Cele mai comune capacitoare MLCC (capacitoare ceramice multistrat) de pe piețele industriale și auto au un TCC (coeficient de variație a capacității cu temperatura) cunoscut pe scară largă sub numele de X7R, unde “X” reprezintă -55°C, “7” +125°C și “R” ±15% toleranța în acest interval de temperatură.
| TCC | Interval de temperatură | Toleranță |
| X7R | -55~125°C | ±15% |
| X7S | -55~125°C | ±22% |
Datorită benzii sale mai înguste de toleranță a variației capacității, de ±15%, mulți ingineri proiectanți vor alege, pur și simplu, produsul X7R în locul lui X7S. Cu toate acestea, atunci când se alege un MLCC, este important să se ia în considerare nu numai TCC, ci și polarizarea în curent continuu și anume modificarea capacității la aplicarea unei tensiuni continue. Samsung Electro-Mechanics Co (SEMCO) se concentrează pe soluțiile MLCC care oferă performanțe puternice atât în ceea ce privește parametrii TCC, cât și polarizarea în curent continuu. Și în timp ce unele produse X7R oferă o polarizare DC mai bună decât X7S, este adevărat și contrariul, anumite MLCC-uri X7S oferind un avantaj distinct.
Atunci, de ce multe companii nu specifică MLCC-urile X7S? Se pare că răspunsul nu este altceva decât o lipsă de atenție.
În electronica modernă din industria auto și industrială, integrarea mai mare și funcționalitatea în creștere sunt frecvente, ambele manifestând tendința de a solicita o capacitate din ce în ce mai mare. În acest caz, un MLCC care oferă un TCC cu caracteristici X7S este posibil să ofere o capacitate efectivă mai mare decât un MLCC care are un TCC cu atribute X7R (la aceeași valoare nominală a capacității), deoarece TCC este doar un factor care afectează capacitatea. Un alt factor de influență, major, este polarizarea în curent continuu.
Polarizarea DC este modificarea capacității atunci când se aplică o tensiune DC la borne. MLCC-urile trebuie să facă față polarizării DC și, prin urmare, sunt, de asemenea, susceptibile la acest fenomen. Valoarea capacității va scădea pe măsură ce tensiunea de curent continuu crește, ceea ce poate afecta în mod negativ multe tipuri de circuite.
Provocări privind dezvoltarea
Există o serie de mijloace prin care producătorii de echipamente originale pot crea MLCC-uri cu valori mai mari ale capacității, cele mai multe dintre acestea implicând, de obicei, îmbunătățiri ale materialelor ceramice. De exemplu, o dimensiune mai mică a granulelor permite straturi mai subțiri, în timp ce un tratament suplimentar al granulelor poate îmbunătăți omogenitatea și fiabilitatea. În plus, îmbunătățirea dopajului materialului poate crește constanta dielectrică relativă (εr). Toți acești factori pot duce la valori mai mari ale capacității, cu rezultate notabile care includ 10µF/50V într-un format de capsulă 1206. Orice inginer de proiectare care caută o soluție de înaltă densitate și eficiență ridicată într-o carcasă compactă poate beneficia de acest MLCC. Aplicațiile care necesită precizie electrică, stabilitate și fiabilitate ridicate vor obține câștiguri, incluzând aici circuitele de bypass ale surselor de alimentare, electronicele de consum și echipamentele de telecomunicații.
Pentru a aprofunda, constanta dielectrică relativă (cunoscută uneori sub denumirea de permitivitate relativă) este o măsură a cantității de energie potențială electrică, sub formă de polarizare indusă, stocată într-un volum dat de material sub acțiunea unui câmp electric. Cu toate acestea, atunci când se mărește permitivitatea relativă a unui material ceramic, există un efect secundar special: utilizatorii se pot aștepta să asiste la o schimbare mai mare a permitivității relative la variația condițiilor de operare și anume tensiunea DC aplicată, TCC și timpul. Mai simplu spus, asigurarea stabilității capacității depinde de obținerea unui bun echilibru al proprietăților MLCC-urilor, care poate asigura cea mai bună performanță din aceste condiții de utilizare.
