1 클래스 1 및 클래스 2 MLCC에 대한 개요?

기본적으로 두 가지 유형의 MLCCS를 구분할 수 있습니다. 커패시터는 클래스 1 또는 클래스 2 세라믹으로 구성됩니다. 표 1과 같이 여러 측면에서 다양합니다.

표 1: Würth Elektronik eiSos 세라믹의 현재 기술 상태 개요

서로 다른 세라믹 클래스의 속성 및 허용 오차는 IEC 또는 EIA 코딩으로 정의됩니다. 응용 분야에 따라 필터와 같은 응용 분야에서 원하는 성능을 달성하려면 일정량의 정전 용량을 사용할 수 있어야 합니다. 따라서 응용 프로그램에서 사용할 때 원하는 동작을 보장하기 위해 개별 구성 요소의 속성을 비교하는 것이 중요합니다. 고용량 MLCC의 경우 고용량은 노화가 증가하여 온도 및 전압으로 인한 정전 용량 손실이 더 커지는 단점이 있을 뿐입니다.

2 노화의 정의

노화는 특정 속성이 시간이 지남에 따라 변하는 과정입니다. 티탄산바륨과 같은 강유전성 재료도 이 공정의 대상입니다. 유전체(이 경우 티탄산바륨)의 결정 구조는 온도와 시간에 따라 변합니다. 용량이 변경되거나 보다 정확하게는 이 이벤트에 의해 감소되기 때문에 이것은 에이징으로 간주됩니다. 노후화의 또 다른 결과는 손실 계수의 증가이며, 이는 꾸준히 커집니다. 노화는 일반적으로 10년 동안의 정전 용량 손실 비율로 설명됩니다. 10시간당 X5R 세라믹의 경우 1000시간 후 ~6%, X7R 세라믹의 경우 1000시간 후 ~2.5% 범위입니다(1-10, 10-100, 100-1000, ...). 결정 격자를 재정렬한 후(예: 원하는 만큼 자주 반복할 수 있는 온도 프로세스에 의해) 노화로 인해 그림 1과 같이 정전 용량이 손실됩니다. 노화 과정은 대수적이며 시간이 지남에 따라 감소합니다. 로그 스케일을 사용할 때 차트에서 선형으로 나타납니다.

그림 1: 용량 손실 대 작동 시간

3 티탄산바륨에 노화가 존재하는 이유는 무엇입니까?

티탄산바륨의 유전율은 재료의 분극률에 의해 정의됩니다. 추가 강유전성 도메인은 노화에 의해 형성됩니다. 자발 분극 방향은 모든 쌍극자가 "잘" 분극화될 수 없는 방식으로 변경됩니다. 인접한 두 도메인의 쌍극자는 더 이상 같은 방향을 가리키지 않습니다. 그 결과 커패시턴스가 감소합니다. 솔루션: 재료의 개질. 노화의 영향은 시간, 온도 및 전압의 영향을 받습니다. 티탄산바륨은 강유전성 물질이고 페라이트와 마찬가지로 전기 영역을 가지고 있기 때문에 이러한 영역은 시간 계수로 나누어 정전 용량이 감소합니다(그림 2 참조).

그림 2: 내부 구조 변경

소위 예열 공정(퀴리 온도 이상으로 재료 가열)인 템퍼링을 통해 기존 도메인이 용해됩니다. 퀴리 온도 이하에서 재료는 새로운 대형 도메인을 다시 형성하여 고용량을 생성합니다. 어닐링 공정으로 인한 결정 격자의 열 이동은 전기장이 가해질 때 쌍극자가 완전히 정렬되는 것을 방지하여 일종의 포화 상태에 도달합니다.

4 노화는 어떻게 막을 수 있습니까?

