测量高容量MLCC时不要忽略了这六个因素

作为一个技术支持工程师，每天遇到客户不同的技术问题，其中有些客户测量高容量MLCC时，往往未能获得规格书上列明的标称电容量，直觉是坏料或是买错货。再三仔细查问他们的测量过程时，原来忽略了这些……

No.1

频率和电压

I类和II类MLCC电容的实际测量频率和电压各有不同。如I类MLCC产品，以Kemet C0402C330J3GACTU 为例，它的测量频率为1MHz±10%，测量交流电压为1.0±0.2Vrms。II类MLCC产品，如SamsungCL03A225MP3CRNC ，它的测量测量频率为1KHz±10%，测量交流电压为 0.5 ± 0.1Vrms。    

表一   I类和II类MLCC的测量频率和电压

No.2

工作温度

我们常常见到不同的MLCC有不同的TCC系数（电容温度系数/Temperature Coefficient of Capacitance）。TCC是指在特定的温度内，温度每变化1℃时，电容的变化数值与该温度下的电容变化的比值。

图一   I类和II类MLCC的温度特性和随温度的电容变化

I类MLCC有较稳定的TCC表现，你会发现它的电容量随温度呈线性变化，但II类MLCC的电容器是随温度呈不规则变化，这是由于钛酸钡（BaTiO 3）的介电材料的性质。所以我们测量MLCC时必须在指定的工作温度下进行。

No.3

直流偏置

直流偏置是影响MLCC电容的重要电参数，特别是直流偏置会使II类MLCC电容随着直流电压增加而损耗。II类MLCC基于具有铁电偶极子的BaTiO3，直流偏置会限制偶极运动，导致II类MLCC介电常数和电容的降低。尽管I类MLCC的介电常数比X5R，X7R和Y5V低, 但它电容量受直流电压影响是比较稳定的。 Y5V介电常数最高，但有很严重的老化。

图二   直流偏置对MLCC影响

No.4

交流电压

由于I类MLCC以顺电材料组成，它的电容不会因交流电压转变而变化，但II类MLCC电容是随着交流电压的增加而变化。在II类MLCC中，Y5V显示交流电压的变化比X5R/X7R更严重，这是由于铁电材料的电压对极化曲线的非线性特性。

图三   10uF X7R 6.3V的电容量在不同交流电压的转变

请注意，如果过多电压施加到电容器上，有可能导致由内部电介质层的断裂而引起的短路。这持续施加过多电压直到断裂的时间性，是取决于电压多少和环境温度。

No.5

放置时间

II类MLCC的电容量随室温中长时间放置呈对数关系减少，但I类MLCC由顺电性质的材料组成而不会有老化现象。老化本质上是可逆的，但元件的老化是不能阻止的。在MLCC的试验性能前，我们需要进行热处理。即通过在居里点以上加热（150℃至少1小时）并冷却至室温，将MLCC晶体结构恢复到其最佳的无序排列，从而实现最大电容量。

图四   不同电容的老化特性

No.6

合适的LCR测试仪

市场上大部份LCR测试仪操作简便，功能直接，能满足我们工程师对元件的检验和电子维修测试要求。但当测试高容量MLCC时，推荐选用具有ALC（自动电平控制/Automatic Level Control）功能的LCR测试仪。ALC是针对由于元件本身变化，环境引起工作点变化等，在测试电路中加入的稳定电平的电路，从而自动纠正偏移的电平回到要求的数值。B&K Precision895就是其中一款具有ALC功能的LCR测试仪。

图五   B&K Precision 895和它的测量设置菜单

通过ALC功能，您可以保持施加到被测的MLCC的测量信号到恒定电压水平。但如果没有打开ALC功能，很大可能会导致高容量MLCC读数被错误读低。

最后的结论

综上所述，大家在测试高容量MLCC性能时，请特别留意以下三点。

1)在测量前进行热处理

2)按照数据手册上的指定工作温度，电压和频率进行测试

3)推荐使用带有ALC功能的测试设备进行测试