Rakentaessaan monikerroksisia keraamisia kondensaattoreita (MLCC) sähköinsinöörit valitsevat usein kaksi eristystyyppiä sovelluksesta riippuen – luokka 1, ei-ferrosähköiset materiaalieristeet, kuten C0G/NP0, ja luokka 2, ferrosähköisistä materiaaleista valmistetut eristeet, kuten X5R ja X7R.Keskeinen ero niiden välillä on, onko kondensaattorilla edelleen hyvä stabiilisuus jännitteen ja lämpötilan kasvaessa.Luokan 1 eristeiden kapasitanssi pysyy vakaana, kun DC-jännite kytketään ja käyttölämpötila nousee;Luokan 2 dielektreillä on korkea dielektrisyysvakio (K), mutta kapasitanssi on vähemmän vakaa lämpötilan, jännitteen, taajuuden ja ajan muutoksissa.
Vaikka kapasitanssia voidaan lisätä erilaisilla suunnittelumuutoksilla, kuten muuttamalla elektrodikerrosten pinta-alaa, kerrosten lukumäärää, K-arvoa tai kahden elektrodikerroksen välistä etäisyyttä, luokan 2 eristeiden kapasitanssi putoaa lopulta jyrkästi, kun kytketään tasajännite.Tämä johtuu ilmiöstä nimeltä DC bias, joka aiheuttaa sen, että luokan 2 ferrosähköiset formulaatiot lopulta kokevat dielektrisyysvakion laskun, kun DC-jännitettä käytetään.
Dielektristen materiaalien korkeammilla K-arvoilla DC-esijännityksen vaikutus voi olla vieläkin vakavampi, jolloin kondensaattorit voivat menettää jopa 90 % tai enemmän kapasitanssistaan, kuten kaaviossa näkyy.
Materiaalin dielektrinen lujuus eli jännite, jonka tietty materiaalipaksuus kestää, voi myös muuttaa DC-esijännityksen vaikutusta kondensaattoriin.USA:ssa dielektrinen lujuus mitataan yleensä voltteina/mil (1 mil vastaa 0,001 tuumaa), muualla se mitataan voltteina/mikronina ja sen määrää dielektrisen kerroksen paksuus.Tämän seurauksena erilaiset kondensaattorit, joilla on sama kapasitanssi ja jännite, voivat toimia merkittävästi eri tavalla erilaisten sisäisten rakenteidensa vuoksi.
On syytä huomata, että kun käytetty jännite on suurempi kuin materiaalin dielektrinen lujuus, kipinät kulkevat materiaalin läpi, mikä voi aiheuttaa syttymisriskin tai pienen mittakaavan räjähdysvaaran.
Käytännön esimerkkejä DC-biasin luomisesta
Jos otetaan huomioon käyttöjännitteen muutos kapasitanssissa yhdessä lämpötilan muutoksen kanssa, havaitaan, että kondensaattorin kapasitanssihäviö on suurempi tietyllä käyttölämpötilalla ja tasajännitteellä.Otetaan esimerkiksi X7R:stä valmistettu MLCC, jonka kapasitanssi on 0,1 µF, nimellisjännite 200 VDC, sisäinen kerrosluku 35 ja paksuus 1,8 mil (0,0018 tuumaa tai 45,72 mikronia), tämä tarkoittaa, että käytettäessä 200 VDC:n eristettä kerros kokee vain 111 volttia/mil tai 4,4 volttia/mikroni.Karkeana laskelmana VC olisi -15 %.Jos eristeen lämpötilakerroin on ±15%ΔC ja VC on -15%ΔC, niin maksimi TVC on +15% – 30%ΔC.
Syy tähän vaihteluun on käytetyn luokan 2 materiaalin – tässä tapauksessa bariumtitanaatin (BaTiO3) – kiderakenteessa.Tällä materiaalilla on kuutiokiderakenne, kun Curie-lämpötila saavutetaan tai sen yläpuolella.Kuitenkin, kun lämpötila palaa ympäristön lämpötilaan, tapahtuu polarisaatiota, koska lämpötilan lasku saa materiaalin muuttamaan rakennettaan.Polarisaatio tapahtuu ilman ulkoista sähkökenttää tai painetta, ja tätä kutsutaan spontaaniksi polarisaatioksi tai ferrosähköisyydeksi.Kun materiaaliin syötetään tasajännite ympäristön lämpötilassa, spontaani polarisaatio kytkeytyy tasajännitteen sähkökentän suuntaan ja tapahtuu spontaanin polarisaation kääntyminen, mikä johtaa kapasitanssin pienenemiseen.
Nykyään jopa erilaisilla kapasitanssin lisäämiseen käytettävissä olevilla suunnittelutyökaluilla luokan 2 eristeiden kapasitanssi laskee edelleen merkittävästi, kun DC-jännite kytketään, johtuen DC-bias-ilmiöstä.Siksi sovelluksesi pitkän aikavälin luotettavuuden varmistamiseksi sinun on otettava huomioon DC-biasin vaikutus komponenttiin MLCC:n nimelliskapasitanssin lisäksi valittaessa MLCC:tä.
Vuonna 2010 perustettu Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD. on ammattimainen valmistaja, joka on erikoistunut SMT-poiminta- ja -paikkakoneisiin, reflow-uuniin, stensiilipainokoneeseen, SMT-tuotantolinjaan ja muihin SMT-tuotteisiin.Meillä on oma T & K-tiimimme ja oma tehdas, joka hyödyntää omaa rikasta kokenutta T&K-toimintaamme, hyvin koulutettua tuotantoa, joka on voittanut suuren maineen maailmanlaajuisilta asiakkailta.
Uskomme, että upeat ihmiset ja kumppanit tekevät NeoDenistä loistavan yrityksen ja että sitoutumisemme innovaatioon, monimuotoisuuteen ja kestävään kehitykseen varmistaa, että SMT-automaatio on kaikkien harrastajien saatavilla kaikkialla.
Postitusaika: 5.5.2023