关于MLCC陶瓷介质的温度特性

C0G（NP0）是Ⅰ类陶瓷绝缘介质中最常用、最具代表性的一种绝缘介质，它的容值漂移和迟滞影响几乎可以忽略不计，均小于±0.05%。它的容值随时间变化小于±0.1%，而其他陶瓷介质有的变化率多达五分之一以上，所以可以说C0G（NP0）的容值几乎不随温度变化。C0G（NP0）：（0±30）ppm/℃（ppm=10^-6），工作温度范围-55～125℃，可理解为此种陶瓷介质电容器在温度每变化1℃时容值变化量为±30×10^-6（±0.003%/℃），如果环境温度从25℃上升到125℃，电容器的容值变化量小于±0.3%（即0.3%/100℃）。所以C0G（NP0）材质的电容器的容值随温度变化非常小，几乎可以忽略不计，它的温度特性相当稳定。另外它的损耗角（DF值和tanδ）几乎不随温度变化，且始终小于0.05%。C0G是Ⅰ类陶瓷绝缘介质的典型代表，下图展示的是其不同容值规格的容值温度曲线可能落入的区间范围。

在MLCC工厂里，有时候为了矫正不同LCR测试仪之间的误差，选C0G（NP0）材质的电容器做矫正补偿电容，这也是利用其温度特性稳定的特性。为了更具体展现它的容值温度特性，我们选择几个不同容值规格的容值温度特性曲线进行对比，所选代表容值分别为1pF、10pF、100pF、1nF、10nF、100nF，尺寸为常用规格，额定电压50V。

从C0G容值变化比温度曲线可以看出

a. 不加载电压和加载0.5倍额定偏压对容值变化比温度曲线没有明显影响，说明C0G容值几乎不受直流偏压影响；

b. 1pF～100nF之间规格在-55～125℃温度范围内，容值变化比＜0.3%，说明C0G容值随温度变化非常轻微，几乎可以忽略不计。

容值变化比测试是以25℃时被测量规格的容值作为参考基点，测试条件：CP≤1nF，测试电压AC 1.0V@1MHz（交流电压1V，频率为1MHz）；1nF＜CP≤10μF，测试电压AC 1V@1KHz。

3）  C0G、C0H、C0K以及U2J温度特性对比

Ⅰ类陶瓷绝缘介质除C0G（NP0）以外，还有C0H（NP0）、C0K（NP0）、U2J。C0G和C0H温度特性非常接近，它们的容值变化比在0.3%以内，C0K也属于NP0，但是容值随温度变化百分比大于C0G和C0H。NP0系列跟U2J相比，它的容值变化曲线几乎可以看作一条直线，它们的容值变化比温度特性曲线对比如下图所示。

将上面温度曲线放大比例来看，NP0系列的曲线差别才显现出来

4） C0G（NP0）的DF温度曲线

如下图所示，C0G（NP0）的tanδ（DF）随温度升高而降低，此说明以C0G为绝缘介

质的陶瓷电容器在较高温度下损耗因数反而低。

根据X7R的温度特性，在-55～125℃下，容值变化在±15%范围内。加载偏置电压与不加载偏置电压相比，容值随温度变化的幅度更大。

下面图2所示是X7R在不加载偏置电压的温度特性曲线，Ⅱ类陶瓷绝缘介质展示了两个容值峰值，第一个在较低温度下（形成于高掺杂的晶粒生长区），第二个峰值在125℃处（来自无掺杂晶核区），因为125℃是X7R工作温度上限，所以真正有影响的是第一低温峰值点。我们对比各MLCC厂家的X7R的温度特性曲线，发现低温容值峰值点各有差异，如下面图1和图2所示，MA厂家部分规格低温的峰值落在-35～-5℃，而TK厂家则落在15～45℃，正因为这个差异，也许会让MLCC用户认为前者“耐寒”、后者“耐热”，可能出现低或高工作温度环境的产品无法用另外一个MLCC品牌替换的情况。个人认为容值峰值落在25～50℃是比较理想的，因为绝大多数电子电气设备存在自热现象，所以它们的工作温度上升的可能性比较大，这样可以确保MLCC的容值不至于因环境温度上升而大幅度下降。

图1   X7R不同容值的容值变化比温度曲线（MA厂家）

图2   X7R不同容值规格的容值变化比温度曲线（TK厂家）

图2所示是TK厂家的X7R加载0.5U_R偏置电压的温度特性曲线，容值随温度变化的幅度增大。在加载0.5倍额定电压后，各个MLCC厂家的电容器温度特性曲线的差异还是很大的，如图3所示温度曲线，TK厂家的X7R在加载0.5U_R偏置电压后，容值随温度变化的幅度增大而增大，但容值变化范围仍落在±15%以内，而SG厂家有部分规格容值下降可能高达60%（见图4）。

