陶瓷电容设计选型

三、瓷介电容器（一）概述1、电容器用陶瓷的分类方法：适合做电容器的陶瓷很多，为了生产和使用上的规范，将电容器用陶瓷材料按照其性能特点进行分类，分类的主要依据是介电常数ε、损耗角正切tgδ、频率特性、温度特性、电压特性等综合考虑，我国已有完整的电容器用陶瓷材料分类标准，将电容器瓷分成三类（1、2、3类），由此也将陶瓷电容器分成1、2、3类瓷介电容器。

通常将1类瓷称做高频瓷（顺电体陶瓷），2类瓷称为低频瓷（铁电体陶瓷），3类瓷称为半导体瓷。

2、电容器瓷的介电常数并非一个恒定值，是一个与温度有关的电参数，为了描述介电常数这种温度特性，对1类瓷用温度系数TC(也用α表示，单位10-6/℃)来表达，对2、3类瓷用介电常数ε随温度的变化率△ε/ε（%）来表达。

温度特性是各类陶瓷电容器瓷分组的主要依据。

3、陶瓷电容可以有引线，也可以无引线（比如MLCC：贴片陶瓷电容）；其包封材料可以是酚醛树脂（液体涂封）、环氧树脂（粉末涂装，兰色、红色、绿色各种颜色）、釉膜涂装（烧结涂装）。

4、相关词语解释：1）结构类似元件：用相同的工艺和材料制造的电容器，即使它们的外形尺寸和数值可能不同，也可以认为是结构类似的电容器。

2）初始制造阶段：单层电容器的初始制造阶段是形成电极的介质金属化（即被银瓷片生产）。

多层电容器的初始制造阶段是介质-电极叠压后的第一次共同烧结。

3）1类瓷介固定电容器：专门设计并用在低损耗、电容量稳定性高或要求温度系数有明确规定的谐振电路中的一种电容器。

例如，在电路中做温度补偿之用。

该类陶瓷介质是以标称温度系数来确定的。

4）2类瓷介固定电容器：适用于作旁路、耦合或对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中的具有高介电常数的一种电容器。

该类陶瓷介质是以在类别温度范围内电容量非线性变化来确定的。

5）3类瓷介固定电容器：是一种具有半导体特征的瓷介电容器。

该类电容器适于作旁路、耦合之用。

该类陶瓷介质是以在类别温度范围内电容量非线性变化来确定的。

陶瓷电容器的特性及选用陶瓷电容器是目前电子设备中使用最广泛的一种电容器，占整个电容器使用数量的50%左右，但由于许多人对其特性了解不足导致在使用上缺乏应有的重视。

为达到部品使用的规范化和标准化要求，下面对陶瓷电容器的特性及我司使用中需要注意的事项做一概况说明：一、陶瓷电容器特性分类：陶瓷电容器具有耐热性能好，绝缘性能优良，结构简单，价格低廉等优点，但不同陶瓷材料其特性有非常大的差异，必须根据使用要求正确选用。

陶瓷电容按频率特性分有高频瓷介电容器（1类瓷）和低频瓷介电容器（2类瓷）；按耐压区分有高压瓷介电容器（1KV DC以上）和低压瓷介电容器（500V DC以下），现分述如下：1．高频瓷介电容器（亦称1类瓷介电容器）该类瓷介电容器的损耗在很宽的范围内随频率的变化很小，并且高频损耗值很小,（tanδ≤0.15%，f=1MHz），最高使用频率可达1000MHz以上。

同时该类瓷介电容器温度特性优良，适用于高频谐振、滤波和温度补偿等对容量和稳定度要求较高的电路。

其国标型号为CC1（低压）和CC81（高压），目前我司常用的温度特性组别有CH（NP0）和SL 组，其常规容量范围对应如下：表中温度系数αC =1/C（C2-C1/t2-t1）X106（PPM/°C），是指在允许温度范围内，温度每变化1°C，电容量的相对变化率。

