【技术】什么是MLCC啸叫？

时间： 2022-09-27 来源：四川华瓷MLCC技术社区公众号

MLCC是应用最广泛的电子元器件之一，随着MLCC往高温、高容、高压、薄型化等方向发展，其被广泛应用于汽车电子场景、家用电器、照明设备、笔记本电脑、手机、显示屏及各种设备的电源电子电路中。在电源电子电路设计过程中，研发工程师常碰到中高容MLCC产品在PCB板上出现啸叫现象。这是MLCC在电压作用下发生幅度较大的振动（振动幅度很小），当该振动频率在人耳所能听到的频率范围（20Hz~20 kHz）内时，就会出现啸叫现象。那么，MLCC为何会振动呢？MLCC啸叫是怎么产生的呢？所有的MLCC都会产生啸叫现象吗？研发工程师在电路选型中该采取何种措施来解决啸叫问题呢？

MLCC啸叫原理

（1）压电效应定义

我们要先了解一种自然现象——电致伸缩。在外加电场作用下，所有的物质都会产生伸缩形变，即电致伸缩。对于某些高介电常数的铁电材料，电致伸缩效应剧烈，称为压电效应。压电效应包括正压电效应和逆压电效应。

正压电效应：对具有压电特性的介质材料施加机械压力，介质晶体会发生结构重组排布，材料表面会感应出电荷，产生电位差。

逆压电效应：对具有压电特性的介质材料施加电压，则产生机械应力，发生形变。

在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现正、负电荷，这一现象称为正压电效应。反之在晶体上施加电场而引起极化，则产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。

（2）MLCC为什么会振动呢？

MLCC的主要组成成分是陶瓷粉BaTiO₃，由于此类材料具有强介电常数的压电特性，在施加交流电压的情况下，如图4所示，发生电致伸缩现象，当电致伸缩强烈表现为压电效应时，则会产生振动。

（3）MLCC啸叫原理

由于压电效应造成MLCC产生振动，结果导致PCB板如图6所示将朝平面方向振动(MLCC及PCB板的振幅仅为1pm～1nm左右)。当该PCB板的振幅周期达到人耳能够听到的频率带 (20Hz～20kHz) 时，人们就会听到“MLCC发出的声音”，即产生啸叫现象。

所有MLCC都会啸叫么？

难道所有MLCC都会啸叫么？当然不是，MLCC设计制造陶瓷介质材料主要有顺电介质和铁电介质两大类。顺电介质又称I类介质，主要有SrZrO3、MgTiO3等。顺电介质电致伸缩形变很小，在工作电压下，不足以产生噪声。所以，顺电介质(I类介质)材料生产制造的MLCC，如NPO（COG）等温度稳定性产品，就不会产生噪声啸叫。

铁电介质又称II类介质，主要BaTiO3、BaSrTiO3等。铁电介质具有强烈的电致伸缩特性，即压电效应。因此，铁电介质（II类介质）生产制造的MLCC，如X7R/X5R等特性的产品，在较大的交流电场强度作用下会产生明显的噪声啸叫。

如上动态图所示，X7R-MLCC两端加上大幅度变化电压后，BaTiO3陶瓷产生逆压电效应，MLCC形变振动并传递到PCB板上发生共振。当振动的频率在20Hz~20kHz人耳听觉范围内时，则能听到电容在啸叫。

如何解决啸叫问题？

许多移动电子设备靠近人耳，如：笔记本电脑、平板电脑等，如电子电路中有可听噪声会影响使用感受。剧烈的啸叫除了令人生厌外，还可能存在着可靠性设计不足的隐患，如对铁电陶瓷，在交变电场作用下，还存在铁电畴交替转向内摩擦方面的问题，交变场强大，内摩擦严重，失效机率上升，这可在啸叫声音的大小上反映出来的。故我们应该采取相应的措施，消除啸叫现象。

主要的措施思路如下：

1.改变电容器类型，如用顺电材料MLCC、钽电容和薄膜电容等不具有压电效应的电容器替代；但需要考虑体积空间、可靠性和成本等问题。

2．调整电路，将加在MLCC大的交变电压消除或者将其频率移出人耳听感频段 (人耳最敏感音频为1KHz~3KHz)。

3．注意PCB布局、PCB板规格，帮助降低啸叫水平。

4．选用无噪声或低噪声的MLCC。

无噪/低噪声MLCC的设计:

目前针对MLCC的啸叫现象，设计解决措施如下：

（1）加厚MLCC介质厚度：剧烈的啸叫源于剧烈的振动，振动幅度由压电效应程度决定。压电效应与电场强度成正比，外加电压不变，介质越薄，压电效应越强，啸叫声音越大。额定电压由MLCC的材质和介质厚度决定的，剧烈的啸叫表示对当前工作电压所选用的MLCC介质厚度过薄，应当考虑选用介质更厚，额定电压更高的MLCC。

