高容X7R MLCC是怎样“炼”成的？

我们已经知道，电容器是用来“装” 电 的“容器”。

但或许你不知道，最开始时，这个“装”电的“容器”真的是个瓶子！

这个瓶子被称为—— 莱顿瓶 。

它是 1746 年 在莱顿城发明的， 美国的本杰明 . 富兰克林还用莱顿瓶“装”到风筝从“天”上引下来的“电”。

它是一个瓶里瓶外分别贴有锡箔的玻璃瓶，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球。

后来人们发现：

只要两个金属板中间隔一层绝缘体就可以做成电容器装电，并不需要做成瓶子那样的结构。

最简单的电容器——平板电容器

很明显，莱顿瓶就是一个以瓶子玻璃为电介质，锡箔为电极的电容器，全部电荷是由玻璃本身储存着的。

在平板电容器结构中，电容器装电的能力与电介质材料类型、介质厚度和电极正对面积有关。

可是看出： 电介质 介电常数 越大，电容器容量越大； 正对电极面积越大，电容器容量越大；电介质厚度越薄，电容器容量越大；

电介质及高介电常数材料的寻找

自然界中的 云母片 首先被利用起来

但云母介电常数太低了，约为 6 ~ 7 ， 能做到的容量很低，几乎都是“pF”级别。

后来是 二氧化钛 TiO2被大规模用于电容器制造

二氧化钛的介电常数较高，约100左右，电容器的容量可以做到“nF”级别了。

强介电材料 BaTiO3 的发现和使用

1942 年由美国、前苏联学者发现。

BaTi03具独特的ABO3型 钙钛矿结构 ：

随着温度的变化，BaTIO3有一系列的相变过程，其单晶介电常数与温度引起的相变密切相关。

BaTIO3单晶介电常数大小与晶体轴方向有很大关系。

在室温时,它有很强的压电铁电性,并表现出较强各向异性。

当温度高于120℃时，BaTIO3晶体属于立方晶系,压电铁电性能消失。120℃称为居里温度。

在BaTIO3多晶体或陶瓷中，因晶胞主轴取向不同，其介电常数与温度的关系与单晶体的不同。

BaTIO3陶瓷介电常数很高，尤其是在120℃时，介电常数可高达10000。

使用BaTIO3陶瓷介质材料制作电容器，可以做到“μF”级！

但纯BaTIO3陶瓷制作的电容器，其容量温度特性曲线变化很大，不能满足EIA  X7R特性要求。

X7R ： -55 ℃ ~+125 ℃温度范围内，容量变化率不超过±15% 。

BaTiO3的掺杂改性

人们研究发现，向BaTiO3中掺入某些元素，其温度曲线会被展平，展宽，温度稳定性更好。

通过控制掺杂的成份比例，可获得符合X7R特性要求的电介质材料。

电容器的制造开始进入BaTiO3时代，人们大量使用BaTiO3掺杂改性，制造圆片电容器。

到了80年代，美国人用多层片式结构设计制造电容器——MLCC，可以很小的体积获得很大的电容量。

BaTiO3的应用让X7R MLCC成为量最大的系列产品。

在 MLCC 应用方面，各大MLCC厂家均对钛酸钡制备及掺杂改性做了大量的研究工作，形成各自独特的符合X7R特性要求的陶瓷介质材料。

所以，可以从容量温度曲线TCC曲线识别MLCC的生产厂家。

(TCC:Temperature Capacitance Characteristic）

TCC曲线与钛酸钡制备控制工艺、掺杂改性配方及烧成工艺均有关。

细小、均匀及结构完整的晶粒，不但具有高的介电常数、低的介电损耗、高的耐电压强度，而且介电温度特性能更宽平。

晶粒大小对TCC曲线的影响

掺杂配方的影响

以BaTiO3为基，通过微量掺杂，掺入稀土元素如Y、La等，碱土元素Ca、Mg等，过渡金属元素Ni、Cr等可得到介电特性不同的陶瓷介质材料。

高介电常数和高温度稳定性，两者犹如鱼与熊掌不可兼得。使用高介电常数介质材料设计制造MLCC，单位电容量成本更低。应根据实际环境温度要求，在不同特性的MLCC选择符合要求的品种。

选购超大容量 X7R MLCC时，别让 X5R“ 忽悠”了！

超大容量 MLCC 一般是额定电压低，静电容量高，接近毫法（ mF ）级。

早年以银钯金属为内电极在制作大容量 MLCC 时，易出现分层问题，且成本很高，所以当下大容量 MLCC 均使用贱金属镍（ Ni ）作内电极与钛酸钡陶瓷匹配制作。

MLCC 芯片高温烧结时，即使在还原气氛（ N2/H2 ）下，易于氧化的镍（ Ni ）仍然有相当数量被氧化，扩散进入钛酸钡陶瓷晶粒中。

镍（ Ni ）对钛酸钡陶瓷影响主要体现在“移峰”作用。

对低压高容 MLCC ，因使用薄介质（薄至 1μm ），镍（ Ni ）氧化扩散很容易完全渗透陶瓷介质体，对 TCC 影响很大，高温时（ 85~125 ℃），容量下降很大，超过±15 % 的范围。

所以低压高容 MLCC 一般只能满足 X5R 特性，不能满足 X7R 特性。

极个别世界领先的 MLCC 厂家，如太阳诱电、 TDK ，在钛酸钡制备、掺杂改性和还原烧结控制上等方面做了高技术控制，能在 X7R 低压高容 MLCC 上取得技术垄断。

目前成熟量产低压高容 X7R 产品的极限容量如下：

标称容量超出上表所列示的，通常是 X5R 或 X7S 特性的产品。

超高容 X7R-MLCC 绝对是“千锤百炼”出来的高技术产品，是 MLCC 技术金字塔顶上的明珠。

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