Quan es construeixen condensadors ceràmics multicapa (MLCC), els enginyers elèctrics solen triar dos tipus de dielèctrics segons l'aplicació: classe 1, dielèctrics de materials no ferroelèctrics com C0G/NP0, i classe 2, dielèctrics de materials ferroelèctrics com X5R i X7R.La diferència clau entre ells és si el condensador, amb tensió i temperatura creixents, encara té una bona estabilitat.Per als dielèctrics de classe 1, la capacitat es manté estable quan s'aplica una tensió de CC i la temperatura de funcionament augmenta;Els dielèctrics de classe 2 tenen una elevada constant dielèctrica (K), però la capacitat és menys estable davant canvis de temperatura, voltatge, freqüència i amb el temps.
Tot i que la capacitat es pot augmentar mitjançant diversos canvis de disseny, com ara canviar la superfície de les capes d'elèctrode, el nombre de capes, el valor K o la distància entre les dues capes d'elèctrode, la capacitat dels dielèctrics de classe 2 acabarà baixant bruscament quan s'aplica una tensió continua.Això es deu a la presència d'un fenomen anomenat biaix de corrent continu, que fa que les formulacions ferroelèctriques de classe 2 experimentin eventualment una caiguda de la constant dielèctrica quan s'aplica una tensió de corrent continu.
Per a valors K més alts de materials dielèctrics, l'efecte de la polarització de corrent continu pot ser encara més greu, amb condensadors que poden perdre fins a un 90% o més de la seva capacitat, tal com es mostra al diagrama.
La rigidesa dielèctrica d'un material, és a dir, la tensió que pot suportar un determinat gruix de material, també pot canviar l'efecte de la polarització de CC sobre un condensador.Als EUA, la rigidesa dielèctrica se sol mesurar en volts/mil (1 mil equival a 0,001 polzada), en altres llocs es mesura en volts/micra i està determinada pel gruix de la capa dielèctrica.Com a resultat, diferents condensadors amb la mateixa capacitat i tensió nominal poden funcionar de manera significativament diferent a causa de les seves diferents estructures internes.
Val la pena assenyalar que quan la tensió aplicada és superior a la rigidesa dielèctrica del material, les espurnes passaran pel material, provocant un risc potencial d'ignició o explosió a petita escala.
Exemples pràctics de com es genera el biaix de CC
Si considerem el canvi de capacitat degut a la tensió de funcionament juntament amb el canvi de temperatura, trobem que la pèrdua de capacitat del condensador serà més gran a la temperatura d'aplicació específica i la tensió de CC.Prengui per exemple un MLCC fet de X7R amb una capacitat de 0,1 µF, una tensió nominal de 200 VDC, un recompte de capa interna de 35 i un gruix de 1,8 mils (0,0018 polzades o 45,72 micres), això significa que quan funciona a 200 VDC el dielèctric La capa només experimenta 111 volts/mil o 4,4 volts/micra.Com a càlcul aproximat, el VC seria del -15%.Si el coeficient de temperatura del dielèctric és ±15% ΔC i el VC és -15%ΔC, aleshores el TVC màxim és +15% - 30%ΔC.
El motiu d'aquesta variació rau en l'estructura cristal·lina del material de classe 2 utilitzat, en aquest cas el titanat de bari (BaTiO3).Aquest material té una estructura cristal·lina cúbica quan s'arriba a la temperatura de Curie o per sobre.Tanmateix, quan la temperatura torna a la temperatura ambient, es produeix la polarització ja que la baixada de la temperatura fa que el material canviï la seva estructura.La polarització es produeix sense cap camp elèctric extern o pressió i això es coneix com a polarització espontània o ferroelectricitat.Quan s'aplica una tensió de CC al material a temperatura ambient, la polarització espontània està vinculada a la direcció del camp elèctric de la tensió de CC i es produeix una inversió de la polarització espontània, donant lloc a una reducció de la capacitat.
Avui en dia, fins i tot amb les diferents eines de disseny disponibles per augmentar la capacitat, la capacitat dels dielèctrics de classe 2 encara disminueix significativament quan s'aplica una tensió de CC a causa de la presència del fenomen de polarització de CC.Per tant, per garantir la fiabilitat a llarg termini de la vostra aplicació, heu de tenir en compte l'efecte del biaix de CC sobre el component, a més de la capacitat nominal del MLCC en seleccionar un MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., fundada l'any 2010, és un fabricant professional especialitzat en màquines SMT pick and place, forn de reflux, màquina d'impressió de plantilla, línia de producció SMT i altres productes SMT.Tenim el nostre propi equip d'R + D i una fàbrica pròpia, aprofitant la nostra pròpia R + D amb experiència rica, una producció ben entrenada, va guanyar una gran reputació dels clients mundials.
Creiem que grans persones i socis fan de NeoDen una gran empresa i que el nostre compromís amb la innovació, la diversitat i la sostenibilitat garanteix que l'automatització SMT sigui accessible per a tots els aficionats a tot arreu.
Hora de publicació: maig-05-2023