Обозначения керамических конденсаторов: Калькулятор буквенно-цифровой маркировки конденсаторов

Изменение ёмкости керамических конденсаторов от температуры и напряжения, или как ваш конденсатор на 4,7мкФ превращается в 0,33мкФ / Хабр

Вступление: я был озадачен.

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Работая над драйвером светодиодной лампы я обнаружил, что постоянная времени RC-цепочки в моей схеме не сильно смахивает на расчётную.

Предположив, что на плату были впаяны не те компоненты, я измерил сопротивление двух резисторов составлявших делитель напряжения — они были весьма точны. Тогда был выпаян конденсатор — он так же был великолепен. Просто чтобы убедиться, я взял новые резисторы и конденсатор, измерил их, и впаял обратно. После этого я включил схему, проверил основные показатели, и ожидал увидеть что моя проблема с RC-цепочкой решена… Если бы.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы. Так началось моё переосмысление керамических конденсаторов.

Справочная информация об основных типах керамических конденсаторов.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса. Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Нижняя рабочая температура		Верхняя рабочая температура		Изменение ёмкости в диапазоне (макс.)
Символ	Температура (ºC)	Символ	Температура (ºC)	Символ	Изменение (%)
Z	+10	2	+45	A	±1. 0
Y	-30	4	+65	B	±1.5
X	-55	5	+85	C	±2.2
–	–	6	+105	D	±3.3
–	–	7	+125	E	±4.7
–	–	8	+150	F	±7.5
–	–	9	+200	P	±10
–	–	–	–	R	±15
–	–	–	–	S	±22
–	–	–	–	T	+22, -33
–	–	–	–	U	+22, -56
–	–	–	–	V	+22, -82

Из описанных выше на моём жизненном пути чаще всего мне попадались конденсаторы типа X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использовал конденсаторы типа Y5V из-за их экстремально высокой чувствительности к внешним воздействиям.

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Так как изменение постоянной времени моей RC-цепочки было куда больше, чем это могло быть объяснено температурным коэффициентом ёмкости, мне пришлось копать глубже. Глядя на то, насколько уплыла ёмкость моего конденсатора от приложенного к нему напряжения я был очень удивлён. Результат был очень далёк от того номинала, который был впаян. Я брал конденсатор на 16В для работы в цепи 12В. Даташит говорил, что мои 4,7мкФ превращаются в 1,5мкФ в таких условиях. Это объясняло мою проблему.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2, показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

Мы видим устойчивое улучшение ситуации по мере роста размера корпуса пока мы не достигнем типоразмера 1210. Дальнейшее увеличение корпуса уже не имеет смысла.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком — и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Я очень не хотел использовать конденсатор типоразмера 1210. К счастью, я имел возможность увеличить сопротивление резисторов в пять раз, уменьшив при этом ёмкость до 1мкФ. Графики на рисунке 2 показывают поведение различных X7R конденсаторов 1мкФ на 16В в сравнении с их собратьями X7R 4,7мкФ на 16В.

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Но это ещё не всё. Я был изрядно озадачен, ибо считал что все конденсаторы X7R должны иметь сходные коэффициенты изменения ёмкости от напряжения, поскольку все выполены на одном и том же диэлектрике — а именно X7R. Я связался с коллегой — специалистом по керамическим конденсаторам¹. Он пояснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как «X7R». На самом деле, любой материал который позволяет компоненту функционировать в температурном диапазоне от -55ºC до +125ºC с изменением характеристик не более чем на ±15% можно назвать «X7R». Так же он сказал, что нет каких-либо спецификаций на коэффициент изменения ёмкости от напряжения ни для X7R, ни для каких-либо других типов.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Для инженера-разработчика этот факт только освежает старую шутку — «любой опытный инженер знает: читай даташит!»

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов — все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости — от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

В результате этого урока я уже не просто указываю типы X7R или X5R коллегам или поставщикам. Вместо этого я указываю конкретные партии конкретных поставщиков, которые я сам проверил. Я также предупреждаю клиентов о том, чтобы они перепроверяли спецификации при рассмотрении альтернативных поставщиков для производства, чтобы гарантировать что они не столкнутся с этими проблемами.

Главный вывод из всей этой истории, как вы наверное догадались, это: «читайте даташиты!». Всегда. Без исключений. Запросите дополнительные данные, если даташит не содержит достаточной информации. Помните, что обозначения керамических конденсаторов X7V, Y5V и т.д. совершенно ничего не говорят о их коэффициентах по напряжению. Инженеры должны перепроверять данные чтобы знать, реально знать о том, как используемые конденсаторы будут вести себя в реальных условиях. В общем, имейте в виду, в нашей безумной гонке за меньшими и меньшими габаритами это становится всё более важным моментом каждый день.

