貼片陶瓷電容器應用手冊

第 1章　貼片陶瓷電容器發(fā)展史簡介 1
1．1　貼片陶瓷電容器的命名　1
1．2　全球主要MLCC生產商介紹　1
1．3　MLCC發(fā)展歷程簡介　2
第　2章 電容器的基本概念和定義　3
2．1　電容器定義和介電常數(shù)概念　3
2．2　電容器的充電和放電　4
2．2．1 電容器的充電原理演示　4
2．2．2 電容器的放電原理演示　5
2．3　電容器尺寸小型化能力判定標準　6
2．4　電容器的串并聯(lián)　6
2．4．1 電容器的并聯(lián)　6
2．4．2 電容器的串聯(lián)　6
2．5　復合絕緣介質　7
2．6　絕緣介質的極化現(xiàn)象與容值的頻率特性　7
2．6．1 絕緣介質中的偶極子及其極化作用　7
2．6．2 容值的頻率特性　9
2．7　絕緣介質吸收DA　9
2．7．1 絕緣介質吸收的成因　9
2．7．2 絕緣介質吸收的測試方法　11
2．8　II類和III類陶瓷絕緣介質的壓電效應　11
2．9　絕緣電阻的概念和定義　12
2．9．1 絕緣電阻的測量方法　12
2．9．2 時間常數(shù)的概念　13
2．9．3 貼片陶瓷電容器漏電流的換算　14
2．10　耐電壓DWV的概念和定義　14
2．10．1 擊穿電壓BDV　14
2．10．2 電暈電壓　15
2．10．3 MLCC的額定電壓　16
2．10．4 耐電壓DWV的測試方法　16
2．11　介質損耗的概念和定義　16
2．11．1 阻抗形成的三要素　16
2．11．2 損耗的降額特性　19
2．11．3 介質損耗因數(shù)　20
2．11．4 Q 值　21
2．11．5 損耗的頻率特性　23
2．12　內能和外力　23
2．12．1 內能　23
2．12．2 電磁場作用力　24
2．12．3 靜電場中的作用力　24
2．13　與電容器有關的功率概念　25
2．13．1 電容器上電流與電壓之間的相位角　25
2．13．2 電容器的功率損耗　25
2．13．3 電容器的功率因數(shù)　25
2．14　電容器的基本性質及在電路中的作用　25
2．14．1 電容器的兩個基本功能　25
2．14．2 儲能　26
2．14．3 平滑　26
2．14．4 耦合　26
2．14．5 去耦　27
2．14．6 調諧　28
2．14．7 振蕩　28
2．14．8 分壓　28
2．14．9 計時　29
第3章　靜電電容器構造方案簡介　30
3．1　靜電電容器常用構造方案簡介　30
3．2　疊層結構　30
3．3　卷繞結構　31
3．4　擴大表面積　31
3．5　電極間距最小化　32
3．6　絕緣介質材料選擇較高的介電常數(shù)　32
3．7　金屬化工藝　32
3．8　熱處理/收縮　35
3．9　浸漬/電壓分布　35
3．10　密封封裝　36
3．11　環(huán)氧樹脂包封　36
3．12　四端子連接　37
3．13　阻燃性　37
第4章　貼片陶瓷電容器的結構組成及生產工藝簡介　38
4．1　陶漿制帶工藝簡介　38
4．2　貼片陶瓷電容器燒結工藝簡介　39
4．3　NME和BME制程介紹　40
4．4　MLCC生產工藝流程簡介　41
4．4．1 MLCC生產流程　41
4．4．2 MLCC各個生產工序簡要說明及可能誘發(fā)的品質問題　43
第5章　MLCC陶瓷絕緣介質分類及溫度特性介紹　52
5．1　陶瓷絕緣介質溫度特性的定義和分類　52
5．2　陶瓷絕緣介質溫度特性類別代碼　52
5．2．1 I類陶瓷絕緣介質的定義及溫度特性代碼（EIA標準）　53
5．2．2 I類陶瓷絕緣介質溫度系數(shù)極限值的換算（EIA標準）　54
5．2．3 I類陶瓷絕緣介質定義及溫度特性代碼（IEC標準）　56
5．2．4 I類陶瓷絕緣介質容值變化允許偏差（IEC標準）　56
5．2．5 I類陶瓷介質的燒結收縮率和介質吸收　58
5．2．6 高頻元件（HF chips）中高精密陶瓷絕緣介質的應用　58
5．2．7 II類陶瓷絕緣介質定義（EIA標準）　58
