MLCC(贴片电容)选择及应用问题

MLCC(贴片电容)选择及应用问题

钽电容及电解电容的品牌商介绍

MLCC（片状多层陶瓷电容）现在已经成为了电子电路最常用的元件之一。M LCC表面看来，非常简单，可是，很多情况下，设计工程师或生产、工艺人员对MLCC的认识却有不足的地方。以下谈谈MLCC选择及应用上的一些问题和注意事项。

MLCC虽然是比较简单的，但是，也是失效率相对较高的一种器件。失效率高，一方面是MLCC结构固有的可靠性问题，另外还有选型问题以及应用问题。

由于电容算是“简单”的器件，所以有的设计工程师由于不够重视，从而对MLCC的独有特性不了解。在理想化的情况下，电容选型时，主要考虑容量及耐压两个参数就够了。但是对于MLCC，仅仅考虑这两个参数是远远不够的。

使用MLCC，不能不了解MLCC的不同材质和这些材质对应的性能。MLCC

的材质有很多种，每种材质都有自身的独特性能特点。不了解这些，所选用的电容就很有可能满足不了电路要求。举例来说，MLCC常见的有C0G(也称NP0)材质，X7R材质，Y5V材质。C0G的工作温度范围和温度系数最好，在-55°C至+125°C 的工作温度范围内时温度系数为0 ±30ppm/°C。X7R次之，在-55°C至+125°C的工作温度范围内时容量变化为±15%。Y5V的工作温度仅为-30°C至+85°C，在这个工作温度范围内时其容量变化可达-22%至+82%。当然，C0G、X7R、Y5V的成本也是依次减低的。在选型时，如果对工作温度和温度系数要求很低，可以考虑用Y5V的，但是一般情况下要用X7R的，要求更高时必须选择COG的。一般情况下，MLCC厂家都设计成使X7R、Y5V材质的电容在常温附近的容量最大，但是随着温度上升或下降，其容量都会下降。

仅仅了解上面知识的还不够。由于C0G、X7R、Y5V的介质的介电常数是依次减少的，所以，同样的尺寸和耐压下，能够做出来的最大容量也是依次减少的。有的没经验的工程师，以为想要什么容量都有，选型时就会犯错误，选了不存在的规格。比如想用0603/C0G/25V/3300pF的电容，但是0603/C0G/25V的MLCC

一般只做到1000pF。其实只要仔细看了厂家的选型手册，就不会犯这样的错误。另外，对于入门不久的设计工程师，对元件规格的数序（E12、E24等）没概念，会给出0.5uF之类的不存在的规格出来。即使是有经验的工程师，对于规格的压缩也没概念。比如说，在滤波电路上，原来有人用到了3.3uF的电容，他的电路也能用3.3uF的电容，但他有可能偏偏选了一个没人用过的4.7uF或2.2uF的电容规格。不看厂家选型手册选型的人，还会犯下面这种错误，比如选了一个060 3/X7R/470pF/16V的电容，而事实上一般厂家0603/X7R/470pF的电容只生产50 V及其以上的电压而不生产16V之类的电压了。

另外注意片状电容的封装有两种表示方法，一种是英制表示法，一种是公制表示法。美国的厂家用英制的，日本厂家基本上都用公制的，而国产的厂家有用英制的也有用公制的。一个公司所用到的电容封装，只能统一用一种制式来表示，不能这个工程师用英制那个工程师用公制。否则会搞混乱。极端的情况下，还会弄错。比如说，英制的有0603的封装，公制的也有0603的封装，但是两者

实际上是完全不同的尺寸的。英制的0603封装对应公制的是1608，而公制的0 603封装对应英制的却是0201！其实英制封装的数字大约乘以2.5（前2位后2位分开乘）就成为了公制封装规格。现在流行的是用英制的封装表达法。比如我们常说的0402封装就是英制的表达法，其对应的公制封装为1005（1.0*0.5mm）。

