贴片陶瓷电容器应用手册 刘奎 著 专业科技 文轩网

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、优选值、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