贴片陶瓷电容器应用手册

第 1章　贴片陶瓷电容器发展史简介 1
1．1　贴片陶瓷电容器的命名　1
1．2　全球主要MLCC生产商介绍　1
1．3　MLCC发展历程简介　2
第　2章 电容器的基本概念和定义　3
2．1　电容器定义和介电常数概念　3
2．2　电容器的充电和放电　4
2．2．1 电容器的充电原理演示　4
2．2．2 电容器的放电原理演示　5
2．3　电容器尺寸小型化能力判定标准　6
2．4　电容器的串并联　6
2．4．1 电容器的并联　6
2．4．2 电容器的串联　6
2．5　复合绝缘介质　7
2．6　绝缘介质的极化现象与容值的频率特性　7
2．6．1 绝缘介质中的偶极子及其极化作用　7
2．6．2 容值的频率特性　9
2．7　绝缘介质吸收DA　9
2．7．1 绝缘介质吸收的成因　9
2．7．2 绝缘介质吸收的测试方法　11
2．8　II类和III类陶瓷绝缘介质的压电效应　11
2．9　绝缘电阻的概念和定义　12
2．9．1 绝缘电阻的测量方法　12
2．9．2 时间常数的概念　13
2．9．3 贴片陶瓷电容器漏电流的换算　14
2．10　耐电压DWV的概念和定义　14
2．10．1 击穿电压BDV　14
2．10．2 电晕电压　15
2．10．3 MLCC的额定电压　16
2．10．4 耐电压DWV的测试方法　16
2．11　介质损耗的概念和定义　16
2．11．1 阻抗形成的三要素　16
2．11．2 损耗的降额特性　19
2．11．3 介质损耗因数　20
2．11．4 Q 值　21
2．11．5 损耗的频率特性　23
2．12　内能和外力　23
2．12．1 内能　23
2．12．2 电磁场作用力　24
2．12．3 静电场中的作用力　24
2．13　与电容器有关的功率概念　25
2．13．1 电容器上电流与电压之间的相位角　25
2．13．2 电容器的功率损耗　25
2．13．3 电容器的功率因数　25
2．14　电容器的基本性质及在电路中的作用　25
2．14．1 电容器的两个基本功能　25
2．14．2 储能　26
2．14．3 平滑　26
2．14．4 耦合　26
2．14．5 去耦　27
2．14．6 调谐　28
2．14．7 振荡　28
2．14．8 分压　28
2．14．9 计时　29
第3章　静电电容器构造方案简介　30
3．1　静电电容器常用构造方案简介　30
3．2　叠层结构　30
3．3　卷绕结构　31
3．4　扩大表面积　31
3．5　电极间距最小化　32
3．6　绝缘介质材料选择较高的介电常数　32
3．7　金属化工艺　32
3．8　热处理/收缩　35
3．9　浸渍/电压分布　35
3．10　密封封装　36
3．11　环氧树脂包封　36
3．12　四端子连接　37
3．13　阻燃性　37
第4章　贴片陶瓷电容器的结构组成及生产工艺简介　38
4．1　陶浆制带工艺简介　38
4．2　贴片陶瓷电容器烧结工艺简介　39
4．3　NME和BME制程介绍　40
4．4　MLCC生产工艺流程简介　41
4．4．1 MLCC生产流程　41
4．4．2 MLCC各个生产工序简要说明及可能诱发的品质问题　43
第5章　MLCC陶瓷绝缘介质分类及温度特性介绍　52
5．1　陶瓷绝缘介质温度特性的定义和分类　52
5．2　陶瓷绝缘介质温度特性类别代码　52
5．2．1 I类陶瓷绝缘介质的定义及温度特性代码（EIA标准）　53
5．2．2 I类陶瓷绝缘介质温度系数极限值的换算（EIA标准）　54
5．2．3 I类陶瓷绝缘介质定义及温度特性代码（IEC标准）　56
5．2．4 I类陶瓷绝缘介质容值变化允许偏差（IEC标准）　56
5．2．5 I类陶瓷介质的烧结收缩率和介质吸收　58
5．2．6 高频元件（HF chips）中高精密陶瓷绝缘介质的应用　58
5．2．7 II类陶瓷绝缘介质定义（EIA标准）　58
5．2．8 III类陶瓷绝缘介质定义（EIA标准）　59
5．2．9 IV类陶瓷绝缘介质定义（EIA标准）　59
5．2．10 II、III类陶瓷绝缘介质的温度特性代码及容值允许变量（EIA标准）　59
5．2．11 II类陶瓷绝缘介质的温度系数和偏差（IEC标准）　60
5．2．12 MLCC常用陶瓷绝缘介质代码及温度系数　60
第6章　陶瓷绝缘介质的电气特性介绍　62
6．1　陶瓷绝缘介质的温度特性　62
6．1．1 容值和损耗因数的温度特性　62
6．1．2 陶瓷绝缘介质的绝缘电阻的温度特性　70
6．2　陶瓷绝缘介质的频率特性　71
6．2．1 容值和损耗因数的频率特性　71
6．2．2 陶瓷绝缘介质和阻抗的频率特性　83
6．2．3 陶瓷绝缘介质电抗的频率特性　97
6．2．4 陶瓷绝缘介质等效串联电感的频率特性　100
6．3　陶瓷绝缘介质的电压特性　103
6．3．1 陶瓷绝缘介质的直流偏压特性　103
