本帖最后由 xukun977 于 2020-3-4 10:28 编辑
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1.1 介绍
现在电路板，尤其是高速电路板上，电容几乎是无处不可或缺的，而且由于表面封装电容体积小，电路密度可以做的很高，低容量电容普遍采用表面封装电容，容量可以做到几个微法甚至更高。所以设计工程师有必要完全理解这些电容的电气特性，才能设计出合理可靠的电路。
1.2 陶瓷表面贴装电容
先介绍表面封装技术SMT
现代电器设备朝着成本低、重量轻、体积小和可靠性高的极限方面发展，SMT应运而生，完全能满足这些要求。SMT和传统技术的区别是：传统器件如电容、电阻和有源器件等，是插入PCB上过孔并焊接而固定的，最经典的集成电路封装技术是仙童发明的DIPs，它有两行引脚。而SMT是把电子器件直接封装在PCB上或衬底上而成，这个微小的差别反应到器件封装和衬底的设计、材料、工艺和组装上，就有较大的不同了。
图1 表面封装和其传统等效元件的大小对比
图2 表面封装有源器件和DIP封装器件
图3 重量的对比
图4 表面封装（PLCC和SOIC）和DIP封装的面积对比
SMT陶瓷电容可以是多层陶瓷片状电容MLCC，也可以是单层电容，MLCC是由多种介质、多个电极堆叠并融合成单个封装而成。堆叠的数目、尺寸和形状会影响电容的等效串联电感ESL和等效串联电阻ESR，进而影响电容的瞬态行为；会电容外部环境对电容影响，如机械震动、电压偏置和温度等，和电容的介质选取密切相关，而且介质材料有老化和铁电的特性，其厚度决定了击穿电压，进而确定了给定电容的工作电压WV。
1.2.1 介质的温度特征分类
在物理学中已知，电容器的电容值仅与电容器的几何和材料有关，而且任何电容的电容值均正比于介电常数，所以为了在最小的SMT封装中做出最大的电容，要选用高介电常数的介质，电子工业协会EIA根据介质的温度特征对其进行分类：
第一类介质是最稳定的（即温度、频率或时间对电容的电特性影响极小），但是电容值一般不高于10nF。这类介质使用陶瓷混合物（如二氧化钛），所有其介电常数比较稳定，但是也比较低（典型值低于150）。此类介质中最常用的是C0G介质，有时也叫老的NP0类别。
COG(NPO)的介质特性
工作温度范围：-55℃--125℃
温度系数： 0±30ppm/℃
损耗因数: 在25℃最大值为0.001(0.1%)
绝缘电阻： 10^6 MΩ （25℃）
10^5 MΩ （125℃）
老化率： 0%/10小时
表一、一类陶瓷电容的温度系数代码
| 第一个字母 （温度系数ppm/℃） | | | | C | | | | | | | B | | | | | | | A | | | | | | | M | | | | | | | P | | | | | | | R | | | | | | | S | | | | | | | T | | | |
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| | U | | | |
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例如表中的第一行C0G，表示温度系数为零，温度系数乘以-1，最差温度系数容差为±30PPM.如果温度T1时的电容值为C1，温度为T2时的电容值为C2，那么两者之间的关系是C2=C1+TC（T2-T1），如果T2-T1=100℃，根据上表数据，电容值要变化±0.3%
第二类介质相对于第一类稳定性略差，但介电常数更高（制造商通常简单地称呼相对介电常数为K），典型介质是钛酸钡。第二类可进一步分厂两组：中等的高K和高K。中度的高K类电容，是第二类中最稳定的，电容值低至uF范围；高K型电容讲究容积效率，但不太稳定，容值高至几十微法。第二类电容有较强的电压和温度效应。
第二类介质是铁电材料，显示出压电行为（而第一类介质无此特性）。介质中的铁电行为有点类似于电感中的铁磁行为，只不过这里的磁滞特性反应的是电场和介质极化之间的关系。压电行为会导致铁电介质在电场的作用下产生机械变形，反之亦为真：环境对电容施加的机械应力会在电容产生噪声电压，这可能会严重影响电路的工作。所以当电容所处的环境存在机械震动或震荡时，而电容是用于低电平电路以及高增益放大器电路时，此时要选用第一类介质电容。
例如，对于高K型Z5U电容，最低允许工作范围是+10℃，最高上限允许工作温度是85℃，在此温度范围内，电容的最大变化是+22%（在+10℃）到-56%（在+85℃），在零直流偏置时测量值。
图5 Z5U的温度系数（上限+22%，下限-56%）
另外，Z5U的损耗因子在25℃为0.030(3.0%)最大值，老化率为-2.0%/10小时
为了比较，中等高K型X5R电容，在相同的温度范围内变化±15%。
注意到二类介质的温度变化，时高度非线性的，所以与手册所给不同，因为手册上的电容值通常是在25℃和低直流偏置时的情形下得到的，所以它在25℃时是精确的位于指定的容差范围内（例如±5%）。
再例如X7R电容，电特性为：
工作温度范围：-55℃--125℃
温度系数： ±15% ΔC 最大
损耗因数： 0.025（2.5%）最大值在25℃
绝缘电阻： 10^6 MΩ （25℃）
10^5 MΩ （125℃）
老化率： <2.0%/10小时
图6 X7R的温度系数（上限+15%，下限-15%）
下图是电容器制造厂给出的三种介质电容的容值与温度关系表示法，每一种电容都有两个曲线，分别表示在给定温度下，电容值的最小和最大值范围。
图7 MLCC电容器的电容值与温度关系
由上图可见，X7R电容值的温度特性最为稳定，在75°范围内几乎不变，而Y5V介质电容变化范围最大，在低温10℃会比标准温度25℃大2%--20%。
总而言之，对于中等稳定型第二类陶瓷电容器（稳定二类），由于容值随温度、电压、频率和时间的变化是可预测性的，这种电容多适用于做隔直、耦合、旁路等元件，能提供的电容值比第一类高。对于高K型（通用二类），电气特性随温度变化较大，但介电常数比一类和稳定二类都高，所以单位体积可提供较高的电容值，适用于一般性能应用场合。
1.2.2 电容尺寸代码
MLCC电容SMT封装电容的尺寸，使用4个数字原理来描述，前两位数字描述电容的标准长度（定义为电极到电极之间的距离），后两位数字是电容的标准宽度，两者的尺寸乘以10mil就是真实尺寸，各种尺寸之间关系为1mil=0.001in=0.025mm，例如0805 SMT电容是80mil长，50mil宽，换算成mm表示是2mm×1.25mm
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