Ao construír capacitores cerámicos multicapa (MLCC), os enxeñeiros eléctricos adoitan escoller dous tipos de dieléctricos dependendo da aplicación: dieléctricos de materiais non ferroeléctricos de Clase 1 como C0G/NP0 e Clase 2, dieléctricos de materiais ferroeléctricos como X5R e X7R.A diferenza fundamental entre eles é se o capacitor, ao aumentar a tensión e a temperatura, aínda ten unha boa estabilidade.Para os dieléctricos de Clase 1, a capacitancia permanece estable cando se aplica unha tensión continua e a temperatura de funcionamento aumenta;Os dieléctricos de clase 2 teñen unha elevada constante dieléctrica (K), pero a capacidade é menos estable ante cambios de temperatura, voltaxe, frecuencia e co paso do tempo.
Aínda que a capacitancia pode ser aumentada por varios cambios no deseño, como cambiar a área superficial das capas de electrodos, o número de capas, o valor K ou a distancia entre as dúas capas de electrodos, a capacitancia dos dieléctricos de Clase 2 acabará caendo bruscamente cando aplícase unha tensión continua.Isto débese á presenza dun fenómeno chamado polarización de CC, que fai que as formulacións ferroeléctricas de Clase 2 experimenten finalmente unha caída da constante dieléctrica cando se aplica unha tensión de CC.
Para valores de K máis altos de materiais dieléctricos, o efecto da polarización de CC pode ser aínda máis grave, xa que os capacitores poden perder ata o 90% ou máis da súa capacidade, como se mostra no diagrama.
A rigidez dieléctrica dun material, é dicir, a tensión que pode soportar un determinado espesor de material, tamén pode cambiar o efecto da polarización de CC nun capacitor.Nos EUA, a rigidez dieléctrica adoita medirse en voltios/mil (1 mil é igual a 0,001 polgada), noutros lugares mídese en voltios/micrón e está determinada polo espesor da capa dieléctrica.Como resultado, diferentes capacitores coa mesma capacidade e tensión nominal poden funcionar de forma significativamente diferente debido ás súas diferentes estruturas internas.
Paga a pena notar que cando a tensión aplicada é maior que a rigidez dieléctrica do material, as faíscas atravesarán o material, provocando un risco potencial de ignición ou explosión a pequena escala.
Exemplos prácticos de como se xera a polarización DC
Se consideramos o cambio de capacitancia debido á tensión de funcionamento en conxunto co cambio de temperatura, entón atopamos que a perda de capacitancia do capacitor será maior á temperatura de aplicación específica e á tensión continua.Tomemos, por exemplo, un MLCC feito de X7R cunha capacitancia de 0,1 µF, unha tensión nominal de 200 VDC, un recuento de capas internas de 35 e un grosor de 1,8 mils (0,0018 polgadas ou 45,72 micras), isto significa que cando funciona a 200 VDC o dieléctrico a capa só experimenta 111 voltios/mil ou 4,4 voltios/micron.Como cálculo aproximado, o VC sería -15%.Se o coeficiente de temperatura do dieléctrico é ± 15% ΔC e o VC é -15% ΔC, entón o TVC máximo é + 15% - 30% ΔC.
A razón desta variación reside na estrutura cristalina do material de Clase 2 utilizado, neste caso o titanato de bario (BaTiO3).Este material ten unha estrutura cristalina cúbica cando se alcanza a temperatura de Curie ou superior.Non obstante, cando a temperatura volve á temperatura ambiente, prodúcese polarización xa que a baixada da temperatura fai que o material cambie a súa estrutura.A polarización ocorre sen ningún campo eléctrico externo ou presión e isto coñécese como polarización espontánea ou ferroelectricidade.Cando se aplica unha tensión continua ao material a temperatura ambiente, a polarización espontánea está ligada á dirección do campo eléctrico da tensión continua e prodúcese unha inversión da polarización espontánea, o que resulta nunha redución da capacitancia.
Hoxe en día, mesmo coas diversas ferramentas de deseño dispoñibles para aumentar a capacitancia, a capacitancia dos dieléctricos de Clase 2 aínda diminúe significativamente cando se aplica unha tensión de CC debido á presenza do fenómeno de polarización de CC.Polo tanto, para garantir a fiabilidade a longo prazo da súa aplicación, cómpre ter en conta o efecto da polarización de CC no compoñente ademais da capacidade nominal do MLCC ao seleccionar un MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., Fundada en 2010, é un fabricante profesional especializado en máquinas SMT pick and place, forno de refluxo, máquina de impresión de stencil, liña de produción SMT e outros produtos SMT.Temos o noso propio equipo de I + D e a propia fábrica, aproveitando a nosa propia experiencia en I + D, a produción ben adestrada, gañou unha gran reputación entre os clientes mundiais.
Cremos que as grandes persoas e socios fan de NeoDen unha gran empresa e que o noso compromiso coa innovación, a diversidade e a sustentabilidade garante que a automatización SMT sexa accesible para todos os afeccionados en todas partes.
Hora de publicación: maio-05-2023