6．3．2 陶瓷绝缘介质的交流电压特性　107
6．4　陶瓷绝缘介质的纹波电流发热特性　110
6．4．1 纹波电流发热特性测试方法　110
6．4．2 C0G（NP0）纹波电流发热特性　111
6．4．3 X7R的纹波电流发热特性　111
6．4．4 X5R的纹波电流发热特性　112
6．4．5 Y5V的纹波电流发热特性　113
6．5　II类和III类陶瓷绝缘介质的老化特性　113
6．5．1 老化原理　113
6．5．2 老化规律　113
6．5．3 容值测量和容值偏差　115
6．5．4 容值测量前的特殊预处理　115
6．6　S-参数数据　116
6．6．1 S-参数测试方法　116
6．6．2 C0G的S-参数曲线　118
6．6．3 X7R的S-参数曲线　122
6．6．4 X5R的S-参数曲线　124
6．6．5 Y5V的S-参数曲线　127
6．7　II类和III类陶瓷绝缘介质的压电特性　129
6．7．1 压电特性原理介绍　129
6．7．2 压电陶瓷介绍　129
6．7．3 压电特性对MLCC的影响　129
第7章　贴片陶瓷电容器规格描述　130
7．1　MLCC尺寸规格介绍　130
7．1．1 公制与英制换算关系　130
7．1．2 MLCC长与宽的偏差　130
7．1．3 端电极宽度　130
7．1．4 MLCC尺寸的IEC标准　131
7．1．5 MLCC尺寸的各大厂家标准　131
7．2　MLCC容值优先数系和容值代码的
引用标准　132
7．2．1 E系列先值数系定义　132
7．2．2 MLCC容值偏差与E优先数系的对应关系　134
7．2．3 MLCC容值代码定义　135
7．2．4 MLCC容值优先值定义　136
7．3　MLCC额定电压优先数系和额定电压代码的引用标准　139
7．3．1 R系列优先数系定义　139
7．3．2 额定电压优先数系　139
7．3．3 额定电压代码　139
7．4　类别概念　140
7．5　MLCC各尺寸规格的容值和电压设计范围查询表　141
7．6　MLCC储存条件　160
第8章　MLCC的测试和测量标准　161
8．1　通用规范　161
8．2　通用标准大气压条件　162
8．2．1 测试和测量大气条件　162
8．2．2 测试样品恢复条件　162
8．2．3 推荐条件　163
8．2．4 参考条件　163
8．3　通用预处理　163
8．3．1 测试样品的预干燥（适用于I类陶瓷电容器）　163
8．3．2 测试样品的预处理　163
8．4　通用贴装焊接　163
8．4．1 测试基板　163
8．4．2 波峰焊　165
8．4．3 回流焊　165
8．5　容值测试　165
8．5．1 通用描述　165
8．5．2 测试样品的预处理　165
8．5．3 测试条件　165
8．5．4 容值测试判定标准　166
8．6　损耗因数　166
8．6．1 通用描述　167
8．6．2 测试样品的预处理　167
8．6．3 tan （DF）的测试条件　167
8．6．4 tan （DF）测试的判定标准　167
8．7　绝缘电阻　176
8．7．1 通用描述　176
8．7．2 测试前预处理　176
8．7．3 绝缘电阻的测试条件　176
8．7．4 测试点的选择　177
8．7．5 外部绝缘测试方法　178
8．7．6 绝缘电阻 测试判定标准　179
8．8　耐电压　182
8．8．1 通用描述　182
8．8．2 测试电路（两个端电极之间）　183
8．8．3 测试方法　183
8．8．4 耐电压测试判定标准　184
8．9　击穿电压测试　185
8．9．1 通用描述　185
8．9．2 BDV测试条件　185
8．9．3 BDV测试判定标准　185
8．10　阻抗　186
8．10．1 通用描述　186
8．10．2 阻抗测试方法　186
8．10．3 阻抗测试条件　186
8．10．4 阻抗测试判定标准　187
8．11　自谐振频率和等效串联电感　187
8．11．1 通用描述　187
8．11．2 等效串联电感　187
8．11．3 测试判定标准　187
8．12　等效串联电阻　187
8．12．1 通用描述　187
8．12．2 测试样品的预处理　188
8．12．3 测试条件　188
8．12．4 测试仪器要求　188
8．12．5 测试方法　188
8．12．6 ESR测试判定标准　188
8．13　容值温度特性　188
8．13．1 测试样品的预处理　188
8．13．2 初始测量　189
8．13．3 测试步骤　189
8．13．4 测试方法　189
8．13．5 温度系数 和温度循环下容值变化比的计算方法　189
8．13．6 温度系数测试的判定标准　190
8．14　寿命测试　191
8．14．1 一般描述　191