另外，设计工程师除了要了解MLCC的温度性能外，还应该了解更多的性能。比如Y5V介质的电容，虽然容量很大，但是，这种铁电陶瓷有一个缺点，在就是其静态容量随其直流偏置工作电压的增大而减少，最大甚至会下降70%。比如一个Y5V/50V/10uF的电容，在50V的直流电压下，其容量可能只有3uF！当然，不同的厂家的特性有差异，有的下降可能没这么严重。如果你一定要用Y5V 的电容，除了要知道其容量随温度的变化曲线图外，还必须向厂家索取其容量随直流偏置电压变化的曲线图（甚至是要容量温度直流偏置综合图）。使用Y5V

电容要有足够的电压降额。X7R的容量随其直流偏置工作电压的增大也减少，不过没有Y5V的那么明显。同时，MLCC尺寸越小，这种效应就越明显。

不同的材质的频率特性也不同。设计师必须了解不同材质的不同频率特性。比如C0G（又称高频热补偿型介质）的高频特性好，X7R的次之，Y5V的差。在

做平滑（电源滤波）用途时，要求容量尽量大，所以可用Y5V电容，也就是说，Y5V电容可以取代电解电容。在做旁路用途时，比如IC的VCC引脚旁的旁路电容，至少要选用X7R电容。而振荡电路则必须用C0G电容。由于Y5V的性能较差，我一般都是不推荐使用的，要求设计工程师尽量考虑用X7R电容（或X5R电容）。如果对容量体积比要求高的场合，则考虑用钽电容而尽量避免用Y5V电容。当然，如果你们公司要求不高，还是可以考虑Y5V电容，但是要特别小心。

一般说MLCC的ESL(等效串联电感)、ESR(等效串联电阻)小，是相对于电解电容（包括钽电解电容）而言的。事实上，高频时，MLCC的ESL、ESR不可以忽略。一般C0G电容的谐振点能达上百MHz,一般X7R电容的谐振点能达几十MH z,而Y5V电容的谐振点仅仅是数MHz甚至不到1MHz。谐振点意味着，超过了这

个频率，电容已经不是电容特性了，而是电感特性了。如果想使MLCC用于更高频率，比如微波，那么，就必须用专门的微波材料和工艺制造的MLCC。微波电

容要求ESL、ESR必须更小。

MLCC一直在小型化的方向进展。现在0402的封装已经是主流产品。但是小型化可能带来其它的一些危害。事实上，不是所有的电子产品都是那么在意和欢迎小型化MLCC的。在意小型化的电子产品，比如手机、数码产品等等，这些产品成为MLCC小型化的主要推动力。对于MLCC厂家来说，小型化MLCC占有主

要的出货量。但是从整个电子业界来说，还有很多电子设备，对小型化不是那么在乎，性能和可靠性才是关键考虑因素，MLCC小型化带来了可靠性的隐患。比

如通信设备、医疗设备、工控设备、电源等。这些电子设备空间够大，对MLCC

小型化不是很感兴趣；而且，这些电子设备不像个人消费品那样追赶时髦且更新换代快，而是更在乎长久使用的可靠性，所以对于元件的余量要求更高（为了保证可靠性，余量要大，所以尺寸更大的MLCC才满足要求。另外，更大的尺寸使得MLCC厂家在提高电容的可靠性上更有发挥的空间）。这点恰好与MLCC厂家追求小型化的方向不一致。这是个矛盾。这些高可靠性要求的电子设备的特点是量不是很大，但是价格昂贵（个别种类电源除外），可靠性要求也高。如果是知名的电子设备厂，日子会好过一点，因为MLCC厂会为他们保存一些大尺寸的规格的MLCC生产。如果不是知名的电子设备厂，也不用那么悲观，毕竟，还有少数MLCC厂定位不同，依然会继续生产大尺寸的电容。所以，作为这种电子设备的

厂家，要善于寻找定位于高性能高可靠的较大尺寸的MLCC厂家。但是有一个注意事项是，所选用的规格不可以是独家才有的规格，至少是有两家满足自己公司要求的MLCC厂家在生产这种规格。另外，对于小型化不影响性能和可靠性要求时，还是优先考虑小型化的MLCC。