Об авторе

Марк Фортунато провёл большую часть жизни пытаясь сделать так, чтобы эти противные электроны оказались в нужное время в нужном месте. Он работал над различными вещами — от систем распознавания речи и микроволновой аппаратуры, до светодиодных ламп (тех, которые регулируются правильно, заметьте!). Он провёл последние 16 лет помогая клиентам приручить их аналоговые схемы. Г-н Фортунато сейчас является ведущим специалистом подразделения коммуникационных и автомобильных решений Maxim Integrated. Когда он не пасёт электроны, Марк любит тренировать молодёжь, читать публицистику, смотреть как его младший сын играет в лакросс, а старший сын играет музыку. В целом, он стремится жить в гармонии. Марк очень сожалеет, что больше не встретится с Джимом Уильямсом или Бобом Пизом.

Сноски

¹ Автор хотел бы поблагодарить Криса Буркетта, инженера по применению из TDK за его объяснения «что здесь, чёрт возьми, происходит».

Murata является зарегистрированной торговой маркой компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

TDK является зарегистрированным знаком обслуживания и зарегистрированной торговой маркой корпорации TDK.

P.S. По просьбам трудящихся — сравнительное фото конденсаторов различных типоразмеров. Шаг сетки 5мм.

Что делает многослойные керамические конденсаторы разными?

Добавлено 15 июля 2018 в 14:07

Вы можете обнаружить, что многослойные керамические конденсаторы (MLCC, Multilayer Ceramic Capacitors) доступны в широком диапазоне корпусов, размеров и диэлектрических материалов. В зависимости от их характеристик эти конденсаторы разделены классификацией диэлектриков на классы I, II и III. Существует несколько типов диэлектриков, каждый из которых имеет различные характеристики. Данная статья представляет различия между классами MLCC конденсаторов в характеристиках смещения постоянным напряжением, старения и пьезоэлектрического шума, присущих многим керамическим конденсаторам.

Обозначения

Стандарт 198 Американского союза электроники (EIA, Electronic Industries Alliance) определяет температурный коэффициент емкости (ТКЕ, он же TCC, temperature coefficient of capacitance) керамических конденсаторов. При использовании этих определений вы увидите такие обозначения диэлектриков MLCC конденсаторов, как Y5V, X7R и C0G. Каждая буква здесь имеет значение. Вы можете использовать таблицы ниже для расшифровки этих обозначений.

ppm – милионная доля, 10^-6.

Класс I

Иногда называемые как NP0, C0G считаются ультрастабильными. Используя таблицу для расшифровки «имени», мы можем увидеть, то ТКЕ для C0G составляет ±30 ppm/°C (±30 миллионных долей на градус Цельсия) в номинальном температурном диапазоне. Другими словами, емкость C0G будет меняться незначительно из-за изменений температуры.

Промышленные конденсаторы C0G от KEMET изготавливаются с использованием уникального состава цирконата кальция. Этот материал является параэлектрическим, что обеспечивает его стабильность при прикладывании постоянного напряжения.

Поскольку классификация не определяет используемый материал, другие производители могут использовать различные составы или разные наборы материалов.

Классы II и III

Диэлектрики классов II и III используют немного отличающуюся от класса I систему именования.

1. Первая буква представляет собой самую низкую температуру.
2. Вторая цифра представляет собой максимальную температуру.
3. Третья буква указывает максимальное изменение емкости, которое будет происходить между минимальной и максимальной температурами в заданном диапазоне.

Например, давайте рассмотрим X7R в таблице классов II/III. X означает –55°C, 7 означает +125°C, а R означает изменение емкости ±15% в пределах указанного температурного диапазона.

Разница между классами II и III заключается в том, насколько емкость будет изменяться при определенной температуре. Как правило, в качестве диэлектрика классов II и III используется титанат бария. Данный материал является сегнетоэлектриком, который является источником нестабильности емкости.

Зависимость относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика от температуры

По мере увеличения класса некоторые из отрицательных характеристик диэлектрика усиливаются.

Изменения при прикладывании напряжения

Термины «смещение постоянным напряжением» или «коэффициент напряжения» относятся к потерям емкости при прикладывании напряжения. Этот эффект наблюдается в сегнетоэлектрических материалах, таких как титанат бария, используемый в большинстве конденсаторов X5R и X7R. В зависимости от состава диэлектрика эти конденсаторы могут потерять более 70% номинальной емкости при прикладывании напряжения!

Одним из способов достижения меньших размеров SMD конденсаторов при сохранении того же уровня емкости является уменьшение толщины диэлектрика. Это различие в конструкции приводит к тому, что более высокое напряжение дает бо́льшую потерю емкости.

