贴片陶瓷电容（MLCC）的介质类别和温度系数（TCC）解析

MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多层陶瓷电容器的英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。

首先温度系数的含义是指温度变化时，电子元件特定物理量的相对变化，单位为ppm/°C，最常见的是电阻温度系数（temperature coefficient of resistance，TCR）和电容温度系数（temperature character of capacitor，TCC）。前者较直观，如MCR01S电阻器的TCR在-55～ 155温度范围内为±400ppm/°C，这容易理解。

而MLCC电容器的温度特性有些繁杂，常以C0G、X5R、X7R、X7T、X8R、X6S、Y5V、Z5U等字母组合表示。这些代码由美国电工协会（EIA）标准确定，分别代表了不同温度特性的电容器类别。

那NP0与X7R、X5R、Y5V、Z5U神马的有啥区别？主要是介质材料不同。不同介质种类由于它的主要极化类型不一样，其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。在相同的体积下的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。根据电容器使用的陶瓷介质不同，EIA-198标准把陶瓷电容器分为两类，I类陶瓷电容器、II类陶瓷电容器。NP0属于Ⅰ类陶瓷，而其他的X7R、X5R、Y5V、Z5U等都属于Ⅱ类陶瓷。什么是Ⅰ类陶瓷，有什么特点？Ⅰ类陶瓷电容器（ClassⅠ ceramic capacitor）采用EIA I类材料——C0G（NP0）电介质，这是一种添加有铷、钐和一些其它稀有氧化物的高性能陶瓷材料，过去称高频陶瓷电容器（High-frequency ceramic capacitor），介质采用非铁电（顺电）配方，以TiO2为主要成分（介电常数小于150），因此具有最稳定的性能；或者通过添加少量其他（铁电体）氧化物，如CaTiO3 或SrTiO3，构成“扩展型”温度补偿陶瓷，则可表现出近似线性的温度系数，介电常数增加至500。这两种介质损耗小、绝缘电阻高、温度特性好。特别适用于振荡器、谐振回路、高频电路中的耦合电容，以及其他要求损耗小和电容量稳定的电路，或用于温度补偿。Ⅰ类陶瓷的温度特性怎么表示？

Ⅰ类陶瓷的温度容量特性（TCC）非常小，单位往往在ppm/℃，容量较基准值的变化往往远小于1皮法。美国电子工业协会（EIA）标准采用“字母 数字 字母” 这种代码形式来表示Ⅰ类陶瓷温度系数。比如常见的C0G。

C：表示电容温度系数的有效数字为0ppm/℃；

0：表示有效数字的倍乘因数为-1（即10的0次方）；

G：表示随温度变化的容差为±30ppm。

Ⅰ类陶瓷电容器的温度特性代码计算下来，C0G电容最终的TCC为：0×（-1）ppm/℃±30ppm/℃。而相应的其他Ⅰ类陶瓷的温度系数，例如U2J电容，计算下来则为：-750 ppm/℃±120 ppm/℃。

NPO和C0G是同一种电容吗？

NPO是美国军用标准（MIL）中的说法，其实应该是NP0（零），但一般大家习惯写成NPO（欧）。这是Negative-Positive-Zero的简写，用来表示的温度特性。说明NP0的电容温度特性很好，不随正负温度变化而出现容值漂移。从前面我们已经知道，C0G是I类陶瓷中温度稳定性最好的一种，温度特性近似为0，满足“负-正-零”的含义。所以C0G其实和NP0是一样的，只不过是两个标准的两种表示方法（当然，容值更小、精度略差一点的C0K、C0J等也是NP0电容）。类似的，U2J对应于MIL标准中的组别代码为N750。NP0 电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。

Ⅰ类陶瓷的电容器容量特性

什么是Ⅱ类陶瓷，有什么特点？

Ⅱ类陶瓷电容器（Class Ⅱ ceramic capacitor）采用EIA II类温度稳定型电介质。这些电介质包括X5R、X7R、X8R、X6S、Y5V、Z5U等，其主体材料均是钛酸钡，只是添加的贵金属不一样。过去称为为低频陶瓷电容器（Lowfrequency ceramic capacitor），指用铁电陶瓷作介质的电容器，因此也称铁电陶瓷电容器。这类电容器的比电容大，电容量随温度呈非线性变化，损耗较大，常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中。其中Ⅱ类陶瓷电容器又分为稳定级和可用级。X5R、X7R属于Ⅱ类陶瓷的稳定级，而Y5V和Z5U属于可用级。

X5R、X7R、Y5V、Z5U之间的区别是什么？

区别主要还在于温度范围和容值随温度的变化特性上。下表提示了这些代号的含义。

II类陶瓷电容器的温度特性代码

例如，X7R是一种强电介质，比容量较C0G大。这种电容器性能较稳定，随温度、电压时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型，使用在隔直、耦合、旁路、滤波及可靠性要求较高的中高频电路中。

Y5V材料具有较高的介电常数，常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。这种电容器的容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。Ⅱ类陶瓷电容器又分为稳定级和可用级。X5R、X7R属于Ⅱ类稳定级陶瓷电容器，而Y5V和Z5U属于可用级。Ⅱ类陶瓷电容器的温度系数（TCC）也按照EIA标准以“字母 数字 字母”代码表示，例如X5R、X7R、Y5V、Z5U。以X7R为例：X：代表电容工作温度下限为-55℃；7：代表电容工作温度上限为 125℃；R：代表容值随温度的变化为±15%。同样，Y5V正常工作温度范围在-30℃～ 85℃, 对应的电容容量变化为 22～82%；而Z5U 正常工作温度范围在 10℃～ 85℃，对应的电容容量变化为 22～-56%。

注意事项

X7R与X5R是大量使用的MLCC陶瓷电容器，其温度特性次于C0G，当温度在-55℃到 85℃（ 125℃）时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。X7R电容器主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大，其容量在不同的电压和频率条件下也是不同的，会随时间的变化而变化，大约10年变化5%。Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。Y5V电容器的温度稳定性不好，容值会随温度变化大幅变化，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达 22%到-82%，设计时候一定要注意到，或考虑用X7R与X5R来取代Y5V电容器。Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷 单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。