Pri gradnji večplastnih keramičnih kondenzatorjev (MLCC) inženirji elektrotehnike pogosto izberejo dve vrsti dielektrika, odvisno od uporabe – razred 1, dielektriki iz neferoelektričnih materialov, kot je C0G/NP0, in razred 2, dielektriki iz feroelektričnih materialov, kot sta X5R in X7R.Ključna razlika med njima je, ali ima kondenzator z naraščajočo napetostjo in temperaturo še vedno dobro stabilnost.Pri dielektrikih razreda 1 ostane kapacitivnost stabilna, ko se uporabi enosmerna napetost in delovna temperatura naraste;Dielektriki razreda 2 imajo visoko dielektrično konstanto (K), vendar je kapacitivnost manj stabilna pri spremembah temperature, napetosti, frekvence in skozi čas.
Čeprav je kapacitivnost mogoče povečati z različnimi konstrukcijskimi spremembami, kot je sprememba površine elektrodnih plasti, števila plasti, vrednosti K ali razdalje med obema elektrodnima plastima, bo kapacitivnost dielektrikov razreda 2 sčasoma močno padla, ko se uporablja enosmerna napetost.To je posledica prisotnosti pojava, imenovanega enosmerna pristranskost, ki povzroči, da feroelektrične formulacije razreda 2 sčasoma občutijo padec dielektrične konstante, ko se uporabi enosmerna napetost.
Pri višjih vrednostih K dielektričnih materialov je lahko učinek enosmerne pristranskosti še hujši, saj lahko kondenzatorji izgubijo do 90 % ali več svoje kapacitivnosti, kot je prikazano na diagramu.
Dielektrična trdnost materiala, tj. napetost, ki jo lahko zdrži določena debelina materiala, lahko prav tako spremeni učinek enosmerne prednapetosti na kondenzator.V ZDA je dielektrična trdnost običajno merjena v voltih/mil (1 mil je enak 0,001 palca), drugod se meri v voltih/mikronih in je določena z debelino dielektrične plasti.Posledično lahko različni kondenzatorji z enako kapacitivnostjo in nazivno napetostjo zaradi različnih notranjih struktur delujejo bistveno drugače.
Treba je omeniti, da ko je uporabljena napetost večja od dielektrične trdnosti materiala, bodo iskre prešle skozi material, kar bo povzročilo potencialno nevarnost vžiga ali eksplozije majhnega obsega.
Praktični primeri, kako nastane pristranskost enosmernega toka
Če upoštevamo spremembo kapacitivnosti zaradi delovne napetosti v povezavi s spremembo temperature, potem ugotovimo, da bo izguba kapacitivnosti kondenzatorja večja pri specifični temperaturi uporabe in enosmerni napetosti.Vzemimo za primer MLCC iz X7R s kapacitivnostjo 0,1 µF, nazivno napetostjo 200 VDC, številom notranjih plasti 35 in debelino 1,8 mil (0,0018 palcev ali 45,72 mikronov), to pomeni, da pri delovanju pri 200 VDC dielektrik sloj doživi le 111 voltov/mil ali 4,4 voltov/mikron.V grobem izračunu bi bil VC -15 %.Če je temperaturni koeficient dielektrika ±15%ΔC in je VC -15%ΔC, potem je največji TVC +15% – 30%ΔC.
Razlog za to variacijo je v kristalni strukturi uporabljenega materiala razreda 2 – v tem primeru barijev titanat (BaTiO3).Ta material ima kubično kristalno strukturo, ko je dosežena ali višja Curiejeva temperatura.Ko pa se temperatura vrne na temperaturo okolja, pride do polarizacije, saj znižanje temperature povzroči, da material spremeni svojo strukturo.Polarizacija se pojavi brez kakršnega koli zunanjega električnega polja ali pritiska in je znana kot spontana polarizacija ali feroelektričnost.Ko se na material uporabi enosmerna napetost pri sobni temperaturi, je spontana polarizacija povezana s smerjo električnega polja enosmerne napetosti in pride do obrata spontane polarizacije, kar povzroči zmanjšanje kapacitivnosti.
Dandanes, tudi z različnimi orodji za načrtovanje, ki so na voljo za povečanje kapacitivnosti, se kapacitivnost dielektrikov razreda 2 še vedno znatno zmanjša, ko se uporabi enosmerna napetost zaradi prisotnosti pojava enosmerne prednapetosti.Da bi zagotovili dolgoročno zanesljivost vaše aplikacije, morate pri izbiri MLCC poleg nazivne kapacitivnosti MLCC upoštevati tudi učinek enosmerne pristranskosti na komponento.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., ustanovljeno leta 2010, je profesionalni proizvajalec, specializiran za SMT pick and place stroje, reflow pečice, šablonske tiskarske stroje, SMT proizvodne linije in druge SMT izdelke.Imamo lastno ekipo za raziskave in razvoj ter lastno tovarno, ki izkorišča naše lastne bogate izkušnje z raziskavami in razvojem, dobro usposobljeno proizvodnjo, ki je pridobila velik ugled pri strankah po vsem svetu.
Verjamemo, da so zaradi odličnih ljudi in partnerjev NeoDen odlično podjetje in da naša zavezanost inovacijam, raznolikosti in trajnosti zagotavlja, da je avtomatizacija SMT dostopna vsakemu ljubitelju povsod.
Čas objave: maj-05-2023