개요

MLCC(다층 세라믹 커패시터)는 일반적으로 작은 값의 정전 용량이 필요한 애플리케이션에 선택되는 커패시터입니다. 연산 증폭기 회로, 필터 등에서 바이패스 커패시터로 사용됩니다.

MLCC의 장점은 다음과 같습니다.

작은 기생 인덕턴스는 알루미늄 전해 커패시터에 비해 더 나은 고주파 성능을 제공합니다.

온도 계수에 따라 온도에 대한 안정성이 향상됩니다.

단점

특히 클래스 1 유전체 재료(NO/COG)의 경우 부피당 작은 정전 용량.

DC 바이어스 불안정성.

건설

MLCC는 아래 그림 1과 같이 금속 전극과 유전체 세라믹의 교번 층으로 구성됩니다.

그림 1: 적층 세라믹 칩 커패시터(MLCC)의 구성, 1 = 금속 전극, 2 = 유전체 세라믹, 3 = 연결 단자

이미지 출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File:MLCC-Principle.svg

중요한 데이터시트 매개변수

두 가지 매우 중요한 데이터시트 매개변수는 온도 계수와 정격 전압입니다.

온도 계수

클래스 1 세라믹 재료(예: NPO, COG)는 온도 계수가 매우 낮습니다. 즉, 온도에 따라 커패시턴스가 거의 변하지 않습니다. 또한 유전 상수가 낮습니다. 즉, 클래스 1 재료로 제작된 커패시터는 부피당 정전 용량이 매우 작습니다. NPO 및 COG는 매우 일반적인 클래스 1 온도 계수이며 온도 계수는 0이고 허용 오차는 +/-30ppm입니다.

클래스 2(X,Y,Z) 세라믹 재료는 온도에 대해 덜 안정적이지만 유전 상수가 더 높습니다. 즉, 동일한 볼륨에서 더 많은 정전 용량을 가진 커패시터를 사용할 수 있습니다. X7R은 매우 일반적인 클래스 2 온도 계수이며 X7R 커패시터는 일반적으로 5%, 10% 및 20%의 허용 오차를 가집니다.

표 1은 클래스 2 MLCC의 온도 계수를 디코딩하는 데 도움이 됩니다. 아래에 예가 포함되어 있습니다.

표 1: 온도 범위 및 온도에 따른 정전용량 변화에 대한 IEC/EN 60384-9/22용 코드 시스템

이미지 출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

예를 들면 다음과 같습니다.

X7R은 -55C ~ +125C에서 작동하며 온도 범위에서 정전 용량이 +/-15% 변경됩니다.

X5R은 -55C ~ +85C에서 작동하며 온도 범위에서 정전 용량이 +/-15% 변경됩니다.

Y5V는 -30C ~ +85C에서 작동하며 온도 범위에서 정전 용량이 +22/-82% 변경됩니다.

온도 범위가 더 넓고 온도 특성이 더 안정적인 커패시터는 비용이 더 많이 드는 경향이 있습니다.

정격 전압

정격 전압은 커패시터에 적용될 수 있는 최대 안전 전압을 나타냅니다. 실제로 설계자는 신뢰성을 위해 예상되는 실제 전압보다 정격 전압이 높은 커패시터를 사용해야 합니다. 알루미늄 전해 콘덴서와 달리 MLCC는 무극성이므로 폭발 없이 어느 방향으로든 회로에 넣을 수 있습니다.

주파수 응답

그림 3은 MLCC의 회로 모델입니다. MLCC에는 기생 ESL(등가 직렬 인덕턴스) 및 ESR(등가 직렬 저항)이 있습니다. 이들은 공진 주파수 f=1/(2π√LC)에서 최소 임피던스가 ESR과 동일한 공진 회로를 형성합니다. 여기서 L은 ESL이고 C는 커패시턴스입니다. 기생은 패키지 크기와 관련이 있습니다. SMT 패키지는 스루홀 패키지보다 ESL이 낮습니다.

그림 3: 실제 커패시터의 회로 모델

커패시터의 임피던스는 공진 주파수까지 Z=1/jωC 공식에 따라 감소합니다. 이 시점에서 커패시터의 임피던스는 ESR입니다. 주파수가 증가함에 따라 임피던스는 등가 직렬 저항에 의해 지배되고 유도적으로 보이며 임피던스가 증가합니다. 그림 4는 이러한 동작을 보여주는 주파수 대 커패시터의 임피던스 플롯입니다.

그림 4: MLCC 임피던스 대 주파수의 SpiCap 도표

이미지 출처:AVX SpiCap 3.0 도구의 화면 캡처. SpiCap은 여기에서 다운로드할 수 있습니다: http://www.avx.com/spiapps/#spicap

값과 패키지가 다른 여러 커패시터를 병렬로 사용하여 넓은 주파수에서 낮은 임피던스를 제공할 수 있습니다.

DC 바이어스 드리프트

X7R 커패시터의 DC 바이어스로 인해 커패시턴스가 약간 변경됩니다. 그림 5는 두 개의 0.010uF 0805 X7R 커패시터의 플롯입니다. 하나의 커패시터에는 50V가 있습니다. 공진 주파수가 10~20MHz 이동하는 것을 볼 수 있습니다.

그림 5: DC 바이어스로 인해 커패시턴스의 변화 발생

실용적인 고려 사항

온도가 안정적이고 공차가 엄격한 커패시터를 피드백 루프에 사용해야 합니다.

바이패스 커패시터는 요구 사항이 덜 엄격합니다.

마진을 제공하기 위해 정격 전압이 높은 커패시터를 선택하십시오.

커패시턴스 공차에 유의하십시오.

온도 계수에 유의하십시오.

고주파 애플리케이션의 경우 ESL에 유의하십시오.

높은 리플 전류 애플리케이션에 대한 ESR에 유의하십시오.

넓은 주파수 범위를 제공하기 위해 병렬로 다른 값을 제공합니다.

결론

이 백서는 온도 계수, 주파수 응답 및 DC 바이어스 문제에 중점을 둔 다층 세라믹 커패시터(MLCC), 구조 및 중요한 데이터시트 매개변수에 대한 개요를 제공합니다.

출처:RKER.IO