有的公司在MLCC的应用上也会有一些误区。有人以为MLCC是很简单的元件，所以工艺要求不高。其实，MLCC是很脆弱的元件，应用时一定要注意。

MLCC厂家在生产过程中，如果工艺不好，就有可能会有隐患。比如介质空洞、烧结纹裂、分层等都会带来隐患。这点只能通过筛选优秀的供应商来保证（后面还会谈到供应商选择问题）。

另外就是陶瓷本身的热脆性和机械应力脆性的故有可靠性，导致电子设备厂在使用MLCC时，使用不当也容易失效。

MLCC现在做到几百层甚至上千层了，每层是微米级的厚度。所以稍微有点形变就容易使其产生裂纹。另外同样材质、尺寸和耐压下的MLCC，容量越高，层数就越多，每层也越薄，于是越容易断裂。另外一个方面是，相同材质、容量和耐压时，尺寸小的电容要求每层介质更薄，导致更容易断裂。裂纹的危害是漏电，严重时引起内部层间错位短路等安全问题。而且裂纹有一个很麻烦的问题是，有时比较隐蔽，在电子设备出厂检验时可能发现不了，到了客户端才正式暴露出来。所以防止MLCC产生裂纹意义重大。

MLCC受到温度冲击时，容易从焊端开始产生裂纹。在这点上，小尺寸电容比大尺寸电容相对来说会好一点，其原理就是大尺寸的电容导热没这么快到达整个电容，于是电容本体的不同点的温差大，所以膨胀大小不同，从而产生应力。这个道理和倒入开水时厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂一样。另外，在M LCC焊接过后的冷却过程中，MLCC和PCB的膨胀系数不同，于是产生应力，导致裂纹。要避免这个问题，回流焊时需要有良好的焊接温度曲线。如果不用回流焊而用波峰焊，那么这种失效会大大增加。MLCC更是要避免用烙铁手工焊接的工艺。然而事情总是没有那么理想。烙铁手工焊接有时也不可避免。比如说，对于PCB外发加工的电子厂家，有的产品量特少，贴片外协厂家不愿意接这种单时，只能手工焊接；样品生产时，一般也是手工焊接；特殊情况返工或补焊时，必须手工焊接；修理工修理电容时，也是手工焊接。无法避免地要手工焊接MLCC时，就要非常重视焊接工艺。

首先必须告知工艺和生产人员电容热失效问题，让其思想上高度重视这个问题。其次，必须由专门的熟练工人焊接。还要在焊接工艺上严格要求，比如必须用恒温烙铁，烙铁不超过315°C（要防止生产工人图快而提高焊接温度），焊接时间不超过3秒选择合适的焊焊剂和锡膏，要先清洁焊盘，不可以使MLCC受到大的外力，注意焊接质量，等等。最好的手工焊接是先让焊盘上锡，然后烙铁在焊盘上使锡融化，此时再把电容放上去，烙铁在整个过程中只接触焊盘不接触电容（可移动靠近），之后用类似方法（给焊盘上的镀锡垫层加热而不是直接给电容加热）焊另一头。

机械应力也容易引起MLCC产生裂纹。由于电容是长方形的（和PC B平行的面），而且短的边是焊端，所以自然是长的那边受到力时容易出问题。于是，排板时要考虑受力方向。比如分板时的变形方向于电容的方向的关系。在

