高容量MLCC測(cè)試說(shuō)明
我們用LCR儀表測(cè)量高容量的MLCC（X5R/X7R材質(zhì)等）時(shí)，通常得到的容值為什么會(huì)出現(xiàn)低于規(guī)定公差范圍的容值呢？因?yàn)镮I類材質(zhì)MLCC的容量是隨著溫度、電壓(AC/DC)和頻率的變化而發(fā)生明顯變化的。所以我們測(cè)得不合格原因有：
（1）您沒(méi)有使用規(guī)定的測(cè)量條件來(lái)測(cè)量。
（2）儀表測(cè)量條件設(shè)置不正確或使用的測(cè)量?jī)x器不具備精確測(cè)量所需的能力。
針對(duì)問(wèn)題（1）的解決方案就是我們必須充分了解MLCC的特性和測(cè)量條件。即MLCC的容量和損耗具有隨溫度、頻率和電壓的變化而變化的特性。所以我們測(cè)量容量和損耗因數(shù)的時(shí)候，應(yīng)規(guī)定三個(gè)測(cè)量條件“溫度”、“電壓（AC/DC）”和“頻率”。高容量MLCC的測(cè)量條件如表1所示。
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標(biāo)稱容量
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測(cè)量溫度
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測(cè)量頻率
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測(cè)量電壓
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C≤10μF
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25±3℃
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1KHz±10%
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1.0±0.2Vrms
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C＞10μF
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25±3℃
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120±24 Hz
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0.5±0.1Vrms
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針對(duì)問(wèn)題（2）的解決方案就是我們要了解測(cè)量?jī)x器的測(cè)量能力并確認(rèn)其滿足表1中列出的測(cè)量條件。
MLCC的測(cè)量?jī)x器主要有哪些？其測(cè)量原理是怎么樣的呢？其測(cè)試方法又如何？高容產(chǎn)品如何才能測(cè)量出準(zhǔn)確的容值呢？接下來(lái)我們將會(huì)從測(cè)量?jī)x器、測(cè)量原理和舉例測(cè)試進(jìn)一步說(shuō)明。
我們常用的典型LCR測(cè)量?jī)x器是德科技（前身是安捷倫科技）的4980A、4981A、4278A和4268A等，如圖1所示。
圖1 E4980A電橋
圖2 16334A夾具
LCR儀表的典型測(cè)量系統(tǒng)是“自動(dòng)平衡電橋法”，如圖2所示。
在圖2中， 流經(jīng)電阻R的電流始終等于流經(jīng)DUT（被測(cè)元件）的電流，即DUT（低電壓側(cè)）的L側(cè)端電勢(shì)始終等于虛擬接地電平（電勢(shì)=0）。在這種情況下，可以確定DUT的阻抗值。
根據(jù)輸出電壓E2、反饋電阻R和輸入電壓V1如下：
V1= |V1| ∠θ1 = |V1|cosθ1+|V1|sinθ1
V2= |V2| ∠θ2 = |V2|cosθ2+|V2|sinθ2
此時(shí)，同時(shí)測(cè)量V1和V2、q1和q2的相位角，并根據(jù)上述相位角和Zx值計(jì)算“電阻分量Rx”和“電抗分量Xx”，由此確定容量和損耗因子。
圖3自動(dòng)平衡橋原理圖
LCR儀表通常提供內(nèi)部電阻以保護(hù)其自身的電源電路。根據(jù)該電阻的值，加載在被測(cè)電容器兩端的電壓差值太低的話，會(huì)直接影響電容器的容量和損耗測(cè)量。
使用圖4所示的簡(jiǎn)單等效電路模型來(lái)解釋這種機(jī)理。向被測(cè)元件DUT施加測(cè)量電壓
。施加到DUT的測(cè)量電壓
由下式確定：
因此，電容器的測(cè)量電壓不同于電源電壓。我們建議使用自動(dòng)將“測(cè)量電壓”保持在預(yù)設(shè)電壓（ALC功能）的LCR電橋。當(dāng)使用不提供此功能的LCR表時(shí)，您必須手動(dòng)測(cè)量被測(cè)電容器端子之間的實(shí)際電壓，并手動(dòng)調(diào)整。