5．2．8 III類陶瓷絕緣介質定義（EIA標準）　59
5．2．9 IV類陶瓷絕緣介質定義（EIA標準）　59
5．2．10 II、III類陶瓷絕緣介質的溫度特性代碼及容值允許變量（EIA標準）　59
5．2．11 II類陶瓷絕緣介質的溫度系數(shù)和偏差（IEC標準）　60
5．2．12 MLCC常用陶瓷絕緣介質代碼及溫度系數(shù)　60
第6章　陶瓷絕緣介質的電氣特性介紹　62
6．1　陶瓷絕緣介質的溫度特性　62
6．1．1 容值和損耗因數(shù)的溫度特性　62
6．1．2 陶瓷絕緣介質的絕緣電阻的溫度特性　70
6．2　陶瓷絕緣介質的頻率特性　71
6．2．1 容值和損耗因數(shù)的頻率特性　71
6．2．2 陶瓷絕緣介質和阻抗的頻率特性　83
6．2．3 陶瓷絕緣介質電抗的頻率特性　97
6．2．4 陶瓷絕緣介質等效串聯(lián)電感的頻率特性　100
6．3　陶瓷絕緣介質的電壓特性　103
6．3．1 陶瓷絕緣介質的直流偏壓特性　103
6．3．2 陶瓷絕緣介質的交流電壓特性　107
6．4　陶瓷絕緣介質的紋波電流發(fā)熱特性　110
6．4．1 紋波電流發(fā)熱特性測試方法　110
6．4．2 C0G（NP0）紋波電流發(fā)熱特性　111
6．4．3 X7R的紋波電流發(fā)熱特性　111
6．4．4 X5R的紋波電流發(fā)熱特性　112
6．4．5 Y5V的紋波電流發(fā)熱特性　113
6．5　II類和III類陶瓷絕緣介質的老化特性　113
6．5．1 老化原理　113
6．5．2 老化規(guī)律　113
6．5．3 容值測量和容值偏差　115
6．5．4 容值測量前的特殊預處理　115
6．6　S-參數(shù)數(shù)據(jù)　116
6．6．1 S-參數(shù)測試方法　116
6．6．2 C0G的S-參數(shù)曲線　118
6．6．3 X7R的S-參數(shù)曲線　122
6．6．4 X5R的S-參數(shù)曲線　124
6．6．5 Y5V的S-參數(shù)曲線　127
6．7　II類和III類陶瓷絕緣介質的壓電特性　129
6．7．1 壓電特性原理介紹　129
6．7．2 壓電陶瓷介紹　129
6．7．3 壓電特性對MLCC的影響　129
第7章　貼片陶瓷電容器規(guī)格描述　130
7．1　MLCC尺寸規(guī)格介紹　130
7．1．1 公制與英制換算關系　130
7．1．2 MLCC長與寬的偏差　130
7．1．3 端電極寬度　130
7．1．4 MLCC尺寸的IEC標準　131
7．1．5 MLCC尺寸的各大廠家標準　131
7．2　MLCC容值優(yōu)先數(shù)系和容值代碼的
引用標準　132
7．2．1 E系列先值數(shù)系定義　132
7．2．2 MLCC容值偏差與E優(yōu)先數(shù)系的對應關系　134
7．2．3 MLCC容值代碼定義　135
7．2．4 MLCC容值優(yōu)先值定義　136
7．3　MLCC額定電壓優(yōu)先數(shù)系和額定電壓代碼的引用標準　139
7．3．1 R系列優(yōu)先數(shù)系定義　139
7．3．2 額定電壓優(yōu)先數(shù)系　139
7．3．3 額定電壓代碼　139
7．4　類別概念　140
7．5　MLCC各尺寸規(guī)格的容值和電壓設計范圍查詢表　141
7．6　MLCC儲存條件　160
第8章　MLCC的測試和測量標準　161
8．1　通用規(guī)范　161
8．2　通用標準大氣壓條件　162
8．2．1 測試和測量大氣條件　162
8．2．2 測試樣品恢復條件　162
8．2．3 推薦條件　163
8．2．4 參考條件　163
8．3　通用預處理　163
8．3．1 測試樣品的預干燥（適用于I類陶瓷電容器）　163
8．3．2 測試樣品的預處理　163
8．4　通用貼裝焊接　163
8．4．1 測試基板　163
8．4．2 波峰焊　165
8．4．3 回流焊　165