生产过程中，凡是PCB可能产生较大形变的地方都尽量不要放电容。比如PCB

定位铆接、单板测试时测试点机械接触等等都会产生形变。另外半成品PCB板不能直接叠放。等等。

下面谈谈MLCC的厂家选择与样品认证。

MLCC作为相对低端的元件，欧美厂家一般不太愿意生产了或被日本品牌收购了。美国只剩下极少数的厂家还在生产MLCC，但是市场占有量少，货期长。所以，MLCC做得最好的是日本品牌。当然，台湾和大陆也有一些知名厂家的MLCC市场占有率不错。在普通的规格上，台湾和大陆的名牌MLCC的技术和质量差不多向日本的厂家靠拢了。但是如果要用一些技术和质量更优良的MLCC，可能只能选择美国和日本的品牌。总体来说，MLCC可供选择的厂家很多，由于M LCC价格不高，所以，选择知名企业一般公司还是很乐意的。如果选择的是一流企业的产品，那用起来自然是省心。但是，如果对一个品牌的MLCC质量不放心，或不是一流企业，那么选择供应商时就必须对他们的产品进行认证。电容不贵，样品数量可以多要点。要测试样品的温度特性、频率特性、直流偏置电压特性等等。有的参数自己的公司测不了，可以到供应商处测，或让他们出测试报告。事实上，MLCC的可靠性才是最关键的。通过上面的内容可知，MLCC的失效主要是热应力失效和机械应力失效。那么，样品也重点要测这些性能：抗热冲击和抗弯曲能力测试。注意，产生裂纹时，电容的容量等普通参数可能还是好的。这时主要是要测漏电（特别是有潮气进入时）才能测出来。当然，如果对可靠性要求特别高，可以选择某些公司特殊开发的防裂纹品种的MLCC，当然这要增加一些采购成本（同时有货期没那么好的问题），可以综合衡量。

MLCC的主要厂商：SAMSUNG、TDK、MURATA、国巨，华新，太阳诱电，风华高科.

钽电容的主要供应商：NEC、AVX、Vishay、Kemet、Nichicon,市场份额依次为14%、12%、后三者约10%。今年Nichicon并购 Panasonic的钽电部门后，排名应略上升 TDK ，ROHM钽电容TAIYO YUDEN台湾立隆 与日本ELNA合资成立 E LNA-LELON ELECTRONICS （SUZHOU）CORP。

立扬电子（苏州）有限公司 主要生产钽电容。日本ELNA的中国工场的产品质量优良，性能稳定。立隆可以打上LELON的 标签，进行销售

其中那国内的钽电容有：贵州的振华集团，新云电子；湖南湘怡；深圳容电；宁夏星日

电解电容品牌:

日系：NICHICON; SANYO; CHEMICON;RUBYCON; PANASONIC; 富士通;

港资东莞万裕三信

台系：TEAPO智宝；惠州立隆；丰宾

大陆：南通江海；常州华威；信达电子；艾华电子；东阳光实业

NICHICON

NICHICON是日本的老牌电容厂，其成名的时间和著名的RUBYCON（红宝石）差不多。不过它如今的水平比RUBYCON要好一些，因为NICHICON现在已经有铝固体聚合物导体电容——F55系列。不过NICHICON电容和SANYO、CHEMICON等

厂牌相比，普遍的指 标都比较低，其LOW ESR的最高端产品，ESR值还停留在1

0几毫欧姆的水平（SANYO的钽聚合物并联电容能达到5毫欧姆）。基本上，NI CHICON的进步势头已经很慢了。以上为网络了解到的信息，根据我个人的 实际了解，NICHICON的整体特性，比CHEMICON差一点点。但是也不能说其不如CHE MICON。这里还需要提到一个厂家的设计余量， 保守与否。但是，在高压上说，CHEMICON应该实力较强。

SANYO

SANYO在电解电容行业里面的地位，有些像三星在数字家电行业里面的地位。因为SANYO电容的种类和产量都是最多的，研发技术水准也是数一数二的。单从性能上看，SANYO可能并不算最高端的品牌，但是从生产规模、供货能力、品控能力和研发水平综 合评判，SANYO绝对是如今电容行业里的 龙头老大。