8．14．2 测试样品的预处理　191
8．14．3 初始测试　191
8．14．4 测试条件　191
8．14．5 测试样品的放置　192
8．14．6 测试样品的恢复　192
8．14．7 寿命测试最终判定标准　192
8．15　介质吸收　194
8．15．1 测试步骤　194
8．15．2 判定标准　194
8．16　加速寿命测试　195
8．16．1 一般描述　195
8．16．2 寿命测试和加速寿命测试条件　195
8．16．3 寿命测试和加速寿命测试判定标准　195
8．17　外观检查　196
8．17．1 外观检查条件　196
8．17．2 外观检验标准　196
8．18　抗弯曲测试　197
8．18．1 测试目的和一般描述　197
8．18．2 测试基板　197
8．18．3 预处理　198
8．18．4 贴装焊接　198
8．18．5 初始测量　198
8．18．6 抗弯测试方法　198
8．18．7 测试样品恢复　199
8．18．8 抗弯测试判定标准　199
8．19　端电极附着力测试　200
8．19．1 测试的目的和一般描述　200
8．19．2 测试基板　200
8．19．3 预处理　200
8．19．4 贴装焊接　200
8．19．5 初始测量　201
8．19．6 端电极附着力测试方法　201
8．19．7 端电极附着力测试判定标准　202
8．20　断裂强度测试　202
8．20．1 通用描述　202
8．20．2 测试方法　202
8．20．3 断裂强度测试判定标准　203
8．21　抗震测试　203
8．21．1 通用描述　203
8．21．2 贴装焊接　203
8．21．3 测试方法　203
8．21．4 中期测试　204
8．21．5 抗震测试判定标准　204
8．22　焊锡性测试　204
8．22．1 通用描述　204
8．22．2 测试样品的预处理　204
8．22．3 加速老化　204
8．22．4 初始检查　205
8．22．5 焊锡槽测试法（适合于0603/0805/1206）　205
8．22．6 回流焊测试法　207
8．22．7 MLCC厂家采用的焊锡性测试方法和条件　209
8．22．8 焊锡性测试后测试样品的恢复　209
8．22．9 焊锡性测试完成后最终判定标准　209
8．23　抗焊热冲击测试　210
8．23．1 通用描述　210
8．23．2 测试样品的预处理　210
8．23．3 初始检查　210
8．23．4 焊锡槽测试法（适合于0603/0805/1206）　210
8．23．5 回流焊测试法　212
8．23．6 抗焊热冲击测试后测试样品的恢复　214
8．23．7 抗焊热冲击测试完成后最终判定标准　214
8．24　锡爆测试　215
8．24．1 通用描述　215
8．24．2 测试条件　215
8．24．3 锡爆测试判定标准　215
8．25　沾锡天平测试　216
8．25．1 通用描述　216
8．25．2 测试装置说明　216
8．25．3 测试样品的预处理　217
8．25．4 测试材料　217
8．25．5 测试步骤　218
8．25．6 沾锡天平测试判定标准　218
8．26　耐温度急剧变化测试　219
8．26．1 一般描述　219
8．26．2 预处理　219
8．26．3 初始测量　219
8．26．4 测试方法　219
8．26．5 最终测试判定标准　221
8．27　气候变化连续性测试　222
8．27．1 一般描述　222
8．27．2 测试样品的预处理　222
8．27．3 初始测量　222
8．27．4 干热测试　222
8．27．5 第 一次湿热循环测试　223
8．27．6 低温测试　226
8．27．7 第二次湿热循环测试　228
8．27．8 气候变化连续性测试的恢复　229
8．27．9 气候变化连续性测试最终检验判定标准　229
8．28　稳态湿热测试　229
8．28．1 一般描述　229
8．28．2 测试室和测试系统介绍　231
8．28．3 测试样品的预处理　231
8．28．4 测试样品的初始测量　231
8．28．5 测试条件严苛程度　231
8．28．6 测试步骤　232
8．28．7 测试样品的中期测试　232
8．28．8 测试样品的恢复　232
8．28．9 最终测量判定标准　232
8．29　机械冲击测试　234
8．29．1 通用描述　234
8．29．2 测试设备　234
8．29．3 贴装焊接　234
8．29．4 测试样品的预处理　235
8．29．5 测试方法　235
8．29．6 机械冲击测试判定标准　235
8．30　破坏性物理分析　235
8．30．1 破坏性物理分析（DPA，Destructive Physical Analysis）的适用范围和目的　235
8．30．2 MLCC破坏性物理分析（DPA）的术语　236
