一、規格

1. 封裝

MLCC常見封裝如下表：按照EIA標準，單位為mil。（JIS標準是按照mm為單位）

2. 靜電容量：

容值范圍：一般101-476，這個容值是一般測量溫度是25°，特殊規格的是20℃。

3. 靜電容值誤差：

相對于電阻的精度來說，電容的精度要低很多，以下是一般電容的精度；

同一類型的電容精度一般廠家會生產2~4種精度的檔次供選擇。

4. 額定電壓：

5. 溫度特性：

MLCC的溫度特性不同主要由介質材料不同決定。不同介質種類由于它的主要極化類型不一樣，其對電場變化的響應速度和極化率亦不一樣，在相同的體積下的容量就不同，隨之帶來的電容器的介質損耗、容量穩定性（溫度、直流偏置電壓等）等也就不同。

介質材料劃按容量的溫度穩定性可以分為兩類，即Ⅰ類陶瓷電容器和Ⅱ類陶瓷電容器， NP0屬于Ⅰ類陶瓷，而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都屬于Ⅱ類陶瓷。

5.1. Ⅰ類陶瓷電容器組成和特性

高頻陶瓷電容器介質采用非鐵電（順電）配方，以TiO2為主要成分（介電常數小于150），具有最穩定的性能；通過添加少量其他（鐵電體）氧化物，如CaTiO3 或SrTiO3，可構成“擴展型”溫度補償陶瓷，則可表現出近似線性的溫度系數，介電常數增加至500。這兩種介質損耗小、絕緣電阻高、溫度特性好，特別適用于振蕩器、諧振回路、高頻電路中的耦合電容，以及其他要求損耗小和電容量穩定的電路或用于溫度補償。這種陶瓷為中介電性，溫度穩定性非常好。此外，DC偏壓下靜電容量不會發生變化，同時靜電容量也不會因老化發生變化。

5.2. Ⅰ類陶瓷電容器命名

Ⅰ類陶瓷的溫度容量特性（TCC）非常小，單位往往在ppm/℃，容量較基準值的變化往往遠小于1pF。美國電子工業協會（EIA）標準采用“字母+數字+字母” 代碼形式來表示Ⅰ類陶瓷溫度系數，比如C0G：

C 表示電容溫度系數的有效數字為 0 ppm/℃

0 表示有效數字的倍乘因數為 -1（即負的10的0次方）

G 表示隨溫度變化的容差為 ±30ppm

計算下來，C0G電容的TCC為：0×（-1）ppm/℃±30ppm/℃。而相應的其他Ⅰ類陶瓷的溫度系數，例如U2J電容，計算下來則為：-750 ppm/℃±120 ppm/℃。

5.3. C0G和NP0之間的關系

NP0是美國軍用標準（MIL）中的說法，Negative-Positive-Zero的簡寫，用來表示的溫度特性。說明NPO的電容溫度特性很好，不隨正負溫度變化而出現容值漂移。
C0G（EIA標準）是I類陶瓷中溫度穩定性最好的一種，溫度特性近似為0，滿足“負-正-零”的含義。

所以C0G其實和NP0是一樣的，只不過是兩個標準的兩種表示方法（當然，容值更小、精度略差一點的C0K、C0J等也是NP0電容）。類似的，U2J對應于MIL標準中的組別代碼為N750。

5.4. Ⅱ類陶瓷電容器組成和特性

Ⅱ類陶瓷電容器（Class Ⅱ ceramic capacitor）過去稱為低頻陶瓷電容器（Low frequency ceramic capacitor），指用鐵電陶瓷作介質的電容器，因此也稱鐵電陶瓷電容器。Ⅱ類陶瓷電容器使用的陶瓷為強介電性，通常以鈦酸鋇（BaTiO3）為基材。相比種類I的陶瓷，其擁有極高的介電常數，但介電常數會因溫度、偏置電壓、老化而發生大幅變動，原因為陶瓷的晶格結構會隨溫度發生相變，因此介電常數會隨溫度發生大幅變化。此外，靜電容量也會因施加直流電壓（DC偏壓）或老化而降低。這類電容器容量隨溫度呈非線性變化，損耗較大，常在電子設備中用于旁路、耦合或用于其它對損耗和電容量穩定性要求不高的電路中。其中Ⅱ類陶瓷電容器又分為穩定級和可用級。X5R、X7R屬于Ⅱ類陶瓷的穩定級，而Y5V和Z5U屬于可用級。

5.5. Ⅱ類陶瓷電容器的命名

以X7R為例：
X 代表電容最低可工作在 -55℃
7 代表電容最高可工作在 +125℃
R 代表容值隨溫度的變化為 ±15%
同樣的，Y5V正常工作溫度范圍在-30℃～+85℃, 對應的電容容量變化為+22～-82%；而Z5U 正常工作溫度范圍在+10℃～+85℃，對應的電容容量變化為+22～-56%。

