為高頻應(yīng)用選擇表面貼裝多層陶瓷電容器

當(dāng)今的電子設(shè)備以越來(lái)越高的頻率運(yùn)行。這些產(chǎn)品涵蓋廣泛的應(yīng)用，包括：

· 射頻功率放大器

· 射頻發(fā)電機(jī)

· 儀器儀表 - 電子和醫(yī)療

· 磁共振成像 (MRI) 設(shè)備

· 航空電子設(shè)備

· 衛(wèi)星通訊

· 通用無(wú)線通信

電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在要求不高的應(yīng)用中，選擇電容器的一個(gè)關(guān)鍵因素可能很簡(jiǎn)單，即確保電容器的工作電壓至少與電路的工作電壓一樣高，然后選擇合適的電容值。選擇連接方法(徑向引線、軸向引線或表面貼裝)并執(zhí)行任何與尺寸有關(guān)的優(yōu)化?？赡軙?huì)考慮溫度和電壓特性(TCC 和 VCC)，但對(duì)于大多數(shù)商品應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這些通常不是重要因素。

然而，隨著電路工作頻率的增加，其他因素，如電容器的衰減特性也很重要。例如，藍(lán)牙電路中 2.4 GHz 頻率的衰減過(guò)多會(huì)降低輸出信號(hào)，從而妨礙正確操作。類(lèi)似地，濾波器電路中電容器的衰減特性必須在正確頻率下提供衰減。衰減特性的常用度量是自諧振頻率 (SRF)。

在高頻下運(yùn)行的應(yīng)用中要考慮的第二個(gè)因素是電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR)。ESR 導(dǎo)致電路中的功率損耗大致與 ESR 值成正比。這種功率損耗通過(guò)歐姆加熱轉(zhuǎn)化為熱量。產(chǎn)生的熱量與 ESR 成正比(與通過(guò)器件的電流的平方成正比)。電容器結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)

電容器的結(jié)構(gòu)會(huì)影響其特性。顯示了典型的多層陶瓷電容器 (MLCC) 的剖視圖。陶瓷材料會(huì)影響 SRF 和 ESR。I 類(lèi)材料(通常為 NP0 / C0G)在較高頻率下諧振(即具有較高的 SRF)并具有較低的 ESR，而 II 類(lèi)材料(通常為 X7R)在較低頻率(較低 SRF)下諧振并具有較高的 ESR。對(duì)于高頻應(yīng)用，最常用的是 I 類(lèi)材料。

盡管如此，即使使用這種陶瓷配方，電極材料的選擇也會(huì)影響電容器的性能。雖然電極可以是銅 (Cu) 或鎳 (Ni) 等賤金屬，但高頻應(yīng)用通常需要低損耗，因此通常使用貴金屬。RF 設(shè)計(jì)中使用的這些材料通常是鉑 (Pt)、鈀 (Pd) 或銀 (Ag)。100% 鈀 (100Pd) 的選擇很常見(jiàn)。這種材料可以承受非常高的溫度，這意味著電容器可以在這些溫度下燒制以實(shí)現(xiàn)完全致密化。

在理想情況下，將使用純銀，因?yàn)樗哂凶罴训膶?dǎo)電性。但是，由于其相對(duì)于其他材料的熔點(diǎn)較低，因此未使用它。但是，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶沾膳浞胶土己每刂频闹圃旃に嚕梢允褂糜? Ag 和 Pd 合金組成的電極。事實(shí)上，使用了低至 5% Pd 的合金。顯然，一個(gè)好處是用成本較低的銀代替電極中使用的昂貴的鈀。這導(dǎo)致產(chǎn)品在商業(yè)上更具可行性。然而，另一個(gè)因素也起作用：一些銀和鈀合金的電阻比純鈀低。含 5% 鈀的合金的電阻率約為純鈀的三分之一(合金為 3.8 μO(píng)?cm，而合金為 10。3 μO(píng)?cm 對(duì)于 100 % 鈀)。電極的較低電阻率有助于具有較低 ESR 的部分。

處理功率損耗

雖然陶瓷材料在功率損耗中發(fā)揮作用，但普遍認(rèn)為高頻下的損耗主要?dú)w因于 MLCC 的電極電阻率。較低電阻率的影響可以在跨頻率 ESR 的比較中看到，如圖所示3. 100%鈀電極零件的ESR是銀鈀合金電極零件的兩倍之多。

較低 ESR 在需要考慮功耗的 RF 應(yīng)用中是一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。為了展示較低 ESR 的優(yōu)勢(shì)，我們進(jìn)行了連續(xù)波 (CW) RF 功率測(cè)試。兩個(gè) 180 pF、1111 主體尺寸的 MLCC 平行放置并經(jīng)受在 360 MHz 時(shí)輸入功率為 120 W。熱成像證實(shí)，使用 100% 鈀電極制成的部件比使用銀鈀合金電極制成的部件更熱。隨著時(shí)間的推移對(duì)表面溫度的測(cè)量表明，在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，使用 100% 鈀電極的部件比使用銀鈀合金電極制成的部件高約 5°C。

其他因素

雖然 ESR 和功率處理是射頻電容器的關(guān)鍵性能特性，但當(dāng)電極材料不同時(shí)，頻率特性會(huì)發(fā)生什么變化?基本上，不多。

顯示了 0402 和 0603 主體尺寸的自諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率如何隨器件電容值的變化而變化?？梢宰⒁獾?，這些差別很小。類(lèi)似地，插入損耗——衡量傳輸過(guò)程中損失多少信號(hào)的指標(biāo)——在用純鈀電極制造的零件和用銀鈀合金電極制造的零件之間變化不大。

結(jié)論

在為高頻應(yīng)用選擇電容器時(shí)，有幾個(gè)因素會(huì)發(fā)揮作用。功率處理是關(guān)鍵，使用電阻較小的電極系統(tǒng)(銀和鈀的合金)制成的產(chǎn)品證明比使用更昂貴的純鈀電極制成的產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)。這種電極材料似乎不會(huì)影響射頻設(shè)計(jì)中的其他重要特性，例如 SRF、PRF 和插入損耗。