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我們都知道,電容就是可以儲存電量的容器,而電容的基本原理就是使用兩片互相平行但未接觸在一起的金屬,中間以空氣或是其他材料作為為絕緣物,將兩片金屬的一片接在電池的正極,另一片接在負極,金屬片上就能儲存電荷,這種能儲存電荷的裝置就稱為【電容器】。不過本文最主要在闡明MLCC(多層陶瓷電容)
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如下圖所示,當兩金屬片間之電位差為1V,儲存之電荷量為1庫倫時,電容器的容量就是1法拉(Farad),以公式表示如下:C = Q / V
Q:金屬片上儲存的電荷量,單位為庫倫。 V:金屬片間的電壓,單位為伏特。 C:電容器的容量,單位為法拉。 |
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所以電容器的容量與金屬片的面積成正比,但是與兩金屬片之間的距離成反比,並且與金屬片之間的絕緣介電質(dielectric)常數有關。電容可以用下面的公式表下:
C = εA / L
(A:金屬片的電及面積;L:金屬片電極間的距離;ε:電極間絕緣物的介電常數)。
多層陶瓷電容的原理:而多層陶瓷電容(MLCC,Multi-Layer Ceramic Capacitor)因為可以作成薄片,比起「電解電容」在同樣的體積下MLCC可以大大提昇其電容器的容量。
MLCC的電容量公式可以如下表示:
C : 電容量,以 F (法拉) 為單位,而MLCC 之電容值 以 PF, nF,和 µF 為主。 ε:電極間絕緣物的介質常數,單位為法拉/公尺。 K : 介電常數 (依陶瓷種類而不同) A : 導電面積 (產品大小及印刷面積而不同) D : 介電層厚度 (薄帶厚度) n:層數 (堆疊層數) |
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MLCC的製造流程:所以,一個完整的 MLCC 產品在規格描述上至少必須包括以上的全部特性。
例如 :< NPO/0603/100PF/J/50V>
表示此產品的規格為 : NPO材質、0603尺寸、100PF容值、容值允差為±5%、耐壓為50V。
MLCC本體的介電材料,以鈦酸鋇、 氧化鈦、鈦酸鎂、 鈦酸鍶…等為主,依據產品的種類(NPO, X7R, Y5V)決定不同的燒結溫度與燒結氣氛。
MLCC內、外電極材料列表:
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一、厚膜積層技術 :
- 生胚成形 : 帶狀生胚,厚度: 5µm – 25 µm。
- 電極印刷 : 導電電極印刷, 依尺寸。
- 疊層技術 : 4 – 250 層。
- 切割技術 : Knife cutting, Laser cutting, Sawing。
二、陶瓷共燒技術:
- 陶瓷及金屬電極材料 : 使用匹配的材料。
- 本體燒結技術 : 溫度 (950~1300°C)及氣氛控制 (空氣,氮/氫 混合氣)。
- 端電極技術 : 高溫燒附(750~900°C) 及氣氛控制 (銅電極)。
- 電鍍技術 (鍍鎳, 錫/鉛), 純錫電鍍。
MLCC之製造流程大致如下:
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MLCC以材料特性又分為NME(Noble Metal Electrode,貴金屬電極)及BME(Base Metal Electrode,卑金屬電極)兩種製程技術,其生成運用的特性也稍有不同。NME比較穩定,經常作為耐高壓的產品,價錢也比較貴;BME則屬於低成本的產品,允差比較大,一般用在比較不挑剔的產品上。
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MLCC的最大問題是太過脆弱,一個使用或處理不小心就容易出現破裂(crack)的情形發生,所以一般MLCC出廠時都會特別註明如何handle這些嬌客。焊接或是解焊時還得注意不要對其本體產生應力,否則它就會「破」給你看。
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