K-SIM от KEMET позволяет моделировать напряжение на керамическом конденсаторе при прикладывании постоянного напряжения. Эта утилита также может отображать ожидаемое изменение емкости при прикладывании напряжения. Она доступна на ksim.kemet.com.

Диэлектрики класса I не реагируют на смещение по постоянному напряжению, особенно те, которые изготовлены с использованием цирконата кальция.

Старение

Старение – еще одна характеристика, проявляемая сегнетоэлектриками, или диэлектриками классов II и III. При изготовлении керамического конденсатора диэлектрик подвергается воздействию температур более 1000°C. Для устройств из титаната бария температура Кюри может находиться в диапазоне от 130°C до 150°C, в зависимости от конкретного состава.

При воздействии температуры Кюри кристаллическая структура выравнивается в тетрагональную форму. После охлаждения кристаллическая структура керамики изменяется до кубической. По мере этих изменений структуры также изменяется диэлектрическая проницаемость материала.

Со временем емкость будет продолжать снижаться. Можно перезагрузить этот цикл старения путем «перезагрузки» материала, подвергнув его температуре Кюри.

Как правило, вы можете найти скорость старения для определенного типа компонента в каталоге. Ниже приведен пример коэффициентов старения.

Изменение емкости многослойных керамических конденсаторов (MLCC) при старении

Старения может изменяться в зависимости от серии компонентов, поэтому смотрите технические описания.

Микрофонный эффект

Наконец, кристаллическая структура титаната бария придает керамике свою пьезоэлектрическую, или микрофонную, характерную особенность. Когда к диэлектрическому материалу применяются внешние напряжения, молекулы титаната начинают колебаться назад и вперед. Электрические сигналы могут механически деформировать диэлектрик. Эта деформация, или движение, создает характерный «жужжащий» шум, который слышат некоторые пользователи при использовании керамических конденсаторов в своих проектах.

Пьезоэлектрический эффект

Пьезоэлектричество, также называемое пьезоэлектрическим эффектом, представляет собой способность материала генерировать напряжение и/или электрический сигнал (шум) при воздействии внешнего механического напряжения или вибрации.

По аналогии с термином «микрофонный», многослойные керамические конденсаторы (MLCC), построенные из сегнетоэлектрических материалов, являются по своей природе пьезоэлектрическими и могут преобразовывать внешнее напряжение, подобно тому, как микрофон преобразует звук, в электрический сигнал.

Пьезоэлектрический эффект многослойных керамических конденсаторов (MLCC)

Электрострикция

Электрострикция – это поведение всех диэлектриков, в которых материал испытывает механическую деформацию, или изменение формы, под воздействием электрического поля. Керамические диэлектрики классов II и III производятся с использованием сегнетоэлектрических материалов, которые проявляют большее влияние электрострикционного движения. Вы знаете эти керамические конденсаторы как типы X7R, X5R, Z5V и Y5V.

Когда происходит механическая деформация, результатом может быть звуковое излучение, такое как слышимый гул (т.е. «пение»).

Несколько конденсаторов, установленных на плате близко друг к другу, могут усиливать звук до такой степени, что он станет заметным.

Эффект электрострикции – «поющий» конденсатор

Заключение

Емкость на этикетке, возможно, не является той емкостью, которую вы в итоге получите. Характеристики, обсуждаемые в данной статье, могут изменить величину емкости, которая будет иметь место во время работы или срока службы вашей системы.

Конечно, этот пост не является полным описанием различий между керамическими диэлектриками. Существуют и другие тонкие различия, которые необходимо учитывать при использовании керамических конденсаторов. Но эта информация должна стать хорошей отправной точкой при выборе подходящего керамического конденсатора (MLCC).

Оригинал статьи:

• Here’s What Makes MLCC Dielectrics Different

Теги

MLCC (многослойный керамический конденсатор)TCC / ТКЕ (температурный коэффициент емкости)Керамический конденсаторКлассы керамических конденсаторовКодовое обозначениеКонденсаторКонденсатор C0G / NP0Конденсатор X7RКонденсатор Y5VПоющий конденсаторПьезоэлектрический эффектСрок службы компонентовШумЭлектрострикция

Exxelia — Новости — Что нужно знать о керамических конденсаторах?

1.

Эксперт по материалам

В течение 50 лет компания EXXELIA, являясь лидером рынка, всесторонне познала свойства и характеристики материалов, что позволило нам разрабатывать конденсаторы из фарфора, NPO, BX, 2C1, BP, X7R и –2200ppm/. Керамика °С.

