貼片電容的基礎(chǔ)知識(shí)及細(xì)節(jié)

ID:104287 · 發(fā)表于 2016-1-31 20:54

我們常說的貼片電容，一般指貼片瓷片電容，其材料為高絕緣高介電常數(shù)的介質(zhì)，外形如圖

需要注意的是，瓷片電容焊盤與電容介質(zhì)之間不是很牢固，有些板子比較薄，PCB上焊了電容后，很容易出現(xiàn)板子變形導(dǎo)致電容焊盤與電容介質(zhì)斷裂，這種表面上看不出來，實(shí)際上已經(jīng)損壞。還有一些多塊PCB拼版的，分板的時(shí)候用手攀，也會(huì)導(dǎo)致電容損壞，尤其100nF0402電容，曾出現(xiàn)多次問題。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是由多層的電極相互疊起來。

電容常用的封裝為0402、0603、0805三種。
0402目前最大容量1uF，據(jù)說也有2.2uF
0603目前最大容量10uF
0805目前最大容量22uF
以上是電容封裝選型必須要知道的，并且在最高容量下，耐壓一般都是很低的，只有6V附近，并且價(jià)格比較高，接近于鉭電容，具體參數(shù)請(qǐng)參考相關(guān)型號(hào)的文檔。

電容的容量不是一個(gè)常數(shù)，而是變化的，它的電容的容量值跟當(dāng)前溫度、當(dāng)前的直流電壓有關(guān)、還跟用什么類型的介質(zhì)材料有關(guān)。
下圖為X5R與Y5V兩種材料之間的溫度與容量之間的差別，藍(lán)色線為X5R，紅色線為Y5V

直流電壓不同，而容量不同，一般的講，直流電壓越高，電容值降低，并且這個(gè)跟材料有很大的關(guān)系，

電容的頻率特性如下圖，電容等效為電阻電容電感的串聯(lián)，因?yàn)橛袑?dǎo)線，就有電阻，有長度，就有電感，有壓差就有電容。高頻下，核心是利用電容的諧振頻率，所以一個(gè)電容的諧振點(diǎn)非常重要，這是高頻的基礎(chǔ)。

在高頻下，一般用到電容的三個(gè)特征：
1：利用諧振點(diǎn)進(jìn)行帶通耦合信號(hào)：比如33pF電容的諧振點(diǎn)為1256MHz,對(duì)應(yīng)阻抗為0.15，它在900MHz下阻抗為2.61，1800MHz下阻抗為2.87，比如旋風(fēng)001手機(jī)開發(fā)模塊，因?yàn)槭请p頻，要支持900和1800MHz，所以取33pF作為帶通耦合器就非常合適。
2：利用諧振點(diǎn)吸收退藕電源干擾：還是33pF，在旋風(fēng)001手機(jī)開發(fā)模塊上，作為電源退藕大量使用，因?yàn)槭謾C(jī)本身會(huì)產(chǎn)生900和1800兩個(gè)頻率，分布在各個(gè)電源、信號(hào)上，需要用33pF把這個(gè)信號(hào)吸收掉，以免干擾別的設(shè)備，尤其是音頻mic部分。
3：匹配：與電感一起實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，這個(gè)時(shí)候就不是采用諧振點(diǎn)了，而是利用它的電容或者電感特性，因?yàn)槌^電容諧振點(diǎn)，電容就變成了電感。

實(shí)際意義上講，在高頻下，電容跟電感是相互轉(zhuǎn)換的，這個(gè)完全取決于工作頻點(diǎn)，所以大家不要拘泥于是電容還是電感，只是知道這是一個(gè)曲線即可。

電容一般有四種材料
1：C0G  這個(gè)材料性能最好，電容穩(wěn)定可靠，但容量比較小，適合做高頻小容量電容。以0402為例，從0.5pF~1nF
2：X7R  這個(gè)材料性能不錯(cuò)，電容穩(wěn)定性也可以，但容量中等偏下，適合做高頻中容量電容。以0402為例，從220pF~100nF
3：X5R  這個(gè)材料容量可以做大，電容穩(wěn)定性還可以，適合做大容量電容,適合做大容量電容。以0402為例，從56nF~1uF
3：Y5V  這個(gè)材料容量可以做大，電容容量范圍寬，穩(wěn)定性差，適合做大容量電容。以0402為例，從2.2nF~1uF

