貼片電容(SMD Capacitors)種類繁多,可以根據(jù)多種方式進(jìn)行分類?以下是幾種主要的分類角度及其常見(jiàn)的類型:
一? 按介質(zhì)材料分類(最核心?最常用的分類方式)
- 陶瓷貼片電容(MLCC - Multilayer Ceramic Chip Capacitor)
絕對(duì)主流: 這是應(yīng)用最廣泛?用量最大的貼片電容?
結(jié)構(gòu): 由多層陶瓷介質(zhì)和內(nèi)部電極交替堆疊燒結(jié)而成?
特點(diǎn):
體積小,容量范圍廣(從pF級(jí)到百μF級(jí))?
無(wú)極性?
價(jià)格相對(duì)低廉?
高頻特性好(尤其適用于高頻濾波?旁路)?
可靠性高?
關(guān)鍵子分類(按陶瓷介質(zhì)特性):
Class 1(一類陶瓷): 高穩(wěn)定性?低損耗?
典型代表: C0G/NP0 - 溫度特性極佳(接近零溫漂),介電常數(shù)較低,容量較小(通常≤100nF),損耗角正切值小,精度高(可達(dá)±5%)?適用于諧振電路?振蕩器?高頻濾波等要求高穩(wěn)定性的場(chǎng)合?
Class 2(二類陶瓷): 高介電常數(shù),容量大,但溫度穩(wěn)定性?電壓穩(wěn)定性和損耗相對(duì)Class 1差?
典型代表:
X7R: 工作溫度范圍寬(-55°C ~ +125°C),容量變化率±15%?通用性最強(qiáng),廣泛應(yīng)用于電源濾波?旁路?耦合等?
X5R: 工作溫度范圍(-55°C ~ +85°C),容量變化率±15%?成本稍低于X7R?
Y5V: 介電常數(shù)最高,單位體積容量最大,但溫度特性(-30°C ~ +85°C,容量變化率可達(dá)+22%/-82%)和電壓特性差,損耗大?適用于容量要求高但對(duì)穩(wěn)定性要求不苛刻的場(chǎng)合(如低頻耦合?儲(chǔ)能)?
其他: Z5U, Z5V等,特性類似Y5V但更差,現(xiàn)在較少用?
- 鉭貼片電容(Tantalum SMD Capacitor)
特點(diǎn):
單位體積容量大(在同等體積下,容量通常大于MLCC)?
等效串聯(lián)電阻(ESR)相對(duì)較低且穩(wěn)定(特別是聚合物鉭)?
具有良好的濾波性能?
有極性?
關(guān)鍵子分類(按陰極材料):
二氧化錳鉭電容: 傳統(tǒng)主流?價(jià)格相對(duì)較低,但存在“失效短路燃燒”風(fēng)險(xiǎn)(需嚴(yán)格降額使用,通常額定電壓的50%),ESR相對(duì)聚合物鉭較高?
聚合物鉭電容: 陰極材料為導(dǎo)電高分子聚合物?
優(yōu)點(diǎn):ESR極低(比二氧化錳鉭低很多),浪涌電流承受能力強(qiáng),失效模式多為開(kāi)路(更安全)?
缺點(diǎn):價(jià)格較高,漏電流相對(duì)較大(但在可接受范圍)?
應(yīng)用: 主要用于需要較大容量?低ESR的電源濾波?去耦場(chǎng)合(尤其在空間受限時(shí)),如CPU/GPU供電?DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入輸出濾波?
- 鋁電解貼片電容(SMD Aluminum Electrolytic Capacitor)
特點(diǎn):
容量可以做得非常大(μF級(jí)到mF級(jí))?
成本較低(尤其在大容量時(shí))?
有極性?
體積相對(duì)較大(尤其與同容量MLCC相比)?
等效串聯(lián)電阻(ESR)相對(duì)較高?
壽命受溫度影響較大(電解液會(huì)干涸),壽命相對(duì)較短?
低頻特性好,高頻特性差(不適合高頻濾波)?
應(yīng)用: 主要用于低頻電源濾波?儲(chǔ)能?輸入輸出大容量濾波(如電源適配器輸出端),在空間要求不高且需要超大容量的場(chǎng)合仍有優(yōu)勢(shì)?有插件式和貼片式封裝?
- 薄膜貼片電容(SMD Film Capacitor)
特點(diǎn):
穩(wěn)定性好(溫度?頻率?電壓),精度高?
損耗角正切值小(低損耗)?
無(wú)極性?
絕緣電阻高?
容量范圍通常在pF級(jí)到μF級(jí)(一般小于10μF)?
價(jià)格相對(duì)較高,體積相對(duì)較大?
關(guān)鍵子分類(按介質(zhì)薄膜材料):
聚酯薄膜(PET, Mylar): 成本低,容量體積比好,但溫度穩(wěn)定性和高頻損耗特性一般?
聚丙烯薄膜(PP): 性能優(yōu)異,損耗極低,溫度穩(wěn)定性好,頻率特性好(自愈性)?常用于要求高的場(chǎng)合(如音頻耦合?高頻脈沖?諧振?濾波?定時(shí)?EMI抑制)?
