בעת בניית קבלים קרמיים רב-שכבתיים (MLCCs), מהנדסי חשמל בוחרים לעתים קרובות בשני סוגים של דיאלקטרי בהתאם ליישום - Class 1, דיאלקטרי חומר לא-פרואלקטרי כגון C0G/NP0, ו-Class 2, דיאלקטרי חומר פרו-אלקטרי כגון X5R ו-X7R.ההבדל העיקרי ביניהם הוא האם הקבל, עם הגדלת המתח והטמפרטורה, עדיין יש יציבות טובה.עבור דיאלקטריות Class 1, הקיבול נשאר יציב כאשר מתח DC מופעל וטמפרטורת הפעולה עולה;לדיאלקטרי Class 2 יש קבוע דיאלקטרי גבוה (K), אך הקיבול פחות יציב בשינויים בטמפרטורה, במתח, בתדירות ולאורך זמן.
למרות שניתן להגדיל את הקיבול על ידי שינויי עיצוב שונים, כגון שינוי שטח הפנים של שכבות האלקטרודות, מספר השכבות, ערך K או המרחק בין שתי שכבות האלקטרודות, הקיבול של דיאלקטריים מסוג Class 2 יירד בסופו של דבר בחדות כאשר מופעל מתח DC.הסיבה לכך היא נוכחות של תופעה הנקראת הטיית DC, אשר גורמת לניסוחים הפרו-אלקטריים Class 2 לחוות בסופו של דבר ירידה בקבוע הדיאלקטרי כאשר מתח DC מופעל.
עבור ערכי K גבוהים יותר של חומרים דיאלקטריים, ההשפעה של הטיית DC יכולה להיות חמורה אף יותר, כאשר קבלים עלולים לאבד עד 90% או יותר מהקיבול שלהם, כפי שמוצג בתרשים.
החוזק הדיאלקטרי של חומר, כלומר המתח שעובי נתון של חומר יכול לעמוד בו, יכול גם לשנות את ההשפעה של הטיית DC על קבל.בארה"ב, חוזק דיאלקטרי נמדד בדרך כלל בוולט/מיל (1 מיל שווה ל-0.001 אינץ'), במקומות אחרים הוא נמדד בוולט/מיקרון, והוא נקבע לפי עובי השכבה הדיאלקטרית.כתוצאה מכך, קבלים שונים עם אותו קיבול ודירוג מתח עשויים לתפקד בצורה שונה משמעותית בשל המבנים הפנימיים השונים שלהם.
ראוי לציין שכאשר המתח המופעל גדול מהחוזק הדיאלקטרי של החומר, יעברו ניצוצות דרך החומר, מה שיוביל לפוטנציאל הצתה או סכנת פיצוץ בקנה מידה קטן.
דוגמאות מעשיות כיצד נוצרת הטיית DC
אם ניקח בחשבון את השינוי בקיבול עקב מתח ההפעלה בשילוב עם השינוי בטמפרטורה, אזי נמצא שאובדן הקיבול של הקבל יהיה גדול יותר בטמפרטורת היישום הספציפית ובמתח DC.קחו למשל MLCC עשוי X7R עם קיבול של 0.1µF, מתח נקוב של 200VDC, ספירת שכבות פנימית של 35 ועובי של 1.8 מיל (0.0018 אינץ' או 45.72 מיקרון), זה אומר שכאשר פועל ב-200VDC הדיאלקטרי שכבה חווה רק 111 וולט/מיל או 4.4 וולט/מיקרון.כחישוב גס, ה-VC יהיה -15%.אם מקדם הטמפרטורה של הדיאלקטרי הוא ±15%ΔC וה-VC הוא -15%ΔC, אזי ה-TVC המקסימלי הוא +15% -30%ΔC.
הסיבה לשינוי זה נעוצה במבנה הגבישי של החומר Class 2 המשמש - במקרה זה בריום טיטנאט (BaTiO3).לחומר זה מבנה גבישי מעוקב כאשר מגיעים לטמפרטורת הקורי או מעליו.עם זאת, כאשר הטמפרטורה חוזרת לטמפרטורת הסביבה, מתרחש קיטוב כאשר הורדת הטמפרטורה גורמת לחומר לשנות את המבנה שלו.קיטוב מתרחש ללא כל שדה חשמלי או לחץ חיצוני וזה ידוע כקיטוב ספונטני או פרו-חשמליות.כאשר מתח DC מופעל על החומר בטמפרטורת הסביבה, קיטוב ספונטני מקושר לכיוון השדה החשמלי של מתח DC ומתרחש היפוך של הקיטוב הספונטני, וכתוצאה מכך הפחתת הקיבול.
כיום, אפילו עם כלי התכנון השונים הזמינים להגדלת הקיבול, הקיבול של דיאלקטריות Class 2 עדיין יורד באופן משמעותי כאשר מתח DC מופעל עקב נוכחות תופעת הטיית DC.לכן, על מנת להבטיח את המהימנות לטווח ארוך של היישום שלך, עליך לקחת בחשבון את ההשפעה של הטיית DC על הרכיב בנוסף לקיבול הנומינלי של ה-MLCC בעת בחירת MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., שנוסדה בשנת 2010, היא יצרנית מקצועית המתמחה במכונת בחירה ומקום SMT, תנור זרימה חוזרת, מכונת הדפסת שבלונות, קו ייצור SMT ומוצרי SMT אחרים.יש לנו צוות מחקר ופיתוח משלנו ומפעל משלנו, תוך ניצול מו"פ מנוסה עשיר משלנו, ייצור מאומן היטב, זכה למוניטין רב מלקוחות ברחבי העולם.
אנו מאמינים שאנשים ושותפים נהדרים הופכים את NeoDen לחברה נהדרת ושהמחויבות שלנו לחדשנות, גיוון וקיימות מבטיחה שאוטומציית SMT תהיה נגישה לכל חובב בכל מקום.
זמן פרסום: מאי-05-2023