>  См. наши конденсаторы в каталоге

2. Индивидуальные конструкции

Продукция из нашего каталога не соответствует вашим требованиям?
Основываясь на ценном опыте, накопленном при проектировании более 2000 конкретных керамических конденсаторов, вы можете доверить EXXELIA определение качественного индивидуального решения в кратчайшие сроки.

3. Отсутствие устаревания

Выбор стандартного или индивидуального продукта EXXELIA означает, что вам не придется беспокоиться об устаревании.

4. Типичные области применения

• Аэрокосмическая и оборонная промышленность: панели кабины, управление полетом, радиосистемы, ракеты 
• системы наведения…
• Космос: военные и коммерческие спутники, ракеты-носители…
• Медицина: МРТ, наружные дефибрилляторы, имплантируемые устройства…
• Телекоммуникации: базовые станции…
• Нефть и газ: буровые инструменты, MWD, LWD, устья…

5.

ISO 9001 и AS9100C

Качество лежит в основе корпоративной культуры Exxelia. У каждого сайта свои сертификаты.

6. Сертификаты

Конденсаторы производства EXXELIA соответствуют американским и европейским стандартам и требованиям многих международных стандартов.
Детали, отвечающие требованиям космического применения (ESA QPL), см. в нашем каталоге «Керамические конденсаторы для космического применения».

7. Качество и надежность

Компания EXXELIA разрабатывает и производит высококачественную и надежную продукцию. Испытательных циклов, воспроизводящих наиболее неблагоприятные условия эксплуатации в течение продолжительных периодов времени (до 10 000 часов), на сегодняшний день зарегистрировано более 5.109.час/°компонент.
Данные о частоте отказов могут быть предоставлены по запросу.

8. Конфликтные полезные ископаемые

EXXELIA придерживается подхода, основанного на «Соблюдении требований в отношении конфликтных полезных ископаемых». Это правило SEC США требует полной прослеживаемости и механизма контроля для цепочки закупок полезных ископаемых, поощряя импортеров покупать только «сертифицированную» руду.
Мы прекратили отношения с поставщиками, осуществляющими закупки в Демократической Республике Конго или соседних странах.

9. Окружающая среда

EXXELIA придерживается строгой экологической политики, начиная с проектирования продукции и заканчивая отгрузкой. Чтобы контролировать свое воздействие на окружающую среду и согласовать его с функциональными задачами компании, наша экологическая политика предусматривает сокращение или устранение вредных веществ. Мы также уделяем особое внимание соблюдению директив и правил Европейского Союза, в частности REACH и RoHS.

10. Соответствие RoHS

SMD КОНДЕНСАТОРЫ
Выводы конденсатора обычно защищены никелевым барьером, образованным электролитическим напылением. Этот барьер обеспечивает производительность выщелачивания чип-конденсаторов, намного превышающую требования всех применимых стандартов. Никелевый барьер гарантирует минимальную стойкость к теплу пайки в течение 1 минуты при  260°C в ванне олово-свинец (60/40) или олово-свинец-серебро (62/36/2) без заметного изменения паяемости. . Он также допускает повторную пайку-распайку и более длительное время пайки, требуемое методами оплавления.
Однако никелевый барьер усиливает тепловой удар и не рекомендуется для размеров стружки, равных или превышающих CNC Y (30 30) — (C 282 до C 288 — CNC 80 до CNC94).

ВЫВОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Как и для продуктов SMD, линейка выводных конденсаторов также может соответствовать RoHS. Эти продукты, которые характеризуются суффиксом «W», добавленным к коммерческому типу, естественным образом совместимы с припоями, используемыми в технологии монтажа RoHS. Покрытие соединений, как правило, представляет собой сплав SnAg (с максимальным содержанием Ag 4%). Однако на некоторых изделиях, которые EXXELIA уточняет по запросу, покрытие выполнено из чистого серебра.

11. Структура MLCC. Упрощенная схема эквивалентной схемы выглядит следующим образом:

13. Диэлектрические характеристики

Сопротивление изоляции (IR) – это сопротивление, измеренное при постоянном напряжении на выводах конденсатора и состоящее в основном из параллельного сопротивления, показанного в эквиваленте схема. По мере увеличения значений емкости и, следовательно, площади диэлектрика, IR уменьшается, поэтому произведение (C x IR) часто указывается в Ω·F или MΩ·µF.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) представляет собой сумму резистивных членов, которые вызывают нагрев, когда конденсатор используется под переменным напряжением на заданной частоте (f).