8．5　容值測試　165
8．5．1 通用描述　165
8．5．2 測試樣品的預處理　165
8．5．3 測試條件　165
8．5．4 容值測試判定標準　166
8．6　損耗因數(shù)　166
8．6．1 通用描述　167
8．6．2 測試樣品的預處理　167
8．6．3 tan （DF）的測試條件　167
8．6．4 tan （DF）測試的判定標準　167
8．7　絕緣電阻　176
8．7．1 通用描述　176
8．7．2 測試前預處理　176
8．7．3 絕緣電阻的測試條件　176
8．7．4 測試點的選擇　177
8．7．5 外部絕緣測試方法　178
8．7．6 絕緣電阻 測試判定標準　179
8．8　耐電壓　182
8．8．1 通用描述　182
8．8．2 測試電路（兩個端電極之間）　183
8．8．3 測試方法　183
8．8．4 耐電壓測試判定標準　184
8．9　擊穿電壓測試　185
8．9．1 通用描述　185
8．9．2 BDV測試條件　185
8．9．3 BDV測試判定標準　185
8．10　阻抗　186
8．10．1 通用描述　186
8．10．2 阻抗測試方法　186
8．10．3 阻抗測試條件　186
8．10．4 阻抗測試判定標準　187
8．11　自諧振頻率和等效串聯(lián)電感　187
8．11．1 通用描述　187
8．11．2 等效串聯(lián)電感　187
8．11．3 測試判定標準　187
8．12　等效串聯(lián)電阻　187
8．12．1 通用描述　187
8．12．2 測試樣品的預處理　188
8．12．3 測試條件　188
8．12．4 測試儀器要求　188
8．12．5 測試方法　188
8．12．6 ESR測試判定標準　188
8．13　容值溫度特性　188
8．13．1 測試樣品的預處理　188
8．13．2 初始測量　189
8．13．3 測試步驟　189
8．13．4 測試方法　189
8．13．5 溫度系數(shù) 和溫度循環(huán)下容值變化比的計算方法　189
8．13．6 溫度系數(shù)測試的判定標準　190
8．14　壽命測試　191
8．14．1 一般描述　191
8．14．2 測試樣品的預處理　191
8．14．3 初始測試　191
8．14．4 測試條件　191
8．14．5 測試樣品的放置　192
8．14．6 測試樣品的恢復　192
8．14．7 壽命測試最終判定標準　192
8．15　介質吸收　194
8．15．1 測試步驟　194
8．15．2 判定標準　194
8．16　加速壽命測試　195
8．16．1 一般描述　195
8．16．2 壽命測試和加速壽命測試條件　195
8．16．3 壽命測試和加速壽命測試判定標準　195
8．17　外觀檢查　196
8．17．1 外觀檢查條件　196
8．17．2 外觀檢驗標準　196
8．18　抗彎曲測試　197
8．18．1 測試目的和一般描述　197
8．18．2 測試基板　197
8．18．3 預處理　198
8．18．4 貼裝焊接　198
8．18．5 初始測量　198
8．18．6 抗彎測試方法　198
8．18．7 測試樣品恢復　199
8．18．8 抗彎測試判定標準　199
8．19　端電極附著力測試　200
8．19．1 測試的目的和一般描述　200
8．19．2 測試基板　200
8．19．3 預處理　200
8．19．4 貼裝焊接　200
8．19．5 初始測量　201
8．19．6 端電極附著力測試方法　201
8．19．7 端電極附著力測試判定標準　202
8．20　斷裂強度測試　202
8．20．1 通用描述　202
8．20．2 測試方法　202
8．20．3 斷裂強度測試判定標準　203
8．21　抗震測試　203
8．21．1 通用描述　203
8．21．2 貼裝焊接　203
8．21．3 測試方法　203
8．21．4 中期測試　204
8．21．5 抗震測試判定標準　204
8．22　焊錫性測試　204
