Khi chế tạo tụ gốm nhiều lớp (MLCC), các kỹ sư điện thường chọn hai loại chất điện môi tùy theo ứng dụng – Loại 1, chất điện môi vật liệu phi sắt như C0G/NP0 và Loại 2, chất điện môi vật liệu sắt như X5R và X7R.Sự khác biệt chính giữa chúng là liệu tụ điện, khi điện áp và nhiệt độ ngày càng tăng, vẫn có độ ổn định tốt hay không.Đối với chất điện môi Loại 1, điện dung vẫn ổn định khi đặt điện áp DC và nhiệt độ hoạt động tăng lên;Chất điện môi loại 2 có hằng số điện môi (K) cao, nhưng điện dung kém ổn định hơn khi thay đổi nhiệt độ, điện áp, tần số và theo thời gian.
Mặc dù điện dung có thể tăng lên bằng nhiều thay đổi thiết kế khác nhau, chẳng hạn như thay đổi diện tích bề mặt của các lớp điện cực, số lớp, giá trị K hoặc khoảng cách giữa hai lớp điện cực, điện dung của chất điện môi Loại 2 cuối cùng sẽ giảm mạnh khi một điện áp DC được áp dụng.Điều này là do sự hiện diện của một hiện tượng gọi là độ lệch DC, khiến cho công thức sắt điện Loại 2 cuối cùng bị giảm hằng số điện môi khi đặt điện áp DC.
Đối với giá trị K cao hơn của vật liệu điện môi, ảnh hưởng của độ lệch DC có thể còn nghiêm trọng hơn, với các tụ điện có khả năng mất tới 90% điện dung hoặc hơn, như thể hiện trong sơ đồ.
Độ bền điện môi của vật liệu, tức là điện áp mà độ dày nhất định của vật liệu có thể chịu được, cũng có thể thay đổi ảnh hưởng của độ lệch DC lên tụ điện.Ở Hoa Kỳ, độ bền điện môi thường được đo bằng volt/mil (1 mil bằng 0,001 inch), ở những nơi khác, nó được đo bằng volt/micron và được xác định bởi độ dày của lớp điện môi.Kết quả là, các tụ điện khác nhau có cùng điện dung và điện áp định mức có thể hoạt động khác nhau đáng kể do cấu trúc bên trong khác nhau của chúng.
Điều đáng chú ý là khi điện áp đặt vào lớn hơn độ bền điện môi của vật liệu, tia lửa điện sẽ truyền qua vật liệu, dẫn đến nguy cơ cháy nổ hoặc cháy nổ quy mô nhỏ.
Các ví dụ thực tế về cách tạo ra độ lệch DC
Nếu chúng ta xem xét sự thay đổi điện dung do điện áp hoạt động kết hợp với sự thay đổi nhiệt độ thì chúng ta thấy rằng tổn thất điện dung của tụ điện sẽ lớn hơn ở nhiệt độ ứng dụng cụ thể và điện áp DC.Lấy ví dụ một MLCC được làm bằng X7R có điện dung 0,1µF, điện áp định mức 200VDC, số lớp bên trong là 35 và độ dày 1,8 mils (0,0018 inch hoặc 45,72 micron), điều này có nghĩa là khi hoạt động ở 200VDC, chất điện môi lớp chỉ trải qua 111 volt/mil hoặc 4,4 volt/micron.Theo tính toán sơ bộ, VC sẽ là -15%.Nếu hệ số nhiệt độ của chất điện môi là ±15%ΔC và VC là -15%ΔC thì TVC tối đa là +15% – 30%ΔC.
Lý do cho sự khác biệt này nằm ở cấu trúc tinh thể của vật liệu Loại 2 được sử dụng – trong trường hợp này là bari titanate (BaTiO3).Vật liệu này có cấu trúc tinh thể lập phương khi đạt nhiệt độ Curie trở lên.Tuy nhiên, khi nhiệt độ trở về nhiệt độ môi trường, sự phân cực xảy ra khi nhiệt độ giảm khiến vật liệu thay đổi cấu trúc.Sự phân cực xảy ra mà không có bất kỳ điện trường hoặc áp suất bên ngoài nào và điều này được gọi là sự phân cực tự phát hoặc sắt điện.Khi đặt điện áp một chiều vào vật liệu ở nhiệt độ môi trường, sự phân cực tự phát được liên kết với hướng của điện trường của điện áp DC và xảy ra sự đảo ngược sự phân cực tự phát, dẫn đến giảm điện dung.
Ngày nay, ngay cả với các công cụ thiết kế khác nhau có sẵn để tăng điện dung, điện dung của chất điện môi Loại 2 vẫn giảm đáng kể khi đặt điện áp DC do hiện tượng sai lệch DC.Do đó, để đảm bảo độ tin cậy lâu dài cho ứng dụng của bạn, bạn cần tính đến ảnh hưởng của độ lệch DC lên thành phần bên cạnh điện dung danh định của MLCC khi chọn MLCC.
Chiết Giang NeoDen Technology Co., LTD., được thành lập vào năm 2010, là nhà sản xuất chuyên nghiệp chuyên về máy chọn và đặt SMT, lò nung lại, máy in stencil, dây chuyền sản xuất SMT và các Sản phẩm SMT khác.Chúng tôi có đội ngũ R & D và nhà máy riêng, tận dụng đội ngũ R & D giàu kinh nghiệm của mình, sản xuất được đào tạo bài bản, đã giành được danh tiếng lớn từ khách hàng trên toàn thế giới.
Chúng tôi tin rằng những con người và đối tác tuyệt vời sẽ biến NeoDen thành một công ty tuyệt vời và cam kết của chúng tôi về Đổi mới, Đa dạng và Bền vững đảm bảo rằng mọi người có sở thích ở mọi nơi đều có thể tiếp cận tự động hóa SMT.
Thời gian đăng: May-05-2023