而且，很多厂家的电容主 要材料——电解液都是向Sanyo采购，因此判定，其绝对 是电解电容行业老大。

CHEMICON

CHEMICON也是一家非常老牌的厂，近年来收购了美国陶瓷电容大厂AVX，可谓如虎添翼。如今的CHEMICON不仅在电解电容上造诣很深，在陶瓷电容方面其技术和产品也是数 一数二的。前文我们说过，为了和SANYO竞争，CHEMICON的产品，在价格相同的前提下，其规格往往会比SANYO更高。这有些像AMD对付I NTEL的方式。

富士通

富士通电容由富士通苏州 多媒体事业部生产，多用在消费性电子上，如显示板卡，主机板卡，SET-BOX…现阶段的富士通主要 专注于有机高分子电解电容的研发制造。

Rubycon

Rubycon即红宝石，是日本三大电容器厂 家之一，其主要产品为以铝电解电容、塑胶薄膜电容器为主的各种电容产品。著名的DIY主板品牌升技就曾经在 其产品里广泛使用红宝石电容，主要产品有MBZ，MCZ系列电容，品质优异。防暴纹为英文字母“K”字型，侧面注有“Rubycon”字样。其主要在小尺寸长寿命的实力是无人能比，如果的对节能 灯行业比较清楚的都知道，飞利浦与GE都基本指定Rubycon为供应商。

PANASONIC

这是我们熟悉的松下。PANASONIC的电解电容和陶瓷电容实力都很强。不过松下高端产品主要以钽固体 聚合物电容为主，所以在一般硬件里面使用的很少。此外，松下的电解液电容GOLD（金装电容）系列也很有名，但是已经松下基本已经不自己生产导针行的电解 电容，但是SMD型与其他系列，还在自己手里。

港资东莞万裕三信

万裕三信是一个月产能达7亿支电容的香港企业，其发家壮大于收购PANAS ONIC厦门的电解电容事业 部。由于继承了松下的部分优秀技术与管理，产品质量相对国内企业来说，品质较好。并于05年发展大尺寸，高压高容系列。

TEAPO

智宝是台湾做电容器行业的开拓者之一，创办于1978年。2005年10月 智宝与台系世昕合併，成为中国地区第一大铝电解电容研发、制造公司。合并之前，智宝在Low ESR、小尺寸上有优势，世昕在高压、高容、大尺寸上实力强劲。两者合并，优势互补。

惠州立隆

惠州立隆为创办于1976年，月产能在8亿支左右，研发技术实力强劲，且已经跻身世界第五大电解电容品 牌。现在为台湾SMD型与高分子电解电容的第一品牌，同时在生產超小型、耐高溫、長壽命、低阻抗等電解電容器產品有很强研发、制造实力。

丰宾

丰宾也是台湾做电容较早的厂家之一，创办于1980年。也产能也可达好几亿支。是少能自主研发生产铝箔， 电解液的台系厂家。

国内情况：

南通江海

始建于1959年，1970年开始正式专业生产铝质电解电容器。公司现有员工近千人，另外关联合资关联公 司共有五家，产业涉及到机器制造，材料配套等，是国家重点高新技术企业，江苏省机电产品出口40家重点企业之一。近十年来一直在全国铝电解电容行业中销售 收入排名第一。

目前江海年 生产能力：MINI DIP型20亿只，贴片型7000万只，螺丝型1 50万只。公司依托国内第一家“电解电容器工程技术研究中心”，承担包括国家火炬计划、星火计划、高研计 划在内的重大项目。

“江海”依 据多年自身生产DIP产品技术，为日本ELNAL加工生产普通产品，与日立组成合资公司，目前在质量、管量上均属于国内领先，市场选择上基本配合中高端市 场。

“江海”牔铝质电解电容器是江苏省名 牌产品,是众多国际国内知名品牌的配套首选和免检产品,产被多家客户评为优秀供货商。其产品被广泛应用于消费电子、信息产业、通讯电源、变更频器、 UPS、照明电子、航空、军工等领域。

常州华威

华威电子成立于1993年8月，现有员工960人，工程技术人员278人，是专业从事铝电解电容器产品生产经营的国家级国新技术企业，拥用各类专业生产铝 电解电容设备500余套，年产量为40多亿只，位列中国电子组件百强企业第53位。