Class 2 MLCC에 사용되는 유전체는 강유전체 특성을 가지고 있습니다. 이러한 재료 특성은 퀴리 온도를 초과하면 변경됩니다(강자성 재료와 마찬가지로). 이 온도 이상에서는 유전체가 매우 대칭적인 입방체 결정 구조를 가지지만 큐리 온도 이하에서는; 결정 구조는 덜 대칭적인(정방정계) 구조를 가집니다. 서로 다른 위상(입방정에서 정방정으로 등)에서 전이하면 항상 이 온도 범위에서 최대 유전율 값이 발생합니다. 안정적인 상태를 달성하기 위해 유전체가 퀴리 온도 아래로 냉각된 후에도(점점 더 많은 도메인이 형성됨) 열 진동의 영향을 받아 결정 격자의 원자가 장시간 이동합니다. 그러나 커패시터가 퀴리 온도 이상의 온도로 가열되면 노화가 발생합니다. 에이징으로 인해 손실된 용량을 되찾고 커패시터가 다시 냉각되는 시점부터 에이징이 다시 시작됩니다. 이 온도는 티탄산바륨의 경우 ~125°C입니다. 퀴리 온도를 초과하는 시간에 따라 커패시턴스 값이 설정됩니다. 데이터 시트에 따르면 150°C에서 예열 권장 시간은 1시간입니다. 이 열처리를 통해 구성 요소의 최대 100% 용량을 복원할 수 있습니다.

5 애플리케이션에 대한 노화의 영향

전압을 포함하고 특정 주변 온도에서 작동하는 실제 애플리케이션에서 MLCC를 사용할 때 일반적으로 시간 경과에 따른 용량 감소를 예상해야 합니다. 이는 불가피하며 클래스 2 세라믹에 사용되는 기본 재료로 인해 발생합니다. 이 커패시턴스 손실을 보상하는 것은 이제 커패시터 설계에 달려 있습니다. 모든 공차가 충족되는지 확인하기 위해 제조 후 100% 테스트를 수행합니다. 보관 시간 및 보관 조건에 따라 이 값은 시간 경과에 따라 변경될 수 있습니다. 솔더링 프로세스의 열 영향으로 인해 에이징 프로세스가 재설정됩니다(부록, DateCode 2014가 있는 MLCC의 측정 및 리플로우 솔더링 프로세스 예 참조). 안정적인 정전 용량 값이 필요한 애플리케이션에서는 노화를 고려하거나 클래스 1 MLCC를 사용해야 합니다. 커패시터가 출력 커패시터로 사용되는 경우(예: 스위칭 조정기에서) 노화의 영향은 이 경우 커패시턴스 변동이 낮은 한 자릿수 범위에 있으므로 회로의 기능에 부정적인 영향을 미치지 않기 때문에 가장 잘 보상될 수 있습니다. 예를 들어 모든 종속성이 있는 22µF X7R MLCC의 결과 커패시턴스가 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3: 모든 종속성을 고려한 실제 용량

6 결론

에이징은 실온(약 20°C) 및 ~0V에서 인가 전압으로 기록됩니다. 실온 및 ~0V 세라믹 커패시터에는 노화에 영향을 미칠 수 있는 온도, DC 바이어스 및 주파수 영향이 거의 없습니다. 퀴리 온도 이하에서 전압을 가한 후 기존의 강유전성 특성이 분자를 정의된 방식으로 분극화합니다. 입방정계 구조는 정방정계 구조가 되어 유전율이 감소하여 용량이 감소하게 된다. 이제 노화로 이어지는 것은 무엇입니까? 세라믹의 결정 구조를 상온에서 무부하 상태로 방치하면 무작위로 배향된 도메인이 형성되고, 여기에 무방향성 쌍극자가 형성되어 유전율에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 무작위 지향 영역은 처음에는 더 빠르게 "성장"한 다음 더 느리게 발전합니다. 그러므로, 용량 손실은 대수적으로 표시됩니다. 전압이 가해지고 온도가 증가하면 쌍극자가 전기장에 의해 정의된 방식으로 정렬되기 때문에 임의 방향 도메인의 형성이 느려집니다. 실제로 이것은 그림 1에 표시된 노화가 "최악의 경우" 수치임을 의미합니다. DC 바이어스 및 온도를 통한 용량 감소는 예상 노화보다 상당히 높기 때문에 고정 값으로 가정합니다.

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