Når man bygger flerlags keramiske kondensatorer (MLCC'er), vælger elektriske ingeniører ofte to typer dielektrikum afhængigt af anvendelsen - Klasse 1, ikke-ferroelektriske materialedielektriske materialer såsom C0G/NP0, og Klasse 2, ferroelektriske materialedielektriske materialer såsom X5R og X7R.Den vigtigste forskel mellem dem er, om kondensatoren, med stigende spænding og temperatur, stadig har god stabilitet.For klasse 1 dielektrikum forbliver kapacitansen stabil, når der påføres en jævnspænding, og driftstemperaturen stiger;Klasse 2 dielektrikum har en høj dielektrisk konstant (K), men kapacitansen er mindre stabil under ændringer i temperatur, spænding, frekvens og over tid.
Selvom kapacitansen kan øges ved forskellige designændringer, såsom ændring af overfladearealet af elektrodelagene, antallet af lag, K-værdien eller afstanden mellem de to elektrodelag, vil kapacitansen af klasse 2-dielektrikum til sidst falde kraftigt, når der påføres en jævnspænding.Dette skyldes tilstedeværelsen af et fænomen kaldet DC-bias, som får Klasse 2-ferroelektriske formuleringer til til sidst at opleve et fald i dielektricitetskonstanten, når en DC-spænding påføres.
For højere K-værdier af dielektriske materialer kan effekten af DC-forspænding være endnu mere alvorlig, hvor kondensatorer potentielt mister op til 90% eller mere af deres kapacitans, som vist i diagrammet.
Et materiales dielektriske styrke, altså den spænding, som en given materialetykkelse kan modstå, kan også ændre effekten af DC-bias på en kondensator.I USA måles dielektrisk styrke normalt i volt/mil (1 mil er lig med 0,001 tomme), andre steder måles den i volt/mikron, og den bestemmes af tykkelsen af det dielektriske lag.Som følge heraf kan forskellige kondensatorer med samme kapacitans og spændingsmærke yde væsentligt forskelligt på grund af deres forskellige interne strukturer.
Det er værd at bemærke, at når den påførte spænding er større end materialets dielektriske styrke, vil gnister passere gennem materialet, hvilket fører til en potentiel antændelse eller eksplosionsrisiko i lille skala.
Praktiske eksempler på, hvordan DC-bias genereres
Hvis vi betragter ændringen i kapacitans på grund af driftsspændingen i forbindelse med ændringen i temperatur, så finder vi, at kapacitanstabet af kondensatoren vil være større ved den specifikke anvendelsestemperatur og jævnspænding.Tag for eksempel en MLCC lavet af X7R med en kapacitans på 0,1µF, en nominel spænding på 200VDC, et internt lagantal på 35 og en tykkelse på 1,8 mils (0,0018 tommer eller 45,72 mikron), betyder dette, at når der arbejdes ved 200VDC, er dielektrikumet lag oplever kun 111 volt/mil eller 4,4 volt/mikron.Som en grov beregning ville VC være -15%.Hvis temperaturkoefficienten for dielektrikumet er ±15%ΔC og VC er -15%ΔC, så er den maksimale TVC +15% – 30%ΔC.
Årsagen til denne variation ligger i krystalstrukturen af det anvendte klasse 2-materiale – i dette tilfælde bariumtitanat (BaTiO3).Dette materiale har en kubisk krystalstruktur, når Curie-temperaturen er nået eller derover.Men når temperaturen vender tilbage til den omgivende temperatur, opstår polarisering, da sænkningen af temperaturen får materialet til at ændre sin struktur.Polarisering sker uden eksternt elektrisk felt eller tryk, og dette er kendt som spontan polarisering eller ferroelektricitet.Når en jævnspænding påføres materialet ved omgivelsestemperatur, er spontan polarisering forbundet med retningen af det elektriske felt af jævnspændingen, og der sker en vending af den spontane polarisering, hvilket resulterer i en reduktion i kapacitansen.
I dag, selv med de forskellige designværktøjer, der er tilgængelige til at øge kapacitansen, falder kapacitansen af klasse 2-dielektrik stadig betydeligt, når en DC-spænding påføres på grund af tilstedeværelsen af DC-forspændingsfænomenet.Derfor, for at sikre den langsigtede pålidelighed af din applikation, skal du tage højde for effekten af DC-bias på komponenten ud over den nominelle kapacitans af MLCC, når du vælger en MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., grundlagt i 2010, er en professionel producent specialiseret i SMT pick and place maskine, reflow ovn, stencil print maskine, SMT produktionslinje og andre SMT produkter.Vi har vores eget R & D-team og egen fabrik, der drager fordel af vores egen rige erfarne R&D, veluddannet produktion, vandt et godt ry fra kunder over hele verden.
Vi tror på, at fantastiske mennesker og partnere gør NeoDen til en fantastisk virksomhed, og at vores forpligtelse til innovation, mangfoldighed og bæredygtighed sikrer, at SMT-automatisering er tilgængelig for enhver hobbyist overalt.
Indlægstid: maj-05-2023