Коэффициент рассеяния (DF) представляет собой отношение кажущейся подводимой мощности к теплу в конденсаторе:

DF = 2π f C ESR

выраженный в ваттах, равен:

P = 2π f C Vrms2 DF

Последовательная индуктивность (Ls) обусловлена ​​токами, протекающими через электроды. Это может искажать работу конденсатора на высокой частоте, где импеданс (Z) определяется как:

Z = Rs + j (Ls.q — 1⁄(C.q)) при q = 2πf

При повышении частоты емкостная составляющая конденсаторов постепенно гасится вплоть до резонансной частоты, где :

Z = Rs и LsC.q2 = 1

Выше этой частоты конденсатор ведет себя как индуктор.

Manufacturing steps

>  See our capacitors in catalog

SMD environmental tests

Ceramic chip capacitors for SMD are designed to meet test requirements of CECC 32100 and Стандарты NF C 93133, указанные ниже, в соответствии со стандартами NF C 20700 и IEC 68:

• Пайка: NF C 20758, 260°C, ванна 62/36/2.
• Прилипание: усилие 5 Н.
• Испытание на вибрационную усталость: NF C 20706, 20 г, от 10 до 2000 Гц, 12 циклов по 20 минут каждый.
• Быстрое изменение температуры: NF C 20714, от –55°C до +125°C, 5 циклов.
• Комбинированные климатические испытания: IEC 68-2-38.
• Влажное тепло: NF C 20703, 93 %, HR, 40°C.
• Испытание на выносливость: 1000 часов, 1,5 URC, 125°C.

>  См. наши конденсаторы в каталоге

ХРАНЕНИЕ ЧИП-КОНДЕНСАТОРОВ

КОНДЕНСАТОРЫ С ЗАЛУЖИВАНИЕМ ИЛИ НЕЗАЛУЖИВАНИЕМ
Хранение должно осуществляться в сухом месте при температуре 20°C и относительной влажности ниже 50 %, или предпочтительно в упаковке, содержащей осушитель.

ХРАНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОЙ СРЕДЕ:

• 2 года для конденсаторов с оловянными чипами,
• 18 месяцев для оловянных конденсаторов с гальваническим покрытием,
• 2 года для конденсаторов без лужения,
• 3 года на позолоченные конденсаторы.

ХРАНЕНИЕ В КОНТРОЛИРУЕМОЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ АЗОТНОЙ СРЕДЕ:

• 4 года для конденсаторов с оловянным или гальваническим покрытием,
• 4 года для конденсаторов без лужения,
• 5 лет на позолоченные конденсаторы.

Срок хранения следует считать с даты поставки, а не с даты изготовления партии. Испытания, проводимые на этапе окончательной приемки (пайка, чувствительность к теплу припоя), позволяют оценить совместимость чипов с поверхностным монтажом.

Стили свинца

Советы по паяльнике для паяль между керамическим конденсатором и эпоксидной смолой. Там, где требуются большие размеры, рекомендуется использовать компоненты с ленточными или другими подходящими выводами, чтобы поглощать термомеханические напряжения.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ПЛОЩАДЬ ДЛЯ SMD КОНДЕНСАТОРОВ 
Керамика по своей природе является материалом, чувствительным как к тепловым, так и к механическим воздействиям. Напряжения, вызванные физическими и тепловыми свойствами конденсаторов, подложек и припоев, ослабляются выводами.
Пайка волной припоя не подходит для размеров больше 2220 и для верхних пределов диапазонов емкости из-за возможного теплового удара (значения емкости предоставляются по запросу).

Инфракрасное оплавление и оплавление в паровой фазе предпочтительны для приложений с высокой надежностью, поскольку присущие термомеханические напряжения ниже, чем при пайке волной припоя.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПАЯНИЮ ЖЕЛЕЗОМ

Паяльник не рекомендуется из-за хрупкости керамики и ограничений технологического процесса. В случае, если необходимо использовать паяльник, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Используйте подложку с отпечатками чипа, достаточно большими, чтобы можно было положить рядом один конец конденсатора и наконечник паяльника без какого-либо контакта между этим наконечником. и компонент,
• поместите конденсатор на эту посадочную поверхность,
• нагревать подложку до тех пор, пока температура конденсатора не достигнет минимум 150°C (этап предварительного нагрева, максимум 1°C в секунду),
• поместите наконечник горячего утюга (предпочтительно с плоским наконечником) на след без
• касается конденсатора. Используйте регулируемый утюг с максимальной мощностью 30 Вт,

.

• мощность. Рекомендуемая температура утюга 270 ±10°C. Температурный зазор между конденсатором и железным наконечником не должен превышать 120°С,
• оставить наконечник на следе на несколько секунд, чтобы локально увеличить температуру следа,
• используйте припой с порошковой проволокой и положите его на наконечник утюга. Предпочтительно использовать сплав Sn/Pb/Ag 62/36/2,

.

