При створенні багатошарових керамічних конденсаторів (MLCC) інженери-електрики часто вибирають два типи діелектриків залежно від застосування – клас 1, діелектрики з не сегнетоелектричних матеріалів, такі як C0G/NP0, і клас 2, діелектрики з сегнетоелектричних матеріалів, такі як X5R і X7R.Ключова різниця між ними полягає в тому, чи конденсатор, з підвищенням напруги та температури, все ще має хорошу стабільність.Для діелектриків 1 класу ємність залишається стабільною при подачі постійної напруги і підвищенні робочої температури;Діелектрики класу 2 мають високу діелектричну проникність (К), але ємність менш стабільна при зміні температури, напруги, частоти та з часом.
Незважаючи на те, що ємність можна збільшити різними конструктивними змінами, такими як зміна площі поверхні шарів електродів, кількості шарів, значення К або відстані між двома шарами електродів, ємність діелектриків класу 2 зрештою різко впаде, коли подається напруга постійного струму.Це пов’язано з наявністю явища, званого зміщенням постійного струму, яке призводить до того, що сегнетоелектричні склади класу 2 зрештою зазнають падіння діелектричної проникності під час застосування напруги постійного струму.
Для вищих значень К діелектричних матеріалів ефект зміщення постійного струму може бути ще сильнішим, коли конденсатори потенційно можуть втратити до 90% або більше своєї ємності, як показано на діаграмі.
Діелектрична міцність матеріалу, тобто напруга, яку може витримати певна товщина матеріалу, також може змінити вплив зсуву постійного струму на конденсатор.У США електрична міцність зазвичай вимірюється у вольтах/міл (1 міл дорівнює 0,001 дюйма), в інших країнах вона вимірюється у вольтах/мікрон і визначається товщиною шару діелектрика.Як наслідок, різні конденсатори з однаковою ємністю та напругою можуть працювати значно по-різному через різну внутрішню структуру.
Варто зазначити, що коли прикладена напруга перевищує діелектричну міцність матеріалу, іскри будуть проходити крізь матеріал, що призведе до можливого займання або ризику невеликого вибуху.
Практичні приклади того, як генерується зсув постійного струму
Якщо ми розглядаємо зміну ємності через робочу напругу в поєднанні зі зміною температури, то ми виявимо, що втрати ємності конденсатора будуть більшими за конкретної температури застосування та напруги постійного струму.Візьмемо, наприклад, MLCC з X7R з ємністю 0,1 мкФ, номінальною напругою 200 В постійного струму, кількістю внутрішніх шарів 35 і товщиною 1,8 мілі (0,0018 дюйма або 45,72 мікрона). Це означає, що при роботі при 200 В постійного струму діелектрик шар відчуває лише 111 вольт/міл або 4,4 вольт/мікрон.За приблизними підрахунками VC становитиме -15%.Якщо температурний коефіцієнт діелектрика становить ±15%ΔC, а VC -15%ΔC, то максимальний TVC становить +15% – 30%ΔC.
Причина такого розходження полягає в кристалічній структурі використовуваного матеріалу класу 2 – у цьому випадку титанату барію (BaTiO3).Цей матеріал має кубічну кристалічну структуру при досягненні температури Кюрі або вище.Однак, коли температура повертається до температури навколишнього середовища, виникає поляризація, оскільки зниження температури змушує матеріал змінювати свою структуру.Поляризація відбувається без зовнішнього електричного поля чи тиску, і це відомо як спонтанна поляризація або сегнетоелектрика.Коли напруга постійного струму прикладається до матеріалу при температурі навколишнього середовища, спонтанна поляризація пов’язана з напрямком електричного поля напруги постійного струму, і відбувається реверсія спонтанної поляризації, що призводить до зменшення ємності.
У наш час, навіть з різними інструментами проектування, доступними для збільшення ємності, ємність діелектриків класу 2 все ще значно зменшується, коли подається напруга постійного струму через наявність явища зсуву постійного струму.Тому, щоб забезпечити довгострокову надійність вашої програми, вам потрібно враховувати вплив постійного зміщення на компонент на додаток до номінальної ємності MLCC при виборі MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., заснована в 2010 році, є професійним виробником, що спеціалізується на машинах для SMT pick and place, печах для оплавлення, трафаретних друкарських машинах, виробничих лініях SMT та інших продуктах SMT.Ми маємо власну команду досліджень і розробок і власну фабрику, використовуючи переваги нашого власного багатого досвіду досліджень і розробок, добре навчене виробництво, яке завоювало чудову репутацію серед клієнтів у всьому світі.
Ми віримо, що чудові люди та партнери роблять NeoDen чудовою компанією, а наше прагнення до інновацій, різноманітності та сталого розвитку гарантує, що автоматизація SMT доступна кожному любителю будь-де.
Час публікації: травень-05-2023