多层陶瓷电容器KONNEKT技术简介

在市场上众多类型的电容器中，陶瓷电容器（特别是多层MLCC）可以提供缓冲器、直流链路和谐振应用所需的关键特性。MLCC是通过对金属电极层和陶瓷电介质层进行交替而形成。每层代表一个单独的电容器，由于它们是并联排列，因此增加层数可以提供更多的电容。目前生产的绝大多数MLCC是用贱金属电极（BME）——具有镍金属电极——以及CaZrO3电介质（I类）或BaTiO3电介质（II类）来制作。

图1：贱金属电极MLCC的分解图

稳定性

电介质是根据其在温度下的电容稳定性而进行分类。I类包含的电介质（C0G、NPO、U2J）对温度来说最为稳定，但它们的介电常数（K）最低，为了实现与更传统类型的MLCC相同的电容，就需要更大的体积。II类包括的介电材料（X7R、X5R），温度稳定性和K值居中。

由于II类MLCC使用的是BaTiO3电介质，实际电容会受到工作温度、所加直流偏置和上次加热（老化）后所过时间的影响。电容对温度的稳定性称为温度电容系数（TCC），它可以通过电子工业联盟（EIA）的电介质分类（例如“X7R”）来确定。EIA对X7R的定义是工作温度范围为-55℃至125℃，最大电容限值为±15%。X5R具有相同的±15%电容限值，但工作温度范围为-55℃至85℃。电容对电压（VCC）的稳定性也是一个重要考虑因素，但EIA未对其进行正式定义。

这称为老化，通常在最后一次130℃以上加热（通常是在制造过程中焊接零件时）过后每隔十个小时会降低2-5%。

然而，I类电介质与II类相比更加稳定。C0G等电介质的电容漂移仅为30ppm/℃或在125℃时仅为0.3%，可以忽略不计，而U2J是750ppm/℃或在125℃时为7.5%，但却是线性并可以预测。C0G和U2J相对直流偏置的电容变化均可忽略不计，并且相对于时间（老化）也几乎没有变化。这些特性使得I类电介质非常适用于谐振应用，例如LLC谐振转换器和无线充电电路——在这些应用中将电容保持在狭窄的公差范围内非常重要。

等效串联电阻

在电源应用中，除了电容稳定性之外，由于i2R损耗，等效串联电阻（ESR）也是电容器的一项重要特性。图2对II类X7R与I类C0G/U2J MLCC在从100Hz到100MHz时的ESR进行了对比。由于BaTiO3是种铁电材料，因此与I类电介质相比，其会在电介质内产生畴区的特性，也会引起畴壁加热和ESR增加。因此，II类MLCC与I类相比，通常其ESR会高出一到两个数量级。

图2：II类X7R和I类C0G/U2J之间的ESR比较

由于电源应用中的交流电流较大，因此MLCC ESR较大会直接导致过热。图3给出了X7R、C0G和U2J MLCC的温度与交流电流的关系。数据显示，C0G和U2J在10A时的自温升约为15℃，而X7R仅在5A时温升就达到了40℃。

图3：II类X7R和I类C0G/U2J之间的纹波电流比较

图4：II类X7R和I类C0G/U2J之间的关键特性比较

I类技术进展

由于采用I类BME电介质的MLCC具有高温稳定性、低损耗和高纹波电流能力，因此其显然是高功率密度应用的理想选择。基美电子（KEMET）已使用获得专利的I类BME CaZrO3电介质技术创建了产品组合，这进一步提高了针对缓冲器、直流链路和谐振应用的功率处理能力。

KONNEKT技术

即使应用使用高性能I类电介质电容器设计，通常其也需要提供更高等级的电容，这需要靠增加电路板面积来实现。但是，传统上，增加电路板面积会降低解决方案的功率密度。因此，基美电子开发了KONNEKT技术，这是一种面向高效率、高密度电源应用的无引线多层片式解决方案，可以解决这一问题。KONNEKT使用瞬态液相烧结（TLPS）工艺来对I类MLCC进行组合，可以使用标准回流焊方法进行安装。附录中提供了一个例子，用来说明这项技术如何能够提供高功率处理能力。

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