세라믹 콘덴서란? 세라믹 커패시터는 높은 신뢰성과 저렴한 비용으로 인해 대부분의 전기 기기에 사용되는 가장 일반적인 유형의 커패시터 중 하나입니다. 이 형태에서 세라믹 또는 도자기 디스크는 비극성 커패시터를 만드는 데 사용되며 다양한 산업에서 사용됩니다. 세라믹 재료의 열악한 전도성으로 인해 우수한  유전체가 될 뿐만 아니라 정전기장의 효율적인 서포터가 됩니다.

세라믹 커패시터 기초

세라믹 커패시터는 세라믹 재료를 유전체로 만든 고정값 커패시터입니다. 두 개 이상의 세라믹 층과 전극 역할을 하는 금속 층으로 구성됩니다  . 세라믹 재료의 전기적 거동과 그에 따른 응용은 세라믹 재료의 조성에 의해 결정됩니다. 세라믹은 무기, 비금속, 결정질 산화물, 질화물 또는 탄소 및 규소와 같은 탄화물 화합물입니다. 세라믹 커패시터, 특히 적층 세라믹 커패시터(MLCC)는 오늘날 가장 일반적인 전기 부품 중 하나입니다.

세라믹 커패시터는 일반적으로 10pF ~ 0.1μF의 정전 용량 범위를 갖습니다.

다음 그림은 세라믹 커패시터의 기호를 보여줍니다.

세라믹 커패시터의 기호(참조:elprocus.com)

101, 102, 103 등 세 자리 숫자가 있는 세라믹 커패시터는 Pico-farads 단위로 측정됨을 나타냅니다. 그러나 동일한 커패시터가 숫자 대신 알파벳을 사용하는 경우 값은 AB x 10C Picofarad입니다.

세라믹 커패시터의 종류

세라믹 커패시터에는 네 가지 주요 유형이 있습니다.

클래스 1 세라믹 커패시터

이 커패시터는 매우 안정적이며 공진 회로에서 손실이 적습니다. 손실이 적기 때문에 발진기 및 필터에 사용할 수 있습니다. 안정적인 온도 계수로 인해 높은 공차 커패시터에 적합합니다.

클래스 2 세라믹 커패시터

적용된 전압에 따라 커패시터는 특정 정전 용량을 갖습니다. 클래스 2 유전체의 온도 계수는 비선형입니다. 이러한 커패시터의 응용 분야에는 커플링 및 디커플링이 포함됩니다.

클래스 3 세라믹 커패시터

클래스 3 유전체는 클래스 2 유전체보다 최대 50,000배 더 큰 유전율 값을 가집니다. 커패시터는 전압 의존적이며 손실이 높습니다.

클래스 4 세라믹 커패시터

클래스 4 커패시터는 배리어 레이어 커패시터라고도 합니다.

세라믹 커패시터의 극성 

커패시터의 극성은 전기 회로에서 커패시터를 연결할 때 가장 중요한 고려 사항 중 하나입니다. 극성에 따라 커패시터는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

극성 축전기 

극성 커패시터에는 양극과 음극으로 알려진 두 개의 단자가 있습니다.

비극성 커패시터 

극성 커패시터와 달리 비극성 커패시터에는 단자가 있으므로 어느 방향으로도 사용할 수 있습니다. 무극성 장치는 커패시터에 극성이 없음을 나타냅니다.

세라믹 커패시터의 구성

 세라믹 커패시터는 원하는 동작을 생성하기 위해 다른 재료와 결합되는 상 유전성 또는 강유전성 재료  의 과립으로 구성됩니다 . 고온에서 이러한 분말 혼합물은 세라믹으로 소결됩니다. 유전체 세라믹은 금속 전극용 캐리어 역할을 하는 데 사용됩니다. 세라믹 분말 입자 크기는 유전체 층의 최소 두께를 결정합니다. 전압이 더 높은 커패시터의 경우 커패시터의 유전체 강도가 유전체의 두께를 결정합니다.

적층 후 고온을 가하고 재료를 소결하여 원하는 특성을 가진 세라믹 재료를 만듭니다. 그 결과 더 작은 여러 개의 커패시터를 병렬로 연결하여 커패시터가 형성되어 정전 용량이 증가합니다.

세라믹 커패시터는 다른 유형이 존재하지만 세 가지 기본 형태로 제공됩니다.