（2）加厚底部保护层：由于保护层厚度部分是没有内电极的，这部分的BaTiO3陶瓷不会发生形变，当两端的焊锡高度不超过底保护层厚度，这时产生的形变对PCB影响要小，有效地降低噪声。

（3）添加金属支架结构：采用金属支架把MLCC芯片架空。MLCC与PCB板隔空，把逆压电效应产生形变通过金属支架弹性缓冲，减少对PCB板的作用，有效的降低噪声。

（4）使用压电效应弱的介质材料设计制造：通过对钛酸钡（BaTiO₃）进一步掺杂改性，牺牲一定的介电常数和温度特性，得到压电效应大大减弱的介质材料，用其制造的MLCC可有效的降低噪声。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由梁楚瑜转载自四川华瓷MLCC技术社区公众号，原文标题为:什么是MLCC啸叫？，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

【技术】一文介绍什么是MLCC

什么是MLCC？MLCC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（端电极），从而形成一个类似独石的结构体。

2022-10-29 - 技术探讨

【技术】一文解析MLCC

MLCC即片式多层陶瓷电容器，是由印好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，从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。本文中四川华瓷将为大家解析MLCC产品原理、分类及选型要点。

2022-05-07 - 技术探讨

【技术】微容科技关于MLCC制作流程详解

MLCC（Multi-layers Ceramic Capacitor），即多层陶瓷电容器，也称为片式电容器、积层电容、叠层电容等，是使用最广泛的一种电容器。MLCC是由印好电极的陶瓷介质膜片以交错的方式叠合起来，微容科技详细介绍了MLCC制作流程。

2022-08-26 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

国产军工品质电容——四川华瓷（CHINOCERA）

四川华瓷（CHINOCERA）是成都宏明电子股份有限公司（原七一五厂）的全资子公司，公司主要是一家集研发、生产及销售为一体的工业及民用多层片式陶瓷电容器（MLCC）制造企业，年产能36亿只。通过了IATF16949、ISO9001和ISO14001认证。

2022-01-17 - 品牌简介

HGC 系列通用系列（4V~63V）0201~1210尺寸多层片式陶瓷电容器承认书 (HGC Series General Purpose Series（4V~63V）0201~1210 Size MULTI LAYER CERAMIC CAPACITORS APPROVAL SHEET)

描述- 该资料由四川华瓷科技有限公司提供，介绍了其生产的多层片式陶瓷电容器（MLCC）。产品适用于高密度、高效表面贴装应用，采用多种介电材料，具备优异的电气性能和可靠性。资料详细说明了产品的尺寸规格、电气特性、温度系数、应用领域以及包装方式。

型号- HGC0603,HGC1206,HGC,HGC0402,HGC0201,HGC 系列,HGC1210,HGC SERIES,HGC0805R7104K500NTHJ,HGC0805

20201116 - 四川华瓷 - 数据手册

产品手册（PRODUCT MANUAL)