8．22．1 通用描述　204
8．22．2 測試樣品的預處理　204
8．22．3 加速老化　204
8．22．4 初始檢查　205
8．22．5 焊錫槽測試法（適合于0603/0805/1206）　205
8．22．6 回流焊測試法　207
8．22．7 MLCC廠家采用的焊錫性測試方法和條件　209
8．22．8 焊錫性測試后測試樣品的恢復　209
8．22．9 焊錫性測試完成后最終判定標準　209
8．23　抗焊熱沖擊測試　210
8．23．1 通用描述　210
8．23．2 測試樣品的預處理　210
8．23．3 初始檢查　210
8．23．4 焊錫槽測試法（適合于0603/0805/1206）　210
8．23．5 回流焊測試法　212
8．23．6 抗焊熱沖擊測試后測試樣品的恢復　214
8．23．7 抗焊熱沖擊測試完成后最終判定標準　214
8．24　錫爆測試　215
8．24．1 通用描述　215
8．24．2 測試條件　215
8．24．3 錫爆測試判定標準　215
8．25　沾錫天平測試　216
8．25．1 通用描述　216
8．25．2 測試裝置說明　216
8．25．3 測試樣品的預處理　217
8．25．4 測試材料　217
8．25．5 測試步驟　218
8．25．6 沾錫天平測試判定標準　218
8．26　耐溫度急劇變化測試　219
8．26．1 一般描述　219
8．26．2 預處理　219
8．26．3 初始測量　219
8．26．4 測試方法　219
8．26．5 最終測試判定標準　221
8．27　氣候變化連續(xù)性測試　222
8．27．1 一般描述　222
8．27．2 測試樣品的預處理　222
8．27．3 初始測量　222
8．27．4 干熱測試　222
8．27．5 第 一次濕熱循環(huán)測試　223
8．27．6 低溫測試　226
8．27．7 第二次濕熱循環(huán)測試　228
8．27．8 氣候變化連續(xù)性測試的恢復　229
8．27．9 氣候變化連續(xù)性測試最終檢驗判定標準　229
8．28　穩(wěn)態(tài)濕熱測試　229
8．28．1 一般描述　229
8．28．2 測試室和測試系統(tǒng)介紹　231
8．28．3 測試樣品的預處理　231
8．28．4 測試樣品的初始測量　231
8．28．5 測試條件嚴苛程度　231
8．28．6 測試步驟　232
8．28．7 測試樣品的中期測試　232
8．28．8 測試樣品的恢復　232
8．28．9 最終測量判定標準　232
8．29　機械沖擊測試　234
8．29．1 通用描述　234
8．29．2 測試設備　234
8．29．3 貼裝焊接　234
8．29．4 測試樣品的預處理　235
8．29．5 測試方法　235
8．29．6 機械沖擊測試判定標準　235
8．30　破壞性物理分析　235
8．30．1 破壞性物理分析（DPA，Destructive Physical Analysis）的適用范圍和目的　235
8．30．2 MLCC破壞性物理分析（DPA）的術語　236
8．30．3 DPA分析的步驟和方法　237
8．30．4 拋光后樣品的微觀判定　242
第9章　MLCC質量評審　248
9．1　MLCC質量評審一般要求　248
9．1．1 確認MLCC制造初級階段　248
9．1．2 MLCC屬于結構近似性元件　248
9．1．3 發(fā)布批次的記錄證明　248
9．2　資格承認　248
9．2．1 資格承認的一般要求　248
9．2．2 基于固定樣本量的資格承認流程　249
9．2．3 關于資格承認的系列完整測試　250
9．3　質量合格檢驗　251
9．3．1 檢驗批次的形成　251
9．3．2 測試抽樣計劃　251
9．3．3　評審標準　252
第　10章 元件壽命和可靠性的相關理論　253
10．1　設計選型時對元件使用壽命的評估　253
10．2　加速壽命測試理論及應用　253