由上表看出，1类瓷介电容器的温度系数很小，尤其是CH特性，因此也常把1类瓷介电容器中CH电容称为温度补偿电容器。

但由于该类陶瓷材料的介电常数较小，因此其容量值难以做高。

因此当需要更高容量值的电容时，则只能在下面介绍的2类瓷介电容中寻找。

2、低频瓷介电容器（亦称2类瓷介电容器）该类瓷介电容的陶瓷材料介电常数较大，因而制成的电容器体积小，容量范围宽，但频率特性和温度特性较差，因此只适合于对容量、损耗和温度特性要求不高的低频电路做旁路、耦合、滤波等电路使用。

国标型号为CT1（低压）和CT81（高压），其常用温度特性组别和常规容量范围对应如下：中2R组为低损耗电容，由于其自身温升小，频率特性较好，因而可以用于频率较高的场合。

众所周知，MLCC-英文全称multi-layer ceramic capacitor，就是我们常说的片式多层陶瓷电容器，其以工作温度范围宽,耐高压，微小型化，片式化适合自动化贴装等优点，广泛应用于工业，医疗，通信，航空航天，军工等领域，在电子产品日益小型化及多功能化的趋势下，MLCC成为电容器产业的主流产品。

目前全球主要MLCC厂家主要分布于日本，欧美，韩国和台湾，其中日本企业包括村田，TDK，太阳诱电和日本京瓷等。

欧美主要由Syfer Novacap johson等，韩国三星、台湾国巨及华新科技近年来不断扩大生产规模，也是全球主要的 MLCC 生产商。

而国内的厂家则主要有风华高科，深圳宇阳，潮州三环等。

日本，韩国等地的部分MLCC厂家也在国内成立了独资或合资企业如，厦门- TDK 、天津-三星、上海-京瓷、苏州-国巨、Syfer、无锡-村田等。

鉴于MLCC应用领域越来越广泛,生产厂家及产品系列的越发多样性.其可靠性,选型及应用的问题受到设计工程师及生产工艺人员的重视,因此对MLCC电气特性和生产工艺的深刻认识,是正确选用MLCC的必要条件.多层陶瓷电容器的基本结构如图所示,电容量由公式C=NKA/T计算出（N为层数，K为介电常数，A为正对面积，T是两极板间距）,从理论上来讲电极层数越多,介质常数和相对电极覆盖面积越大,电极间距越小,所制作出的电容容量则越大,然而, MLCC的工艺限制及介质的非理想特性决定了电容在容量,体积,耐压强度间的相互制约关系.这里稍微简单介绍下电容量的国际标称法,尽管各个厂家所生产的电容型号不一,但是在容量的表示方法上越来越多厂商使用国际标称法,即用三位数来表示电容量,前两位前二位数为有效值，第三位数为“0”的个数单位为pF,如1μF=1000nF=1000000pF 简化表示为105而小于10pF容值表示在在整数后加“R或P”如：4.7pF=4R7或4p7.陶瓷介质作为MLCC组成部分之一,对电容的相关参数有着重要影响,国际上一般以陶瓷介质的温度系数作为主要分类依据.1类陶瓷,EIA称之为C0G或NP0. 工作温度范围-55～+125℃，容量变化不超过±30ppm/ ℃.电容温度变化时，容值很稳定. 二类陶瓷则包括了我们常见的X7R,Z5U,Y5V,这些标称的依据是根据右图的表格所制定的,如X7R表示温度下限为-55℃;上限温度为+125℃,在工作温度范围内,容量最大变化为+-15%.右下图显示了不同介质的温度特性曲线。

电子知识MLCC的选型过程中：首先MLCC参数要满足电路要求，其次就是参数与介质是否能让系统工作在最佳状态；再次，来料MLCC是否存在不良品，可靠性如何；最后，价格是否有优势，供应商配合是否及时。

