MLCC产品容值偏低现象之认识.pdf

1Prepared by:YAGEODate:2007/11MLCC產品容值偏低現象之認識產品容值偏低現象之認識PDF created with pdfFactory trial version 2摘要针对经常有客户问及容值偏低的问题，本文从仪器差异、测试环境、测试条件、材料老化等方面对此作出完整之说明及解释,以期对MLCC产品容值偏低现象有进一步的认识。PDF created with pdfFactory trial version 3問：量测仪器差异对量测结果之影响.答:A：高容的量测时更易有容值偏低现象，主要原因是电容两端之实际施于电压无法达到测试条件需求所致，也就是说加在电容两端的电压由于仪器本身内部阻抗分压的原因与仪器显示的设定电压不同。为使量测结果误差降至最低,建议客戶将仪器調校並將儀器的设定电压与实际在产品两端所测之电压尽量调整,使实际于待测物上之輸出电压一致.B：测试条件对量测结果之影响首先考虑量测条件的问题。对于不同容值的电容会采用不同的条件来量测其容值。主要在电压设定和测试频率设定上有差異，國巨使用Aglient4284A LCR Meter来量测.不同容值的量测条件如下表所示:PDF created with pdfFactory trial version 4120Hz1.0 0.2VrmsC10F1kHz1.0 0.2Vrms1000pFC10F 1MHz1.0 0.2VrmsC 1000pFFrequencyAC voltageCapacitance注：表中所列之电压是指实际加在电容两端的有效电压。因仪器的原因，电容两端实际的輸出电压与设定的量测电压实际上可能会有所偏差。PDF created with pdfFactory trial version 5影响高容量测之因素1:Meter 內部Impedance之大小因素.由于不同测试仪器之间的內部Impedance不相同，造成仪器将总电压分压而使到达测试物的实际电压变小。在实际的测试动作中，我们可以使用万用表等测试夹具两端的实际电压，以验证实际施于测试物的輸出电压。如圖所示:儀器設置電壓為:1V使用萬用表測量夾具兩端,電壓為:0.95VPDF created with pdfFactory trial version 6不同Impedance的测试仪器对比Voltage Received by Cap Meter：1V*100/(100+16)=0.86VVoltage Received by DUT(Capacitor)：1V*16/(100+16)=0.14VAvg Capacitance Reading：6-7FPDF created with pdfFactory trial version 7Voltage Received by Cap Meter：1V*1.5/(1.5+16)=0.086VVoltage Received by DUT(Capacitor)：1V*16/(1.5+16)=0.914VAvg Capacitance Reading：9-10FPDF created with pdfFactory trial version 8综合以上实验，可以得到有效电压与电容量的关系如下：當AC Voltage 較小，则量测出之Capacitance 偏小當AC Voltage 較大，则量测出之Capacitance 偏大下圖為量測電壓與量測容值的對照圖PDF created with pdfFactory trial version 92.电容大小因素电容量大小会影响电容之Impedance.Z()=R+j(-1/c)where=2 f 电容之R很小 Z()1/cEx：10F Z 1/(2 *1k*(10*10-6)16()22F Z 1/(2 *1k*(22*10-6)7.2()22F Z 1/(2 *120*(22*10-6)60.3()Z()1/c PDF created with pdfFactory trial version 10Ex：10F Z 1/(2 *1k*(10*10-6)16()因此待测电容两端之AC Voltage要保持在1Vrms则仪器之输出电流I(rms)=V(rms)/Z=1/16=62.5 mA所以若仪器之最大输出电流小于62.5 mA，则待测电容两端之AC Voltage会小于1Vrms，所测得之容值就会变小。PDF created with pdfFactory trial version 113.频率因素Z()1/cEx：22F，1kHz Z 1/(2 *1k*(22*10-6)7.2()22F，120Hz Z 1/(2 *120*(22*10-6)60.3()因此当频率愈大，Z愈小，要使待测电容两端之AC Voltage维持一定，则仪器可提供之输出电流必须够大，若仪器可提供之输出电流太小，待测电容两端之AC Voltage会变小，所测得之容值就会变小。PDF created with pdfFactory trial version 12C：量测环境条件对量测结果之影响电容class（Y5V/X7R/X5R）产品被称为非温度补偿性元件,即在不同的工作温度下,容量会有比较明显的变化,我们举Y5V为例说明：Y5V 的温度特性如下图所示：代表的意思为：在不同的操作温度下，容值与实际容值之间的差异量。比如，在40时的测试资料将比25时的测试资料低了近20%。所以，在外部温度比较高的情况下,诸如夏天,容值的测试值就会显的偏低。通常建议放置在25的环境下一段时间,使材料于较稳定之测试环境下再进行测试。PDF created with pdfFactory trial version 13D：Class&类电容有何不同?Class类电容器称为温度补偿型，用对温度不敏感的材料充当介电质。在不同温度下测试几无差别。此类电容有低的容值和近乎完美的温度稳定性，通常应用于通信和电视等的谐振电路。典型材质如COG(NPO)：COG=+/-30PPM over a temperatureArrange of 55+125而Class类电容器电介质则以钛酸钡为主要材料，钛酸钡对温度变化较敏感。在相应的工作温度范围内随温度不同会有较大的容值变化。典型材质及其温度特性如下：X7R=+/-15%over a temperatureArrange of 55+125Y5V=+22%，-82%over a temperatureArrange of 30+85PDF created with pdfFactory trial version 14E：何谓MLCC产品材料老化现象?1.老化是指EIA Class类电容容值随时间降低的现象，它在所有以铁电系材料做介电质的材料均有发生，是一种自然，不可避免的现象。发生的原因是内部晶体结构随温度和时间产生变化导致了容值下降的現象，属可逆现象。老化速率呈典型对数曲线如下：PDF created with pdfFactory trial version 152.以钛酸钡为电介质的电容为何会老化?如何老化?随着时间变化，钛酸钡其分子结构将逐渐变为电偶，该分子结构较杂乱无章的分子结构存储电荷的能力要差,故造成容值下降.如圖:PDF created with pdfFactory trial version 163.什幺是de-aging?如何实现de-aging？老化是一种可逆的现象，当对老化的材料施加高于材料居里温度的高温，當環境溫度回到常溫後,材料的分子结构将会回到原始的状态。材料将由此开始老化的又一个循环。國巨建议进行de-aging所使用之条件为150/1hour。建议IQC以如下方式驗證：将测试容量偏低的产品浸至锡炉或过Reflow(不需印錫膏)，再行测试，容值将恢复到正常规格之内。客戶不需要在上線前,事先進行De-aging動作,只需要將元件置於板上正常生產作業,產品經過回流焊或波峰焊後,即可恢復正常容值。4.是否只有國巨材料有老化现象?回答:否。因為老化现象发生在任何一家使用钛酸钡(鐵電性材料)為原材料的廠商所生產的Class类陶瓷电容器中。它是正常现象。5.MLCC客户应如何对老化予以补偿?考虑到 MLCC材料之老化现象,客户于一开始设计时,应事先将此材料之老化率考量进去。PDF created with pdfFactory trial version Thank youPDF created with pdfFactory trial version