8．30．3 DPA分析的步骤和方法　237
8．30．4 抛光后样品的微观判定　242
第9章　MLCC质量评审　248
9．1　MLCC质量评审一般要求　248
9．1．1 确认MLCC制造初级阶段　248
9．1．2 MLCC属于结构近似性元件　248
9．1．3 发布批次的记录证明　248
9．2　资格承认　248
9．2．1 资格承认的一般要求　248
9．2．2 基于固定样本量的资格承认流程　249
9．2．3 关于资格承认的系列完整测试　250
9．3　质量合格检验　251
9．3．1 检验批次的形成　251
9．3．2 测试抽样计划　251
9．3．3　评审标准　252
第　10章 元件寿命和可靠性的相关理论　253
10．1　设计选型时对元件使用寿命的评估　253
10．2　加速寿命测试理论及应用　253
10．2．1 加速寿命测试的由来　253
10．2．2 加速寿命测试（HALT）介绍　254
10．2．3 加速寿命测试（HALT）理论　254
10．2．4 HALT实验结果　257
10．2．5 HALT测试流程　257
10．2．6 HALT测试结果说明　257
10．2．7 HALT测试结论　258
10．2．8 加速寿命测试理论的应用　258
10．3　失效率和既设可靠性　259
10．3．1 失效率和平均故障间隔时间　259
10．3．2 测试中出现的失效率　259
10．3．3 元件失效率概念　260
10．3．4 电容器元件的失效模式　263
10．3．5 第二货源　263
10．4　标准值、最大值、最小值、标准偏差　263
第　11章 MLCC常见客户投诉及失效模式分析　265
11．1　机械性能方面投诉　265
11．1．1 尺寸不良　265
11．1．2 外观不良　266
11．2　贴片焊接方面投诉　273
11．2．1 抛料不良　273
11．2．2 焊锡性不良　283
11．2．3 焊接后端头脱落（附着力不良）　291
11．2．4 焊接后断裂　292
11．2．5 镀层浸析不良　296
11．2．6 锡球锡珠不良（锡爆现象）　297
11．2．7 竖件不良（立碑效应）　299
11．3　电气性能方面投诉　299
11．3．1 容值不良　299
11．3．2 DF或Q值不良　302
11．3．3 漏电和烧板（绝缘电阻不良）　303
11．3．4 耐压不良（被击穿）　316
11．3．5 异响（啸叫）　320
11．4　有害物质管控方面投诉　322
11．4．1 ROHS要求　322
11．4．2 REACH要求　323
11．4．3 MLCC物质安全资料表MSDS　324
11．4．4 SVHC高关注物质　324
11．4．5 无卤要求　325
第　12章 MLCC在电路设计中的应用知识　326
12．1　设计选型时需要考虑的性能和参数　326
12．1．1 MLCC应用类别选择　326
12．1．2 MLCC陶瓷绝缘介质选择　327
12．1．3 MLCC容值选择　334
12．1．4 MLCC额定电压选择　336
12．1．5 MLCC尺寸选择　336
12．2　用错额定电压对MLCC使用寿命影响的评估方法　337
12．2．1 近似推算方法　337
12．2．2 利用加速寿命理论推算　338
12．2．3 应用举例　339
12．3　关于DC额定电压MLCC的AC功率计算　339
12．4　PCB设计如何避免击穿现象发生　342
12．5　应对MLCC断裂问题的选型推介　344
12．5．1 柔性端电极产品　344
12．5．2 叠层开路模式设计产品　345
12．6　关于ESR的损耗系数　346
12．7　电容器ESR测量技巧　347
12．7．1 ESR测试方法　347
12．7．2 ESR测试装置　347
12．7．3 影响ESR测量的因素　348
12．8　如何理解绝缘电阻IR　348
12．8．1 IR的组成分析　348
12．8．2 IR的测量原理　349
12．8．3 影响IR的因素　349
12．8．4 IR在应用中需考量的因素　350
12．9　MLCC耦合交流和阻截直流应用　350
12．9．1 耦合应用的基本要求　350
12．9．2 净阻抗　351
12．9．3 插入损耗S21　351
12．9．4 ESR和品质因数Q　352
12．10　MLCC的旁路应用　352
12．10．1 旁路应用的基本要求　352
12．10．2 相关术语　352
12．10．3 应用举例　353
12．10．4 漏极偏置网络　353
12．11　高Q电容器的匹配应用　354
12．11．1 匹配应用的作用　354
12．11．2 将高Q电容设计成匹配网络的原因　355
12．11．3 应用举例　355
12．11．4 可靠性　356
缩写　357