5.6. Ⅰ/Ⅱ類陶瓷電容器的溫度特性對比

I/II類陶瓷電容的溫度特性對比

在設計電路的時候，需要考慮不同電容的溫度系數，按照使用場景選擇符合要求的電容。在一些對電容容量由要求的地方，就不能選擇Y或者Z系列的電容。

6. DF/Q值：

品質因數Q：表征一個儲能器件(如電感線圈、電容等)所儲能量同每周損耗能量之比的一種質量指標。

Q=2π*（一個周期貯存的能量/一個周期損失的能量）

Q=無功功率/有功功率，或稱特性阻抗與回路電阻之比。

Q值越高，損耗越小，效率越高；

Q值越高，諧振器的頻率穩定度就越高。

理論上，一個完美的電容器應該表現為ESR為零歐姆、純容抗性的無阻抗元件。不論何種頻率，電流通過電容時都會比電壓提前正好90度的相位。實際上，電容是不完美的，會或多或少存在一定值的ESR。一個特定電容的ESR隨著頻率的變化而變化，并且可用特定公式來表示。這是由于ESR的來源是導電電極結構的特性和絕緣介質的結構特性。

為了模型化分析，把ESR當成單個的串聯寄生元。過去，所有的電容參數都是在1MHz的標準頻率下測得，但當今是一個更高頻的世界，1MHz的條件是遠遠不夠的。一個性能優秀的高頻電容給出的典型參數值應該為：200MHz ，ESR＝0.04Ω；900MHz， ESR＝0.10Ω；2000MHz，ESR＝0.13Ω。

Q值是一個無量綱數，數值上等于電容的電抗除以寄生電阻（ESR）。Q值隨頻率變化而有很大的變化，這是由于電抗和電阻都隨著頻率而變。頻率或者容量的改變會使電抗有著非常大的變化，因此Q值也會跟著發生很大的變化。

7. 絕緣電阻IR

絕緣電阻值以MΩ或歐姆法拉(Ω*F)等單位表示。因為絕緣電阻的測量值與電容量成反比，故表征絕緣電阻時常用歐姆法拉作為單位。當使用歐姆法拉為單位時，即標稱電容值和絕緣電阻的乘積 (C×R的乘積) 。電容值越高，其絕緣電阻值越低，例如: 當絕緣電阻在10,000MΩ以上時，電容為0.047μf或更小，當絕緣電阻為500MΩ時，其值大于0.047μf。

對于任意給定的電容器，其絕緣發電阻值與介質材料本征的電阻率、材料配方、測量時溫度有關。另外，介質是由多晶體陶瓷聚合體所組成，微觀結構中存在的晶界和氣孔會降低材料的本征電阻率。

8. 等效模型

實際的電容模型等下如下圖：

9. 阻抗-頻率特性

根據上述電容模型，我們可以得到電容的復阻抗公式：

實際陶瓷電容的絕緣電阻時非常大的，是兆歐姆級別的，所以R遠大于，所以簡化公式為：

其中為容抗，為感抗，為等效串聯電阻。很容易看出，在頻率比較低（比較?。┑臅r候，容抗遠大于感抗，電容主要成容性，在頻率比較高的時候，電容主要呈感性。

而當，即諧振的時候，阻抗等于等效串聯電阻，此時阻抗達到最小值，如果是用來濾波的話，此時效果最好。

某村田10uF電容的阻抗頻率曲線如下圖：

注意，這個坐標系是對數坐標系，縱軸為復阻抗的模。

10. 諧振頻率

電容在諧振頻率處阻抗最低，濾波效果最好，下圖是村田常用電容的諧振頻率表：

頻率曲線如下圖：

11. 等效電阻ESR

陶瓷的等效串聯電阻并不是恒定的，它是跟頻率有很大的關系。上述10uF電容在100hz的時候，ESR是3Ω，在700Khz的時候達到最小，ESR是3mΩ，相差了1000倍，是非常大的。

我們非常關心陶瓷電容的ESR到底是多大，特別用在開關電源的時候，需要用來計算紋波的大小。下圖為村田普通電容的ESR表。

ESR頻率曲線如下圖：

12. 直流偏壓特性

陶瓷電容的另外一個特性是其直流偏壓特性。對于在陶瓷電容器中又被分類為高誘電率系列的電容器(X5R、X7R特性)，由于施加直流電壓，其靜電容量有時會不同于標稱值，因此應特別注意。