• подождите, пока на выводе конденсатора не сформируется припой,
• железо и припой на вынос,
• подождите несколько минут, чтобы подложка и конденсатор вернулись к температуре предварительного нагрева,
• припаяйте вторую клемму, используя ту же процедуру, что и первую,
• дайте припаянному компоненту медленно остыть, чтобы избежать теплового удара.

14. Упаковка

ЛЕНТА И КАТУШКА

Пленки, используемые на катушках, соответствуют стандарту IEC 60286-3. Пленки поставляются на катушках в соответствии с документом IEC 286-3 от 1991 г.
Минимальное количество 250 чипов.
Максимальное количество на барабане:

• Катушка Super 8 — Ø 180: 2500 фишек.
• Катушка Super 8 — Ø 330: 10 000 фишек.
• Катушка Super 12 — Ø 180: 1000 фишек.

Маркировка барабана соответствует стандарту CECC 32100:

• Модель.
• Номинальная емкость.
• Допустимое отклонение емкости.
• Номинальное напряжение.
• Номер партии.

15. Габаритные характеристики упаковок лотков для чипсов

16. Характеристики высокодобротных конденсаторов на лентах и ​​катушках

17. Стандартные значения емкости EIA

В соответствии со стандартом EIA можно заказать значения и кратные значения, указанные в таблице ниже. Серии E48, E96 и промежуточные значения доступны по запросу.

18.

Код емкости EIA

Емкость выражается в трехзначном коде и единицах пикофарад (пФ).
Первая и вторая цифры являются значащими цифрами значения емкости, а третья цифра определяет множитель.
Для значения емкости < 10 пФ R обозначает десятичную точку.

См. Примеры ниже:

19. Коды маркировки части маркировки

Используйте следующую диаграмму кода напряжения для маркировки.

20. Таблица маркировки деталей:

21. Уровни надежности

Компания Exxelia предлагает различные уровни надежности керамических конденсаторов для керамики NPO и X7R.

Являясь ведущим мировым производителем специальных пассивных компонентов, мы выделяемся своей способностью быстро оценивать конкретные инженерные задачи и предлагать экономичные и эффективные решения.
Для требований, которые не могут быть удовлетворены продуктами из каталога, мы предлагаем передовые решения в индивидуальной конфигурации: индивидуальная геометрия, упаковка, характеристики — все это возможно благодаря нашему обширному опыту и надежному процессу разработки при сохранении высочайшего уровня надежности.
При необходимости проводятся специальные испытания для проверки таких требований, как низкое диэлектрическое поглощение, сверхвысокое сопротивление изоляции, низкий коэффициент рассеяния, стабильность при циклическом изменении температуры или определенных условиях окружающей среды и т. д.

>  См. наши конденсаторы в каталог

Изменение температуры и напряжения керамических конденсаторов, или Почему ваш конденсатор 4,7 мкФ становится конденсатором 0,33 мкФ

Скачать PDF

Abstract

Реальность современных керамических конденсаторов малого форм-фактора является хорошим напоминанием о том, что всегда нужно читать техпаспорт. В этом руководстве объясняется, почему обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверять данные, чтобы знать, действительно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.

Аналогичная версия этой статьи появилась на EDN , 26 ноября 2012 г.

Введение: я был удивлен

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Я работал над драйвером светодиодной лампочки, и постоянная времени RC-цепи в моем проекте просто не подходила.

Я сразу предположил, что на плате установлены неправильные номиналы компонентов, поэтому я измерил два резистора, составляющих делитель напряжения. Они были в порядке. Я выпаял конденсатор из платы и измерил его. Тоже было нормально. На всякий случай я купил новые резисторы и конденсатор, измерил и установил их. Я запустил схему, проверил правильность основных операций и пошел посмотреть, решена ли моя проблема с постоянной времени RC. Не было.

Я тестировал схему в ее естественной среде: в ее корпусе, который сам был в корпусе, имитирующем «банку» для потолочного освещения. Температуры компонентов в некоторых случаях превышали +100°C. Даже за то короткое время, которое мне понадобилось, чтобы перепроверить поведение RC, все могло стать довольно жарко. Мой следующий вывод, конечно же, заключался в том, что проблема заключалась в изменении температуры конденсатора.

Я скептически отнесся к этому заключению, так как использовал конденсаторы X7R, которые, как я знал много лет, изменялись только на ±15% до +125°C. Чтобы быть уверенным и подтвердить свою память, я просмотрел техпаспорт конденсатора, который использовал. Вот тогда и началось мое перевоспитание керамических конденсаторов.