10．2．1 加速壽命測試的由來　253
10．2．2 加速壽命測試（HALT）介紹　254
10．2．3 加速壽命測試（HALT）理論　254
10．2．4 HALT實驗結果　257
10．2．5 HALT測試流程　257
10．2．6 HALT測試結果說明　257
10．2．7 HALT測試結論　258
10．2．8 加速壽命測試理論的應用　258
10．3　失效率和既設可靠性　259
10．3．1 失效率和平均故障間隔時間　259
10．3．2 測試中出現(xiàn)的失效率　259
10．3．3 元件失效率概念　260
10．3．4 電容器元件的失效模式　263
10．3．5 第二貨源　263
10．4　標準值、最大值、最小值、標準偏差　263
第　11章 MLCC常見客戶投訴及失效模式分析　265
11．1　機械性能方面投訴　265
11．1．1 尺寸不良　265
11．1．2 外觀不良　266
11．2　貼片焊接方面投訴　273
11．2．1 拋料不良　273
11．2．2 焊錫性不良　283
11．2．3 焊接后端頭脫落（附著力不良）　291
11．2．4 焊接后斷裂　292
11．2．5 鍍層浸析不良　296
11．2．6 錫球錫珠不良（錫爆現(xiàn)象）　297
11．2．7 豎件不良（立碑效應）　299
11．3　電氣性能方面投訴　299
11．3．1 容值不良　299
11．3．2 DF或Q值不良　302
11．3．3 漏電和燒板（絕緣電阻不良）　303
11．3．4 耐壓不良（被擊穿）　316
11．3．5 異響（嘯叫）　320
11．4　有害物質管控方面投訴　322
11．4．1 ROHS要求　322
11．4．2 REACH要求　323
11．4．3 MLCC物質安全資料表MSDS　324
11．4．4 SVHC高關注物質　324
11．4．5 無鹵要求　325
第　12章 MLCC在電路設計中的應用知識　326
12．1　設計選型時需要考慮的性能和參數(shù)　326
12．1．1 MLCC應用類別選擇　326
12．1．2 MLCC陶瓷絕緣介質選擇　327
12．1．3 MLCC容值選擇　334
12．1．4 MLCC額定電壓選擇　336
12．1．5 MLCC尺寸選擇　336
12．2　用錯額定電壓對MLCC使用壽命影響的評估方法　337
12．2．1 近似推算方法　337
12．2．2 利用加速壽命理論推算　338
12．2．3 應用舉例　339
12．3　關于DC額定電壓MLCC的AC功率計算　339
12．4　PCB設計如何避免擊穿現(xiàn)象發(fā)生　342
12．5　應對MLCC斷裂問題的選型推介　344
12．5．1 柔性端電極產品　344
12．5．2 疊層開路模式設計產品　345
12．6　關于ESR的損耗系數(shù)　346
12．7　電容器ESR測量技巧　347
12．7．1 ESR測試方法　347
12．7．2 ESR測試裝置　347
12．7．3 影響ESR測量的因素　348
12．8　如何理解絕緣電阻IR　348
12．8．1 IR的組成分析　348
12．8．2 IR的測量原理　349
12．8．3 影響IR的因素　349
12．8．4 IR在應用中需考量的因素　350
12．9　MLCC耦合交流和阻截直流應用　350
12．9．1 耦合應用的基本要求　350
12．9．2 凈阻抗　351
12．9．3 插入損耗S21　351
12．9．4 ESR和品質因數(shù)Q　352
12．10　MLCC的旁路應用　352
12．10．1 旁路應用的基本要求　352
12．10．2 相關術語　352
12．10．3 應用舉例　353
12．10．4 漏極偏置網(wǎng)絡　353
12．11　高Q電容器的匹配應用　354
12．11．1 匹配應用的作用　354
12．11．2 將高Q電容設計成匹配網(wǎng)絡的原因　355
12．11．3 應用舉例　355
12．11．4 可靠性　356
縮寫　357