公司内部执行ISO9001：2000质量管理体系，ISO14001环境管理体系，IECQ QC080000有害物质过程管理体系等，高压产品通过了UL认证。销售市场主要为西欧、香港、南亚、台资企业和国内著名整机厂商，拥有自主出口经营权。

华威主要是通过低端市场大规模产能起步，开始主要主要是电子组件市场而非直接客户。经常在年底低价抛售维持销量。目前已通过香港上市，主要发展反光涂料和 电容器。技术提升后，正逐步占领国内家电等中端市场，同时逐步退出低端市场。另外公司聘请日本专家，另开辟新厂区，计划大力发展中高压产品及主攻开关电源 市场。

信达电子

厦门信达是国内著名的全系列铝电解电容器制造商，现有两个生产基地，分别位于厦门及江西景德镇。

公司产品主要为各类型整机，如彩电、计算机、显示器、电子节能灯、电源、变频器、通讯及储能设备等配套。

产品覆盖4V~500V，-55℃~+125℃约70个型号近5000种规格，是目前国内生产品种最全、 生产规模最大的铝电解电容器制造商之一。公司年综合生产能力30亿只。

公司具有很强的研发技术力量，设有国内唯一的以铝电解电容器为研究方向的博士后科研站。公司长期承担国家 重点工程、国防装备等所需新品研制及生产配套任务，如长二捆火箭、载人航天工程等。

公司已通过ISO9001：2000质量体系及ISO14001体系认证，生产的产品已全部符合ROHS 环境要求，公司产品质量及技术水平在行业中居全国一流，产品多次获国家、部、省等重大成果奖，连续多届进入中国电子组件百强。

厦门信达与世界著名被动组件制造商（德国EPCOS）合资组建“厦门EPC OS有限公司“，2006年 正式投产，主要产品为螺丝型铝电解电容器。

艾华电子

艾华电子是在益阳资江电容器厂和设备厂的基础上,为配合长虹供应于198 5年成立,并建立AISHI品 牌，艾华科技集团专门致力于铝电解电容器的研发、设计、制造及销售服务，为满足自主研发，集团投入350K USD购入最先进仪器设备成立R&D，并集铝箔制造及设备制造为一体的科技型企业。

艾华技术支持为采用业内较为独特的耐高温130℃、其专利技术（负极贴箔）长期与国内院校进行合作，同时 近期不断受到日本专家及国家支持。其在1994年开始占有PHILIPS高端节能灯市场，购入苏州富士通二手设备后在四川成立产品生工作，紧接着成立铝箔 生产工厂，目前艾华于资江共分低压厂和高压厂。

目前主要客户源为：台达、飞宏、富士康、台合、冠捷、海尔、海信、格力、美的、志高、长虹、北大方 正....

东阳光实业

前身为浙江横店机电集团公司，成立于1992年，现为一家民营经济控股的股份制公司。公司总部设在深圳， 研发、售销、行政、财务管理中心设在广东省东莞市和上海市嘉定区。电解相关产品目前有三大生产基地：广东省东莞市、广东省韶关市、湖北省宜昌市。

东阳光电容器公司拥用东莞长安和韶关两个生产基地，专业生产全系列高、中、低压铝箔电解电容器及套管、铝 壳配件，产品为彩电、彩显、变频空调、计算机、音响、照相机、工业机械以及电子机车等配件。现已具有年产大电解电容器1.25亿只，小电解电容器7.3亿 只，套管150顿的生产能力。公司目前拥用国际领先、国内一流的大型全自动化设备。

东阳光产品在海外市场也有很高声誉，其中HEC品牌电容器在台式个人计算机彩显用滤波电容器中占全球一定 份额，国内外知名品牌计算机中均大量采用，一次性相机用闪光灯专用电容器也占有全球一定的市场份额。目前电解电容器以DIP型产品为主，目前国内产量最 大，主要是开关电源产品用以及计算器外围设备。