许多设计工程师不重视无源元件，以为仅靠理论计算出参数就行，其实，MLCC的选型是个复杂的过程，并不是简单的满足参数就可以的。

选型要素参数：电容值、容差、耐压、使用温度、尺寸材质直流偏置效应失效价格与供货不同介质性能决定了MLCC不同的应用C0G电容器具有高温度补偿特性，适合作旁路电容和耦合电容X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器，适合要求不高的工业应用Z5U电容器特点是小尺寸和低成本，尤其适合应用于去耦电路Y5V电容器温度特性最差，但容量大，可取代低容铝电解电容MLCC常用的有C0G（NP0）、X7R、Z5U、Y5V等不同的介质规格，不同的规格有不同的特点和用途。

C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。

在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同，所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。

C0G（NP0）电容器C0G是一种最常用的具有温度补偿特性的MLCC。

它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。

C0G电容量和介质损耗最稳定，使用温度范围也最宽，在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。

C0G电容的漂移或滞后小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。

其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。

C0G电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。

MLCC贴片电容如何选型MLCC贴片电容(片状多层陶瓷电容)如今现已成为了电子电路最常用的元件之一。

MLCC外表看来，十分简略，可是，许多情况下，描绘工程师对MLCC贴片电容的知道却有缺乏的当地。

以下谈谈MLCC挑选上的一些难题和注重事项。

MLCC贴片电容尽管是比较简略的，可是，也是失功率相对较高的一种器材。

失功率高，一方面是MLCC 布局固有的牢靠性难题，别的还有选型难题以及运用难题。

因为电容算是“简略”的器材，所以有的描绘工程师因为不行注重，从而对MLCC的独有特性不知道。

在理想化的情况下，电容选型时，首要思考容量及耐压两个参数就够了。

可是关于MLCC，只是思考这两个参数是远远不行的。

运用MLCC，不能不知道MLCC贴片电容的不一样原料和这些原料对应的功能。

MLCC的原料有许多种，每种原料都有本身的共同功能特色。

不知道这些，所选用的电容就很有能够满意不了电路需求。

举例来说，MLCC常见的有C0G(也称NP0)原料，X7R原料，Y5V原料。

C0G的作业温度规模和温度系数最棒，在-55°C 至+125°C的作业温度规模内时温度系数为0 ±30ppm/°C。

X7R次之，在-55°C至+125°C的作业温度规模内时容量改变为±15%。

Y5V的作业温度仅为-30°C至+85°C，在这个作业温度规模内时其容量改变可达-22%至+82%。

当然，C0G、X7R、Y5V的本钱也是顺次减低的。

在选型时，若是对作业温度和温度系数需求很低，能够思考用Y5V的，可是通常情况下要用X7R的，需求更高时有必要挑选COG的。

通常情况下，MLCC 厂家都描绘成使X7R、Y5V原料的电容在常温邻近的容量最大，可是跟着温度上升或降低，其容量都会降低。

只是知道上面常识的还不行。

因为C0G、X7R、Y5V的介质的介电常数是顺次削减的，所以，相同的尺度和耐压下，能够做出来的最大容量也是顺次削减的。

村田电容选型手册一、引言村田电容作为一家全球领先的电子组件制造商，为各个行业提供高品质、高性能的电容产品。

在电子设备设计中，电容选型是非常重要的一个环节，可以直接影响设备的性能和可靠性。

本手册将介绍村田电容的选型方法和注意事项，帮助工程师选择最适合的电容产品。

