關(guān)于MLCC陶瓷介質(zhì)的溫度特性

C0G（NP0）是Ⅰ類陶瓷絕緣介質(zhì)中最常用、最具代表性的一種絕緣介質(zhì)，它的容值漂移和遲滯影響幾乎可以忽略不計(jì)，均小于±0.05%。它的容值隨時(shí)間變化小于±0.1%，而其他陶瓷介質(zhì)有的變化率多達(dá)五分之一以上，所以可以說C0G（NP0）的容值幾乎不隨溫度變化。C0G（NP0）：（0±30）ppm/℃（ppm=10^-6），工作溫度范圍-55～125℃，可理解為此種陶瓷介質(zhì)電容器在溫度每變化1℃時(shí)容值變化量為±30×10^-6（±0.003%/℃），如果環(huán)境溫度從25℃上升到125℃，電容器的容值變化量小于±0.3%（即0.3%/100℃）。所以C0G（NP0）材質(zhì)的電容器的容值隨溫度變化非常小，幾乎可以忽略不計(jì)，它的溫度特性相當(dāng)穩(wěn)定。另外它的損耗角（DF值和tanδ）幾乎不隨溫度變化，且始終小于0.05%。C0G是Ⅰ類陶瓷絕緣介質(zhì)的典型代表，下圖展示的是其不同容值規(guī)格的容值溫度曲線可能落入的區(qū)間范圍。

在MLCC工廠里，有時(shí)候?yàn)榱顺C正不同LCR測(cè)試儀之間的誤差，選C0G（NP0）材質(zhì)的電容器做矯正補(bǔ)償電容，這也是利用其溫度特性穩(wěn)定的特性。為了更具體展現(xiàn)它的容值溫度特性，我們選擇幾個(gè)不同容值規(guī)格的容值溫度特性曲線進(jìn)行對(duì)比，所選代表容值分別為1pF、10pF、100pF、1nF、10nF、100nF，尺寸為常用規(guī)格，額定電壓50V。

從C0G容值變化比溫度曲線可以看出

a. 不加載電壓和加載0.5倍額定偏壓對(duì)容值變化比溫度曲線沒有明顯影響，說明C0G容值幾乎不受直流偏壓影響；

b. 1pF～100nF之間規(guī)格在-55～125℃溫度范圍內(nèi)，容值變化比＜0.3%，說明C0G容值隨溫度變化非常輕微，幾乎可以忽略不計(jì)。

容值變化比測(cè)試是以25℃時(shí)被測(cè)量規(guī)格的容值作為參考基點(diǎn)，測(cè)試條件：CP≤1nF，測(cè)試電壓AC 1.0V@1MHz（交流電壓1V，頻率為1MHz）；1nF＜CP≤10μF，測(cè)試電壓AC 1V@1KHz。

3）? C0G、C0H、C0K以及U2J溫度特性對(duì)比

Ⅰ類陶瓷絕緣介質(zhì)除C0G（NP0）以外，還有C0H（NP0）、C0K（NP0）、U2J。C0G和C0H溫度特性非常接近，它們的容值變化比在0.3%以內(nèi)，C0K也屬于NP0，但是容值隨溫度變化百分比大于C0G和C0H。NP0系列跟U2J相比，它的容值變化曲線幾乎可以看作一條直線，它們的容值變化比溫度特性曲線對(duì)比如下圖所示。

將上面溫度曲線放大比例來看，NP0系列的曲線差別才顯現(xiàn)出來

4） C0G（NP0）的DF溫度曲線

如下圖所示，C0G（NP0）的tanδ（DF）隨溫度升高而降低，此說明以C0G為絕緣介

質(zhì)的陶瓷電容器在較高溫度下?lián)p耗因數(shù)反而低。

根據(jù)X7R的溫度特性，在-55～125℃下，容值變化在±15%范圍內(nèi)。加載偏置電壓與不加載偏置電壓相比，容值隨溫度變化的幅度更大。

下面圖2所示是X7R在不加載偏置電壓的溫度特性曲線，Ⅱ類陶瓷絕緣介質(zhì)展示了兩個(gè)容值峰值，第一個(gè)在較低溫度下（形成于高摻雜的晶粒生長區(qū)），第二個(gè)峰值在125℃處（來自無摻雜晶核區(qū)），因?yàn)?25℃是X7R工作溫度上限，所以真正有影響的是第一低溫峰值點(diǎn)。我們對(duì)比各MLCC廠家的X7R的溫度特性曲線，發(fā)現(xiàn)低溫容值峰值點(diǎn)各有差異，如下面圖1和圖2所示，MA廠家部分規(guī)格低溫的峰值落在-35～-5℃，而TK廠家則落在15～45℃，正因?yàn)檫@個(gè)差異，也許會(huì)讓MLCC用戶認(rèn)為前者“耐寒”、后者“耐熱”，可能出現(xiàn)低或高工作溫度環(huán)境的產(chǎn)品無法用另外一個(gè)MLCC品牌替換的情況。個(gè)人認(rèn)為容值峰值落在25～50℃是比較理想的，因?yàn)榻^大多數(shù)電子電氣設(shè)備存在自熱現(xiàn)象，所以它們的工作溫度上升的可能性比較大，這樣可以確保MLCC的容值不至于因環(huán)境溫度上升而大幅度下降。