如下圖所示，對高介電常數電容器施加的直流電壓越大，其實際靜電容量越低。容值越高的電容，直流偏壓特性越明顯，如47uF-6.3V-X5R的電容，在6.3V電壓處，電容量只有其標稱值的15%左右，而100nF-6.3V-X5R的電容容值為其標稱值的，如下圖。

DC偏壓特性的原理如下：陶瓷電容器中的高誘電率系列電容器，現在主要使用以BaTiO3 (鈦酸鋇) 作為主要成分的電介質。

BaTiO3具有如下圖所示的鈣鈦礦（perovskite）形的晶體結構，在居里溫度以上時，為立方晶體（cubic），Ba2+離子位于頂點，O2-離子位于表面中心，Ti4+離子位于立方體中心的位置。

上圖是在居里溫度（約125℃）以上時的立方晶體（cubic）的晶體結構，在此溫度以下的常溫領域，向一個軸（Ｃ軸）延長，其他軸略微縮短的正方體（tetragonal）晶體結構。

作為Ti4+離子在結晶單位的延長方向上發生了偏移的結果，產生極化，不過，這個極化即使在沒有外部電場或電壓的情況下也會產生，因此，稱為自發極化（spontaneous polarization）。像這樣，具有自發極化，而且可以根據外部電場轉變自發極化的朝向的特性，被稱為強誘電型（ferro electricity）。與單位體積內的自發極化的相轉變相同的是電容率，可視為靜電容量進行觀測。

當沒有外加直流電壓時，自發極化為隨機取向狀態，但當從外部施加直流電壓時，由于電介質中的自發極化受到電場方向的束縛，因此不易發生自發極化時的自由相轉變。其結果導致，得到的靜電容量較施加偏壓前低。

對于溫度補償用電容器 (CH、C0G特性等) ，以常誘電性陶瓷作為主要原料，靜電容量不因直流電壓特性而發生變化。

一、測試

1. 常規測試

1.1. 外觀及成分

從端子數量上劃分，分為兩端子和三端子，其中最常用的是兩端子電容。

考慮到寄生電感的存在，導致高頻信號的IL（插入損耗）較大，嚴重影響到電容的高頻濾波效果，因此發展出了三端子電容，它比普通電容更加接近理想電容，寄生電感更小，在高頻范圍中阻抗相對普通電容更低，在高頻域濾波效果更出眾。

MLCC內部為電極堆疊結構，具體見下圖：

MLCC結構圖

1.2. 端電極強度

1.3. 耐印制板彎曲能力

1.4. 耐振能力

1.5. 耐焊接熱

1.6. 可焊性

2. 可靠性測試

2.1. 溫度循環

2.2. 耐濕熱

2.3. 高溫負載

二、工藝制程

1．配料：

將陶瓷粉和粘合劑及溶劑等按一定比例經過球磨一定時間，形成陶瓷漿料。

2．流延：

將陶瓷漿料通過流延機的澆注口，使其涂布在繞行的PET膜上，從而形成一層均勻的漿料薄層，再通過熱風區（將漿料中絕大部分溶劑揮發），經干燥后可得到陶瓷膜片，一般膜片的厚度在10um-30um之間。

3．印刷：

按照工藝要求，通過絲網印版將內電極漿料印刷到陶瓷膜片上。

4．疊層：

把印刷有內電極的陶瓷膜片按設計的錯位要求，疊壓在一起，使之形成MLCC的巴塊（Bar）。

5．制蓋：

制作電容器的上下保護片。疊層時，底和頂面加上陶瓷保護片，以增加機械強度和提高絕緣性能。

6．層壓：

疊層好的巴塊（Bar），用層壓袋將巴塊（Bar）裝好，抽真空包封后，用等靜壓方式加壓使巴塊（Bar）中的層與層之間結合更加緊密，嚴實。

7．切割：

層壓好的巴塊（Bar）切割成獨立的電容器生坯。

8．排膠：

將電容器生坯放置在承燒板上，按一定的溫度曲線（最高溫度一般在400度℃左右），經高溫烘烤，去除芯片中的粘合劑等有機物質。排膠作用：1）排除芯片中的粘合劑有機物質，以避免燒成時有機物質的快速揮發造成產品分層與開裂，以保證燒出具有所需形狀的完好的瓷件。2）消除粘合劑在燒成時的還原作用。