圖4測(cè)量電壓原理圖
電容測(cè)量電路模式通常包括兩種類型的電路模式，分別是并聯(lián)等效電路模式和串聯(lián)等效電路模式。
小電容具有大電抗，即高阻抗，這導(dǎo)致并聯(lián)電阻Rp對(duì)測(cè)量的影響遠(yuǎn)大于串聯(lián)電阻Rs的影響，因此可以忽略Rs，測(cè)量電路提供并聯(lián)等效電路模式。
大電容具有小電抗，即低阻抗，這使得串聯(lián)電阻Rs對(duì)測(cè)量的影響遠(yuǎn)大于并聯(lián)電容Rp，因此可以忽略Rp，測(cè)量電路提供串聯(lián)等效電路模式。
圖5并聯(lián)等效電路模式 圖6串聯(lián)等效電路模式
(3)測(cè)量電路模式根據(jù)待測(cè)電容器的阻抗值確定，該電容器相對(duì)于電橋的內(nèi)部阻抗一般以約10Ω切換。因此，當(dāng)電容器的阻抗變?yōu)?0Ω或更大，其通過(guò)并聯(lián)等效電路模式測(cè)量。當(dāng)測(cè)量超過(guò)10μF的電容，使用串聯(lián)等效電路模式，因?yàn)槠渥杩沟陀?0Ω。
采用E4980A電橋和夾具16334A測(cè)量MLCC演示：
在測(cè)量之前需提前打開設(shè)備預(yù)熱30分鐘以上，以及進(jìn)行短路和開路校準(zhǔn)。下面將用示例說(shuō)明為什么我們測(cè)量高容產(chǎn)品時(shí)，會(huì)出現(xiàn)容值偏低的現(xiàn)象。
示例：測(cè)量1206 X5R 47μF ±20% 6.3V產(chǎn)品的容量和損耗。
測(cè)量該產(chǎn)品請(qǐng)使用表1的正確測(cè)量條件，正確的測(cè)量頻率和電壓為“120Hz”和“0.5Vrm”，若用錯(cuò)誤的條件測(cè)量，如頻率“1KHz”和電壓“1Vrm”測(cè)量到的容量會(huì)低很多。
如圖7顯示，用頻率和電壓為120Hz，0.5Vrm的條件測(cè)量，容值和損耗分別為42.24μF和7.28%，在規(guī)定的容量和損耗公差范圍內(nèi)，結(jié)果合格。輸出電壓指電橋的實(shí)際輸出電壓，即加到被測(cè)電容器兩端的電壓為500mV。
圖7 測(cè)量條件：120Hz，0.5Vrm
如圖8顯示，用頻率和電壓為1KHz，1Vrm的條件測(cè)量，容值為32μF，容值非常低，不在規(guī)定的容量公差范圍內(nèi)，比用正確條件測(cè)量的容值還低20%以上。輸出電壓，即加到被測(cè)電容器兩端的電壓約為49.55mV，比設(shè)定值1Vrm還低很多。
圖8 測(cè)量條件：1KHz，1Vrm
那么測(cè)量條件正確的情況下，我們測(cè)量出來(lái)的容值還會(huì)偏低么？這關(guān)系到測(cè)量?jī)x器的實(shí)際輸出電壓?jiǎn)栴}的討論。當(dāng)我們的測(cè)試電壓設(shè)置為1Vrm，但實(shí)際輸出電壓達(dá)不到1Vrm時(shí)，我們測(cè)量的容值是不準(zhǔn)確的。為保證實(shí)際輸出電壓能達(dá)到1Vrm，我們必須將電橋的ALC（自動(dòng)電平控制）設(shè)置為“ON”狀態(tài)。
以0805 X7R 10μF ±10% 16V的產(chǎn)品為例，采用1KHz，1Vrm的條件測(cè)量（如圖9和圖10），當(dāng)電橋ALC開啟時(shí)，測(cè)量得到準(zhǔn)確的容量為10.31μF。當(dāng)電橋ALC關(guān)閉時(shí)，實(shí)際輸出電壓不足1Vrm，測(cè)量得到的容量很低，為8.32μF，此時(shí)的容量不準(zhǔn)確。
如圖9所示，測(cè)試產(chǎn)品之前，將電橋的ALC設(shè)置為“ON”狀態(tài)，顯示界面電壓設(shè)置處level有星號(hào)“*”顯示，表示ALC已開啟，測(cè)量電壓（實(shí)際輸出電壓）為1Vrm，此時(shí)測(cè)量的容值為10.31μF，在容量的規(guī)定公差范圍內(nèi)。
圖9 ALC設(shè)置為“ON”狀態(tài)
如圖10所示，電橋的ALC設(shè)置為“OFF”狀態(tài)，顯示界面電壓設(shè)置處level沒(méi)有星號(hào)“*”顯示，表示ALC關(guān)閉，測(cè)量電壓（實(shí)際輸出電壓）約為186mV，容值約為8.32μF，容值明顯偏低，不準(zhǔn)確。
圖10 ALC設(shè)置為“OFF”狀態(tài)
最后，我們回顧一下測(cè)量準(zhǔn)確容量的方法，一是必須選擇正確的測(cè)量條件（溫度、頻率、電壓），二必須設(shè)置正確的條件及儀器滿足精確測(cè)量的能力（實(shí)際輸出電壓應(yīng)等于設(shè)置電壓）。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（四川華瓷MLCC技術(shù)社區(qū)）：MLCC電容量為何測(cè)不準(zhǔn)?