二、电容的基本知识1.电容的定义：电容是指两个导体之间的储存电荷的能力大小，单位为法拉(F)。

一般情况下，电容是由两个金属板（电极）和介质组成的。

2.电容的参数：在选型过程中，需要了解以下几个重要的电容参数：-额定电容值（容量）：电容器储存电荷的能力，单位为法拉(F)或其它较小的单位如微法(F)。

-额定电压：电容器允许承受的最高电压。

-工作温度范围：电容器能够在哪个温度下正常工作。

-等效串联电阻（ESR）：电容器的电阻，会导致电容器产生能量损耗。

-介质：电容器中两个金属板之间的绝缘材料。

3.电容的类型：根据介质的不同，电容器可以分为电解电容、陶瓷电容和塑料电容等。

三、村田电容的产品系列村田电容提供多种电容产品系列，适用于各个行业的不同需求。

以下是村田电容的主要产品系列：1.常规陶瓷电容（GCM）-特点：具有高品质和高性能，适用于低频电路和通信设备。

-应用：手机、电视、DVD播放器等消费电子产品。

2.高性能多层陶瓷电容（HMK）-特点：具有较高的容量和较低的ESR，适用于高频电路和射频应用。

-应用：无线通信设备、雷达设备等。

3.电解电容（ELC）-特点：具有大容量和较高的电压承受能力，适用于电源电路和高精度设备。

-应用：电源适配器、电动车控制器、太阳能逆变器等。

4.高温电容（HCK）-特点：具有较高的工作温度范围和较低的ESR，适用于高温环境。

-应用：汽车电子、电动工具等高温环境下的设备。

四、电容选型方法在进行电容选型时，需要全面考虑电路的要求、性能参数和环境条件。

以下是一些常用的电容选型方法和注意事项：1.确定电容的额定电压：根据电路的工作电压确定电容的额定电压，应选择比工作电压略高一些的容量值。

电容器选型七要素作为一种储能和滤波元件,电容器用途广泛，门类也极其众多。

大致可以分为：陶瓷电容，钽电容，铝电解电容，薄膜电容，超级电容，氧化铌电容等等。

以下为大致的一些选型思路，仅供大家参考。

1.依据使用频率的凹凸选择电容器种类;假如某电路的工作频率特别高,超过MHZ, 而且电路信号强度较弱,此时,叠层陶瓷电容器是最佳的选择. 尽管都是滤波和储能充放电, 在工作频率肯定时,得考虑到不同种类的电容器的频率特性是否与电路工作频率相符,由于不同种类电容都有自己合适的使用频率范围,全部的电容，随工作或测试频率的增加.电容值会渐渐降低,损耗也会渐渐增加. 假如工作频率在中频率段以下,对电容器在不同温度下的参数值全都性要求较高, 那么选择固体钽电容可能较合适. 有时候,你必需对它们的性能特点有所取舍, 首先肯定得清晰某种电容器的哪一方面特点是自己必需选择它的理由.2.依据环境温度变化要求选择电容器种类;目前,电容器中温度特性最好的是固体钽电容器, 某些高压固体钽电容器在-55-+125度的温度区间里容量的变化率可以达到-3-+5%以内. 对于航空和宇航电路, 电容器必需具有特别精彩的温度特性才可以达到使用要求.电容温度特性从好到差的排名大致为：钽电容器≥NPO型陶瓷电容器≥固体铝电容器≥液态钽电容器≥云母电容器≥叠层陶瓷电容器[MLCC]≥液体铝电容器。

3.依据输入功率和输出功率大小选择电容器;在用电量特别小,工作频率特别高的手机类电子产品上时,即使是漏电流偏大,而ESR较低,产品一般也很难消失质量问题. 除非是电容器本身就是废品. 当使用在输入和输出功率都较高的电路中时,如电源滤波和放电电路, 电容器不光需要有更低的ESR,还必需具有特别低的漏导电流,否则会导致击穿概率增加和输出的功率波形不能满意要求.由于不同种类电容器的体积电容量不同,因此,设计时必需依据输出功率需求选择足够容量和耐压的电容器.4.依据沟通纹波大小来选择电容器;使用在滤波电路中时,电容器须承受肯定频率和肯定幅值的沟通电压和沟通电流导致的发热冲击.同时,电容器必需承受在开关的瞬间不行避开的直流高电压大电流浪涌. 使用在此电路的电容器, 必需选择规格和种类合适的电容器. 假如只是考虑到直流耐压足够是远远不够的,同时,你必需考虑到不同电容器具有不同的耐纹波力量. 电容器耐纹波力量的排序见下：MLCC≥卷饶式涤纶电容器≥片式氧化铌电容器≥高分子片式钽电容器≥高分子固体片式铝电容器≥以二氧化锰为阴极的片式钽电容器≥液体铝电容器≥液态钽电。

