Prilikom izrade višeslojnih keramičkih kondenzatora (MLCC), inženjeri elektrotehnike često biraju dvije vrste dielektrika ovisno o primjeni – klasa 1, dielektrici od neferoelektričnih materijala kao što je C0G/NP0, i klasa 2, dielektrici od feroelektričnih materijala kao što su X5R i X7R.Ključna razlika između njih je ima li kondenzator, s povećanjem napona i temperature, još uvijek dobru stabilnost.Za dielektrike klase 1, kapacitet ostaje stabilan kada se primijeni istosmjerni napon i radna temperatura raste;Dielektrici klase 2 imaju visoku dielektričnu konstantu (K), ali je kapacitet manje stabilan pri promjenama temperature, napona, frekvencije i tijekom vremena.
Iako se kapacitet može povećati različitim promjenama dizajna, kao što je promjena površine slojeva elektroda, broja slojeva, vrijednosti K ili udaljenosti između dva sloja elektroda, kapacitet dielektrika klase 2 će na kraju naglo pasti kada primjenjuje se istosmjerni napon.To je zbog prisutnosti fenomena koji se zove DC bias, koji uzrokuje da feroelektrične formulacije klase 2 na kraju dožive pad dielektrične konstante kada se primijeni istosmjerni napon.
Za veće K vrijednosti dielektričnih materijala, učinak istosmjerne prednapone može biti još ozbiljniji, s kondenzatorima koji mogu izgubiti do 90% ili više svog kapaciteta, kao što je prikazano na dijagramu.
Dielektrična čvrstoća materijala, tj. napon koji određena debljina materijala može izdržati, također može promijeniti učinak DC prednapona na kondenzator.U SAD-u se dielektrična čvrstoća obično mjeri u voltima/milu (1 mil je jednak 0,001 inča), drugdje se mjeri u voltima/mikronima, a određuje se prema debljini dielektričnog sloja.Kao rezultat toga, različiti kondenzatori s istim kapacitetom i naponom mogu raditi znatno drugačije zbog svojih različitih unutarnjih struktura.
Važno je napomenuti da kada je primijenjeni napon veći od dielektrične čvrstoće materijala, iskre će proći kroz materijal, što dovodi do potencijalnog paljenja ili opasnosti od eksplozije manjeg razmjera.
Praktični primjeri kako se generira DC prednapon
Ako uzmemo u obzir promjenu kapacitivnosti zbog radnog napona u kombinaciji s promjenom temperature, tada ćemo otkriti da će gubitak kapacitivnosti kondenzatora biti veći pri specifičnoj temperaturi primjene i istosmjernom naponu.Uzmimo za primjer MLCC izrađen od X7R s kapacitetom od 0,1 µF, nazivnim naponom od 200 VDC, brojem unutarnjih slojeva od 35 i debljinom od 1,8 mila (0,0018 inča ili 45,72 mikrona), to znači da pri radu na 200 VDC dielektrik sloj doživljava samo 111 volta/mil ili 4,4 volta/mikrona.Kao grubi izračun, VC bi bio -15%.Ako je temperaturni koeficijent dielektrika ±15%ΔC, a VC -15%ΔC, tada je maksimalni TVC +15% – 30%ΔC.
Razlog za ovu varijaciju leži u kristalnoj strukturi korištenog materijala klase 2 – u ovom slučaju barijev titanat (BaTiO3).Ovaj materijal ima kubičnu kristalnu strukturu kada se dostigne Curiejeva temperatura ili viša.Međutim, kada se temperatura vrati na temperaturu okoline, dolazi do polarizacije jer snižavanje temperature uzrokuje promjenu strukture materijala.Polarizacija se događa bez vanjskog električnog polja ili pritiska i to je poznato kao spontana polarizacija ili feroelektricitet.Kada se istosmjerni napon primijeni na materijal na temperaturi okoline, spontana polarizacija je povezana sa smjerom električnog polja istosmjernog napona i dolazi do obrata spontane polarizacije, što rezultira smanjenjem kapaciteta.
U današnje vrijeme, čak i uz različite alate za projektiranje koji su dostupni za povećanje kapaciteta, kapacitet dielektrika klase 2 još uvijek značajno opada kada se primijeni istosmjerni napon zbog prisutnosti fenomena istosmjerne prednapone.Stoga, kako biste osigurali dugoročnu pouzdanost vaše aplikacije, trebate uzeti u obzir učinak DC prednapona na komponentu uz nominalni kapacitet MLCC-a pri odabiru MLCC-a.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., osnovan 2010., profesionalni je proizvođač specijaliziran za SMT strojeve za odabir i postavljanje, pećnice za reflow, stroj za tiskanje šablona, SMT proizvodnu liniju i druge SMT proizvode.Imamo vlastiti tim za istraživanje i razvoj i vlastitu tvornicu, iskorištavajući naše vlastito bogato iskustvo u istraživanju i razvoju, dobro obučenu proizvodnju, stečenu veliku reputaciju kod kupaca širom svijeta.
Vjerujemo da sjajni ljudi i partneri čine NeoDen sjajnom tvrtkom i da naša predanost inovacijama, raznolikosti i održivosti osigurava da je SMT automatizacija dostupna svakom hobistu svugdje.
Vrijeme objave: 5. svibnja 2023