9．燒結：

排膠完成的芯片進行高溫處理，一般燒結溫度在1140℃~1340℃之間，使其成為具有高機械強度，優良的電氣性能的陶瓷體的工藝過程。

10．倒角：

燒結成瓷的電容器與水和磨介裝在倒角罐，通過球磨、行星磨等方式運動，使之形成光潔的表面，以保證產品的內電極充分暴露，保證內外電極的連接。

11．端接：

將端漿涂覆在經倒角處理的芯片外露內部電極的兩端上，將同側內部電極連接起來，形成外部電極。

12．燒端：

端接后產品經過低溫燒結后才能確保內外電極的連接。并使端頭與瓷體具有一定的結合強度。

13．端頭處理：

表面處理過程是一種電沉積過程，它是指電解液中的金屬離子（或絡合離子）在直流電作用下，在陰極表面還原成金屬（或合金）的過程。電容一般是在端頭（Ag端頭或Cu端頭）上鍍一層鎳后，再鍍層錫。

14．外觀挑選：

借助放大鏡或顯微鏡將具有表面缺陷的產品挑選出來。

15．測試：

對電容產品電性能方面進行選別：容量、損耗、絕緣、電阻、耐壓進行100%測量分檔，把不良品剔除。

16：編帶：

將電容按照尺寸大小及數量要求包裝在紙帶或塑料袋內。

一、失效模式及案例

1. 熱擊穿失效

1.1. 失效機理：

在制造多層陶瓷電容時，使用各種材料（熱膨脹系數和導熱率不同）會導致內部出現不同的張力。當溫度轉變率過大時，就容易出現因熱擊而破裂的現象，這種破裂往往從結構最弱及機械結構最集中的地方發生，一般是在接近外露短接和中央陶瓷端接界面處產生機械張力（一般是在晶體最堅硬的四角）。一般從一個端蔓延至另一個端。

1.2. 失效模式：

第一種是形如指甲狀或U形的裂紋，可以在金相中測試出來。

第二種是隱藏在內部的微小裂紋。且第二種裂紋會由裸露在外的中央部分或陶瓷端接界面的下部開始，隨溫度變化或組裝應力順著扭曲蔓延開來。

2. 扭曲破裂失效

2.1. SMT階段導致的破裂失效

第一種是當進行零件取放時，取放夾具因為磨損、對位不準確、傾斜等導致的，造成很大的引力和切斷率，繼而形成破裂點。這種破裂一般為課件的表面裂紋或2至3個電極見的內部破裂，表面裂紋會沿著最強的壓力線及陶瓷位移的方向。

第二種破裂是真空吸嘴導致的損壞或破裂，一般會在芯片的表面形成一個圓形或半月形的壓痕面積，并帶有不圓滑的邊緣，位置與吸嘴吸取的位置重合。另外一種由吸嘴造成的損壞是因拉力造成的裂紋，裂紋會由組件中央的一邊延伸到另一邊，這些裂紋可能會蔓延至電容的另一面，并且其粗糙的裂紋可能會令電容的底部破損。一般由多個破裂點。

2.2. SMT之后生產導致的破裂失效

在機械作用力下的板材變形時，陶瓷的活動范圍受端位及焊點限制，破裂就會在陶瓷的端接界面形成，這種破裂會從形成的位置開始，從45°向端接蔓延開來。

PCB設計注意事項：

電容放置方向平行于PCB彎曲方向，放置位置遠離PCB大形變位置。避免電容在長邊受力，如下圖，右邊的電容擺放就就左邊要好。

下圖PCB拼板，受力大小是：A>B、A>B、A>C、A>D

電容也需要遠離螺絲孔、減小應力。

3. 原材料失效

3.1. 電極間失效及結合線破裂

這種失效主要與陶瓷的空腔或電介質層與相應電極間存在的空隙引起，使電極間電介質裂開，形成潛在的漏電可能。

3.2. 燃燒破裂

這種失效與電極垂直，且一般源自電極邊緣或終端，假如出現破裂是垂直的話，則他們應是由燃燒所引起的。

4. 嘯叫問題

一般溫度特性為X5R/X7R的高介電常數陶瓷電容器中，電介質材料使用強介電性的鈦酸鋇系的陶瓷，具有壓電效應。

在施加交流電壓時，獨石陶瓷電容器貼片會發生疊層方向伸縮。因此電路板也會平行方向伸縮，而因電路板的振動而產生了噪聲。貼片及電路板的振幅僅為1pm～1nm左右，但發出的聲響卻十分大。

其實幾乎無法聽到電容器本身發出的噪聲，但將其安裝于電路板后振動會隨之增強，振幅的周期也達到了人耳能夠聽到的頻率帶(20Hz～20kHz)，所以聲音可通過人耳進行識別。例如可聽到"ji----"、"ki----""pi----"等聲響。

陶瓷電容器的"嘯叫"現象，其振動變化僅為1pm～1nm左右，為壓電應用產品的1/10至幾十分之一，非常之小，因此我們可以判斷這種現象對獨石陶瓷電容器本身及周圍元器件產生的影響，不存在可靠性問題。