Общие сведения о некоторых основных типах керамических конденсаторов

Для тех, кто не помнит этот материал (как практически все), в Таблице 1 показаны буквы и цифры, используемые для обозначения типов керамических конденсаторов, и их значение. В этой таблице описывается керамика класса II и класса III. Не вдаваясь в подробности, отметим, что конденсаторы класса I включают обычный тип COG (NPO). Они не так объемно эффективны, как представленные в нашей таблице, но они гораздо более стабильны в условиях окружающей среды и не проявляют пьезоэффекта. Однако те, что указаны в таблице ниже, могут иметь самые разные характеристики; они будут расширяться и сжиматься при подаче напряжения, иногда вызывая слышимое гудение или звон, пьезоэффекты.

Из многих типов конденсаторов, описанных выше, наиболее распространенными, по моему опыту, являются X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использую Y5V из-за чрезвычайно большого изменения емкости в зависимости от условий окружающей среды.

Когда производители конденсаторов разрабатывают продукты, они выбирают материалы с характеристиками, которые позволят конденсаторам работать в пределах указанного отклонения (3-й знак) в указанном диапазоне температур (1-й и 2-й знак). Конденсаторы X7R, которые я использовал, не должны отличаться более чем на ±15% в диапазоне температур от -55°C до +125°C. Итак, либо у меня была плохая партия конденсаторов, либо что-то еще происходило в моей схеме.

Не все X7R одинаковы

Поскольку моя проблема постоянной времени RC была намного больше, чем можно было бы объяснить заданным изменением температуры, мне пришлось копать глубже. Глядя на данные изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для моего конденсатора, я был удивлен, увидев, насколько емкость изменилась в зависимости от заданных условий. Я выбрал конденсатор на 16 В для работы со смещением 12 В. В техпаспорте указано, что мой конденсатор на 4,7 мкФ обычно обеспечивает емкость 1,5 мкФ в этих условиях! Сейчас этот объясняет проблему, с которой столкнулась моя RC-схема.

Затем в техпаспорте было показано, что если бы я просто увеличил размер своего конденсатора с 0805 до 1206, типичная емкость в этих условиях составила бы 3,4 мкФ. Это потребовало дополнительного расследования.

Я обнаружил, что на веб-сайтах Murata и TDK ^® есть отличные инструменты, которые позволяют отображать изменения конденсаторов в различных условиях окружающей среды. Я исследовал конденсаторы 4,7 мкФ различных размеров и номиналов напряжения. На рис. 1 представлены данные, полученные с помощью инструмента Murata для нескольких различных керамических конденсаторов емкостью 4,7 мкФ. Я рассмотрел оба типа X5R и X7R в размерах корпуса от 0603 до 1812 и с номинальным напряжением от 6,3 В _DC до 25 В _DC .

Рис. 1. Изменение емкости в зависимости от напряжения постоянного тока для некоторых конденсаторов емкостью 4,7 мкФ.

Обратите внимание, во-первых, что по мере увеличения размера корпуса изменение емкости при приложенном постоянном напряжении существенно уменьшается.

Второй интересный момент заключается в том, что в пределах размера корпуса и типа керамики номинальное напряжение конденсаторов часто не имеет значения. Я ожидал, что использование конденсатора с номиналом 25 В при напряжении 12 В будет иметь меньше вариаций, чем конденсатор с номиналом 16 В при том же смещении. Глядя на трассировки для X5R в корпусе 1206, мы видим, что часть с номинальным напряжением 6,3 В действительно работает лучше, чем ее собратья с более высоким номинальным напряжением. Если бы мы рассмотрели более широкий диапазон конденсаторов, мы бы обнаружили, что такое поведение является обычным явлением. Набор конденсаторов, который я рассматривал, не проявляет такого поведения в такой степени, как керамические конденсаторы в целом.

Третье наблюдение заключается в том, что для одного и того же корпуса X7R всегда имеют лучшую чувствительность к напряжению, чем X5R. Я не знаю, справедливо ли это для всех, но в моем исследовании это действительно так.

Используя данные этого графика, в таблице 2 показано, насколько уменьшились емкости X7R при смещении 12 В.

Мы видим устойчивое улучшение по мере перехода к конденсаторам большего размера, пока не достигнем размера 1210. Выход за пределы этого размера не дает никаких улучшений.

В моем случае я выбрал наименьший доступный корпус для 4,7 мкФ X7R, потому что размер был проблемой для моего проекта. По своему невежеству я предполагал, что любой X7R столь же эффективен, как и любой другой X7R — очевидно, это не так. Чтобы получить надлежащую производительность для моего приложения, мне пришлось использовать пакет большего размера.

