PCBA大讲堂：多层陶瓷电容(MLCC)的基本原理

我们都知道，电容就是可以储存电量的容器，而电容的基本原理就是使用两片互相平行但未接触在一起的金属，中间以空气或是其他材料作为为绝缘物，将两片金属的一片接在电池的正极，另一片接在负极，金属片上就能储存电荷，这种能储存电荷的装置就称为【电容器】。不过本文最主要在阐明MLCC(多层陶瓷电容)

如下图所示，当两金属片间之电位差为1V，储存之电荷量为1库伦时，电容器的容量就是1法拉（Farad），以公式表示如下：C = Q / V

Q：金属片上储存的电荷量，单位为库伦。

V：金属片间的电压，单位为伏特。

C：电容器的容量，单位为法拉。

所以电容器的容量与金属片的面积成正比，但是与两金属片之间的距离成反比，并且与金属片之间的绝缘介电质(dielectric)常数有关。电容可以用下面的公式表下：

C = εA / L 

(A:金属片的电及面积；L:金属片电极间的距离；ε:电极间绝缘物的介电常数)。

多层陶瓷电容的原理：

而多层陶瓷电容(MLCC，Multi-Layer Ceramic Capacitor)因为可以作成薄片，比起「电解电容」在同样的体积下MLCC可以大大提昇其电容器的容量。

MLCC的电容量公式可以如下表示：

C：电容量，以 F (法拉) 为单位，而MLCC 之电容值 以 PF, nF,和 µF 为主。

ε：电极间绝缘物的介质常数，单位为法拉／公尺。

K：介电常数 (依陶瓷种类而不同)

A：导电面积 (产品大小及印刷面积而不同)

D：介电层厚度 (薄带厚度)

n：层数 (堆迭层数)

MLCC产品种类及规格介绍：

1、依照【温度】特性分类：电容值随温度变化情形，可分为 COG(NPO)、X7R、Z5U、Y5V 等。 

COG为EIA标淮，其表示温度从 -55°C到125°C电容值变化(以25°C之电容值为基淮)，COG为 +/- 30ppm/°C 。 

NPO为COG一般常用之称乎，N为「负(negative)」，P表「正(positive)」，O表「零」，表示此电容器在使用温度范围中, 其电容变化量很小几乎为零。 

X7R：表示-55°C(X)～125°C(7)其容量变化(以25°C为基淮)必须 ±15%(R) 以内。 

Y5V：表示-30°C(Y) ～到 85°C(5) 其容量变化(以25°C为基淮)必须在+22～82%(V)以内。 

以下是MLCC的温度特性代表符号，仅供参考： 

2、依照MLCC产品【尺寸】的大小分类：0402 ; 0603 ; 0805 ; 1206 等。 

3、依照【电容量】来区分：如 10 PF, 100P, 1nF, 1 µF, 10 µF 等。

4、依照【工作电压】区分：如 10V, 16V, 25V, 50V, 100V, 200V, 500V, 1KV, 2KV, 3KV。同一系列的产品， 其工作电压越高，则其介电层厚度就必须越厚， 相对的其电容值也就较低。 

例如：Y5V/0603/100nF产品 其工作电压可达25v(堆迭层数:约20 层, 介电层厚:12 µm)；Y5V/0603/1µF产品 其工作电压只有10v(堆迭层数: 约76层, 介电层厚:7 µm) 。

5、依照【容值允差】区分：如 ±0.1pF(B值)、±0.25pF(C值)、±0.5pF(D值)、±1%(F值)、±2%(G值)、±5% (J值)、±10%(K值)、±20%(M值)、 -20%～+80%(Z值)。

所以，一个完整的 MLCC 产品在规格描述上至少必须包括以上的全部特性。 

例如 ：< NPO/0603/100PF/J/50V> 

表示此产品的规格为：NPO材质、0603尺寸、100PF容值、容值允差为±5%、耐压为50V。

MLCC的制造流程：

MLCC本体的介电材料，以钛酸钡、 氧化钛、钛酸镁、 钛酸锶…等为主，依据产品的种类(NPO, X7R, Y5V)决定不同的烧结温度与烧结气氛。

MLCC内、外电极材料列表：

一、厚膜积层技术 :

生胚成形：带状生胚，厚度: 5µm – 25 µm。

电极印刷：导电电极印刷, 依尺寸。

迭层技术：4 – 250 层。

切割技术：Knife cutting, Laser cutting, Sawing。

二、陶瓷共烧技术：

陶瓷及金属电极材料：使用匹配的材料。

本体烧结技术：温度 (950～1300°C)及气氛控制 (空气，氮/氢 混合气)。

端电极技术：高温烧附(750～900°C) 及气氛控制 (铜电极)。

电镀技术 (镀镍, 锡/铅), 纯锡电镀。

MLCC之制造流程大致如下：

MLCC以材料特性又分为NME(Noble Metal Electrode，贵金属电极)及BME(Base Metal Electrode，卑金属电极)两种制程技术，其生成运用的特性也稍有不同。NME比较稳定，经常作为耐高压的产品，价钱也比较贵；BME则属于低成本的产品，允差比较大，一般用在比较不挑剔的产品上。

MLCC的最大问题是太过脆弱，一个使用或处理不小心就容易出现破裂(crack)的情形发生，所以一般MLCC出厂时都会特别注明如何handle这些娇客。焊接或是解焊时还得注意不要对其本体产生应力，否则它就会「破」给你看。参考下面两篇文章应该可以给你一些关于MLCC破裂的知识： 

MLCC多层陶瓷电容破裂的可能原因 

陶瓷电容(MLCC)落下后破裂并掉落分析（应力）