Pierderi de capacitate
Toate formulările MLCC de Clasă II (inclusiv X7R și X7S) variază în ceea ce privește valoarea capacității în funcție de tensiunea DC aplicată (polarizare DC), TCC și timp (îmbătrânire). Acesta din urmă, de exemplu, apare pe măsură ce granulele ceramice își pierd abilitatea de reorientare în timp, în mare parte din cauza necesității zonelor de a găsi stări mai stabile din punct de vedere energetic. Această stabilizare a acestor zone determină o scădere a permitivității relative, care se traduce direct printr-o pierdere de capacitate.
După cum arată graficul, SEMCO X7S 1µF MLCC rămâne cel mai performant în ansamblu, oferind, în continuare, o capacitate de 0,59µF la 4V, 85°C, comparativ cu doar 0,52µF pentru X7R. (© Samsung Electro-Mechanics)
Desigur, majoritatea inginerilor proiectanți știu deja că polarizarea DC scade semnificativ capacitatea efectivă a MLCC-urilor de Clasă II. Ca o precizare, cele două formulări X7S și X7R sunt materiale ceramice “stabile din punct de vedere termic” care se încadrează în materialele EIA de Clasă II. Împreună cu TCC și îmbătrânirea, acești trei factori depind unul de celălalt, iar îmbunătățirea unuia dintre ei va avea un impact asupra unuia sau celorlalți doi factori. Consensul general este că îmbunătățirea simultană atât a TCC, cât și a polarizării DC va rezulta doar atunci când va exista o îmbunătățire viitoare a sistemului general de pulberi ceramice.
X7S: polarizare DC mai bună
Cu toate acestea, există vești bune, SEMCO anunțând că MLCC-urile sale actuale X7S pot oferi, o polarizare DC mai bună decât cele de tip X7R. Pentru a demonstra acest lucru, compania a efectuat o serie de măsurători care stabilesc caracteristicile de performanță la polarizarea în curent continuu a unui SEMCO X7S MLCC și a unui dispozitiv X7R de la un alt producător. În ceea ce privește specificațiile, ambele erau MLCC-uri de 1µF 10% 6,3V în format 0402.
Măsurătorile au arătat că SEMCO X7S MLCC a prezentat o rată de modificare a capacității de aproximativ -30,7% la 4V. Prin comparație, X7R MLCC al altui furnizor a demonstrat o rată de schimbare a capacității mult mai mare, de aproximativ -50,6% la 4V. După cum s-a menționat deja, există un anumit impact asupra TCC datorită acestei îmbunătățiri a polarizării în curent continuu. La 4V și 85°C, SEMCO X7S MLCC a înregistrat o rată de schimbare a capacității de -6%, comparativ cu +6% (la 4V, 85°C) pentru un MLCC de la celălalt producător.
Conștientizare redusă a pieței
Piața este foarte familiarizată cu banda de toleranță a X7R de ±15%, ceea ce face ca acesta să fie greu de înlocuit fără o analiză aprofundată a specificațiilor MLCC-urilor. Cu toate acestea, așa cum au arătat măsurătorile menționate mai sus, atunci când sunt luate în considerare condițiile reale de lucru – comparând TCC și polarizarea DC – MLCC-ul X7S ar putea demonstra o capacitate remanentă mai mare.
Factorii explorați în acest articol sunt de cele mai multe ori adevărați în cazul valorilor ridicate ale capacității, unde polarizarea DC este din ce în ce mai vizibilă și lucrează pentru a reduce capacitatea efectivă. Acesta este, de asemenea, cazul în care inginerii proiectanți se luptă adesea pentru fiecare nF suplimentar cu marje calculate foarte strânse.
Privind înainte
Orice inginer din domeniul electronicii sau al componentelor electronice, implicat în piața auto, industrială sau în alte piețe, va avea de câștigat dacă se va uita mai atent la X7S, atunci când aceștia au nevoie de MLCC-uri cu capacități mari. Rezultatele prezentate de SEMCO demonstrează că MLCC-urile X7S pot oferi uneori o polarizare DC considerabil mai bună decât cea livrată de omologii lor X7R. Chiar și atunci când se ia în considerare TCC, X7S MLCC oferă adesea cele mai bune performanțe generale.