圖1? ?X7R不同容值的容值變化比溫度曲線（MA廠家）

圖2? ?X7R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（TK廠家）

圖2所示是TK廠家的X7R加載0.5U_R偏置電壓的溫度特性曲線，容值隨溫度變化的幅度增大。在加載0.5倍額定電壓后，各個(gè)MLCC廠家的電容器溫度特性曲線的差異還是很大的，如圖3所示溫度曲線，TK廠家的X7R在加載0.5U_R偏置電壓后，容值隨溫度變化的幅度增大而增大，但容值變化范圍仍落在±15%以內(nèi)，而SG廠家有部分規(guī)格容值下降可能高達(dá)60%（見圖4）。

圖3? ?X7R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（TK廠家）

圖4? ?X7R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（SG廠家）

X7R溫度特性測(cè)試是以25℃時(shí)被測(cè)量規(guī)格的容值作為參考基點(diǎn)，測(cè)試電壓：

CP≤10μF，AC=1.0V，CP＞10μF，AC=0.5V。

從下面兩個(gè)圖的曲線可以看出：X7R的DF值隨溫度的升高而降低，這是利好的特性。

X7R典型DF溫度曲線舉例

X7R的DF溫度曲線分布區(qū)間示意圖

X5R容值溫度特性跟X7R比有相似的地方，在工作溫度范圍內(nèi)容值變化率均小于±15%，區(qū)別在于X7R的工作溫度范圍是-55～125℃，而X5R是-55～85℃。

圖5和圖6所示是X5R不加載偏置電壓的溫度特性曲線。Ⅱ類陶瓷絕緣介質(zhì)可以通過添加物使居里溫度點(diǎn)向低溫區(qū)推移，即容值峰值向低溫區(qū)移動(dòng)。我們對(duì)比各MLCC廠家的X5R的溫度特性曲線，發(fā)現(xiàn)容值峰值點(diǎn)各有差異，有些廠家即使同介質(zhì)不同容值規(guī)格的容值峰值就各不相同（如圖5所示，TK廠家），而有些廠家能做到同材質(zhì)的容值峰值溫度點(diǎn)相近（如圖6所示，AX廠家）。TK廠家除開高容規(guī)格外大部分規(guī)格的峰值還是比較一致的，落在-25～0℃，而AX廠家所有規(guī)格的峰值顯示出很高的一致性，落在30～60℃，正因?yàn)檫@個(gè)差異，也許會(huì)讓MLCC用戶感覺到前者“耐寒”與后者“耐熱”的差異，可能出現(xiàn)低向高工作溫度環(huán)境的產(chǎn)品無法用另外一個(gè)MLCC品牌替換的情況。個(gè)人認(rèn)為容值峰值落在25～50℃之間是比較理想的，因?yàn)榻^大多數(shù)電子電氣設(shè)備存在自熱現(xiàn)象，所以它們的工作溫度上升的可能性比較大，這樣可以確保MLCC的容值不至于因環(huán)境溫度上升而大幅度下降。

圖5? ?X5R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（TK廠家）

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圖6? ?X5R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（AX廠家）

在加載0.5倍額定電壓后，各個(gè)MLCC廠家的溫度特性曲線的差異還是很大的，如圖7所示為TK廠家溫度曲線，在加載0.5U_R偏置電壓后，容值隨溫度變化的幅度的增大而增大，并且出現(xiàn)無規(guī)律峰值，但容值變化范圍仍落在±15%以內(nèi)，而SG廠家有部分規(guī)格容值下降可能高達(dá)90%，如圖8所示。

X5R溫度特性測(cè)試是以25℃時(shí)被測(cè)量規(guī)格的容值作為參考基點(diǎn)，測(cè)試電壓：

CP≤10μF，U_AC=1.0，CP＞10μF，U_AC=0.5V。

圖7? ?X5R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（TK廠家）

圖8? ?X5R不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線（SG廠家）

如下圖所示，X5R的DF值隨溫度的上升而下降，這屬于利好特性。

Y5V在-30～+85℃工作溫度范圍內(nèi)，容值變化比為-82%～+22%，溫度特性比X7R和X5R差。在不加載偏壓的情況下，對(duì)比各MLCC廠家Y5V溫度特性曲線，容值的峰值在0～25℃附近，在50℃下容值下降將近50%，代表性溫度特性曲線如圖9所示。

圖9? ?Y5V不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線1

圖10所示的溫度曲線為在加載0.5U_R偏置電壓后的Y5V溫度特性曲線，加載偏置電壓后容值隨溫度變化的幅度的增大而顯著增大，跟不加載偏壓相比，容值的峰值幾乎被削平，容值下降可能高達(dá)90%。

Y5V的存在是因?yàn)樗斜萖5R更高的K值（介電常數(shù)），換言之，在體積一定的情況下可以獲得更高的容量，但是它很差的溫度特性抹殺了這一優(yōu)點(diǎn)。由于目前制造工藝的進(jìn)步，MLCC小型化大幅提升，如果沒有成本優(yōu)勢(shì)，X5R可以完全取代Y5V，它之所以存在于“市”，還有另外一個(gè)原因，即在電路應(yīng)用中確實(shí)有些應(yīng)用對(duì)容值穩(wěn)定性沒有太高的要求，只要容值變化保持在一個(gè)數(shù)量級(jí)上即可。比如Y5V 104Z規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)容值是100nF，受工作溫度影響，容值最大變化達(dá)-82%，也就是說在25℃測(cè)試的容值為100nF，在85℃測(cè)試容值可能只有100×（1-82%）=18nF。

圖10? ?Y5V不同容值規(guī)格的容值變化比溫度曲線2

從下圖的曲線可以看出：Ⅱ類陶瓷絕緣介質(zhì)的DF值隨溫度上升而下降，而DF越小說明損耗越小，所以溫度上升對(duì)DF值來說是正面影響。

Y5V典型DF溫度曲線舉例

Y5V的DF溫度曲線分布區(qū)間示意圖

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