技术文件陶瓷电容设计选型指导技术文件版本：A版页数：第6页共22 页（3）陶瓷电容的封装表（4）为贴片电容常用的封装描述。

表（4）EIA(inch) 国标（mm）长宽高0402 1005 1.0±0.10 0.5±0.10 0.25±0.150603 1608 1.6±0.15 0.8±0.15 0.35±0.150805 2012 2.0±0.20 1.25±0.20 0.5±0.251206 3216 3.2±0.20 1.6±0.20 0.5±0.251210 3225 3.2±0.20 2.5±0.20 0.5±0.201812 4832 4.5±0.30 3.2±0.20 0.6±0.352225 5665 5.6±0.25 6.5±0.40 0.64±0.40备注说明1812及以上的封装，由于体积较大，在加工过程中容易受温度和机械应力而产生不良，目前在我司禁用(华为要求)。

（4）陶瓷电容的材料特性陶瓷是个绝缘体，而作为电容器介质用的陶瓷除了具有绝缘特性外，还有一个重要的特性，就是极化，即在外电场的作用下，正负电荷会偏离原有的位置，从而表现出正负两个极性，绝缘体的极化特性一般用介电常数ε来表示，即介质的κ值。

下表（5）为几种材料的介质常数，图（1）为陶瓷电容的极化图。

表（5）介质介质常数值真空 1.0空气 1.004BaTiO3（钛酸钡）400左右铁电陶瓷1000～12000图(1)技术文件陶瓷电容设计选型指导技术文件版本：A版页数：第7页共22 页（5）陶瓷电容的制造工艺和内部结构a、陶瓷电容的制造工艺多层陶瓷介质电容器的绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠，即由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，烧结成整体，然后是电极制造，引线焊接，涂覆，包封。

安规陶瓷电容安规陶瓷电容是一种常用的电子元件，具有重要的应用价值。

本文将详细介绍安规陶瓷电容的特点、分类、工作原理、应用领域以及选型参考，旨在为读者提供全面的指导意义。

首先，安规陶瓷电容具有以下特点：1. 安全可靠：安规陶瓷电容经过严格的安全测试和认证，符合国际安规标准，具备较高的安全性和可靠性。

2. 稳定性好：安规陶瓷电容能够在不同的工作温度和湿度下保持稳定的电性能，不易受外界环境影响。

3. 尺寸小：相较于其他类型的电容，安规陶瓷电容具有较小的体积和重量，适合在限空条件下使用。

接下来，安规陶瓷电容按照结构和材料特性可以分为多种类型，主要有：1. X7R陶瓷电容：具有较高的温度稳定性和较大的电容量范围，广泛应用于各类电子电路中，如电源管理、通信设备等。