리드 디스크 세라믹 커패시터 

스루홀 실장을 위해 수지 코팅 처리되어 있습니다. 세라믹 디스크는 양면이 은 접점으로 코팅되어 있습니다. 디스크 커패시터는 10pF~100μF 사이의 커패시턴스 값과 16V~15KV 범위의 정격 전압을 가집니다. 더 높은 커패시턴스를 얻기 위해 장치를 여러 레이어로 구성할 수 있습니다.

세라믹 커패시터의 디스크 유형은 세라믹 절연체의 양쪽에 있는 두 개의 전도성 디스크로 구성됩니다. 이 플레이트는 리드가 부착된 방수 세라믹 구성으로 코팅되어 있습니다. 이 유형의 세라믹 커패시터는 최대 0.01F 값까지 사용할 수 있습니다. 이 유형은 750V의 DC 전압과 350V의 AC 전압을 견딜 수 있습니다.

리드 디스크 세라믹 커패시터(참조: electronics-notes.com)

다층 세라믹 커패시터(MLCC) 

MLCC는 표면 실장용으로 설계된 상유전성 및 강유전성 구성요소가 혼합된 금속 접점으로 구성된 직사각형 블록입니다. MLCC에는 500개 이상의 레이어가 있으며 최소 레이어 두께는 약 0.5미크론입니다. 동일한 부피에서 정전 용량을 높이면서 층 두께를 줄이는 것이 기술적으로 가능합니다.

적층 세라믹 커패시터의 구조(참조: passive-components.eu)

MLCC 캐패시터는 적층수를 늘린 플레이트 캐패시터 공식을 이용한 캐패시턴스(C)를 갖는다.

위의 방정식에서 ε은 유전율을 나타냅니다. A는 전극 표면적을 나타내고; n은 층의 수이고, d는 전극 사이의 거리를 나타낸다.

무연 디스크 세라믹 커패시터

특별히 설계된 마이크로웨이브 세라믹 커패시터는 PCB의 슬롯에 맞습니다.

세라믹 유전체 유형 

탄탈 및 전해 커패시터와 달리 세라믹 커패시터는 다양한 유전체 재료로 만들 수 있습니다. 다른 유전체는 커패시터에 매우 다른 특성을 부여합니다. 따라서 세라믹 커패시터를 선택하는 것과 별개로 사용할 유전체 유형과 관련하여 두 번째 결정이 필요할 수 있습니다. C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U 등 많은 세라믹 커패시터 유전체가 유통업체 목록에 언급되어 있습니다. 그러나 최상의 유형은 추가 조사가 필요합니다.

세라믹 커패시터의 응용 

세라믹 커패시터는 다음을 포함하여 다양한 응용 분야가 있습니다.

• 공진 회로의 송신기 스테이션에서
• 고전압 레이저 전원 공급 장치
• 유도로
• 전원 회로 차단기
• 프린트 배선판
• 고밀도 애플리케이션
• 이 커패시터는 RF 잡음을 줄이기 위해 범용 커패시터 및 DC 모터용 브러시로도 사용할 수 있습니다.

세라믹 커패시터의 장점

세라믹 커패시터에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 더 높은 주파수에서 작동할 때도 신뢰할 수 있고 좋은 주파수 응답 특성을 가지고 있습니다.
• 최대 100볼트의 더 높은 전압을 견딜 수 있습니다.
• 다른 커패시터보다 무게가 가볍습니다.
• 이러한 품목의 비용은 저렴합니다.
• 다양한 모양과 크기를 사용할 수 있습니다.
• 다른 캐패시터에 비해 낮은 ESR(Effective Series Resistance) 및 낮은 ESL(Effective Series Inductance)을 가지고 있습니다.

세라믹 커패시터의 단점 

다음은 세라믹 커패시터의 몇 가지 단점입니다.

• 설계상 더 높은 값의 커패시터를 만드는 것은 불가능합니다. 최대 커패시턴스 값은 150µF입니다.
• 위와 유사한 구조의 세라믹 커패시터는 더 높은 전압에서 사용할 수 없습니다. 파워 세라믹 커패시터는 더 큰 모양과 크기로 제작됩니다. 2kV ~ 100kV의 전압을 처리할 수 있습니다.
• 온도 계수가 더 높습니다.
• 세라믹 커패시터의 공차 값은 더 높습니다.
• 일부 전원 공급 장치 회로는 세라믹 커패시터를 출력 커패시터로 사용하는 데 문제가 있을 수 있습니다.
• 더 큰 단위는 PCB 휘어짐으로 균열이 생기기 때문에 일련의 더 작은 커패시터가 병렬로 사용됩니다.

출처: 린큅