干货｜温度对MLCC的影响有哪些？

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MLCC温度特性由EIA规格与JIS规格等制定。分类表，如上图所示，5U/Y5V 、Z5U/Z5V 也已经改为归为第二类，其实也很多场景不再使用。所以，通用MLCC大致可分为I类（低电容率系列、顺电体）和II类（高电容率系列、铁电体）两类。

一类为温度补偿类NP0电介质这种电容器电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变，属超稳定型、低损耗电容材料类型，适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。

   

二类包括X5R、X8R、X6S、Y5V等，主材均是钛酸钡，只是添加的贵金属不一样。X7R电介质由于X7R是一种强电介质，因而能制造出容量比NPO介质更大的电容器。这种电容器性能较稳定，随温度、电压时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型，使用在隔直、耦合、傍路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。Y5V电介质这种电容器具有较高的介电常数，常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。但其容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。

MLCC常用的规格有C0G（NP0）、X7R、Z5U、Y5V等，不同的规格有不同的特点和用途。
  • C0G电容器具有高温度补偿特性，适合作旁路电容和耦合电容
  • X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器，适合要求不高的工业应用
  • Z5U电容器特点是小尺寸和低成本，尤其适合应用于去耦电路
  • Y5V电容器温度特性最差，但容量大，可取代低容铝电解电容

C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同，所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。



C0G（NP0）电容器


C0G是一种最常用的具有温度补偿特性的MLCC。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。C0G电容量和介质损耗最稳定，使用温度范围也最宽，在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。C0G电容的漂移或滞后小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。

C0G电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。C0G电容器适合用于振荡器、谐振器的旁路电容，以及高频电路中的耦合电容。

下图中，为1206封装、C0G温度特性、25V耐压、0.22μF电容的电容值随温度的变化曲线。在全部规格要求的温度范围之类，电容的最小值为0.21996μF，最大0.22016μF，误差非常小。




X7R电容器


X7R电容器被称为温度稳定型陶瓷电容器。X7R电容器温度特性次于C0G，当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。

X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下也是不同的，它随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。

X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，并且电压变化时其容量变化在可以接受的范围内，X7R的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。

X5R与X7R主要是上限温度没有那么高，也是大量被使用。

为1206封装、X7R温度特性、25V耐压、0.22μF电容的电容值随温度的变化曲线。在全部规格要求的温度范围之类，电容的最小值为0.204μF，最大0.224μF，误差相对C0G大了一个数量级，但是温度特性表现还是非常不错的。




Z5U电容器

Z5U电容器称为“通用”陶瓷单片电容器。这里要注意的是Z5U使用温度范围在+10℃到+85℃之间，容量变化为+22%到-56%，介质损耗最大为4%。Z5U电容器主要特点是它的小尺寸和低成本。对于上述两种MLCC来说在相同的体积下，Z5U电容器有最大的电容量，但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率也是最大，可达每10年下降5%。

尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频率响应等特点，使其具有广泛的应用范围，尤其是在去耦电路中的应用。

在一些厂家的官网已经找不到相应的选型规格。下图为NP0、X7R、Y5V、Z5U的温度特性对比曲线。




Y5V电容器


Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，Y5V介质损耗最大为5%。Y5V材质的电容，温度稳定性不好，温度变化会造成容值大幅变化，设计时候一定要考虑到，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%，Y5V会逐渐被温度特性好的X7R、X5R所取代。在一些厂家的官网已经找不到相应的选型规格。下图为网友实测数据。

   
C0G、X7R、Z5U、Y5V的温度特性、可靠性依次递减，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，要求更高时必须选择C0G的。一般情况下，MLCC都设计成使X7R、Y5V材质的电容在常温附近的容量最大，容量相对温度的变化轨迹是开口向下的抛物线，随着温度上升或下降，其容量都会下降。

并且C0G、X7R、Z5U 、Y5V介质的介电常数也是依次减少的，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。实际应用中很多公司的开发设计工程师按理论计算，而不了解MLCC厂家的实际生产状况，常常列出一些很少生产甚至不存在的规格，这样不但造成采购成本上升而且影响交期。比如想用0603/C0G/25V/3300pF的电容，但是0603/C0G/25V的MLCC一般只做到1000pF。

来源：硬件十万个为什么