2. X5R陶瓷电容：比X7R陶瓷电容在温度稳定性和电容量范围上稍逊，但价格相对较低，适用于一些经济性要求较高的应用。

3. NPO/C0G陶瓷电容：具有极低的温度系数和很高的稳定性，适用于对电容器稳定性要求较高的高精度电路，如振荡电路、滤波电路等。

在工作原理方面，安规陶瓷电容是利用陶瓷材料的电介质特性来存储和释放电能的。

当施加电压时，电容器内的电场会在陶瓷材料中存储电能，并在需要时快速释放电能。

安规陶瓷电容在各个领域都有广泛的应用。

例如，在电子通信领域，安规陶瓷电容常用于信号传输、解调和控制电路中，起到滤波、隔离和稳定电压的作用。

在电力电子领域，安规陶瓷电容通常用于直流母线滤波和能量存储电路中，提高电路的可靠性和效率。

最后，针对安规陶瓷电容的选型，需要考虑以下几个因素：1. 电容值：根据电路需求选择合适的电容值，避免电容过小或过大导致电路不稳定或性能下降。

2. 工作电压：根据电路设计要求选择合适的工作电压范围，以确保安规陶瓷电容在长时间使用中不会出现击穿或损坏。

3. 环境条件：根据电容在使用环境中的工作条件，选择耐高温、耐湿度等特性符合要求的产品。

MIL标准（美国军事标准）中的陶瓷电容是指应用于军事和航空航天等领域的陶瓷电容器。

这些电容器需要具备高稳定性、高可靠性、宽温度范围以及优异的电性能等特点。

MIL 标准的陶瓷电容主要有以下几种类型：
1. MIL-PRF-5536：这是美国国防部制定的用于军事和航空航天领域的陶瓷电容器规范。

根据此标准，MIL-PRF-5536电容器需具备高稳定性、高可靠性、宽温度范围以及优良的电性能。

这些电容器通常用于高可靠性的电子设备中，如雷达、通信系统和导航设备等。

2. MIL-PRF-39006：这是美国国防部制定的用于陶瓷电容器的一般规格。

根据此标准，MIL-PRF-39006电容器应具备良好的电气性能、机械强度和热稳定性。

这些电容器适用于各种军事和航空航天应用，如飞行器、舰船和地面设备等。

3. MIL-DTL-38519：这是美国国防部制定的陶瓷电容器封装标准。

此标准规定了陶瓷电容器的封装材料、尺寸、引脚布局和焊接要求等，以确保电容器在恶劣环境下的可靠性和稳定性。

4. MIL-STD-1275：这是美国国防部制定的关于军用电容器电气性能的标准。

根据此标准，军用电容器需要具备特定的电气参数，如绝缘电阻、泄漏电流、容差等，以确保其在苛刻环境下的性能稳定。

陶瓷电容的选择----缺点片状独石陶瓷电容器的缺点大致有两个。

第一是温度特性较差。

具体体现为静电容量着温度而变化的幅度较大。

铝电解电容器的容量变化在-55～+125℃的温度范围内为±15％左右，而片状独石陶瓷电容器不同，有的种类（比如F特性的产品）在+30～-80％的范围内便会大幅变化。

因此，在将片状独石陶瓷电容器用于汽车车内等高温环境下或滑雪场等寒冷环境下的电子设备时，需要在考虑了容量变化的基础上来设计电子电路。

不过，要注意的是，温度特性较差的缺点只存在于介电体材料使用钛酸钡（BaTiO3）的高介电常数型（2 类，CLASS-II）片状独石陶瓷电容器中。

使用氧化钛（TiO2）的1类（CLASS-I）片状独石陶瓷电容器，在 -55～+125℃范围内的容量温度系数最大只有±60ppm/℃。

但目前氧化钛存在介电常数较小的问题，因此未能实现大容量产品。

图3：直流电压特性片状独石陶瓷电容器具有施加直流电压后实际静电容量减少的特性。

这也被称为DC偏压特性。

（点击放大）第二是存在直流电压特性（DC偏压特性）。

直流电压特性是指在向片状独石陶瓷电容器施加直流电压后实际静电容量会减少的现象（图3）。

比如，在向额定电压为6.3V、静电容量为100μF的片状独石陶瓷电容器实施加直流4V电压时，如果是B特性产品的话，静电容量就会减少约20％，F特性产品甚至会减少约80％。

而铝电解电容器和钽电解电容器则不会出现这种现象。

因此，在选择片状独石陶瓷电容器时，需要事先测定信号的直流电压成分，掌握实际静电容量的减少程度（参阅“考虑DC偏压因素的标记方法，JEITA实施标准化”）。

不过，“利用最尖端微细加工技术制造的半导体芯片，其电源电压已经降低到了非常低的程度。

最近，在1.0V左右的电压下工作的芯片也不罕见。

因此，直流电压特性的问题还不显著”（村田制作所元器件事业本部本部长山内公则）。

另外，出现直流电压特性问题的也仅限于2类产品。