MLCC(다층 세라믹 커패시터)를 제작할 때 전기 엔지니어는 응용 분야에 따라 클래스 1, C0G/NP0와 같은 비강유전성 재료 유전체, 클래스 2, X5R 및 X7R과 같은 강유전성 재료 유전체 등 두 가지 유형의 유전체를 선택하는 경우가 많습니다.이들 사이의 주요 차이점은 전압과 온도가 증가하더라도 커패시터가 여전히 양호한 안정성을 유지하는지 여부입니다.클래스 1 유전체의 경우 DC 전압이 적용되고 작동 온도가 상승해도 정전 용량은 안정적으로 유지됩니다.클래스 2 유전체는 유전 상수(K)가 높지만 정전용량은 온도, 전압, 주파수 변화 및 시간 경과에 따라 안정성이 떨어집니다.
전극층의 표면적, 층 수, K 값 또는 두 전극층 사이의 거리를 변경하는 등 다양한 설계 변경을 통해 정전용량을 늘릴 수 있지만, 클래스 2 유전체의 정전용량은 결국 다음과 같은 경우 급격하게 떨어집니다. DC 전압이 적용됩니다.이는 DC 전압이 인가될 때 클래스 2 강유전성 제제에서 결국 유전 상수의 하락을 경험하게 하는 DC 바이어스라는 현상이 존재하기 때문입니다.
유전체 재료의 K 값이 더 높을 경우 DC 바이어스의 영향은 훨씬 더 심각할 수 있으며, 다이어그램에 표시된 것처럼 커패시터는 잠재적으로 정전용량의 최대 90% 이상을 잃을 수 있습니다.
재료의 유전 강도, 즉 주어진 두께의 재료가 견딜 수 있는 전압 또한 커패시터에 대한 DC 바이어스의 영향을 변경할 수 있습니다.미국에서 유전 강도는 일반적으로 볼트/밀(1밀은 0.001인치) 단위로 측정되며, 다른 지역에서는 볼트/미크론 단위로 측정되며 유전층의 두께에 따라 결정됩니다.결과적으로 동일한 커패시턴스와 정격 전압을 갖는 서로 다른 커패시터는 서로 다른 내부 구조로 인해 크게 다르게 작동할 수 있습니다.
인가된 전압이 재료의 유전 강도보다 크면 스파크가 재료를 통과하여 잠재적인 발화 또는 소규모 폭발 위험을 초래할 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
DC 바이어스가 생성되는 실제 사례
온도 변화와 함께 작동 전압으로 인한 정전 용량 변화를 고려하면 특정 적용 온도 및 DC 전압에서 커패시터의 정전 용량 손실이 더 크다는 것을 알 수 있습니다.정전용량 0.1μF, 정격 전압 200VDC, 내부 레이어 수 35개, 두께 1.8밀(0.0018인치 또는 45.72미크론)의 X7R로 제작된 MLCC를 예로 들면, 이는 200VDC에서 작동할 때 유전체가 레이어는 111V/mil 또는 4.4V/micron만 경험합니다.대략적으로 계산하면 VC는 -15%가 됩니다.유전체의 온도 계수가 ±15%ΔC이고 VC가 -15%ΔC인 경우 최대 TVC는 +15% – 30%ΔC입니다.
이러한 변화의 이유는 사용된 클래스 2 재료(이 경우 티탄산바륨(BaTiO3))의 결정 구조에 있습니다.이 물질은 퀴리 온도 이상에 도달하면 입방체 결정 구조를 갖습니다.그러나 온도가 다시 주위 온도로 돌아오면 온도가 낮아지면서 재료의 구조가 변하기 때문에 분극이 발생합니다.분극은 외부 전기장이나 압력 없이 발생하며 이를 자발 분극 또는 강유전성이라고 합니다.상온에서 물질에 직류전압을 인가하면 직류전압의 전기장의 방향과 자발분극이 연결되어 자발분극의 역전이 일어나 정전용량이 감소하게 된다.
오늘날 커패시턴스를 증가시키는 데 사용할 수 있는 다양한 설계 도구를 사용하더라도 클래스 2 유전체의 커패시턴스는 DC 바이어스 현상으로 인해 DC 전압이 인가될 때 여전히 크게 감소합니다.따라서 애플리케이션의 장기적인 신뢰성을 보장하려면 MLCC를 선택할 때 MLCC의 공칭 정전 용량 외에도 부품에 대한 DC 바이어스의 영향을 고려해야 합니다.
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게시 시간: 2023년 5월 5일