以上從性能上講C0G > X7R > X5R> Y5V
本人不建議用Y5V，用萬用表測(cè)1uF電容，估計(jì)容量只有0.6uF，因?yàn)樗碾妷骸囟戎笜?biāo)太差了，不知道的還以為是假的。C0G大量使用在高頻上，首選推薦，其次是X7R或者X5R。

具體細(xì)節(jié)，請(qǐng)下載創(chuàng)易提供的murata電容電感參數(shù)工具

在嵌入式領(lǐng)域，一般電源退藕都用到0.1uF，也就是100nF，這個(gè)的基本原理也是電容的諧振點(diǎn)，比如0805100nF電容的諧振頻率是23MHz,在大部分的MCU頻率范圍內(nèi)，其實(shí)之前提的0.1uF這個(gè)概念是不準(zhǔn)確的，因?yàn)楝F(xiàn)在電容，不同的封裝，其諧振點(diǎn)都是不同的，所以應(yīng)該這么選擇：
假如一顆ARM的工作頻率是70MHz，選擇的是0805的電容，那么用電容電感參數(shù)工具查，可以找到10nF是它的諧振點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該選擇10nF，而不是100nF，當(dāng)然不放心，可以兩個(gè)都放，多放幾個(gè)也可以。

一般的講，開關(guān)電源還有LDO輸出都建議用瓷片電容，，瓷片電容的高頻性能非常好，介質(zhì)損耗也比較低，尤其是它的諧振等效串聯(lián)電阻ESR非常小，比如33pF，諧振下等效電阻只有0.15歐姆，這個(gè)是電解電容，包括鉭電容所無法比擬的，并且基本上沒有漏電流這一說，還沒有極性。以前瓷片電容容量做不大，所以往往需要一個(gè)瓷片電容并聯(lián)一個(gè)鉭電容，現(xiàn)在瓷片電容容量做的接近小容量的鉭電容，所以很多都直接用瓷片電容代替。并且加上瓷片電容本身電感量特別小，高頻性能好，很多電源退藕，都直接用一個(gè)10uF的瓷片電容就搞定了，沒必要再并聯(lián)一個(gè)100nF之類，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候，諧振點(diǎn)意義不大了，0805封裝10uF電容在10MHz下的阻抗為0.03歐姆，100MHz下阻抗為0.32歐姆，1000MHz下阻抗為3.2歐姆，從這些數(shù)據(jù)來看，只要100MHz以下功率不太大的話，都沒必要并聯(lián)一個(gè)諧振頻點(diǎn)的小電容。

需要注意一點(diǎn)的地方就是很多朋友在布線的時(shí)候，比如雙面板，很多人都知道退藕電容要靠近器件，引線盡可能短，但他們往往布線的時(shí)候忘記考慮電容的地焊盤的回路，一般我們把PCB的底面作為一層地來參考，所有的正面的地焊盤必須要打過孔到主地上，這一點(diǎn)必須記住，不然地回路太長，這個(gè)電容就毫無意義，好東西也會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)布線的問題糟蹋了。這個(gè)問題，很多很有經(jīng)驗(yàn)的PCB工程師都會(huì)犯這個(gè)錯(cuò)誤

在RFID應(yīng)用中，尤其是高頻RFID，13.56MHz的電路輸出部分電路

用到的幾個(gè)諧振的電容如C212、C213、C214，一定要選擇大的封裝，最好是0805，其次是0603，不能選擇0402封裝，主要這個(gè)電壓比較高，達(dá)到了50V，頻率也比較高13.56MHz，電流比較大，達(dá)到上百mA。電容畢竟有介質(zhì)損耗，會(huì)發(fā)熱，若封裝選擇太小，發(fā)熱太高，會(huì)導(dǎo)致電容失效，所以一定要選擇合適的封裝。

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