陶瓷贴片电容小型化的直流偏压特性

小型化是电子产品发展的一个趋势。作为电路中常用的一种元件，陶瓷贴片电容近年来也越来越袖珍，从10年前0603、0805封装为主流，到现在0402已经成为用量最多的封装规格，并且出现了0201、01005的封装。容量、额定电压、材质相同的电容，通常有不同封装可以选择。能够省空间、低价格的小型化产品可以选择，对应用当然是好事。但对于电容来说，同样的电气规格，小型化后是否所有特性都没有变呢？
我们平时所说的1uF电容、10nF电容，指的是电容的标称容量规格，是在标准测试状态下（1Vrms/1KHz/25℃）的静电容量。电容工作时，两端会承受一定的电压。我们常用的X7R材质贴片电容的一个特性是，其容量有电压依存性，即在电容两端施加直流电压后，电容的容量会降低。施加的电压越高，容量下降得越多。这称为陶瓷电容的直流偏压特性。以50V/10nF/X7R规格为例，某厂家0402、0603、0805、1206电容的容量—电压曲线分别如下。

由以上曲线对比可见，应用在同样的电压下，不同封装的10nF电容表现出的实际容量是有差别的。

为什么会有这个差别呢？电容器的基本结构是由两块导体极板，中间隔离有电介质（绝缘体）组成。电容的容量C与极板间相对面积A（介质面积）及介质的介电常数ε成正比，与极板间相对距离d（介质厚度）成反比。即:

C=εA/d

虽然陶瓷贴片电容内部为多层并联结构，但它也可以简化为一个这样的基本结构。它的极板是金属内电极，电介质是陶瓷。

电容小型化后，单层介质的面积减小，要维持同样的容量，要么增大介质的介电常数ε，要么减小介质厚度（减小介质厚度还有一个好处，就是在同样的空间内可以放更多的层数，相当于增大了介质面积）。

对于同样体系的材料来说，要大幅增大介电常数ε而不使其温度特性发生变化是很难的。所以小型化主要是通过减小介质厚度来增大容量。厚度减小后，每一层依然要承受那么高的电压，所以单位厚度承受的电压增加了，于是容量下降得比之前要多。表现在整个电容的特性上，就是小型化后直流偏压特性变差。

我们从上面各种封装的50V/10nF/X7R电容的特性对比可以看出，从1206变为0805时，特性没有明显变差，这是因为0805和1206封装内有足够的空间用同样的介质厚度装下10nF的容量。而再小型化到0603、0402，不得不减小介质厚度，特性就变差很多了。当然，以上只是基于同样的材料、工艺在讨论，但技术在发展，电容厂家也在努力开发新材料、新工艺，使在小型化的同时其他特性变化没那么明显，所以并不是每一个小型化后的电容的特性都会变差。简单来说，容量越高、尺寸越小的规格，继续小型化的难度就越高，小型化后直流偏压特性就越可能变差。