Правильный выбор конденсатора

Очень не хотелось переходить на 1210 пакет. К счастью, у меня была возможность увеличить номиналы задействованных резисторов примерно в 5 раз и, таким образом, уменьшить емкость до 1,0 мкФ. На рис. 2 показано поведение напряжения нескольких конденсаторов X7R на 16 В, 1,0 мкФ в сравнении с их аналогами на 4,7 мкФ, 16 В, X7R.

Рис. 2. Производительность конденсаторов 1,0 мкФ против 4,7 мкФ.

Конденсатор 0603 1,0 мкФ ведет себя примерно так же, как устройство 0805 4,7 мкФ. Конденсаторы 0805 и 1206 емкостью 1,0 мкФ работают немного лучше, чем конденсатор 1210 емкостью 4,7 мкФ. Таким образом, используя устройство 0805 1,0 мкФ, я смог сохранить размер конденсатора неизменным, в то же время получив конденсатор, который упал только до 85% от номинального, а не до 30% от номинального при смещении.

Но предстояло узнать больше. Я все еще был в замешательстве. У меня сложилось впечатление, что все конденсаторы X7R должны иметь одинаковые коэффициенты напряжения , поскольку диэлектрик использовался один и тот же, а именно X7R. Я связался с коллегой и экспертом по керамическим конденсаторам.¹ Он объяснил, что есть много материалов, которые можно отнести к категории «X7R». Фактически, любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, ±15% в диапазоне температур от -55°C до +125°C, может называться X7R. Он также пояснил, что для X7R или любых других типов не существует спецификации коэффициента напряжения.

Это очень важный момент, поэтому я повторю его. Поставщик может назвать конденсатор X7R (или X5R, или любой другой тип), если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения.

Как разработчику приложений, этот факт просто подкрепляет старую максиму (каламбур), которую знает любой опытный разработчик приложений: «Читайте техническое описание!»

По мере того, как поставщики конденсаторов изготавливали компоненты все меньше и меньше, им приходилось идти на компромисс в отношении используемых материалов. Чтобы получить необходимую объемную эффективность при меньших размерах, им пришлось принять худшие коэффициенты напряжения. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса. Следовательно, при использовании керамических конденсаторов в небольших корпусах или вообще каких-либо компонентов крайне важно читать техпаспорт. К сожалению, часто общедоступные таблицы данных сокращены и содержат очень мало информации такого рода, поэтому вам, возможно, придется запросить более подробную информацию у производителя.

А как насчет тех Y5V, которые я сразу отверг? Ради интереса рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду называть производителя этой детали, так как она ничем не хуже Y5V любого другого производителя. Я выбрал конденсатор емкостью 4,7 мкФ с номиналом 6,3 В в корпусе 0603 и посмотрел характеристики на 5 В и +85°C. При 5 В типичная емкость на 92,9% ниже номинальной или 0,33 мкФ. Вот так. Смещение этого конденсатора с номинальным напряжением 6,3 В на 5 вольт приведет к тому, что емкость будет в 14 раз меньше номинальной. При +85°C при смещении 0 В емкость уменьшается на 68,14%, с 4,7 мкФ до 1,5 мкФ. Теперь вы можете ожидать, что это уменьшит емкость при смещении 5 В с 0,33 мкФ до 0,11 мкФ. К счастью, эти два эффекта не сочетаются таким образом. В данном случае изменение емкости при смещении 5В при комнатной температуре хуже, чем при +85°С.
Чтобы было ясно, с этой частью при смещении 0 В мы видим падение емкости с 4,7 мкФ при комнатной температуре до 1,5 мкФ при +85 ° C, а при смещении 5 В емкость увеличивается с температурой с 0,33 мкФ при комнатной температуре до 0,39.мкФ при +85°C. Это должно убедить вас в том, что вам действительно нужно тщательно проверять спецификации компонентов.

Заключение

В результате этого урока я больше не просто указываю конденсатор X7R или X5R коллегам или клиентам. Вместо этого я указываю конкретные детали от конкретных поставщиков, чьи данные я проверил. Я также предупреждаю клиентов, чтобы они проверяли данные при рассмотрении альтернативных поставщиков в производстве, чтобы убедиться, что они не столкнутся с этими проблемами.

Главный урок здесь, как вы могли догадаться, заключается в том, чтобы «читать техпаспорт» каждый раз, без исключений. Запрашивайте подробные данные, если техпаспорт не содержит достаточной информации. Помните также, что обозначения типов керамических конденсаторов, такие как X7R, X5R и Y5V, ничего не говорят о коэффициентах напряжения. Инженеры должны проверять данные, чтобы знать, действительно знать, как конкретный конденсатор будет работать под напряжением.

Наконец, имейте в виду, что по мере того, как мы продолжаем безумно стремиться к все меньшим и меньшим размерам, это становится все более серьезной проблемой с каждым днем.