型号- MZ21-1-100M1422X2,CWF502FC0003,MZ21-1-330H2027X3,PPZ0603BB220MRB,MZ21-2-390N0827X2,MF72-3R3D20▭,MF502-Q/RQ20004.09-2001,MF72,MZ21-1-390M0827X2,PTHM11AS150M250,MZ21-1-820M0627X2,MZ21-1系列,MF72-3D12▭,MF72-12D15▭,PTHM13AS4R7M180,MF72-4R7D20▭,MF601,PNRW0603X471F3435RB,PTHM11AS470M400,MZ21-1-181M0625X3,MF72-15D10▭,MF61,PPZ0805BC3R3MRK,PNR0805X473▭4050RB,MF72-7D15▭,MZ21-2-181M0625X3,PPZ0805BC3R3MRA,MZ21-2-270M1130X2,MF72-▭D20,PNR0603X154▭4500RB,MZ21-2-820M0627X2,CWF103FB0026,MF56-1,MZ21-1-330H1627X3,MZ21-2-6R0H1727X2,PPZ0805BC0R6MRK,CWF103FA-0001,MF72-▭D7,PNR0603X474▭4500RB,MZ21-2系列,PPZ0805BC0R6MRA,PPZ0402BC330MRC,PNR0402X473▭4050RB,PPZ0402BC220MRC,MF72-4R7D10▭,MF72-15D12▭,PPZ0603BB100MRB,HGC0603R7105K250NTHJ,PTHM13AS330M355,MF72-10D15L▭,PNR0805X104▭4250RB,MZ21-2-330H2027X3,MF72-7D7▭,PPZ0402BC180MRC,MZ21-2-5R6M1625X2,PPZ0805BC6R8MRA,PTHM13AS220M300,MZ21-1-5R6M1625X2,HHV1206G0101J102NSJJ,PTHM13AS470M400,MF72-12D10▭,HGC系列,MF72-3R3D12▭,PTHM13系列,MZ21-2-101H1627X3,PNR0603X104▭4250RB,PTHM13AS100M200,PNR0805X103▭3435RB,PPZ0805BC6R8MRK,HGC0402G0470J500NTEJ,MF504,MZ21-1-6R0H1727X2,MF56-1-3950K±2%-5KΩ±10%-Q/RQ24673-2019,PTHM13AS3R9M160,PNR0402X104▭4250RB,MF72-10D20▭,MF72-15D7▭,MZ21-1-220N0627X0,PPZ0603BB330MRB,PTHM11,CWF103GC0008,MZ21-1-330H1425X3,PTHM13,MZ21-1-390N0827X2,PPZ0603BB221MRB,PPZ0603BB150MRB,MF72-5D7▭,MZ21-2-100M1422X2,MF72-▭D12,MF72-12D12▭,MF72-▭D15,MZ21-1-470H2027X3,PPZ0402BC680MRC,MZ43,MZ42,CWF502JC0006,CWF103FC0027,MF72-2R2D20▭,CWF103JA0011,MZ21-1-120N1027X0,MZ21-2-6R8M1225X2,CWF103FC0025,PPZ0805AR420MRA,MZ21-1-180M1425X2,MF72-5D15▭,PTHM13AS150M250,MF72-5D10M,MF72-▭D10,PPZ0805BB150MRK,MF501,MZ21-2-680H1627X3,MF502,MZ43A241520Y4-400,CWF103FC0020,CWF103FC0022,MZ21-1-150M1025X2,CWF103FC0017,CWF103FC0016,CWF103FC0018,CWF103FC0012,CWF103FC0015,CWF103FC0014,PNR0603X103▭3380RB,MF72-10D7▭,MZ21-2-470H1627X3,CWF553JC0005,PPZ0805BC1R0MRK,PTHM13AS6R8M200,PPZ0805BC1R0MRA,PTHM11系列,MF72-4R7D15▭,PPZ0402BC470MRC,MZ21-2-220N0627X0,CWF103JC0001,PPZ0603BB470MRB,PPZ0805BC0R8MRK,CWF103JC0002,PPZ0603BB6R8MRB,CWF103JC0004,PPZ0402BC2R2MRC,HHV1206R7102K102NSLJ,MZ21-1,MZ21-2,HGC,PTHM11AS100M225,MF72-10D12▭,MF72-3R3D15▭,MZ21-2-180M1425X2,CWF103JC0009,MZ21-1-470H1425X3,MF72-8D10▭,CWF103JC0010,CWF101FC0021,PPZ0805BB220MRK,CWF103JC0013,MF72-5D12▭,MF72-1D10▭,PNR0805X224▭4500RB,PTHM13AS150M,PTHM11AS220M300,PNR0603X473▭4050RB,HHV,PPZ0402BC4R7MRC,PPZ0805BC1R5MRK,MZ21-2-470H1425X3,MF72-8D12▭,MZ21-2-220M0822X2,MF72-10D10▭,PTHM11AS6R8M200,PNR0805X474▭4500RB,MZ21-1-101H1627X3,PNR0402X103▭3435RB,PPZ0805BC2R2MRK,MZ21-1-220M0822X2,PTHM11AS3R9M160,CWF502FB0028,CWF302FC0023,MF72-5D10▭,MZ21-2-330H1627X3,MZ21-1-270M1130X2,MF72-8D15▭,MF72-1D20▭,MF504-3700K±5%-2.5KΩJ(R0℃=7.5KΩ±10%)-Q/RQ 24650-2019,MZ21-1-6R8M1225X2,MF72-18D7▭,PPZ0603BB101MRB,MZ21-1-470H1627X3,CWF104JC0007,PPRF0603BC471MRB,MF72-7D10▭,MZ21-2-390M0827X2,MF72-4R7D12▭,CWF503FC0024,PNR0603X224▭4500RB,PTHM11AS4R7M180,CWF104FB0029,PNR0805X154▭4500RB,CWF203FC0019,PPZ0603BB471MRB,PTHM11AS330M355,PPZ0603BB3R3MRB,MF72-5D20▭,PPZ0603BB4R7MRB,MF72-3D15▭,PPZ0402BC3R3MRC,MF72-7D12▭,MF51,MF72-18D10▭,MZ21-2-150M1025X2,MF72-8D7▭,PPZ0805BC4R7MRK,PPZ0805BC4R7MRA,MZ21-2-120N1027X0,MZ21-2-470H2027X3,MZ21-1-680H1627X3

2024/6/29 - 四川华瓷 - 选型指南