσης DC.Επομένως, για να διασφαλίσετε τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία της εφαρμογής σας, πρέπει να λάβετε υπόψη την επίδραση της μεροληψίας DC στο εξάρτημα επιπλέον της ονομαστικής χωρητικότητας του MLCC κατά την επιλογή ενός MLCC.
Η Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., που ιδρύθηκε το 2010, είναι επαγγελματίας κατασκευαστής που εξειδικεύεται στη μηχανή επιλογής και τοποθέτησης SMT, φούρνο επαναροής, μηχανή εκτύπωσης στένσιλ, γραμμή παραγωγής SMT και άλλα προϊόντα SMT.Έχουμε τη δική μας ομάδα Ε & Α και το δικό μας εργοστάσιο, εκμεταλλευόμενοι τη δική μας πλούσια έμπειρη Ε&Α, καλά εκπαιδευμένη παραγωγή, που κέρδισε μεγάλη φήμη από τους πελάτες παγκοσμίως.
Πιστεύουμε ότι οι σπουδαίοι άνθρωποι και οι συνεργάτες κάνουν τη NeoDen μια εξαιρετική εταιρεία και ότι η δέσμευσή μας στην Καινοτομία, την Ποικιλομορφία και την Αειφορία διασφαλίζει ότι η αυτοματοποίηση SMT είναι προσβάσιμη σε κάθε χομπίστα παντού.
Ώρα δημοσίευσης: Μάιος-05-2023