图3   X7R不同容值规格的容值变化比温度曲线（TK厂家）

图4   X7R不同容值规格的容值变化比温度曲线（SG厂家）

X7R温度特性测试是以25℃时被测量规格的容值作为参考基点，测试电压：

CP≤10μF，AC=1.0V，CP＞10μF，AC=0.5V。

从下面两个图的曲线可以看出：X7R的DF值随温度的升高而降低，这是利好的特性。

X7R典型DF温度曲线举例

X7R的DF温度曲线分布区间示意图

X5R容值温度特性跟X7R比有相似的地方，在工作温度范围内容值变化率均小于±15%，区别在于X7R的工作温度范围是-55～125℃，而X5R是-55～85℃。

图5和图6所示是X5R不加载偏置电压的温度特性曲线。Ⅱ类陶瓷绝缘介质可以通过添加物使居里温度点向低温区推移，即容值峰值向低温区移动。我们对比各MLCC厂家的X5R的温度特性曲线，发现容值峰值点各有差异，有些厂家即使同介质不同容值规格的容值峰值就各不相同（如图5所示，TK厂家），而有些厂家能做到同材质的容值峰值温度点相近（如图6所示，AX厂家）。TK厂家除开高容规格外大部分规格的峰值还是比较一致的，落在-25～0℃，而AX厂家所有规格的峰值显示出很高的一致性，落在30～60℃，正因为这个差异，也许会让MLCC用户感觉到前者“耐寒”与后者“耐热”的差异，可能出现低向高工作温度环境的产品无法用另外一个MLCC品牌替换的情况。个人认为容值峰值落在25～50℃之间是比较理想的，因为绝大多数电子电气设备存在自热现象，所以它们的工作温度上升的可能性比较大，这样可以确保MLCC的容值不至于因环境温度上升而大幅度下降。

图5   X5R不同容值规格的容值变化比温度曲线（TK厂家）

图6   X5R不同容值规格的容值变化比温度曲线（AX厂家）

在加载0.5倍额定电压后，各个MLCC厂家的温度特性曲线的差异还是很大的，如图7所示为TK厂家温度曲线，在加载0.5U_R偏置电压后，容值随温度变化的幅度的增大而增大，并且出现无规律峰值，但容值变化范围仍落在±15%以内，而SG厂家有部分规格容值下降可能高达90%，如图8所示。

X5R温度特性测试是以25℃时被测量规格的容值作为参考基点，测试电压：

CP≤10μF，U_AC=1.0，CP＞10μF，U_AC=0.5V。

图7   X5R不同容值规格的容值变化比温度曲线（TK厂家）

图8   X5R不同容值规格的容值变化比温度曲线（SG厂家）

如下图所示，X5R的DF值随温度的上升而下降，这属于利好特性。

Y5V在-30～+85℃工作温度范围内，容值变化比为-82%～+22%，温度特性比X7R和X5R差。在不加载偏压的情况下，对比各MLCC厂家Y5V温度特性曲线，容值的峰值在0～25℃附近，在50℃下容值下降将近50%，代表性温度特性曲线如图9所示。

图9   Y5V不同容值规格的容值变化比温度曲线1

图10所示的温度曲线为在加载0.5U_R偏置电压后的Y5V温度特性曲线，加载偏置电压后容值随温度变化的幅度的增大而显著增大，跟不加载偏压相比，容值的峰值几乎被削平，容值下降可能高达90%。

Y5V的存在是因为它有比X5R更高的K值（介电常数），换言之，在体积一定的情况下可以获得更高的容量，但是它很差的温度特性抹杀了这一优点。由于目前制造工艺的进步，MLCC小型化大幅提升，如果没有成本优势，X5R可以完全取代Y5V，它之所以存在于“市”，还有另外一个原因，即在电路应用中确实有些应用对容值稳定性没有太高的要求，只要容值变化保持在一个数量级上即可。比如Y5V 104Z规格，标准容值是100nF，受工作温度影响，容值最大变化达-82%，也就是说在25℃测试的容值为100nF，在85℃测试容值可能只有100×（1-82%）=18nF。

图10   Y5V不同容值规格的容值变化比温度曲线2

从下图的曲线可以看出：Ⅱ类陶瓷绝缘介质的DF值随温度上升而下降，而DF越小说明损耗越小，所以温度上升对DF值来说是正面影响。

Y5V典型DF温度曲线举例

Y5V的DF温度曲线分布区间示意图

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