聚苯硫醚薄膜(PPS): 耐高溫性好,溫度穩(wěn)定性好,頻率特性介于PET和PP之間?
應(yīng)用: 對(duì)穩(wěn)定性?精度?低損耗要求高的電路,如精密模擬電路?定時(shí)電路?諧振電路?音頻電路?A/D轉(zhuǎn)換器?采樣保持電路?高頻功率電路(PP)?安規(guī)電容(X2/Y2)等?
- 超級(jí)電容/雙電層電容(SMD Supercapacitor/EDLC)
特點(diǎn):
容量極大(可達(dá)法拉級(jí)),介于傳統(tǒng)電容和電池之間?
功率密度高,充放電速度快?
循環(huán)壽命長(zhǎng)(數(shù)十萬(wàn)次)?
工作電壓低(單節(jié)通常2.5V - 3.8V)?
存在漏電流?
應(yīng)用: 主要用于需要短時(shí)高功率脈沖或備用電源的場(chǎng)合,如RAM數(shù)據(jù)保持?實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)備份電源?能量收集存儲(chǔ)?物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?電機(jī)啟動(dòng)輔助等?
二? 按封裝尺寸分類
貼片電容的封裝尺寸有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(EIA標(biāo)準(zhǔn)),用四位數(shù)字表示(英制單位,單位是英寸的百分之一)?常見(jiàn)尺寸包括:
0201 (0603 metric): 0.6mm x 0.3mm - 超小型,高密度板常用?
0402 (1005 metric): 1.0mm x 0.5mm - 小型,高密度板常用?
0603 (1608 metric): 1.6mm x 0.8mm - 非常常見(jiàn)?
0805 (2012 metric): 2.0mm x 1.25mm - 非常常見(jiàn)?
1206 (3216 metric): 3.2mm x 1.6mm - 常見(jiàn)?
1210 (3225 metric): 3.2mm x 2.5mm
1812 (4532 metric): 4.5mm x 3.2mm
1825 (4564 metric): 4.5mm x 6.4mm - 通常用于大容量MLCC或鉭電容?
2220 (5750 metric): 5.7mm x 5.0mm - 通常用于鋁電解或大容量MLCC?
2225 (5764 metric): 5.7mm x 6.4mm
更大尺寸: 如3528, 7343等,主要用于鋁電解或超級(jí)電容?
三? 按溫度特性分類(主要針對(duì)MLCC)
C0G/NP0: 溫度特性最優(yōu)異(幾乎零變化)?
X7R: 溫度特性較好(±15%變化)?
X5R: 溫度特性一般(±15%變化)?
Y5V: 溫度特性較差(+22%/-82%變化)?
四? 按精度(容量允許偏差)分類
常見(jiàn)精度等級(jí):B (±0.1pF), C (±0.25pF), D (±0.5pF), F (±1%), G (±2%), J (±5%), K (±10%), M (±20%), Z (+80%/-20%) 等?C0G/NP0通?？蛇_(dá)高精度(如G/J/K),而X7R/X5R/Y5V通常為K/M/Z等?
五? 按額定電壓分類
電容能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的最大直流電壓?常見(jiàn)系列如:6.3V, 10V, 16V, 25V, 50V, 100V, 200V, 500V, 630V, 1kV, 2kV, 3kV等?選擇時(shí)需考慮足夠的設(shè)計(jì)裕量(降額使用)?
總結(jié)與選型建議
- 首選MLCC: 對(duì)于絕大多數(shù)通用場(chǎng)景(旁路?去耦?耦合?小容量濾波),優(yōu)先考慮MLCC?根據(jù)溫度穩(wěn)定性和容量要求選擇C0G/NP0?X7R或X5R?避免在關(guān)鍵位置使用Y5V?
- 需要較大容量:
如果空間允許且對(duì)高頻特性要求不高,可考慮鋁電解(成本低)?
如果空間受限,需要低ESR,首選聚合物鉭電容(性能好,更安全),其次是二氧化錳鉭電容(需嚴(yán)格降額)?
如果容量要求極大(法拉級(jí)),考慮超級(jí)電容?
- 高要求場(chǎng)景: 對(duì)穩(wěn)定性?精度?低損耗要求極高(如精密模擬?定時(shí)?諧振?音頻?高頻功率),考慮薄膜電容(尤其是PP)?
- 封裝尺寸: 根據(jù)PCB空間和組裝工藝能力選擇?高密度設(shè)計(jì)趨向于0201/0402/0603?
- 電壓裕量: 必須確保工作電壓低于額定電壓,并留足裕量(如50%-80%額定電壓,視電容類型和應(yīng)用而定)?
- 極性注意: 鉭電容?鋁電解電容有極性,焊接和電路設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必注意方向,反接會(huì)導(dǎo)致短路失效甚至爆炸(鉭電容尤其危險(xiǎn))?
理解這些分類及其特性是進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí)正確選擇和使用貼片電容的關(guān)鍵?
